（环境工程专业论文）重金属耐受菌的分离及吸附铅的研究.pdf

原创性声明 肿i iijii l l l l lijijiri l l l l r li illjj y 19 14 010 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：荭整盔 日期：兰竺! ! 年上月日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位 论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用 复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。 作者签名：蒸撬鍪导师签日期：之盟年月鱼日 中南大学硕士学位论文摘要 摘要 工业生产快速发展导致大量重金属进入环境，造成了严重污染。重金 属污染传统的物理化学处理法投资大，运行费用高，易造成二次污染，生 物处理法因其高效、低能、环境友好成为当前处理重金属污染的热点。 从湖南某厂重金属废渣堆场污染土壤中利用划线分离法纯化出3 株 对c ，、p b 2 + 、m n 2 + 、c d 2 + 、z n 2 + 、c u 2 + 、n i 2 + 、c 0 2 + 、a ，、h 9 2 + 多种重 金属具有高耐受性的细菌。根据传统的细菌生理生化特性测试以及现代分 子生物学方法一1 6 sr d n a 的测序及比对发现：其中，一株细菌属于 p a n n o n i b a c t e r p h r a g m i t e t u s ，命名为p a n n o n i b a c t e r p h r a g m i t e t u st 1 ，菌落 形态呈圆形，边缘整齐，表面干燥，粘稠，中间隆起，乳白色，无扩散； 一株细菌属于肠杆菌( e n t e r o b a c t e rs p ) ，命名为e n t e r o b a c t e rs p t 2 ，菌 落形态呈圆形，边缘整齐，表面湿润，粘稠，土黄色，无扩散；另外一株 细菌属于微杆菌( m i c r o b a c t e r i u ms p ) ，命名为m i c r o b a c t e r i u ms p t 3 ，菌 落形态呈圆形，边缘整齐，表面光滑湿润，粘稠，鲜黄色，无扩散。 t 1 、t 2 和t 3 对p b 2 + 和m n 2 + 的重金属最低抑菌分别达到2 0 0 0m g l 和1 5 0 0m g l 。以t 1 为例观察其在1 2m i c 重金属平板上的菌落形态， 发现在含p b 2 + 、c r 6 + 、m n 2 + 的平板上发生明显形态和颜色的改变，其他平 板上菌落大小和颜色略有改变。 将三株细菌制成的非活性生物吸附剂对p b 2 + 均具有良好的吸附性能。 各吸附影响因素实验结果表明：调控细菌的代谢活性和培养时间会影响吸 附剂的吸附性能；溶液p h 值升高p b 2 + 的吸附量和去除率增加；增大生物 吸附剂用量会提高p b 2 + 的去除率，减小单位吸附量；升高温度p b 2 + 吸附量 和去除率都先升高后下降；升高p b 2 + 离子浓度去除率降低，平衡吸附量增 大；适当提高转速吸附量增加，超过一定限值吸附量下降；通过研究生物 中南大学硕士学位论文摘要 吸附剂与p b 2 + 的作用时间发现，吸附过程分为快速吸附、缓慢吸附和平 衡吸附三个部分，第一个过程可完成9 0 的吸附量。 通过吸附平衡计算，t 1 、t 2 和t 3 菌体吸附剂吸附符合p s e u d o s e c o n d o r d e r 模型，相关系数均为o 9 9 以上，l a n g m u i r 相对能够更好的描述t 1 菌体吸附过程，t 2 菌体生物吸附剂的吸附过程与l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 吸附等温方程的相关系数都达到了o 9 9 以上，t 3 菌体生物吸附剂的吸附 过程与f r e u n d l i c h 吸附等温方程的相关系数更高。 扫描电镜( s e m ) 、能谱( e d x ) 和红外光谱图( f t i r ) 均表明菌体 吸附剂有效地吸附了溶液中的p b 2 + ，红外图谱中羟基和胺基的混合吸收 峰、羧基、磷酸基团特征吸收峰都发生移动，说明这些基团都参与了吸附 p b 2 + 的反应，化学处理吸附官能团后的菌体对p b 2 + 的吸附量均有不同程度 的减少，说明这三种官能团在吸附金属离子的过程中都起作用。 解吸和化学改性研究结果表明，e d t a 对三种生物吸附剂的解吸效果 最好，n a o h 处理后的菌体对p b 2 + 的吸附能力大大提高。 