1、 1 文献综述 重金属污染 现状及其防治 1 前言 中国社会经济的飞速发展和人口的不断增加， 人类 不断地 对重金属 进行 开采、冶炼、加工及商业制造活动，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、 土壤 中 ， 造成的重金属污染 严重 威胁着 人类的生存 。 中国每年有 1200 万吨粮食遭到重金属污染，直接经济损失超过 200 亿元 ， 2009 年，重金属污染事件致使 4035 人血铅超标、 182 人镉超标，引发 32 起群体性事件 ； 2009 年中国食品安全高层论坛报告上的数据显示，我国 1/6 的耕地受到重金属污染 ,重金属污染土壤面积至少有 2000 万公顷 ； 中国农业大
2、学食品工程学院院长罗云波称，食品中药物残留和重金属对我国食品安全的潜在巨大，其中，铅和镉污染问题突出，有 36%的膳食铅摄入量超过安全限量 ； 国家疾控中心曾对 1000 余名 0-6 岁儿童铅中毒情况进行免费筛查、监测 ， 结果显示， 23.57%的儿童血铅水平超标。 以上表明 污染防治，已刻不容缓 。 重金属污染物极难降解 ， 尤其是存在于水和土壤中的重金属兼具富集性，是不可逆转的 。有关专家 认为， 国家 应该 尽快建立完善相关的法律体系，特别是对包括重金属在内的所有高排放企业的监管将是国家下一步重点要做的 。 重金属污染综合防治 “ 十二五 ” 规划获得国务院正式批复：到 2015 年
3、，中国将建立比较完善的重金属污染防治体系、事故应急体系和环境与健康风险评估体系，解决一批损害群众健康的突出问题；基本遏制突发性重金属污染事件高发态势，重点区域重点重金属污染物排放量比 2007 年减少 15%，非重点区域重点重金属污染物排放量则不超过 2007 年水平。各级环保部门要把重金属污染防治作为当前和今后一个时期环境保护的大事；坚决 打好重金属污染防治攻坚战和持久战。 2 重金属污染来源及污染现状 2 含重金属离子废水的主要来源及危害重金属离子废水的主要来源是煤矿、金属硫化物矿、铁矿、冶金等生产企业 ,这些生产废水往往是多种废水的混合 ,包含有众多的重金属离子 ,处理起来较为困难 ,并
4、且对环境污染严重 ,其对环境污染的主要特点有以下几个方面。 (1)重金属污染物在自然环境中不能够自行分解 ,只能发生形态的改变 ,而在此过程中其毒性并没有根本消除 ,如果含重金属离子废水得不到有效处理 ,重金属离子会重返溶于水中 ,重新形成危害 ,也就是所谓的“二次污 染”。 (2)生物体从环境中摄取重金属 ,通过生物链逐渐在高等生物体内富集起来。 (3)重金属进入人体后能够和生物高分子物质发生相互作用 ,并导致生物高分子失去活性 ,这样积累在人体造成慢性中毒 ,而这种积累性危害往往短期不宜发现。 矿山和工 厂 ,排放出含有重金属和其他有毒物质的烟雾 , 城市的汽车行列从车尾又排出毒气和铅。悬
5、浮在 空 气 中的 重金属 , 有时随着雨滴降落到地面 , 地面上的重金属有时被雨水冲淋进入江河 ， 含有重金属的河水有时又用来灌溉田地 , 如此循环反复 ,结果江河湖海和一部分土壤都受到污染。水域和土壤被污染以后 , 势 必造成鱼贝类和农作物的污染 , 特别是通过生物浓缩和食物链两条途径 , 把重金属的浓度提高到千倍、万倍 , 污染的问题就更为严重了。 例如， 海带富含碘质 , 能防止甲状腺肿大 ， 海带中的碘来自海水 , 但浓度却比海水中的碘高得多 , 这是海带对海水中的碘有选择的吸收、积累造成 的 。动植物这种对一某些元素或化合物的吸收、积累现象 ,就是 生物浓缩。陆地上也是一样 , 植
