水體中重金屬污染的處理技術

邱元凱

（河源職業技術學院，廣東 河源 517000）

0 概述

自從二十世紀五十年代在日本發現鎘污染引起骨痛病及汞污染造成水俁病以后，金屬的環境污染問題已受到了全世界的廣泛關注[1]。近年來，由于工農業的發展引起水體的重金屬超標嚴重，已成為重要的環境污染問題。

對于重金屬，目前尚沒有嚴格的統一定義，主要有以下幾種說法：金屬的比重大于5 者為重金屬[2]；周期表中原子序數大于鈣(20)者，即從鈧(21)起為重金屬。從環境污染方面來講，重金屬主要是指汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的重元素，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等，目前最引起關注的是汞、銅、鋅、鎘、鉛等。

一般來說，環境中重金屬的污染來源主要有地質風化作用、采礦廢水、工業廢水、生活廢水和城市地表徑流、農業廢水等。

重金屬的危害主要包括直接生物毒性效應，一般重金屬產生毒性的范圍，在天然水體中約1～10mg/L，毒性較強的重金屬如Hg、Cd 等產生毒性的濃度范圍會更小；在微生物的作用下轉化為毒性更強的重金屬化合物，如環境中的某些重金屬如汞和砷，水中的二價汞離子經過微生物的作用轉變為有劇毒性甲基汞，細菌等許多生物具有把無機砷轉化為有機砷；生物富集作用，生物從環境中攝取的重金屬經過食物鏈的生物放大作用，逐級在較高級的生物體內成千萬倍的富集起來，最終通過食物鏈進入人體，使人中毒，或在人體的某些器官中積累，造成慢性中毒[3]。

1 水體中重金屬污染處理技術

對水體中重金屬污染的處理和凈化已成為當今環境研究的熱點之一，處理技術主要包括物理化學方法、化學方法、生物方法等。

1.1 物理化學方法

除去水中重金屬的物理化學方法有吸附、離子交換、微濾膜、反滲透、電滲析法等。

1.1.1 吸附法

吸附法是最通用和應用最廣泛的物理化學方法之一，吸附劑種類很多，如活性炭、粘土、粉煤灰、泥炭、樹皮、蘑菇收獲殘余物、改性殼聚糖、苔蘚、海藻、稻殼等。其中活性炭具有特殊多孔結構，巨大的表面積和高吸附容量，無疑是除去水中重金屬最廣泛使用的吸附劑，然而它的非選擇性、高質量、高成本限制其使用。因此，對一些來源廣、低成本吸附材料除去水中重金屬離子進行大量研究，莫健偉等[4]研究了綠藻(U.lactucal)對Cu2+、Pb2+，Ni2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+的吸附，結果證明吸吸附率最高可達90%，最低的可達79%。

1.1.2 河流稀釋法

稀釋是改善受污染河流的有效技術之一，通過稀釋能夠降低污染物在河流中的相對濃度，從而降低污染物質在河流中的危害程度。

1.1.3 離子交換法

離子交換法是在離子交換器中借助離子交換劑來完成，含重金屬的水通過交換劑時，交換劑上的離子同水中的重金屬離子進行交換，達到去除水中重金屬離子的目的。此方法受交換劑品種、產量和成本的影響。

另外，幾種物化方法的聯用提高去除重金屬污染物的效率值得深入研究，研究表明采用電極和離心技術聯用去除ppm 級的汞和鉛效率可以分別達100%和98.3%。

1.2 化學方法

在化學沉淀、氧化還原、電化學等化學方法中，化學沉淀法是去除重金屬污染物經典方法之一。沉淀和絮凝沉淀作用通過提高水體pH，使重金屬以氫氧化物或碳酸鹽的形式從水中分離出來，也有加入硫化物沉淀劑使重金屬離子生成硫化物沉淀而被除去。

氧化還原法利用的是重金屬在氧化還原反應中可被氧化或被還原的性質，把它們轉化為無毒、低毒的物質，或轉化為容易從水中分離出來的物質，從而達到處理目的。常用的氧化還原法有藥劑氧化法、藥劑還原法和電化學還原法等。另外可利用電解法回收Cu、Ag、Cd 等金屬，大約有30 多種廢水中的重金屬離子可進行電沉積。

1.3 生物方法

生物處理法是利用微生物、動物、植物等生物材料及其生命代謝活動去除和(或)積累廢水中的重金屬，并通過一定的方法使金屬離子從生物體內釋放出來，從而降低廢水中重金屬離子的濃度。生物凈化重金屬具有成本低、簡便、不會帶來二次污染等特點，有理想的效果和良好的應用前景。

1.3.1 生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法[5]。目前，開發出具有絮凝作用的微生物有細菌、霉菌、放線菌、酵母菌和藻類等。

1.3.2 微生物去除法

微生物在重金屬化合物存在的環境中逐漸形成一定的抗性，并能生長、繁殖。其代謝物及細胞自身的成分將重金屬離子通過氧化還原和甲基化或去甲基化的作用，實現轉變成低毒形態金屬離子或沉淀物，達到去除重金屬離子的目的。細菌、真菌和藻類等微生物菌體表面帶有大量負電荷以及有機高分子化合物，能有效的去除微量的重金屬并濃縮至幾千倍。

1.3.3 植物修復法

利用植物進行水質凈化是一項迅速發展起來的十分經濟有效的新技術，該技術以植物為基礎，利用植物從廢水中吸取、沉淀或富集有毒金屬或利用植物降低金屬活性，從而可減少重金屬滲透到地下或通過空氣載體擴散以及利用植物將土壤中或水中的重金屬萃取出來，富集到植物根部可收割部分和植物地上枝條部分達到凈化的目的[6]。因此，利用植物除去水中的重金屬離子時需考慮植物對重金屬離子對植物生長的毒性或植物對重金屬離子的選擇性吸收以及重金屬離子在植物中的超積累與分布。

1.3.4 動物修復法

水體底棲動物中的貝類、甲殼類、環節動物等對重金屬具有一定富集作用。如三角帆蚌、河蚌對重金屬（Pb2+、Cu2+、Cr2+等）具有明顯自然凈化能力。

2 結論

目前對水中重金屬污染去除方法的研究較多，但轉化到應用方面還有待進一步加強。生物修復法具有成本低、效益高、無二次污染、有利于生態環境的改善等諸多優點，成為治理被重金屬污染的水體的首選方法。面對復雜的水體，往往同時需要充分利用各種方法建立起完整的循環體系，實現重金屬的有效治理。

［1］Stanley E.Manahan.環境化學原理[M].黃志桂，解懷寧，編譯.重慶：西南師范大學出版社，1989：46.

［2］王俊，張義生.化學污染與生態效應[M].北京：中國環境科學出版社，1993：156-157.

［3］陳景文，全燮，編著.環境化學[M].大連：大連理工大學出版社，2009：220.

［4］莫健偉，姚興東，張谷蘭，張應奮.海藻去除水中雙偶氮染料機理及重金屬離子研究[J].中國環境科學，1997，17(3)：241-243.

［5］馬士軍.微生物絮凝劑的開發及應用[J].工業處理，1997，12(1)：7-10.

［6］彭清濤.植物在環境污染治理中的應用[J].環境保護，1998(2)：24-27.