关键词：重金属；铅；生物吸附；p a n n o n i b a c t e rp h r a g m i t e t u s ， e n t e r o b a c t e rs p ，m i c r o b a c t e r i u ms p 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f i n d u s t r i e s ，al a r g en u m b e ro fh e a v ym e t a l s w e r e d i s c h a r g e di n t o t h ee n v i r o n m e n t ，w h i c hc a u s e ds e r i o u s p o l l u t i o n t r a d i t i o n a lt r e a t m e n tm e t h o d ss u f f e rf r o mh i 曲i n v e s t m e n t ，o p e r a t i n gc o s t s a n d s e c o n d a r yp o l l u t i o n b e c a u s e o f h i g he f f i c i e n c y , l o we n e r g y , e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y , b i o l o g i c a lt r e a t m e n to fh e a v ym e t a lp o l l u t i o nh a s b e e nf o c u s e do n t h r e es t r a i n sr e s i s t e dt oh i g hc o n c e n t r a t i o no fc r 6 + ，p b 2 + ，m n 2 + ，c d 2 + ， z n 2 + ，c u 2 + ，n i 2 + ，c 0 2 + ，a g + ，h 9 2 + w e r ei s o l a t e df r o mh e a v ym e t a l c o n t a m i n a t e ds o i li na f a c t o r y i nh u n a np r o v i n c e ，c h i n a t r a d i t i o n a l b i o c h e m i c a lc h a r a s t e r i s t i c sa n dm o d e mm o l e c u l a rb i o l o g i c a lm e t h o d s 16 s r d n as e q u e n c i n gs h o w e dt h a to n es t r a i nw a si ng e n e so fp a n n o n i b a c t e r p h r a g m i t e t u s ，n a m e dp a n n o n i b a c t e rp h r a g m i t e t u st1 c o l o n i a lm o r p h o l o g y w a sr o u n d ，n e a te d g e ，d r ya n dt h i c ks u r f a c e ，i n t e r m e d i a t eu p l i r ，m i l k yw h i t e ， n o n p r o l i f e r a t i o n t h es e c o n ds t r a i nw a si ng e n e so fe n t e r o b a c t e rs p ，n a m e d e n t e r o b a c t e rs p t 2 c o l o n i a lm o r p h o l o g yw a sr o u n d ，n e a te d g e ，m o i s ta n d t h i c ks u r f a c e ，k h a k i c o l o r e d ，n o n p r o l i f e r a t i o n a n dt h et h i r ds t r a i nw a si n g e n e s o fm i c r o b a c t e r i u m s p ，n a m e d m i c r o b a c t e r i u m s p t 3 c o l o n i a l m o r p h o l o g