（环境工程专业论文）茶树菇废菌体对水中crvi吸附的响应面优化及机理研究.pdf

1 i b i o s o r p t i o no fc r ( v i ) f r o ma q u e o u ss o l u t i o n sb yw a s t ea g r o c y b e a e g e r i t a ：o p t i m i z a t i o na n dm e c h a n i s m b y c h e ny i n g b - e ( j i a n g x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry a n gz h a o h u i n o v e m b e r ，2 0 1 0 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 礅f t l i ： 矽，年，2 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名：硫颖 i ! ti ! i ：矽i f 口年2 月口7 日 导师签名：1 搠缮日期： 2o o 年- 乙月7i ! t l 茶树菇废菌体对水中c 一) 吸附的响应面优化及机理研究 摘要 近年来，随着工农业经济的迅速发展，人口基数日益加大，产生的污水量不 断递增，水污染日益严重，使水资源受到严重威胁，甚至危害到人们的生命健康。 各种工业生产活动中产生的含重金属离子废水，就其处理难度和危害性而言，是 难生物降解的废水，且具有较大的毒性，个别还具有生物富集效应，最终通过生 物链可能造成人体中毒，危害到人体安全。在各种重金属污染事件中，c r ( v i ) 作 为污染因子已越来越多，严重影响了周围动植物及人类的健康，因此，对废水中 的c r ( v i ) 进行处理势在必行。目前用于去除废水中c r ( v i ) 的主要方法有：化学处理 法、物理处理法和生物处理法等，当前研究较多的是用生物吸附剂进行吸附，其 具有来源广、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，所以开发高效、价廉的 吸附剂一直是广大科研工作者追求的目标。 本实验用茶树菇废菌体作为吸附剂对溶液中c r ( v i ) 进行吸附，研究了该吸附 剂对c r ( v i ) 的吸附性能。用单因素静态实验对影响吸附的五个主要因素：p h 值、 c r ( v i ) 初始浓度、反应时间、搅拌速度和吸附剂用量进行了实验分析，采用 b b d ( b o x b e h n k e nd e s i g n ) 法对茶树菇废菌体吸附水中c r ( v i ) 的过程进行了优化， 设定5 个影响因子分别为p h 值、c r ( v i ) 初始浓度、反应时间、搅拌速度和吸附剂用 量，响应值为c r ( v i ) 的去除率，并对吸附过程的热力学特征、动力学特征及吸附 机理进行了初步探究。结果表明，各个因素对其影响效果不一，各自呈现不同规 律；影响废菌体吸附c r ( v i ) 的显著性因素是p h 值、c r ( v i ) 初始浓度和吸附剂用量， 相对来说p h 值的影响作用尤为明显；废菌体对c r ( v i ) 吸附的最佳条件为p h 值1 1 9 ， c r ( v i ) 初始浓度为1 4 8 5 8 m g l ，反应时间为8 9 0 2 r a i n ，搅拌速度为1 8 0 1 2 r m i n ，吸 附剂用量为1 0 9 0 9 l ，在此条件下，实澳u c r c w ) 的去除率达9 6 以上；用l a n g m u i r 、 f r e u n d l i c h 及d u b i n i n - r a d u s k e v i c h 吸附等温模型对吸附过程进行拟合发现： l a n g m u i r 吸附等温模型可以很好地反映茶树菇废菌体对c r ( v i ) 的吸附特性，在室 温下最大去除效率为4 6 9 5 r a g g ；对表观热力学参数a g 、a s 及a h 的计算表明，废 菌体对c r ( v i ) 吸附为吸热的自发过程，并且吸附过程增加了体系的混乱度；用准 一级动力学模型和准二级动力学模型对废菌体的吸附行为进行拟合发现，准二次 动力学模型能很好的描述茶树菇废茵体对c r ( v i ) 的吸附，拟合相关性系数为： j j c ? = o 9 7 2 ；最后结合f t i r 图，对吸附机理进行了探讨，发现茶树菇废菌体对水中 c r ( v i ) 的吸附以物理吸附为主，并伴有部分化学吸附，化学吸附起主要作用的基 团是羟基、羰基和芳香环等；研究表明，废菌体对c r ( v i ) 具有良好的吸附效果， 用以处理含铬废水，可达到以废治废的目的。 