重金属离子污染

1、重金属离子污染水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体 造成的污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生 的重金属废水（含有铭、镉、铜、汞、镣、锌等重金属离子）是对水体污 染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。 废水中的重金属是各种常用 水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位谿和转变它们的物 理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理， 不同其他废水 混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富 集，通过食物链对人体产生严重危害。镉:白1995年起，居住在日本

2、富山市神通川下游地区的一些农民得 了一种奇怪的病。得病初期，患者只感到腰、背和手足等处关节疼痛，后 来发展为神经痛。患者走起路来像鸭子一样摇摇摆摆，晚上睡在床上经常 痛得直喊“痛 ”因此这种病被称为“痛痛病”，又称为“骨痛病”。得 了这种病，人的身高缩短，骨骼变形、易折，轻微活动，甚至咳嗽一声， 都可能导致骨折。一些人痛不欲生，白杀身亡。经过调查，造成这种骨痛 病的原因是神通川上游的炼锌厂长年累月排放含镉的废水，当地农民长期饮用受到镉污染的河水，并且食用此水灌溉生长的稻米，于是镉便通过食 物链进入人体，在体内逐渐积聚，引起镉中毒，造成“骨痛病。汞:五十年代初期，在日本九州熊本县水俣镇，由于人食

3、用受甲基汞 毒害的鱼类而导致甲基汞中毒，导致中毒者 283人，其中60人死亡。症 状：口齿不清、步履不稳、面部痴呆进而耳聋眼瞎、全身麻木，最后精神 失常，身体弯曲至死亡。其产生的原因是由于工厂生产氯乙烯和醋酸乙烯 时采用氯化汞、硫酸、催化剂，把含有机汞的废水、废渣排入水俣湾，使 鱼、贝壳类受污染。猛：四十多年前，日本有个村庄发生了一起可怕的集体“发疯”事件， 有16个村民突然一起“发疯” 了。这些“疯子” 一会儿哭哭啼啼，一会 儿又哈哈大笑；发作时两手乱摇，颤抖不止，而下肢发硬直，如此反复发 作，直至“疯死”。这起集体“发疯”事件经多方研究调查，发现这些人 喝的是同一口水井中的水，考察水井，又

4、在旁边挖出了大量废旧、破烂的 干电池。原来这是水井的水受干电池中某些有害成份污染而造成的。据环境科学研究表明，废旧干电池中的锌、二氧化猛等成分长期埋在地下，会 与土壤中化学物质发生作用，生成锌锭酸式盐。它渗入地下，极易污染饮 用水，而这一群村民正是长期饮用这种水，造成蓄积性中毒，才有上述“发 疯”症状。干电也在制造过程中还使用一定量的汞，其中含汞最多的锌 汞电池约占电池重量的 20% 30%,碱性干电池约为1 3%,普通锌锭电池 含汞较少。汞对人体是一种有害蓄积性中毒物质， 极易污染环境，特别是 水质，造成种种危害。据统计，我国每年生产干电池 50亿只，其中锌汞电池和碱性电池 1 亿只，每年电

5、池用汞100吨。由于人们用完电池随意乱丢，时间一长，日 晒雨淋或埋入往往污染环境，造成不幸事件，所以废旧电池不可乱丢。下面就简要介绍铭、镉、锭、汞的主要危害。铭的危害：铭元素经呼吸道侵入时，会侵害上呼吸道，引起鼻炎、咽炎、 支气管炎，甚至鼻中隔穿孔；长期作用，还会引起肺气肿、支气管扩张，肺硬化 及肺癌等。铭经消化道进入人体，可引起口角糜烂、恶心、呕吐、腹泻、 腹疼和溃疡等病变。人口服重铭酸盐的致死剂量约为 3克。铭经皮肤侵入， 可使人发生皮炎，湿疹及“铭疮”。短时间接触，会使人得各种过敏症；长期 接触，亦可引起全身性中毒。有人用家兔进行试验，每天在其皮肤上涂擦1% 的铭酸溶液可观察到体重显著降

6、低，红细胞数和血红蛋白含量下降，白细胞 增多，经11.5个月后，死于肝、肾病变。镉的危害：镉是人体非必需元素，在白然界中常以化合物状态存在， 一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。但镉被人体吸收后， 在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中。其中，肾脏可吸收进入体 内近1/3的镉，是镉中毒的“靶器官”。其它脏器如脾、胰、甲状腺和毛 发等也有一定量的蓄积。由于镉损伤肾小管，病者出现糖尿、蛋白尿和氨 基酸尿。特别具使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列 症状。锭的危害：锭对线粒体有特殊亲和力，锭在富有线粒体的神经细胞 和神经突触中，抑制线粒体内三磷酸腺昔酶和溶酶体中的酸性磷酸