yw a sr o u n d ，n e a te d g e ，s m o o t h ，t h i c ka n dm o i s ts u r f a c e ，b r i g h t y e l l o w , n o n - p r o l i f e r a t i o n t h et o l e r a n tc o n c e n t r a t i o no fp b 2 + a n dm n 2 + w a s2 0 0 0m g l 1a n d15 0 0 m gl 一，r e s p e c t i v e l y t a k i n gt h ec o n o l i a lm o r p h o l o g yo ft 1i nm e d i u mw i t h h a l ft h em i co fh e a v ym e t a l sa sa ne x a m p l e ，t h es h a p ea n dc o l o rc h a n g e d o b v i o u s l yi np b 2 + ，c r a n dm n 2 + c o n t a i n i n gm e d i u mb u ts l i g h ti no t h e r s t h en o n - l i v i n gt 1 ，t 2a n dt 3u s e da sb i o a b s o r b e n tp o s s e s s e dg o o d a b s o r b a b i l i t yf o rp b 计a d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo ft h eb i o a b s o r b e n tw a s a f f e c t e db yt h er e g u l a t i o no fm e t a b o l i ca c t i v i t ya n di n c u b a t i o nt i m eo fb a c t e r i a p r o m o t i n gt h es o l u t i o np h v a l u ei n c r e a s e dt h ea b s o r b a n c ea n dr e m o v a lr a t eo f p b 什a d d i n g t h e d o s a g ee n h a n c e dt h er e m o v a lr a t e b u tr e d u c e dt h e a b s o r b a n t e t h ea b s o r b a n c ea n dr e m o v a lr a t ew e r ei n c r e a s e di n i t i a l l y , a n d 中南大学硕士学位论文 t h e nd r o p p e dw i t ht h ei n c r e a s eo f t e m p e r a t u r e w h e na d d i n gt h ec o n c e n t r a t i o n t h ea b s o r b a n c ew a si n c r e a s e db u tr e m o v a lr a t e d e c r e a s e d a p p r o p r i a t e l y e n h a n c i n gt h er o t a t i o n a ls p e e di n c r e a s e dt h ea b s o r b a n c eb u te x c e e d i n go v e ra l i m i td e c r e a s e dt h ea b s o r b a n c e t h ea d s o r p t i o np r o c e s sc o u l db ed i v i d e di n t o t h r e es t e p s ：f a s ta d s o r p t i o n ，s l o wa d s o r p t i o n ，e q u i l i b r i u ma d s o r p t i o n ；a n d9 0 o fa b s o r b a n c ec o u l db ea c c o m p l i s h e di nt h ef a s ta d s o r p t i o ns t a g e t h ea d s o r p t i o np r o c e s so ft 1 ，t 2a n