关键词：茶树菇废菌体；吸附；c r ( v i ) ；晌应面优化；热力学特征；吸附机理 l l 硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ea n dt h e g r o w t ho fp o p u l a t i o n ，t h ea m o u n to fs e w a g ew a t e ri n c r e a s e da n dc a u s es e r i o u sw a t e r p o l l u t i o n t h i si sas e v e r et h r e a tt ot h ew a t e rr e s o u r c e ，o re v e ne n d a n g e rt h el i f e a n d h e a l t ho fp u b l i c t h ew a s t e w a t e rc o n t a i n i n gh e a v ym e t a li o nd i s c h a r g e db yv a r i o u s i n d u s t r i a l a c t i v i t i e si sn o n b i o d e g r a d a b l ea n dh i g h l y t o x i c ，s o m eo ft h e s ec a nb e b i o l o g i c a l l ye n r i c h e da n dt h e nl e a dt oh e a l t hh a z a r dt h r o u g hb i o l o g i cc h a i n a m o n g t h ev a r i o u sh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni n c i d e n t s ，c r ( v i ) a c t sa sp o l l u t i o ns o u r c ei sm o r e a n dm o r ec o m m o n a n dt h i ss e r i o u s l yi n f l u e n c e st h ec i r c u m f e r e n t i a la n i m a la n dp l a n t s ， e v e nt h eh u m a nh e a l t h s oi ti si m p e r a t i v et od e a lw i t ht h ec r ( v i ) i nt h ew a s t e w a t e r f o rt h ep r e s e n t t e c h n i q u e si nt r e a t i n gs u c hw a s t e w a t e ri n c l u d ec h e m i c a lt r e a t m e n t ， p h y s i c a l t r e a t m e n ta n d b i o l o g i c a l t r e a t m e n t ，a n db e c a u s eo fi t so u t s t a n d i n g a d v a n t a g e s ：b r o a d s o u r c e ，e x c e l l e n ta b s o r b a b i l i t y ，e a s i l y r e u s eo fh e a v ym e t a l ， b i o s o r p t i o n i sw i d e l ys t u d i e d t h u s ，d i s c o v e ra n dd e v e l o pe 硒c i e n ta n dc h e a p b i o s o r b e n ti sa l w a y st h et a r g e to fs c i e n t i f i cw o r k e r s i nt h ep r e s e n tw o r k ，w a s t ea g r o c y b ea e g e r i t aw a sa p p l i e dt or e m o v ec r ( v i ) f r o m a q u e o u ss o l u t i o na n dt h ea d s o r p t i o np e r f o r m a n c ew a ss t u d i e d s i n g l e - f a c t o rt e s tw a s a p p l i e dt os t u d yt h ef i v em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r ：p h ，i n i t i a lc r ( v i ) c o n c e n t r a t i o n ， c o n t a c tt i m e ，s p e e do fs t i ra n