水体重金属污染现状及治理技术_孟多
第35卷第9期2006年9月辽 宁 化 工LiaoningChemicalIndustryVol.35,No.9September,2006
水体重金属污染现状及治理技术
孟 多,周立岱,于常武
(辽宁工学院,辽宁锦州121001)
摘 要: 介绍了水体重金属污染现状和危害,主要对水体重金属污染的治理方法进行综述,包括重金属废水处理技术和水体修复技术,并指出生物修复技术具有良好的应用前景。关 键 词: 水体重金属污染;治理技术;生物修复
中图分类号: X52 文献标识码: A 文章编号: 10040935(2006)09053404
重金属污染是危害最大的水污染问题之一。重金属通过矿山开采、金属冶炼、金属加工及化工生产废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源,以及地质侵蚀、风化等天然源
形式进入水体[1],加之重金属具有毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物富集并有生物放大效应等特点[2],不但污染水环境,也严重威胁人类和水生生物的生存。目前,人们对水体重金属污染问题已有相对深入的研究,同时采取了多种方法对重金属废水和污染的水体进行处理和修复。本文主要对水体重金属污染现状及治理方法进行综述。
江、珠江、黄河等河流携带入海的重金属污染物总量约为3.4万t,对海洋水体的污染危害巨大。全国近岸海域海水采样品中铅的超标率达62.9%,最大值超一类海水标准49.0倍;铜的超标率为25.9%,汞和镉的含量也有超标现象[8]。大连湾60%测站沉积物的镉含量超标,锦州湾部分测站排污口邻近海域沉积物锌、镉、铅的含量超过第三类海洋沉积物质量标准[9]。国外同样存在水体重金属污染问题,如波兰由采矿和冶炼废物导致约50%的地表水达不到水质三级标准[10]。可见,水体重金属污染已成为全球性的环境污染问题。儿童和成人的身体健康乃至生命[13]。
如人体若摄取了过多的钼元素会导致痛风样综合症、关节痛及畸形、肾脏受损,并有生长发育迟缓、动脉硬化、结蒂组织变性等病症[14]。当前,儿童铅中毒、重金属致胎儿畸形、砷中毒等事件也屡有发生,使重金属污染成为关系到人类健康和生命的重大环境问题。
1 水体重金属污染现状
我国水体重金属污染问题十分突出,江河湖
[3]库底质的污染率高达80.1%。2003年黄河、淮
河、松花江、辽河等十大流域的流域片重金属超标断面的污染程度均为超Ⅴ类
[5]
[4]
。2004年太湖底
泥中总铜、总铅、总镉含量均处于轻度污染水平。黄浦江干流表层沉积物中Cd超背景值2倍、Pb超1倍、Hg含量明显增加;苏州河中Pb全部超标、Cd为75%超标、Hg为62.5%超标[6]。城市河流有35.11%的河段出现总汞超过地表水Ⅲ类水体标准,18.46%的河段面总镉超过Ⅲ类水体标准,25%的河段有总铅的超标样本出现[7]。作者正在研究的葫芦岛市乌金塘水库钼污,3 水体重金属污染的治理方法
水体重金属污染治理包括外源控制和内源控
制两方面。外源控制主要是对采矿、电镀、金属熔炼、化工生产等排放的含重金属的废水、废渣进行处理,并限制其排放量;内源控制则是对受到污染的水体进行修复。
收稿日期: 2006-04-11: 1981-),女,
第35卷第9期 孟 多,等:水体重金属污染现状及治理技术 535
3.1 重金属废水处理3.1.1 沉淀和絮凝
沉淀作用通过提高水体pH值使重金属以氢氧化物或碳酸盐的形式从水中分离出来,也有加入硫化物沉淀剂使重金属离子生成硫化物沉淀而被除去。絮凝作用也应用于常规的污水处理中,普遍采用铁盐和铝盐作絮凝剂,通过与具有净化功能的天然矿物联合,改性后可形成性能更优的絮凝材料。木质素磺酸盐也是一类性能优良的绿色絮凝剂,引入羧酸基、磺酸基等基团后,其絮凝沉降效果更佳3.1.2 吸附法