dt 3w a ss t u d i e db yk i n e t i ca n d i s o t h e r m i ti sf o u n dt h a tp s e u d o s e c o n do r d e re q u a t i o n ，w i t hm o r et h a n0 9 9 o ft h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n c y , d i p i c t e dt h es o r p t i o n p r o c e s so ft h et h r e e a b s o r b e n t sv e r yw e l l l a n g m u i rm o d e ld e s c r i b e dt h ea d s o r p t i o no ft1p e f e c t l y , t h ec o r r e l a t i o nc o e 伍c i e n to fl a n g m u i ra n df r e u n d l i c hi s o t h e r me q u a t i o n s h a v er e a c h e d0 9 9o ft 2 ，f r e u n d l i c hm o d e lc o u l db e a e rs i m u l a t et h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sb e t t e ro ft 3 r e s u l t so fs e m ，e d xa n df t i rs h o w e dt h a tp b 2 + i o nw a sa d s o r b e d e f f e c t i v e l yb yt h eb i o a b s o r b e n t a c c o r d i n gt ot h ef t i r ，t h ea d s o r p t i o no fo h - ， n h - ，o = c - o a n d p 0 4 w a ss h i r e da f t e ra b s o r b i n gp b 2 + ，w h i c hi l l u s t r a t e d t h a tt h e s ef u n c t i o n a l g r o u p sp a r t i c i p a t e d i n t ot h e a d s o r p t i o n a f t e rt h e c h e m i c a lt r e a t m e n to ff u n c t i o n a lg r o u p so fb a c t e r i a ，t h ea d s o r p t i o no fp b 2 + w a sr e d u c e di nd i f f e r e n td e g r e e s ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h et h r e ef u n c t i o n a l g r o u p sp l a y e dar o l ei nt h ea d s o r p t i o np r o c e s s d e s o r p t i o na n dc h e m i c a lm o d i f i c a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a te d t aw a st h e b e s t d e s o r p t i o nc h e m i c a lw h i l ep b 2 + a d s o r b a b i l i t yo ft h eb i o s o r b e n tw a s i m p r o v e da p p e r a n t l ya f t e rt h em o d i f i c a t i o nw i t hs o d i u mh y d r o x i d e k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l s ；l e a d ；b i o s o r p t i o n ；p a n n o n i b a c t e r p h r a g m i t e t u s ；e n t e r o b a c t e rs p ? m i c r o b a c t e r i u ms p 中南大学硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章文献综述l 1 1 引言。