環保型城市建設中地下水體重金屬污染的吸附處理研究

胡 兵

（錦州市環境監測中心站，遼寧 錦州 121000）

地下水作為自然界水循環系統的重要組成部分，同時也是人類賴以生存和發展的必需資源之一。然而，由于工業化與城市化進程的迅猛發展，礦產資源的過度開采與應用導致地下水污染逐漸變得嚴重[1]。

目前，有效的地下水體重金屬元素污染吸附處理技術已經有十多種，然而種種原因導致部分吸附處理技術不能實現大范圍的推廣與應用。其中，微生物吸附處理技術主要利用微生物的生化反應來處理環境中的有害物質，通過化學反應去除地下水體中的重金屬元素。經過細胞內外的聯合、沉淀以及積累，有毒的重金屬就會被儲放在細胞的不同部位或者結合到細胞外壁上，人們可以利用生物代謝過程，將金屬離子沉淀，或輕度整合在可溶性或非溶性的生物多聚肽產物上[2]。

1 環保型城市建設中地下水體重金屬污染的吸附處理

殼聚糖（CTS）作為去除重金屬離子的有效吸附劑之一，已經被廣泛應用在廢水和受重金屬污染的地下水體的吸附處理中[3]。殼聚糖（CTS）分子中含有許多的氨基分子和羥基分子，可以高效地利用氫鍵、氨鍵、鹽鍵、生物肽和等作用對水體中的重金屬離子進行物理或化學上的吸附處理，其理化性指標如表1所示。

表1 殼聚糖（CTS）理化性指標

重金屬作為國家規定的典型一類環境污染物，其相對原子質量在68.5～212.6，其相對密度小于10.0，既包括鉛、鐵、鎘、鋇、鉻、鉬、汞和類金屬砷等生物毒性較強的重元素，以及鋅、銅、錳、鈷、鎳、錫等具備一定毒性的普通重金屬元素。水中的重金屬一般會以多樣形式而存在，主要包括離子交換態、金屬鹽殘存態、生物結合態、有機物結合態、殘渣結合態等。其中，結合態、交換態的毒性最大，殘存態的毒性最小，因為其活性較弱，例如，甲基汞的毒性就要比汞的其他形態強。

重金屬很難被生物酶或其他生物降解，很容易在生物體內富集。例如，重金屬Cd元素就是一級致癌物質，進入人體后會長時間滯留不被消化，在生物體內的半衰期較長，保持在15～45個月[4]。汞能夠和生物體內蛋白質中的巰基、羥基高度親和，進而生成硫醇鹽等物質，最終導致蛋白質合成被有效抑制。Cd會造成人體骨骼肌礦密度大幅度降低，增加骨折的發生率，人體一旦攝入過量，就會導致器官衰竭等一系列病癥。

1.1 殼聚糖復合劑的制備

實際應用發現，現場配置的殼聚糖溶液與放置一段時間后的殼聚糖溶液相比，黏度明顯不一樣，放置時間越長，其黏度就越低，因為殼聚糖在金屬性催化的條件下極易發生水解反應。所以，黏度變化是衡量殼聚糖溶液是否穩定的一個重要指標，主要受到金屬濃度、金屬種類、金屬放置時間、pH值、溫度、濕度以及溶液離子強度等影響。實踐也發現，甲酸、乙酸、鹽酸、乳酸等均為較好的溶解介質，金屬會延長殼聚糖蛋白主鏈的水解反應，放置時間延長會導致其黏度下降[5]。

黏度下降與金屬毒性并無明顯關系，普遍來說，殼聚糖溶液在毒性較大的金屬中容易降解，在毒性較低的金屬中有著較高的穩定性。同樣濃度的無機金屬比有機金屬介質降解得速度要快，因為前者電離的氫氧離子與氫離子大于后者，催化作用更明顯[6]。殼聚糖（CTS）的制備過程為：將上述Cu-HCl溶液通過5號注射器滴入固化液中，同時通過電動攪拌器進行緩慢攪拌，待其半凝固為液凝固體后，為防止殼聚糖濕樹脂發生黏結，至滴完后，反復過濾，將濕樹脂洗至中性，再以丙酮浸泡進行脫色處理。過濾濕樹脂并在極度真空環境下干燥，即得到殼聚糖（CTS）復合劑。

1.2 高效絮凝、助凝處理

對于水溶性極好、分子量較小的金屬離子而言，傳統絮凝劑的脫色效率一般，一般可以達到吸附處理的初級要求。殼聚糖屬于弱性陽離子高分子絮凝劑，大部分地下水體污染中的金屬離子帶有普通電荷，陽離子絮凝劑在地下水體重金屬污染處理中要比陰離子或非離子型絮凝劑具有更明顯的優勢，吸附處理效果更好。將殼聚糖進行羧甲基化改變后，人們就會得到水溶性極好的羧甲基殼聚糖，用來絮凝處理地下水體污染中的重金屬廢水。事實表明，羧甲基殼聚糖對地下水體污染中的重金屬廢水具有優良的脫色效果，對于不同的污水，處理的最佳pH值也各不相同，普遍保持在2.2～6.8。

1.3 重金屬遷移與去除

殼聚糖的氫氧離子含量較高，并且含有較多基團，它與重金屬的絡合能力比較強，對金屬離子的吸附能力比較好。重金屬在殼聚糖中的遷移主要按照兩種輸出方式進行，一是隨水流在有限時間內以一定濃度輸出。二是連續輸出，殼聚糖中的重金屬溶液從開始滲出直至接近初始濃度，之后金屬離子相繼驅替，對地下水體的修復效果比較好，吸附方便，容易隨水流遷移或去除，不會產生二次污染。

2 工程試驗與效果分析

為了更加清楚地觀察殼聚糖對重金屬的吸附效果，特與傳統生物吸附溶劑進行對比。

2.1 試驗準備

為確保試驗的準確性，設置相同的試驗參數，進行對比試驗。具體參數如表2所示。

2.2 吸附劑吸附性能試驗結果與分析

試驗采用兩種不同的吸附處理辦法，二者在相同環境中同時進行，筆者重點觀察和分析了其吸附能力的變化。具體效果對比和水質對比分別如圖1、表3所示。

表2 試驗準備與參數設置

圖1 試驗對比

表3 試驗期間原水水質對比

由試驗結果可知，在同等時間內，殼聚糖復合劑對地下水體重金屬污染的吸附能力要遠遠比傳統吸附方法高，一直保持持續上升狀態。同時，重金屬污染水體經過殼聚糖復合劑吸附處理后，各項水質指標均能達到國家標準。

3 結語

本文分析了環保型城市建設中地下水體重金屬污染的吸附處理機理，依托殼聚糖復合劑的生物溶解機制，分析該地下水體重金屬污染吸附技術的優劣。試驗表明，該方法具有極高的應用價值，可以有效吸附處理環保型城市建設中的地下水體重金屬污染。