6、物根部在吸收水分的同时 , 也吸收水溶性的有毒物质 , 由于叶片的蒸发作用 , 水分不断散失 , 毒物 的 浓度也逐渐提高，例如水稻、大豆、小麦、裸麦有选择地吸收并积累土壤中的镉 , 茶树能浓缩土壤中的氟。 在自然界中 , 任何微小的动物都要以其他的生物作食料 , 以维持它本身的活动和成长。但是这种小动物又可能被另一种动物所捕食 , 如此因食物而形成的相互关系 , 好像一环扣一环的链条一样 , 因而称之为“ 食物链” 。通过食物链为各个环节 , 更加快较水大动物对重金属的生物浓缩。譬如海水中的汞浓度很低 , 只有 0.1ppm经海水中浮游植物吸收以后 , 浓度可提高到 100-200倍 , 浮
7、游动物吞食浮游植物 , 体内的汞浓缩到 200-500倍 , 小鱼以动物性浮游生物为食料 , 把汞的浓度积累到 1000-3000倍 , 肉食性大鱼又捕食小鱼 , 结果体内汞的浓度比海水高 10000-20000倍。 近年土壤重金属污染问题越来越突出，严重威胁着人民群众的生命安全和健康。据中国农业部进行的全国污灌区调查，约 140 万 h 的污水灌区遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的 64.8%。另外， 2009 年发生在中国湖南浏阳镉中毒事件、陕西凤翔血铅超标事件、湖南砷中毒事件和贵州汞中毒事件等，都演化为威胁和谐社会建设的公共事件。重金属3 在土壤中的积累、迁移不仅危害区域生态安全
8、1-2，影响动植物的生长发育 3，而且通过食物链进 入人体 4-5，危害暴露区人体健康 6，导致一些慢性病、畸形、癌症等的发生 7。由于重金属在土壤中具有隐蔽性和潜伏性，不易降解，具有不可逆性和长期性，难以恢复性和污染后果的严重性，被环境学界喻为“化学定时炸弹” 8-9，造成的后果尤为严重，受到科学家们的广泛关注，成为近年来环境领域研究的热点问题 10-11。 3 含重金属离子废水处理技术 经过专家多年的研究 ,含重金属离子废水治理取得了较大的进展 ,主要的处理方式有以下四种 :传统方法、物理处理法、化学处理法、生物处理法 。 （ 1） 传统方法 含 重金属离子废水的传统处理方法主要可以分为两
9、种 ,一种是使溶解状态的重金属离子转变成不溶性化合物沉淀 ,另一类是在不改变重金属化学形态的前提下进行缩合分离 ,比如离子交换法、吸附法、萃取法。 （ 2） 物理处理法 主要活性炭吸附法、反渗透法、超滤法、离子交换法、电渗析法、电化学法。 a.活性炭吸附法 活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色、内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔。活性炭主成分除了碳元素以外还有氧、氮、氢等元素及灰份。常见的活性炭有颗粒状、粉状两 种，随着纤维工业的发展，诞生了一种新型的活性吸附材料和环保工程材料 活性炭纤维 12。它是继颗粒状、粉状活性炭之后的第三
10、代产品。活性炭吸附的作用产生于物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭丰富的微孔中，用于去除水和空气中杂质， 这些杂质的分子直径必须小于活性炭的孔径。另一方面活性炭在其表面 有官能团，与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质常发生在活性炭的表面，此过程为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果 13。 目前 , 多数研究还仅集中在活性炭对单一金属离子的吸附研究 , 而活性炭对 多种金属离子共存时的吸附研究则少见于文献中。而在实际的重金属废水中往往是多种金属离子共同存在 , 因此活性炭对多种金属离子共存时的吸附研究有着重要的现实意义 14。 b.分渗透法 反渗透法通过对含重金属