1 1 2 重金属污染概况2 1 2 1 重金属污染的特征2 1 2 2 重金属污染的来源2 1 2 3 重金属污染的危害3 1 2 3 重金属污染的现状4 l - 3 重金属污染的治理技术研究现状。5 1 3 1 化学法6 1 3 2 物理化学法7 1 3 3 生物法8 1 4 重金属耐受菌及生物吸附技术研究现状。8 1 4 1 重金属耐受菌8 1 4 2 重金属生物吸附剂9 1 4 3 生物吸附影响因素一1 0 1 4 4 生物吸附平衡模型：1 2 1 4 5 生物吸附机理1 4 1 5 本课题的研究目的及内容1 6 1 5 1 研究目的16 1 5 2 研究内容1 6 第二章重金属耐受细菌的分离、纯化及鉴定1 8 2 1 引言l8 2 2 实验材料与方法18 2 2 1 土壤样品18 2 2 2 培养基l8 2 2 3 实验仪器。19 2 2 4 实验方法1 9 2 2 5 分析方法一2 8 中南大学硕士学位论文目录 2 3 重金属耐受细菌的分离纯化2 8 2 4 细菌鉴定及系统发育学分析2 8 2 4 1 菌落形态特征2 8 2 4 2 生理生化特性2 9 2 4 31 6 sr d n a 鉴定一3 2 2 4 4 系统发育树3 4 2 5 最小抑菌浓度( m i c ) 3 6 2 61 2 m i c 浓度菌落形态3 6 2 7 小结3 8 第三章重金属耐受细菌吸附p b 2 + 的性能3 9 3 1 引言3 9 3 2 实验材料与方法3 9 3 2 1 菌种3 9 3 2 2 培养基4 0 3 2 3 试剂一4 0 3 2 4 实验仪器4 0 3 2 5 实验方法4 0 3 2 6 分析方法4 2 3 3 生物吸附剂对p b 2 + 吸附性能的影响4 2 3 3 1 细菌代谢活性4 2 3 3 2 细菌培养时间4 4 3 4 吸附性能的影响因素研究4 5 3 4 1 溶液p h 值4 5 3 4 2 菌体用量4 7 3 4 3 温度4 8 3 4 4 时间5 0 3 4 5p b 2 + 浓度5 1 3 4 6 转速5 3 3 5 小结5 4 第四章重金属耐受细菌吸附p b 2 + 的机理5 6 4 1 引言5 6 4 2 实验材料与方法5 6 4 2 1 菌种5 6 4 2 2 培养基5 6 4 2 - 3 试剂5 7 中南大学硕士学位论文 目录 4 2 4 实验仪器5 7 4 2 5 实验方法5 7 4 2 6 分析方法。5 8 4 3 吸附动力学模型5 9 4 4 等温吸附模型6 0 4 5 吸附机理探讨6 1 4 5 1 形貌表征与元素组成。6 l 4 5 2 配位作用机制。6 4 4 6 小结7 2 第五章结论与建议_ 7 4 5 1 结论7 4 5 2 建议7 5 参考文献j 7 7 致谢8 4 攻读硕士学位期间主要成果8 6 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 引言 第一章文献综述 2 0 世纪以来科学技术迅猛发展，工业生产与国民经济快速增长，人类对重 金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，大量重金属如p b 、h g 、c d 等以工业废渣、废水、废气形式排入环境。据统计，全球每年释放到环境中的重 金属高达数百万吨，并且还在逐年增加【l 】。在我国，大量含有重金属污染物的选 矿、化工、电镀等工业废水排入江河湖泊，造成江河湖库底质的污染率高达 8 0 1 t 2 1 ，土壤污染面积占国土面积1 3 【3 1 ，每年因重金属污染的粮食达1 2 0 0 万 吨，造成的直接经济损失超过2 0 0 亿元【4 】。调查显示，自2 0 0 9 年至2 0 1 0 年间， 全国共发生重金属污染事件达3 1 起，2 0 0 9 年环保部接报的重金属、类金属污染 事件1 2 起【5 1 ，共致使血铅超标4 0 3 5 人、镉超标1 8 2 人，引发群体性事件3 2 起。 重金属污染物进入环境后由于其自身的不可降解和易被富集的特性不仅严 重污染地表水与地下水，造成全球可利用水资源总量急剧下降，而且使土壤中重 金属含量增加，抑制植物的生长发育，并通过根系进入植物体，再通过食物链的 传递和富集，在生物体内累积，破坏正常的生理代谢活动甚至产生三致作用( 致 癌、致畸、致突变) ，最终危害到人类健康【6 】。 重金属污染目前已成为“十一五”期间凸显出的重大环境问题，重金属污 染防治将成为当前和今后一个时期环境保护的头等大事。