[11]
性的特色。离子交换纤维是一种新型纤维状吸附与分离材料,具有比表面积大、传质距离短、吸附和解吸速度快等优点[20]。采用引入了磺酸基基团的强酸性阳离子交换纤维吸附Cd、Pb,最
大吸附容量分别为206.6mg/L和105.5mg/L。
另外,用于重金属废水处理的方法还有电解法、反渗透法、膜分离法等,但上述方法都不同程度地存在着成本高、能耗大、操作困难、易产生二次污染等缺点。3.1.4 生物方法
生物方法是20世纪80年代随着生物技术的发展而产生的一种重金属废水处理技术。
(1)微生物
目前用于重金属离子吸附的微生物主要有细菌和真菌等,利用水体中的微生物或者向污染水体中补充经驯化的高效微生物,在优化的条件下经过生物还原反应将重金属离子还原或吸附成团沉淀。有研究表明,短杆菌株HZM-1对Zn的
最大吸附容量为0.64mmol/g(干细胞),大量被吸附的Zn2+能利用盐酸或EDTA处理解吸,解吸后的菌株用氢氧化钠溶液进行处理可恢复吸附能力。目前对微生物吸附重金属采用固定化工艺制备成生物吸附剂使其具有其它商用吸附剂的特性,同时克服了吸附重金属离子后的菌体与溶液分离成本高、效率低的缺陷。芽孢杆菌可被固定化制成无生命的颗粒状产品,用于废水中金属离子的回收。生物吸附技术在吸附性能、吸附效率、运行成本和对环境影响等方面都优于其它方法,且在理论上和技术上都有了一定的发展,已在水处理方面有一些工业应用。今后运用基因工程、细胞工程等先进的生物技术,生物吸附技术在处理水体重金属污染方面具有广阔的应用前景。
(2)植物
植物修复是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害,主要通过植物吸收、植物挥发、植物吸附和根际过滤等方式来积聚或清除水体中的重金属。植物修复技术自诞生以来,在全世界得到了迅速应用和发展。目前发现的重金属超积累植物有700多种,凤眼莲、水芹菜、香蒲、芦苇、香根草等都对重金属具有良好的吸收积累效应。利用水生植物净化重金属污水,目前应2+
[12]
2+
2+
。
吸附法是利用多孔性固态物质吸附水中污染物来处理废水的一种常用方法。
(1)活性炭吸附是一种较早地被应用于生产的净水技术。目前,颗粒活性炭、粉状活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、含碳的纳米材料等相继问世,着重研究活性炭表面改性技术和水处理设备的改进。
(2)矿物吸附剂表面研究已深入到分子水平,对具有一定吸附、过滤和离子交换功能的天然矿物进行合理改性是提高环境矿物材料性能的新途径[13]。研究表明膨润土的改性方法主要有两种[14]:一是活化法,二是添加无机或有机化合物改进剂改性。改性后得到的钙基膨润土对Cu
[15]
的吸附率提高到94%。通过铁氧化物改变石英砂的表面性质,所得到的吸附剂对Cu、Pb、Cd
[16]的去除率达99%;另发现精炼油页岩产生的
2+
固体副产品能够有效去除水溶液中的Pb、Cu和Zn2+等[17];目前,作为一种天然易得且高效廉价的吸附剂,矿物材料在环境治污领域的开发得到了很高的重视。
(3)壳聚糖、木质素等天然吸附剂也有广泛应用:利用悬浮交联和复合制备得到壳聚糖树脂吸附剂和壳聚糖活性炭复合吸附剂,对Pb2+的去除率可达90%以上;牛皮纸木质素对Cu
[19]
吸附率为27.1%。3.1.3 离子交换法
以泥炭、木质素、纤维素等为原材料制成各种离子交换树脂和螯合树脂可去除水体中的重金属离子,其中螯合树脂不仅保有一般离子交换树脂[18]
2+
2+2+
的
536辽 宁 化 工 2006年9月
锌矿用“宽叶香蒲人工湿地稳定塘”系统治理尾矿废水,铅、镉、铜的浓度都有显著下降,净化效果明显。
(3)动物