da d s o r b e n td o s a g e a n dt h e nt h eb o x b e h n k e nd e s i g n m e t h o d o l o g y ，i n c l u d i n gf i v ef a c t o r s ：p h ，i n i t i a lc r ( v i ) c o n c e n t r a t i o n ，c o n t a c tt i m e ， s p e e d o fs t i ra n da d s o r b e n td o s a g e ，w a se m p l o y e dt os t u d yt h er e m o v a lo f c h r o m i u m ( ) f r o ma q u e o u ss o l u t i o nb yw a s t ea g r o c y b ea e g e r i t a ，w i t ht h er e m o v a l o fc r ( v i ) a st h et a r g e tr e s p o n s e t h et h e r m o d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s ，s o r p t i o nk i n e t i c s a n dm e c h a n i s mo ft h ea d s o r p t i o np r o c e s sw e r ea l s ob e e nd i s c u s s e d i tr e s u l ti n d i c a t e d t h a t t h ei m p a c to fe a c hf a c t o ri sd i f f e r e n t ，a n dp r e s e n tr e s p e c t i v er e g u l a r i t y ；p h ， i n i t i a l c r ( v i ) c o n c e n t r a t i o na n d a d s o r b e n td o s a g ew e r et h et h r e e k e yf a c t o r s i n f l u e n c i n gt h eu p t a k eo fc r ( v i ) ，a m o n gt h e s ef a c t o r s ，t h e i n f l u e n c eo fp hi s e s p e c i a l l ye v i d e n t ；t h eo p t i m a la d s o r p t i o nc o n d i t i o n sw e r ep h1 19 ，i n i t i a lc r ( v i ) c o n c e n t r a t i o n1 4 8 5 8 m g l ，c o n t a c tt i m e8 9 0 2r a i n ，s p e e do fs t i r1 8 0 1 2 r m i na n d a d s o r b e n td o s a g e10 9 0 9 l ，a n du n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h er e m o r a lo fc r ( v i ) w a s a b o v e9 6 l a n g m u i r , f r e u n d l i c ha n dd u b i n i n r a d u s h k e v i c ki s e t h e r m sw e r ea p p l i e d t of i tt h ea d s o r p t i o ne q u i l i b r i u md a t aa n dt h ea d s o r p t i o np r o c e s s ，a n df o u n dt h a t l a n g m u i ri s o t h e r ma d s o r p t i o n m o d e lw a st h eb e s tr e f l e c t i n gt h ea d s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c s t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h eb i o s o r b e n tw a s4 6 9 5 m g g a p p a r e n t t h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r s ，s u c ha sa ga sa n da hw e r ec a l c u l