国务院于2 0 1 1 年2 月 1 8 日正式批复了重金属污染综合防治“十二五规划，这是我国通过的第一 个“十二五 专项规划，该规划将以p b 、h g 、c d 、c r 和类金属a s 等为主的生 物毒性强且污染严重的重金属元素作为第一类规划对象，将包括t i 、m n 、n i 、 c u 、z n 等具有一定毒性的重金属作为第二类规划对象，按照规划中的要求到2 0 1 5 年要基本遏制住突发性重金属污染事件高发态势。 传统的化学和物理方法虽然对重金属污染水体的治理有一定效果，但往往存 在着投资大、运行费用高、产生污泥量大、易造成二次污染等问题。生物吸附法 通常是利用生物体( 活体、死体或其衍生物) 分离水体系中金属离子。自然环境 中的一些植物、细菌、真菌、酵母、藻类以及从这些有机体得到的衍生物对一些 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 重金属离子具有良好的选择吸附性口1 。同时还具有处理效率高、p h 值和温度条 件范围宽、投资小、运行费用低、可有效回收贵重金属等优点阳3 。从重金属污染 土壤中提取分离、鉴定出重金属耐受细菌，并利用其制成生物吸附剂进行重金属 吸附，达到处理重金属污染的目的是当前生物法处理重金属污染的热点之一。因 此，开发重金属高耐受性细菌，研究利用其处理重金属污染的方法和相关理论对 重金属污染的有效防治具有十分重要的意义。 1 2 重金属污染概况 1 2 1 重金属污染的特征 重金属一般是指密度在5 以上的金属【9 】，如c u 、p b 和h g 等4 5 种，一般以 天然浓度广泛存在于自然界中，其中一部分如f e 、c u 和z n 等为人体必需微量 元素对维持人体新陈代谢等方面都起着至关重要的作用，但其在人体内的含量微 乎其微，超过一定浓度就会对人体产生毒副作用，而且大部分重金属如p b 、c d 等都并非生命活动所必需。 从环境污染方面所说的重金属【l o 】，实际上主要是指具有显著生物毒性的重 金属，如p b 、c d 、h g 、c r 以及类金属a s 等，也指具有一定毒性的一般重金属 如c u 、z n 和n i 等。重金属污染的主要特征是：( 1 ) 普遍性，工业生产的发展 造成重金属污染日趋普遍，对每个国家每个地区都存在着威胁；( 2 ) 强毒性， 微量重金属即产生毒性效应，一般重金属产生毒性的最小浓度大约在1 - - 1 0m g l 之间，h g 、c d 等毒性较强的金属浓度在0 0 0 1 。0 0 1m g l 之间； ( 3 ) 隐蔽性， 感觉器官很难察觉重金属污染，一般要进入食物链积累到一定程度时才能反映出 来；( 4 ) 持久性，重金属很难降解，因此一旦污染，恢复难度很大；( 5 ) 可转 化性，重金属在微生物作用下可以转化为毒性更强的金属化合物，如h g 的甲基 化作用；( 6 ) 生物累积性，重金属可以经过食物链进行生物放大作用，在较高 级生物体内成千万倍地富集起来。 1 2 2 重金属污染的来源 重金属污染的来源非常广泛，可以分为工业来源、农业来源和城市来源【l l 】。 工业来源：工业能源大都以煤、石油类为主，它们是环境中p b 、c d 、h g 、 2 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 c r 、a s 等重金属污染的主要来源。同时在采矿、选矿、冶炼、锻造、加工、运 输等工业生产过程中也会产生大量的重金属污染。 农业来源：在农业生产中，污水灌溉、农药、劣质化肥等的不合理使用是重 金属污染的重要途径。例如磷肥含有较多的p b 、z n 、c r 等，个别农药含有h g 、 a s 、c u 等。饲料添加剂含有c u 和z n ，这使得有机肥料中的c u 、z n 含量也明 显增加并随着肥料施入农田。 城市来源：污水处理中产生的污泥含有大量的重金属，垃圾填埋过程中产生 的渗滤液通常重金属也会严重超标，汽车轮胎磨损产生会含z n 粉尘，汽油燃烧 产生大量含重金属的有害气体和粉尘，污染元素主要为p b 、c u 、z n 等。 这些重金属污染物会直接进入大气、水体和土壤，造成各类环境要素的直接 污染，也会在大气、水体和土壤中相互迁移，造成各类环境要素的间接污染。 1 2 3 重金属污染的危害 植物体内积累的重金属含量超过了它所能忍耐的最大剂量时会表现出明显 的伤害症状如根系发育异常、叶片失绿等，严重时全株死亡。有些耐受重金属能 力强的植物其体内积累的重金属会通过食物链进入人体或畜禽，会对人畜造成危 害。 土壤被重金属污染后，不能靠自身的净化作用将污染消除，严重影响土壤生 物的种类、生物量、种群结构以及生理生化性质。