水体底栖动物中的贝类、甲壳类、环节动物等对重金属具有一定富集作用。如三角帆蚌、河蚌对重金属(Pb、Cu、Cr等)具有明显自然净化能力。但此法处理周期长,费用高,因此目前水生动物主要用作环境重金属污染的指示生物,用于污染治理的不多。3.2 水体治理技术3.2.1 底泥疏浚
底泥疏浚是一种能够有效降低重金属污染负荷的水污染治理方法,主要控制水体内源污染。国内外目前广泛应用的环保疏浚利用机械疏浚方法来清除江河湖库污染底泥,在挖泥、输送过程中和疏浚工程完成后对环境及周围水体的影响都较小。我国太湖五里湖区生态疏浚工程治理重金属污染效果良好,减少了底泥和水体中的重金属含量。环保疏浚技术是复杂的系统工程,对操作精度要求较高,目前环保疏浚业普遍致力于改造和设计环保疏浚设备,以提高疏浚工程的针对性和高效性。3.2.2 引水截污
减少进入水体的污染物总量是水体修复的前提条件,通过截流河道、截污管道等截污工程将污水引入污水处理厂进行处理,然后循环利用或排入水体,可以有效阻止重金属废水向水体排放。在截污的基础上,通过适当引水、补水缩短河流、湖泊等水体的换水周期,促进水体交换,加快重金属迁移速度,可降低水体中的重金属浓度。引水截污在我国有很多工程实例,水体修复效果良好。3.2.3 生态修复技术
水体生态修复技术利用参与生物修复过程的生物类群,包括微生物、植物、动物以及它们构成的生态系统对污染物进行转移、转化及降解作用,从而使水体得到净化的技术。具有处理效果好、耗能少、工程造价和运行成本低等优点,还可以与绿化环境及景观改善结合起来,实现生态修复的最大效益。
目前国际和国内应用的生态修复技术包括人、2+
2+
2+
理是将生态系统结构与功能应用于水体净化,充分利用自然净化与水生植物系统中各类水生生物间功能上相辅相成的协同作用来净化水质。如在水体中适当种植对重金属具有吸附作用的浮水植
物和挺水植物、投撒菌种和养殖水生动物,可达到既净化水质,又改善生态环境的目的。生物修复技术符合可持续发展原则,目前已成为全世界普遍关注的水环境修复技术,这种廉价实用的技术也很仕用于我国江河湖库大范围的污水治理。但生态修复技术也存在一些问题,如生长性强的水生植物易形成单优群落,被重金属饱和后的植物以及水生生物排泄物和尸体堆积形成的污泥等会产生负面环境效应等都有待研究解决。
4 结 语
重金属多为非降解型有毒物质,不具备自然净化能力,一旦进入环境就很难从环境中去除。目前重金属污染的治理方法以物理化学方法为主,生物修复技术作为一种更经济、更高效、更环保的治理技术也受到广泛关注。随着生物技术的发展,生物修复技术的可行性和有效性将逐渐加强,在治理和防治重金属污染方面将发挥更大作用,前景十分广阔。
参考文献
[1] K.ChandraSekha,N.S.Chary.Fractionationstudiesand
bioaccumulationofsediment-boundheavymetalsinKollerulakebyediblefish.EnvironmentalInternational.29(2003)1001-1008
[2] AleyaBegum,Md.NurulAmin.Selectedelementalcomposi-tonofthemuscletissueofthreespeciesoffish﹐Tilapianilti-ca﹐CirrhinamrigalaandClariusbatrachusfromthefreshwaterDhanmondiLakeinBangladesh.FoodChemistry.93(2005)439-443
[3] 周怀东,彭文启,等.水环境与水环境修复.—北京:化
学工业出版社,2005.3
[4] 胡必彬.我国十大流域片水污染现状及主要特征.重庆
环境科学.2003,25(6):15–17
[5] 顾征帆,吴蔚.太湖底泥中重金属污染现状调查与评
价.甘肃科技.2005,12
[6] 成新.太湖流域重金属污染亟待重视.水资源保护.