a t e da n dt h eo u t c o m e s h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o np r o c e s sw a se n d o t h e r m i ca n ds p o n t a n a n e o u s ，w h i l et h e p e r p l e x i t yo ft h es y s t e mi n c r e a s e da tt h es a m et i m e t h ep s e u d o f i r s t o r d e ra n d p s e u d o s e c o n d ，o r d e rm o d e lw e r ea p p l i e dt ot h ed a t e ，a n df o u n dt h a tt h ec o r r e l a t i o n i i i c o e m c i e n to fp s e u d o s e c o n d o r d e rm o d e li s0 9 7 2 ，t h u si tw a sd e t e r m i n e d a sa p a t h w a yt or e a c ht h ee q u i l i b r i u m f i n a l l y ，t h er e m o v a lm e c h a n i s mw a sd i s c u s s e db y d e d u c t i o nf r o mf t i ri m a g e sr e s u l t ，a n df o u n dt h a tt h ep h y s i s o r p t i o np l a y sal e a d i n g r o l ei na d s o r b i n gc r ( ) a l o n gw i t hc h e m i s o r p t i o n ，h y d r o x y l ，c a r b o x y la n da r o m a t i c n u c l e u sa r et h em a i nf u n c t i o n a lg r o u p s i nt h i ss t u d y , t h er e s u l t ss h o wt h a tw a s t e a g r o c y b ea e g e r i t ai sag o o da b s o r b e n tf o rr e m o v i n gc h r o m i u m ( ) f r o m w a s t e w a t e r ， w h i c hi sas t r a t e g yo fc o n t r o l l i n gw a s t eb yw a s t e k e y w o r d s ：w a s t e a g r o c y b e o p t i m i z a t i o n ； m e c h a n i s m a e g e r i t a ；a d s o r p t i o n ；c r ( v i ) ；r e s p o n s e s u r f a c e t h e r m o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s ；a d s o r p t i o n i v 摘要i l a b s t r a c t i i i 插图索引v i i i 附表索引i x 第l 章引言l 1 1 问题的提出l 1 2 重金属废水的来源及危害2 1 2 1 汞2 1 2 2 镉3 1 2 3 铅3 1 2 4 砷4 1 2 5其他重金属4 1 3 含铬废水的性质5 1 3 1 含铬废水的来源5 1 3 2 含铬废水的特点一6 1 3 3 含铬废水的危害8 1 4 现行含铬废水的处理方法9 1 4 1 化学处理法9 1 4 2 物理处理法1 1 1 4 3 生物吸附法1 4 1 5 含铬废水处理的发展方向1 9 1 6 本课题研究的意义及内容2 0 第2 章 废菌体对c r ( v 1 ) 的吸附特性影响研究2 2 2 1 静态单因素实验概述2 2 2 2 实验材料2 3 2 2 1 吸附剂制备2 3 2 2 2 实验用试剂2 4 2 2 3 实验溶液制各2 4 2 3 实验仪器设备2 4 2 。4 实验分析方法2 4 2 4 1 c r ( v i ) 浓度的测定2 4 2 4 2 。