重金属离子富集在土壤微生物 表面会破坏细胞膜功能，进入细胞内部与其中的酶蛋白结合，抑制酶的活性导致 生物活性和新陈代谢过程改变，严重时土壤内微生物大量死亡或原有种群结构发 生严重改变，恶化土壤性质，阻碍作物正常生长，并有可能通过食物链影响动物 和人体健康。 水体中进入的重金属离子被生物体吸收后，除以单个离子存在外，还可与无 机的c 0 3 2 - 和p 0 4 3 起反应，生成无机金属盐，同时也会与生物体内的氨基酸、蛋 白质、脂肪酸或羧酸等结合，形成有机酸盐和螯合物，不仅对水生生物构成威胁， 而且往往通过食物链累积，到达较高浓度威胁人体健康。 所以，重金属污染除了直接危害，也会积累到达一定程度最终对人类健康和 安全造成危害。 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 3 重金属污染的现状 1 2 3 1 水1 本 我国水体重金属污染问题十分突出，全国有监测数据的1 2 0 0 多条河流中符 合国家一级和二级水质标准的河流仅占3 2 2 ，其中有8 5 0 多条受到污染。城市 水域中9 0 以上受到不同程度的污染，其中1 8 4 6 的河流段面总c d 含量超过地 表水i i i 类水体标准，3 5 1 1 的河流段面总h g 含量超过地表水i i i 类水体标准，2 5 的河流段面总p b 样本超标。2 0 0 3 年黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域重金 属超标断面的污染程度均为超v 类。黄海涛【1 2 】等研究表明：江河湖库底质的污 染率高达8 0 1 ，太湖底泥中总c u 、总p b 、总c d 含量均处于轻度污染水平， 黄浦江干流表层沉积物中p b 含量超l 倍、c d 含量超背景值2 倍，苏州河中p b 含量全部超标、7 5 c d 含量超标、6 2 5 h g 含量超标，由长江、珠江、黄河等 河流携带入海的重金属污染物总量大约为3 4 万t 。 湖南省重金属污染物主要有p b 、h g 、c d 、c r 和类金属a s 。2 0 0 8 年，湖南 省外排废水中重金属排放总量为4 0 8 2t ，包括p b1 5 4 5t 、h g0 5 1t 、c d4 7 4t 、 c r ( v i ) 3t 、a s2 0 2 8t ，其中p b 、h g 、c d 、a s 的排放量分别占全国排放总量的 1 6 8 、4 8 6 、3 8 9 和3 0 9 ；湖南省重金属水环境质量堪忧。以湘江流域为 例，2 0 0 0 年以来，湘江干流每年都出现过重金属超标现象，特别在枯水期超标 现象尤为严重。 1 2 3 2 土壤 我国大多数城市近郊土壤都遭受不同程度的污染，c d 、a s 、c r 、p b 等重金 属污染的耕地面积近2 0 0 0 万h m 2 ，约占耕地总面积的五分之一，其中工业“三 废 污染的耕地面积近1 0 0 0 万h m 2 ，污水灌溉的农田面积3 3 0 多万时，全国 每年因重金属污染而减产的粮食总量达1 0 0 0 多万吨【1 3 】。调查资料显示，江苏省 某丘陵地区1 4 0 0 0 k m 2 范围内，c u 、h g 、p b 和c d 等的污染面积达3 5 9 ；广东 省地勘部门土壤调查结果显示，西江流域的l 万k m 2 土地遭受重金属污染的面积 超过5 0 ，达5 5 0 0k m 2 ，其中h g 污染面积达1 2 5 7 脒，污染深度达到地下4 0c m 。 据我国农业部进行的全国污灌区调查中显示，在约1 4 0 万h m 2 的污水灌区中，遭 受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的6 4 8 ，其中轻度污染的占4 6 7 ， 中度污染的占9 7 ，严重污染的占8 4 。 4 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 湖南省土壤重金属污染问题也十分突出。1 9 9 8 年全省矿毒田面积达1 1 3 万 h m 2 ，占全省水田面积的0 4 5 。另据郭朝晖1 4 1 等研究，湖南省因有色金属矿山 开采被p b 、c d 、h g 、a s 等重金属污染的土地面积达2 8 万k m 2 ，湘江流域内污 染土壤总面积7 2 3 万亩，占流域总面积的5 ，其中耕地面积为3 2 8 万亩，占流 域耕地面积的1 2 5 ，占全省总面积的1 3 ，受土壤重金属污染影响，农产品安 全形势十分严峻。 1 2 3 3 大气 全国烟尘年排放量高达1 1 5 9 万t ，工业粉尘1 1 7 5 万t ，其中，钢铁生产排尘 占总量的1 5 ，水泥生产排尘占总量的7 0 。全国大多数城市的大气环境质量 超过国家规定的标准，全国4 7 个重点城市中，约7 0 以上的城市大气环境质量 不能达到国家二级标准，据统计我国3 3 8 个城市中，1 3 7 个城市空气环境质量超 过国家三级标准，属于严重污染型城市，占统计城市的4 0 。 