11、离子的废水施以较高的压力 ,使溶液中的水透过特种半透膜而重金属离子溶质难以透过 ,进而实现对废水进行浓缩。该方法投资少、占地面积小、操作容易 ,并且可以回收可回收材料 ,实现废水的“零排放”。反渗透法运用的关键是制造一种高效长寿的反渗透膜。 4 c.超滤法 聚合物增强超滤法可使结合了重金属离子的聚合物大分子被超滤膜有效截流。因此 ,用不同的水溶性聚合物 ,通过不同的聚合物功能团即可在低能耗下有选择性的分离重金属离子。 (3) 化学处理法 主要有离子交换法、电渗析法、电 化 学法、生物处理法。 a.离子交换法 离子交换法主要是利用离子交换对废水中阴阳离子的选择性交换作用进行废水处理的方法。该方法
12、的应用范围较广 ,几乎所有无机有害离子都可用离子交换法进行处理。处理后的废水可用作镀液补充水或清洗水。若不考虑再生洗脱液的处理 ,采用离子交换法可实现无废水排放的“零排放系统”。但是该方法一次性投资高、占地面积较大 ,废水中污染物浓度不宜太高。实 际运用中 ,该法适宜与蒸发浓缩、反渗透、电渗析等方法联合使用 ,从而达到更好的含重金属离子废水处理效果。 b.电渗析法 当 一废水通以低压直流电时 ,阴阳离子会定向运动并选择性的透过阴、阳薄膜 ,从而将电解质浓缩在一定的区域内 ,在另一些区域内得到较纯的水 ,这种方法就是电渗析法 ,但是该法运用时 ,含重金属离子废水中电解质浓度不能过低 ,否则不能保
13、证有足够的电导 ,从而降低了渗析效率。利用电渗析法 ,浓缩液与淡液的浓缩比可达 100倍左右 ,高于反渗透法 ,且浓缩液可回用于镀槽。利用该法需要注意防止膜的堵塞 ,因而需对进水严格过滤 ,除去 固体杂质。 c.电化学法 电化学法利用通电时阴阳极的电化学反应而使废水中的有毒物分解、氧化还原、沉淀。该法的优点是 :设备相对简单 ,一个电解槽可兼有氧化、还原、凝聚及上浮等多种功能 ,易于自动控制 ;以电子作为反应剂 ,可避免产生二次污染。将电化学法用于环境污染治理已成为人们十分关注的研究领域。其最新的研究成果就是三维电极法。三维电极是在传统二维电解槽电极间装填粒状或碎屑状材料并使之表面带电 ,并在
14、其表面发生电化学反应。与传统的二维电极相比 ,它能增加电解槽的面积比 ;提高物质迁移速度 ;无需加人支持电解质从而避免了副反应的发生和环境污染 ;产物分离容易 ;体系内电阻较低、能量利用率高 ,为处理低电导、本征动力学速度慢或极限扩散电流小的废水处理系统开辟了一条新的途径。三维电极的缺点是床内电流电位分布不均 ,有可能导致局部出现“死区”或发生副反应。但是总体来说 ,采用三维电极处理重金属离子废水的前景十分广阔。 d.生物膜法 生物膜法是将微生物细胞附着在固体载体上生长繁殖 ,并在固体载体上形成膜状生物污泥。当下该法已成为含重金属离子废水生物处理研究领域的主流 ,它具有污泥产生量少、参与净化反
15、应的微生物种类多且 存活时间长、对废水水质和水量变动适应能力强5 及运行操作简单方便等优点。它的缺点是 ,因死细胞本身无代谢能力 ,无法通过基因工程学提高微生物的处理潜力 ,吸附过程中不能改变金属离子的化合价 ,降低重金属离子的毒性。 （ 4） 生物处理法 生物膜法是将微生物细胞附着在固体载体上生长繁殖 ,并在固体载体上形成膜状生物污泥。当下该法已成为含重金属离子废水生物处理研究领域的主流 ,它具有污泥产生量少、参与净化反应的微生物种类多且存活时间长、对废水水质和水量变动适应能力强及运行操作简单方便等优点。它的缺点是 ,因死细胞本身无代谢能力 ,无 法通过基因工程学提高微生物的处理潜力 ,吸附