7、酶活 力，从而影响神经突触的传导能力。此外，锭能引起多巴胺和5芜色胺含量减少。此二者均具有抑制突触递质，对抗乙酰胆碱的作用，因此锭中 毒时脑基底节内多巴胺和 5芜色胺及其降解产物减少，可部分地解释锭 的神经毒作用。锭又是一种拟胆碱样物质，可影响胆碱酯酶的合成，使乙 酰胆碱蓄积，此与慢性锭中毒时出现震颤麻痹有关。汞的危害：金属汞中毒常以汞蒸气的形式 引起。由于汞蒸气具有高 度的扩散性和较大的脂溶性，通过呼吸道进入肺泡，经血液循环运至全身。 血液中的金属汞进入脑组织后，被氧化成汞离子，逐渐在脑组织中积累， 达到一定的量，就会对脑组织造成损害。另外一部分汞离子转移到肾脏。碑的危害：碑侵入人体后，除由

8、尿液、消化道、唾液、乳腺中排泄 外，就蓄积于骨质疏松部、肝、肾、脾、肌肉、头发、指甲等部位。碑作 用于神经系统、刺激造血器官，长时期的少量侵入人体，对红血球生成有 刺激影响，长期接触碑会引发细胞中毒和毛细管中毒， 还有可能诱发恶性 肿瘤。含重金属废水处理方法目前，重金属废水处理的方法大致可以分为三大类：（1）化学法；（2）物理处理法；（3）生物处理法。化学法化学法主要包括化学沉淀法和电解法，主要适用于含较高浓度重金属离子废水的处理， 化学法是目前国内外处理含重金属废水的主要方 法。2.1.1化学沉淀法化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，通过过滤

9、和分离使沉淀物从水溶液中去除，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法。由于受沉淀剂和环境条件的影响，沉淀法往往出水浓度达不到要求，需作进一步处理，产生的沉淀物必须很好地处理与处谿，否则会造成二次污染。2.1.2电解法电解法是利用金属的电化学性质，金属离子在电解时能够从相对高 浓度的溶液中分离出来，然后加以利用。电解法主要用于电镀废水的处理，这种方法的缺点是水中的重金属离子浓度不能降的很低。所以,电解法不适于处理较低浓度的含重金属离子的废水。物理处理法物理处理法主要包含溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离技术及吸 附法。2.2.1溶剂萃取分离溶剂萃取法是分离和净化物质常用的方法。由于液液接触，

10、可连续 操作，分离效果较好。使用这种方法时，要选择有较高选择性的萃取 剂，废水中重金属一般以阳离子或阴离子形式存在，例如在酸性条件 下，与萃取剂发生络合反应，从水相被萃取到有机相，然后在碱性条 件下被反萃取到水相，使溶剂再生以循环利用。这就要求在萃取操作 时注意选择水相酸度。尽管萃取法有较大优越性，然而溶剂在萃取过 程中的流失和再生过程中能源消耗大，使这种方法存在一定局限性， 应用受到很大的限制。2.2.2离子交换法离子交换法是重金属离子与离子交换剂进行交换，达到去除废水中 重金属离子的方法。常用的离子交换剂有阳离子交换树脂、阴离子交 换树脂、螯合树脂等。几年来，国内外学者就离子交换剂的研制开

11、发 展开了大量的研究工作。随着离子交换剂的不断涌现，在电镀废水深 度处理、高价金属盐类的回收等方面，离子交换法越来越展现出其优 势。离子交换法是一种重要的电镀废水治理方法，处理容量大，出水 水质好，可回收重金属资源，对环境无二次污染，但离子交换剂易氧 化失效，再生频繁，操作费用高。2.2.3膜分离技术膜分离技术是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改 变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法， 包括电渗析和隔膜电解。电渗析是在直流电场作用下，利用阴阳离子 交换膜对溶液阴阳离子选择透过性使水溶液中重金属离子与水分离的一种物理化学过程。 隔膜电解是以膜隔开电解装谿的阳极和