标准曲线的测定2 5 v 茶树菇废菌体对水中c r ( v 1 ) 吸附的响应面优化及机理研究 2 4 3 c r ( v i ) 的吸附率计算2 6 2 5 实验设计方法2 7 2 6 吸附p h 值试验2 7 2 7 吸附c r ( ) 初始浓度试验2 8 2 8 吸附时间试验2 9 2 9 吸附搅拌速度试验3 0 2 1 0 吸附剂用量试验3 1 2 1 l 本章小结3 2 第3 章废菌体对c r ( v i ) 吸附的响应面优化3 3 3 1 响应面法概述3 3 3 2 b b d 实验设计3 3 3 3b b d 实验优化结果3 4 3 4 响应面分析3 7 3 5 验证实验一4 1 3 6 讨论4 l 3 7 本章小结4 3 第4 章废菌体对c r ( v i ) 吸附的动力学及红外光谱分析4 4 4 1 吸附平衡研究4 4 4 1 1吸附平衡理论4 4 4 1 2吸附平衡实验4 6 4 1 3 吸附热力学4 8 4 2 吸附动力学4 9 4 2 1 吸附动力学理论4 9 4 2 2 吸附动力学实验5 0 4 3 电镜扫描分析5 l 4 3 1 电镜扫描理论5 l 4 3 2 电镜扫描实验5 2 4 4 红外光谱分析5 3 5 4 5 4 ! ；6 ! ；7 5 7 ! ； ； ! ；9 硕士学位论文 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录6 7 附录b 攻读学位期间专利申请目录6 8 致 谢6 9 v i i 茶树菇废菌体对水中c “) 吸附的响应面优化及机理研究 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 插图索引 过筛后茶树菇废菌体 铬标准曲线 p h 值对废菌体吸附c r ( v i ) 的影响 c r ( v i ) 初始浓度对废菌体吸附c r ( v 1 ) 的影响2 8 反应时间对废菌体吸附c r ( v i ) 的影响2 9 搅拌速度对废菌体吸附c r ( v i ) 的影响3 0 吸附剂用量对废菌体吸附c r ( v i ) 的影响3 1 p h 值和吸附剂用量对c r ( v i ) 吸附率影响的三维曲面图3 7 p h 值和吸附剂用量对c r ( v i ) 吸附率影响的等高线图3 8 p h 值和c r ( v i ) 初始浓度和对c r ( v i ) 吸附率影响的三维曲面图3 8 p h 值和c r ( v i ) 初始浓度和对c r ( v 1 ) 吸附率影响的等高线图3 9 吸附剂用量和c r ( v i ) 初始浓度对c r ( v i ) 吸附率影响的三维曲面图。3 9 吸附剂用量和c r ( v i ) 初始浓度对c r ( v d 吸附率影响的等高线图4 0 吸附等温线类型4 5 l a n g m u i r 吸附等温线4 7 f r e u n d l i c h 吸附等温线4 7 d u b i n i n r a d u s k c v i c h 吸附等温线4 8 准一级动力学方程模拟5 0 准二级动力学方程模拟5 l 吸附前的茶树菇废菌体电镜扫描( 左：x 5 0 0 ：右：2 0 0 0 ) 5 3 吸附后的茶树菇废菌体电镜扫描( 左：x s 0 0 ；右：x 2 0 0 0 ) 5 3 茶树菇废菌体吸附c r ( v i ) 前红外光谱图5 5 茶树菇废菌体吸附c r ( v i ) 后红外光谱图5 5 v l 硕士学位论文 附表索引 表1 1生物吸附技术与其他技术用于重金属废水净化的特征比较1 9 表2 1 实验所需主要仪器设备一览表2 4 表3 1b b d 实验设计因素水平及编码3 4 表3 2b b d 设计及实验结果3 5 表4 1 l a n g m u i r 、f r e u n d l i c h 和d u b i n i n r a d u s k e v i c h 模型吸附等温常数4 8 表4 2 热力学参数4 9 表4 3吸附动力学模型拟合常数和相关系数表5 l i x 硕士学位论文 1 1问题的提出 第1 章引言 地球上的水资源，广义上指的是自然界中以任何形式存在的水，包括气态、 液态和固态水的全部量；从用途上看包括有人类用于农田灌溉、发电、生活生产 给水、航运、工农业养殖等的地表水和地下水，及湖泊、河流、泉眼、港湾和其 他水域等。狭义上的水资源指的是在一定经济技术条件下，可供人类直接利用、 并可以逐年恢复的淡水的总称，即与人类生产生活及社会经济活动息息相关的淡 水资源。陆地上的淡水资源大约占地球上水体总量的2 5 3 ，在淡水资源中，深 层地下水、两极地区及高山冰川、永久积雪和永冻层占淡水总量的9 7 0 1 ，而能 够较易被人类开发利用的与人类生活生产密切的湖泊、河流和浅层地下水等淡水 的储量仅为1 0 4 6 万亿立方米，分别占地球总水储量和淡水总储量的0 0 0 7 6 和 2 9 9 ；据资料报道，全世界共有国际性的河流和湖泊2 1 4 条( 个) ，它们的流域面 积占全球陆地总面积的4 7 左右，储水量约占世界淡水资源的二分之一；再加上 水资源在时空分布上也呈现出很强的不均匀性，因此，淡水资源实际上也是一种 非常有限的国际性自然资源【1 1 。 中国水资源总储量约为2 8 l 万亿立方米，占世界总储量的2 6 9 ，居世界第六 位，但是人均占有量仅为2 3 0 0 m 3 ，为世界人均占有量的四分之一，是世界贫水国 家( 共1 3 个) 之一。