2002(4):39–41
[7] 赵璇,吴天宝,叶裕才.我国饮用水源的重金属污染及
治理技术深化问题.给水排水.1998,24(10):22–25
第
第35卷第9期 杨勤峰,等:国内钢结构纳米防火涂料的研究现状与展望 549
纳米防火涂料的应用前景将十分广阔。
参考文献
[1] BirringerR.et,al.PhysLett.1984,102A(8):365
[2] 武利民.关于纳米涂料的开发与产业化[J].新材料产
业,2002(2):60-61[3] 武利民.关于纳米涂料中存在的一些认识问题[J].中
国涂料,2001(5):14-15[4] 柯昌美,汪厚植.纳米复合涂料的制备[J].涂料工业,
2003,33
[5] 何郁文,卢建国.中国防火建材产品技术手册[M].成
都:四川科学技术出版社,1998[6] 刘国钦,邹敏,王军,等.纳米材料改性新型钢结构防
火涂料的研究.成都理工大学学报(自然科学版),
2003.8(4):30[7] 咸才军.快速发展的纳米复合功能涂料技术.新自动
化,2005.6:68
[8] 黄鹏波,杜仕国,闫军,等.纳米粉体在涂料中的应用
现状.塑料科技,NO.15(Sum163)October20[9] 童忠良.纳米复合耐高温防火涂料[J].电镀与涂饰,
2002,21(5):64[10] 水性无机纳米级树脂研制成功[J].化工科技市场,
2002,25(11):50[11] 王小丹,铁绍龙.纳米氧化锌的性能及其在涂料中的
应用.2005.3(3):24
[12] 孟霞,张旭东,田燕,等.纳米材料在涂料中的应用.
山东化工,2004.3:33
CurrentSituationandDevelopmentoftheSteel-structure's
Nano-Fire-ProofingCoatingsinChina
YANGQin-feng,GAOHong,ZHANGJing-yuan
(ShenyangUniversityofTechnology,CollegeofenvironmentandChemicalEngineer,Shenyang110168,China)
Abstract:Withthefastdevelopmentofthedomesticeconomyandtheitsadvantage,industryofsteel-structurehasdevelopedquickly
inChina.Thesteel-structure'sfire-proofingcoatingswhichisattachedtothesteel-structurealsodevelopquickly.thecurrentsitua-tionofthesteel-structure'snano-fire-proofingcoatingswasintroducedinthispaper.Andtheinterestingareasanddevelopmenttrendofthesteel-structure'snano-fire-proofingcoatingwasforecasted.Keywords:Nano-fire-proofingcoating;Steel-structure;Currentsituationandforecastsitsfuturedevelopment
(上接第536页)
[8] 中国近岸海域环境质量公报(2001年).国家环境保护
总局
[9] 2003年辽宁省海洋环境质量公报.辽宁省海洋与渔业
厅.2004.4
[10] 刁维萍,倪吾钟,倪天华,等.水环境重金属污染的现
状及其评价.广东微量元素科学.2004,11(3):1–5
[11] 刘佳佳,康勇.绿色试剂—天然高分子絮凝剂的研究
与利用进展.化学工业与工程.2005,22(6):476–481
[12] 李江,甄宝勤.吸附法处理重金属废水的研究进展.应
用化工.2005,34(10):591–594
[13] 鲁安怀.环境矿物材料在土壤、水体、大气污染治理中
利用.岩石矿物学杂志.1999,18(4):292–300
[14] 李梦耀,车红荣.膨润土的改性研究及在污水治理中
的应用.长安大学学报(建筑与环境科学版).2004,21(2):42–45
[15] 朱一民,王忠安,苏秀娟,等.钙基膨润土对水相中铜
离子的吸附.东北大学学报(自然科学版).2006,27(1):99–102
[16] 韩润平,宋建梅.活性氧化铁/石英砂吸附剂去除水体
中的重金属.江苏环境科学.2000,13(3):11–12[17] S.H.Gharaibeh,W.Y.Abu-El-Sha'r.Removalofse-lectedheavymetalsfromaqueoussolutionsusingasolidby-productfromtheJordenianoilshalerefining.Environmental
Geology39(2):113–116[18] 易琼,叶菊招.壳聚糖吸附剂的制备及其性能[J].离
子交换与吸附.1996,1(1):19–23[19] M.Sciban,M.Klasnja.Woodsawdustandwoodoriginate
materialsasadsorbentsforheavymetalions.HolzRohWerkst(2004)62:69-73[20] 郭嘉,陈延林,罗晔,等.新型离子交换纤维的应用研
究及展望.高科技纤维与应用.2005,30(6):35–38
HeavyMetalPollutionofWaterBodyandTreatment
MENGDuo,ZHOULi-dai,YUChang-wu
Abstract:Thepresentsituationandtheharmofwaterheavymetalpollutionwereintroducedinthispaper.Thetreatmentsoftheheavy
metalpollutionincludingheavymetalsewagetreatmentsandwaterbodyremediationtechnologywerechieflysummarized.ThenthatbioremediationwaspromisinginthepracticalfieldwaspointedoutKeywords:Heavymetalpollutionofwaterbody;Treatment;Bioremediation