机动车排气污染也日益显著，自8 0 年代以后，我国机动车数量迅速增加， 全国汽车保有量年增长率保持在1 3 ，到1 9 9 5 年，全国汽车保有量已超过1 0 5 0 万辆，排放的重金属化合物总量也逐年上升。 湖南省重金属大气污染主要来源于有色采选、有色冶炼、化工三个行业，主 要排放地区为郴州、衡阳、株洲和湘潭，外排废气中重金属排放总量为4 6 2 4t ， 包括p b2 9 2t 、h g1 3t 、c d4 9t 、总c r0 5t 。 1 3 重金属污染的治理技术研究现状 处理重金属废水的原理是利用各种技术，将污水中的污染物分离去除或将其 转化为无害物质，达到净化污水的目的。处理重金属废水的方法繁多，针对重金 属废水本身的性质，目前主要采用的方法有化学法、物理化学法、生物法【1 5 1 ， 如表1 1 、1 2 和1 3 所示。 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 中和法 硫化法 铁氧体法 钡盐沉淀法 氧化还原法 浮选法 铁粉法 电解法 中和沉淀、固液分离 硫化物沉淀、固液分离 铁氧体沉淀、固液分离 钡盐沉淀、固液分离 氧化、还原 沉淀、气浮 置换 氧化还原 操作简单、多种金属难回收 可处理汞、固液分离难 需加热、设备操作复杂 需经二次处理 废渣量大 药剂毒性大 药剂用量大 电耗大、投资成本高 中和法是投加碱中和剂，使废水中重金属离子形成溶解度较小的氢氧化物或 碳酸盐沉淀而去除，特点是在去除重金属离子的同时能中和各种酸及其混合液。 硫化法是利用投加硫化剂，使重金属离子呈硫化物沉淀析出。硫化物本身有 毒，价格贵，处理废水流程长，操作较繁，处理费用高。 铁氧体法是使各种重金属离子形成铁氧体晶体而沉淀析出，能一次脱除多种 重金属离子，设备简单，操作方便。但不能单独回收重金属，能耗高，处理时间 长。 钡盐沉淀法是投加钡盐能使含铬废水中c r ( v i ) 形成铬酸钡沉淀，钡渣中的 b a 2 + 与煤矿酸性废水中的硫酸根离子反应生成硫酸钡沉淀，钡渣对煤矿酸性废水 具有较好的净化效果。 氧化还原法是用于电镀废水的处理，当废水中有c r ( v i ) ，在酸性条件下加入 还原剂，沉淀反应前将c r ( v i ) 还原为c r ( i i i ) ，然后再沉淀的方法称为氧化还原法。 铁粉法是使用铁屑作为废水还原剂。铁屑来自机床加工车间碎铁粉或有机化 工工业还原铁粉废渣，来源广，可以以废治废。但铁粉法产生废渣量大，需寻找 利用途径。 气浮法法是处理电镀废水时加入表面活性物质，使重金属析出物疏水化，然 后粘附于上升气泡表面，上浮去除。 电解法利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒性的方法。按照阳 6 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 极类型不同，将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。电解法设备简 单，占地小，操作管理方便，而且可以回收有价金属。但电耗大，出水水质差， 废水处理量小。 1 3 2 物理化学法 表1 2 重金属废水的物理化学处理法 t a b l e1 - 2t h ep h y s i c a lc h e m i c a lt r e a t m e n to fh e a v ym e t a lw a s t e w a t e r 离子交换法是重金属离子与离子交换树脂发生离子交换的过程，其实质是不 溶性离子化合物( 离子交换剂) 上的可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换 反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。 吸附法是吸附剂活性表面对重金属离子的吸附。吸附剂种类很多，最常见的 是活性炭。活性炭可以同时吸附多种重金属离子，吸附容量大，但价格贵，使用 寿命短，须再生，操作费用高。 溶剂萃取法是利用重金属离子在有机相和水中溶解度不同，使重金属浓缩于 有机相的分离方法。萃取法处理电镀废水设备简单，操作简便，萃取剂中重金属 离子含量高，有利于进一步回收利用。但萃取剂价格昂贵。 反渗透法作为一种新的膜分离技术，已大规模用于镀z n 、n i 、c r 漂洗水及 混合重金属废水处理。电渗析法在重金属废水处理中具有技术可靠，操作费用低， 占地面积小，不产生废渣的优点。但浓缩重金属离子浓度有一定限度，膜分离效 率随时间衰退需