中国的水资源大体呈现南多北少的特点，长江流域及以南地区 水资源占全国储量的8 2 以上，而西北地区只占总量的1 8 。在水资源较为丰富 的南方雨季易发生洪涝灾害，而在水资源较为贫乏的西北方，则常出现干旱，尤 其是近年来由于环境遭到严重破坏，洪涝和干旱等各种地质灾害时有发生，造成 严重的经济损失。 近年来，随着工农业经济的迅速发展，人口基数日益加大，产生的污水量也 不断递增，水污染日益严重，使水资源受到严重威胁，甚至危害到人们的生命健 康。在各种工业生产活动中产生的含重金属离子废水，就其处理难度和危害性而 言，是难生物降解的废水，且具有较大的毒性，个别还具有生物富集效应，最终 通过生物链可能造成人体中毒，危害到人体安全。在各种重金属污染事件中，铬 作为污染因子已越来越多。在上个世纪7 0 年代，美国和日本都曾经发生过严重的 铬污染事件，继上次匈牙利毒废水泄露事件之后，我国部分地区也陆续有废弃的 铬渣场被发现，这些封存多年的铬渣大多没有采取防雨和防渗措施，由于雨水冲 淋和渗透作用，已经成为一个持久性危害地下水和农田的污染源。若对这些污染 源不采取措施，污染后果将不堪设想，因此，对铬污染治理的研究也已变得刻不 容缓。 茶树菇废菌体对水中c r t v i ) 吸附的响应面优化及机理研究 1 2 重金属废水的来源及危害 重金属是指原子序数为2 1 8 3 之间的金属元素或相对密度大于4 9 c m j 的金 属。重金属废水是指富含重金属离子及其化合物的一类废水的总称，工业废水是 造成环境污染的重要污染源，而其中的含重金属废水污染极为严重，在某些区域 已经危及到人类的健康和安全。含重金属废水主要来源于机械加工、采矿、冶炼、 化工、电镀、制革等行业。这些重金属离子在进入环境后不能为生物所降解，而 会通过生物富集作用影响生物体的正常代谢活动，导致各类疾病和机能的紊乱。 且大部分重金属都具有致癌致畸和致突变的作用，严重危害到人体的健康。2 0 0 8 年，贵州的独山县、广西的河池、湖南辰溪县、云南阳宗海等地相继发生砷污染 事件；2 0 0 9 年，陕西的凤翔、湖南武冈等地均有出现儿童血铅超标的事件，湖南 浏阳镉污染事件及山东临沂砷污染事件【2 】。可见对重金属废水的治理已经刻不容 缓，特别是汞、镉、铅、铬、砷以及它们的化合物，称为“五毒”1 3 j 。 1 2 1 汞 含汞废水主要来源于氯碱工业、电灯泡和电池制造业、仪器仪表等行业。汞 是人体非必需的一种有毒重金属元素，具有持久性、易迁移性和高度生物富集性 及高毒性。在环境中，以任何一种形式存在的汞均可以在一定的条件下转化为具 有剧毒甲基汞。 目前，在全球皆存在汞污染现象【4 5 】，美洲：上个世纪7 0 年代左右，美国密 执安州首次出现汞污染，数吨汞直接排入水体，使得水中鱼的甲基汞浓度大增； 9 0 年代中期，同样在美国的北卡罗来纳州附近的老金矿区发现了汞污染问题，虽 然该地区已停止排汞几十年，但生长于该地区的苔藓中汞含量仍然高达 4 9 m g k g ；在弗罗里达湿地生长的美洲鳄，由于湿地中汞的累积，使得鳄体内组 织器官的汞含量高于正常水平，幼年和成年鳄体内的汞浓度都很高，其肾脏和肝 脏的含汞量比正常值高7 0 ：生活在北美东北部的1 7 8 中鸟全都受到了汞污染； 欧洲：受氯碱工业排汞的影响，欧洲很多国家都出现了汞污染问题，阿尔巴尼亚 的v l o r a 海湾北部的一家氯碱企业将其汞污染废水直接排入海水中，导致附近海 水底质中总平均浓度为o 3 1 4 m g k g ，比其他地方高出3 0 ，该厂区方圆约5 0 0 0 0 平方米的地域都受到汞污染，污染深度达地下1 0 1 5 m ；亚洲：日本九州的水俣 湾爆发了震惊世界的水俣病，是因为当地的一个乙醛生产厂用了含汞催化剂，废 水中排放了大量含无机汞盐和甲基汞，甲基汞即是水俣病的病源；非洲：加纳西 南部和中部有五个金矿开采区都受到了严重的汞污染，河流中总汞浓度范围为 3 5 7 2 n g l 。近年来，由于汞的高度迁移性，北极也出现了汞污染。在国内，汞污 染较为严重的有贵州省、吉林省、辽宁省和湖北省等。 汞对环境和生物都会造成严重的危害【6 1 ：一方面，高浓度的汞可引起植物发 2 硕士学位论文 芽率的降低、光合作用减弱、生物生长受到抑制、生物体质变差甚至出现中毒死 亡，同时对人体的免疫力、生殖系统和神经系统都会造成伤害，严重者也将导致 死亡；另一方面，由于汞的流动性、挥发性和高生物富集性，使得汞在各环境中 发生稀释扩散、迁移转化和富集，对环境生态和人体健康造成潜在的危害。 1 2 2 镉 镉是一种可以在人体和环境中长期蓄积的有毒物质，表现出对动植物都有较 大的毒害作用。目前，我国的镉污染形势较为严峻，调查表明，在广东的珠三角 城郊农业土壤中镉含量超标率达5 6 ，广州市郊区的镉超标率高达8 2 ，超标率 为所有重金属之首。对广州郊区的老污灌区监测发现，其土壤中的镉含量平均高 达6 6 8 m g k g 7 1 。 