16、过程中不能改变金属离子的化合价 ,降低重金属离子的毒性。 总之，目前许多江河湖海以及地下水都受到含重金属离子废水的严重污染 ,含重金属离子废水的高效处理是我国当前急需解决的问题之一 ,也是可持续发展战略所面对的必然课题。处理方法各有利弊 ,在我们的实际运用中 ,应该针对不同组成、不同污染程度的含重金属离子废水采用不同的治理技术并对各项技术加以藕合 ,充分发挥它们的优点 ,取长补短 ,从而使藕合技术发挥出更好的功效 ,这也是我们处理含重金属离子废水的研究方向。 4 防治重金属污染的措 施 （ 1） 组织有关部门调查大气、水系、海洋及工农业各方面汞、 镉 、铅、砷、铬等重金属 污染情况 , 并研究
17、治理方法。 （ 2） 建立和健全各钢铁企业、有色金属企业、轻化工企业的废水、废气处理系统 ， 回收 中的汞、 镉 、铅、砷、铬 , 进行综合利用 , 化害为利 , 变废为宝 , 并使废水废气符合国家规 定的排放标准。 （ 3） 农业生产部门在使用含有汞、铅、砷、铜的农药时 , 应严格执行国家规定的使用法。 （ 4） 建立和健全全国性的和地区性的食物监测网 , 重点分析检验水产、粮食、蔬菜、水果、饮用水、食品加工用水中的汞、 镉 、铅、砷、铬 , 找出污染源 , 从根本上消除重金属的污染。 （ 5） 染料、医药、制碱、造纸、仪器、灯管等工业 , 研究不用或少用汞或汞盐的新工艺 , 并对排放的气体
18、、污水进行有效的处理。 （ 6） 灌溉用水、养殖鱼贝用水必须符合国家规定的质量标准。 （ 7） 食品工厂对直接与食品接触的设备和容器要慎重选择 , 例如不用镀锌铁皮 , 不用铜或铜合金 , 不用含铅或含 镉 的陶瓷器 , 不镀 镉 , 不涂含铅防锈油漆 , 以防止重金属的污染。 （ 8） 粮食加工厂和食品加工厂加强对原材料、水源和成品中重金属的分析 , 根据具体情况 , 采取有效措施 , 保证产品符合国 家规定的卫生指标。 6 （ 9） 在散装食物的运输、储藏、销售过程中 , 慎重选择包装容器、运输工具、仓储条件 , 防止重金属的污染。 （ 10） 改进一些传统食品为加工工艺 , 避免重金属的
19、污染少例如生产皮蛋时不加氧化铅 , 煮制蜜饯时不用铜锅。 （ 11） 慎重考虑工业布局 , 减少重金属对食品污染明机会。 （ 12） 发展不含铅的汽油 , 逐步取代含 镉 汽油以减少铅的污染。 5 总结 从以上可以看出，污染防治，迫在眉睫。并且 以上大多是人为造成的污染， 我们只有通过人类自身行为改变这一状况，首先，从 思想 上重视了解重金属对人类及环境造成的危害，提高环境保护意识，只有保护好生存环境，才能保护人类自己；从行为上，要从个人做起，配合国家法律、法规的环境保护的规定，企业要加强管理，并且做好监督管理机制，使措施落到实处，不能只以人为本，还要考虑动植物及环境所能承受的压力，这样，人类
20、才有立足之地。总之，只要以保护环境为出发点，重金属污染问题就能降到最低点。 7 6 参考文献 1 邓继福 ,王振中 ,张友梅 ,等 .重金属污染土壤对土壤动物群落生态影响的研究 J.环境科学 ,1996,17(2):1- 6. 2 许学宏 ,纪从亮 .江苏蔬菜产地土壤重金属污染现状调查与评价 J.农村生态环境 ,2005,21(1):35-37. 3 李德明 ,郑昕 ,张秀娟 .重金属对植物生长发育的影响 J.安徽农业科学 ,2009,37(1):74-75. 4 Kaiser J. Toxicologists shed new light on old poisons J. Science,
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