镉对植物的影响与镉向植物体内转移和镉存在形式、含量及物种有关。受镉 毒害的植物不能够正常生长，且生物量呈现下降趋势。镉对人类危害的特点是低 剂量、长时期和慢性中毒【8 】，表现为人体的靶器官特异性损害、人群疾病死亡等 非特异性改变，对动物的骨头、呼吸系统、心血管系统、肾等都有损害，并且具 有致癌性；镉对微生物危害可引起微生物种群的显著变化，其对微生物的影响可 概括为：引起微生物种类的减少；影响其他元素如碳、氮、磷、硫等矿化过程中 的生物活性；影响微生物群落和抗金属性。 1 2 3 铅 铅及其化合物都是不可降解的环境污染物，对机体的损害表现为多系统性和 多器官性 9 j ，包括对免疫系统、骨髓造血系统、消化系统、神经系统和其他系统 的毒害作用。基于对中枢神经系统的毒害，铅对儿童的智力健康发育存在严重的 危害。铅对环境的污染特征主要表现为以下几个方面：第一，水中的微量铅即可 对人体生物产生毒害作用，一般铅产生毒性的浓度范围是0 0 1 o 1 m g l 之间，远 低于一般重金属产生毒性的浓度范围( 1 1 0 m g l ) ；第二，铅可在生物体内逐级 放大，在较高级的生物体内可产生成千上万倍的富集；第三，铅的毒性与其存在 状态有关，如可溶性的硝酸铅和醋酸铅溶于水，容易被生物体吸收，铅的氧化物 和铅白等在酸液中可溶解，成粉状，毒性大，部分有机铅的毒性远大于无机铅化 合物。 铅中毒可直接损害生物的甲状腺功能，使甲状腺摄取和血浆蛋白结合碘的能 力下降，降低下垂体激素的分泌和肾上腺皮质的机能，降低性功能和损伤生殖细 胞。中毒症状主要表现为末梢神经炎、贫血、运动和感觉异常、头晕疲乏、头痛、 食欲不振、失眠、便秘、腹痛等。小孩中毒则出现发育迟缓、行走不便、智力低 下，还伴有多动、注意力不集中和听觉障碍等现象。这主要是因为铅进入人体之 后会通过血液侵入大脑组织，使营养物质和供氧不足，造成大脑组织受损所致， 了 噶 _ i 州。 量。 之 气 茶树菇废菌体对水中c r ( v 1 ) 吸附的响应面优化及机理研究 严重的可能造成终身残废。另外，铅还可通过母体胎盘侵入胎儿脑组织，直接危 害后代。 1 2 4 砷 在人类活动过程中，砷和砷的化合物逸散到环境中，对周围的水体、大气和 农作物等造成污染。1 9 7 9 年，国际癌症研究中心确认无机砷是人类皮肤及肺的致 癌物，砷在对人体健康造成损害的同时，也给国民经济带来了很大的损失i l 川；砷 的氧化物及盐类可通过消化道、皮肤和呼吸道进入生物体，其致死量为 1 0 0 3 0 0 m g ，当人体摄入1 0 5 0 m g 时即可表现出中毒现象，敏感者只需几毫克即 会出现中毒，2 0 m g 就可致死。 砷对人体健康的影响主要表现在8 个方面：对皮肤的影响t 砷对皮肤的损害 主要是长时间的砷暴露所致，变现为色素沉淀、细胞癌变和角化过度，无机砷可 抑制人体皮肤成纤维细胞间缝隙连接通讯，使表皮细胞增殖活跃，并可导致基因 突变；对消化系统的影响：砷暴露可导致肝脏的抗氧化系统发生病变，其不仅可 造成膜脂质的过氧化损伤，也可使细胞蛋白质降解；对泌尿系统的影响：进入人 体的砷主要是通过尿液排出，因而不可避免对肾脏产生影响，并可导致其形态和 功能异常，急性砷中毒可出现溶血，红细胞碎片堵塞肾小管，导致肾衰竭、肾小 管和砷间质充血、水肿，长期的砷接触可造成明显的肾脏病变，如炎性细胞渗入、 间质肾炎、肾小球肿胀、小管细胞空泡变性和小管萎缩等；对免疫功能的影响： 砷可破坏免疫器官的正常结构，影响集团免疫器官的正常发育，从而抑制免疫功 能；对神经系统的影响：砷可通过影响中枢神经系统神经递质的浓度而使神经系 统受到损害，产生对神经的毒害作用；对心血管系统的影响：砷可通过循环系统 分布到全身各个组织、器官，可造成心电图异常和局部微循环障碍等；对呼吸系 统的影响：呼吸道是砷进入人体的主要途径之一，长期的砷暴露可直接导致肺癌 的发生，并对肺间质损害显著；对子代的影响：由于男女在砷代谢方面的差异， 导致妇女更易受到砷的危害，特别是砷对母体及胚胎均可能产生毒害作用，影响 到子代的健康，导致先天畸形，严重的时候可直接导致流产或死产。 1 2 5 其他重金属 其他重金属如铜、锌、钼、镍、锰、钛、铬、钻等对环境生物都有不同程度 的危害。铜对人体造血和细胞生长及人体的某些酶活动和内分泌腺功能有影响， 过量的摄入铜会对消化系统造成刺激，引起呕吐和腹痛，长期过量摄取则会促使 肝硬化。锌过量会破坏肠胃功能，还可导致贫血，使人体的抗癌能力下降，并可 刺激肿瘤的生长。人体中锌与铜的比值过大，会使机体内胆固醇代谢紊乱，产生 高胆固醇血症，相继引起高血压、冠心病等。镍过量摄取初期会发生头晕头痛等 症状，并有时伴有呕吐现象，长期摄取过量则会引发高烧和呼吸困难，严重的导 4 硕士学位论文 致中枢神经障碍。其他如钼、锰、钛、铬、钴等重金属的过量摄取都会对机体造 成不同程度的影响。 1 3 含铬废水的性质 1 3 1 含铬废水的来源 从1 8 世纪末发现金属铬元素后，铬及其化合物在人们日常工业生产中就得 到了广泛的应用，主要包括有冶金工业、金属加工业、电镀行业、制革