12、阴极而 进行电解的方法，实际上是把电渗析与电解组合起来的一种方法。上 述方法在运行中都遇到了电极极化、结垢和腐蚀等问题。2.2.4吸附法吸附法是利用多孔性固态物质吸附去除水中重金属离子的一种有效 方法。吸附法的关键技术是吸附剂的选择，传统吸附剂是活性炭。活 性炭有很强吸附能力，去除率高，但活性炭再生效率低，处理水质很 难达到回用要求，价格贵，应用受到限制。近年来，逐渐开发出有吸 附能力的多种吸附材料。有相关研究表明，壳聚糖及其衍生物是重金 属离子的良好吸附剂，壳聚糖树脂交联后，可重复使用10次，吸附容量没有明显降低。利用改性的海泡石治理重金属废水对Pb2+、Hg2+、Cd2+有很好的吸附能力，

13、 处理后废水中重金属含量显著低于 污水综合排放标准。另有文献报道蒙脱石也是一种性能良好的粘土矿 物吸附剂，铝皓柱撑蒙脱石在酸性条件下对Cr 6+的去除率达到99% ,出水中Cr 6+含量低于国家排放标准，具有实际应用前景。生物处理法生物处理法是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用 去除废水中重金属的方法，包括生物吸附、生物絮凝、植物修复等方 法。2.3.1生物吸附生物吸附法是指生物体借助化学作用吸附金属离子的方法。藻类和 微生物菌体对重金属有很好的吸附作用，并且具有成本低、选择性好、吸附量大、浓度适用范围广等优点，是一种比较经济的吸附剂。用生 物吸附法从废水中去除重金属的研究，美国等

14、国家已初见成效。有研 究者预处理假单胞菌的菌胶团后，将其固定在细粒磁铁矿上来吸附工业废水中Cu,发现当浓度高至 100 mg/L时，除去率可达 96%,用 酸解吸，可以回收 95%铜，预处理可以增加吸附容量。但生物吸附法 也存在一些不足，例如吸附容量易受环境因素的影响，微生物对重金 属的吸附具有选择性，而重金属废水常含有多种有害重金属，影响微 生物的作用，应用上受限制等，所以还需再进行进一步研究。2.3.2生物絮凝生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一 种除污方法。生物絮凝法的开发虽然不到20年，却已经发现有17种以上的微生物具有较好的絮凝功能，如霉菌、细菌、放线菌和酵母菌

15、 等，并且大多数微生物可以用来处理重金属。生物絮凝法具有安全无 毒、絮凝效率高、絮凝物易于分离等优点，具有广阔的发展前景。2.3.3植物修复法植物修复法是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的。植物修复法是利用生态工程治理环境的一种有效方法，它是生物 技术处理企业废水的一种延伸。利用植物处理重金属，主要有三部分 组成：(1)利用金属积累植物或超积累植物从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属：(2)利用金属积累植物或超积累植物降低有毒金属活性，从而可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散：(3)利用金属积累植物或超积累植物将土壤

16、中或水中的重金属萃取出来，富集并输送到植物根部可收割部分 和植物地上枝条部分。 通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的 枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度。在植物修复技术中能利用的 植物有藻类植物、草本植物、木本植物等。藻类净化重金属废水的能力主要表现在对重金属具有很强的吸附力。褐藻对 Au的吸收量达400mg/g,在一定条件下绿藻对Cu、Pb、La、Cd、Hg等重金属离子的去除率达80% -90%。浩云涛等分离筛选获得了一株高重金属抗性的椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea),并研究了不同浓度的重金属铜、锌、镣、镉对该藻生长的影响及其对重金 属离子的吸收富集作用。结果显示

17、，该藻Zn和Cd具有很高的耐受性。对四种重金属的耐受能力依次为锌镉镣铜。该藻对重金属具有很好的去除效果，15"iol/L Cu2+、300叩ol/L Zn2+、100"iol/LNi2+、30"ol/L Cd2+ 浓度 72 h 处理，去除率分别达到 40.93%、98.33%、 97.62%、86.88%。由此可见，此藻类可应用于含重金属废水的处理。莲(Eichhoria crassipes Somis)是国际上公认和常用的一种治理污染的 水生漂浮植物，它具有生长迅速，既能耐低温、又能耐高温的特点， 能迅速、大量地富集废水中Cd、Pb、Hg、Ni、Ag、Co、C

18、r等多种重金属。研究结果表明，干重lkg的风眼莲在7l0d可吸收铅3.797g、镉3.225g。风眼莲对钻和锌的吸收率分别高达97%和80%。香蒲(Typhao rientaliS Pres1)也是一种净化重金属的优良草本植物，它具有 特殊的结构与功能，如叶片成肉质、栅栏组织发达等。香蒲植物长期 生长在高浓度重金属废水中形成特殊结构以抵抗恶劣环境并能白我 调节某些生理活动，以适应污染毒害。历时 10年的监测结果表明，该系统能有效地净化铅锌矿废水。未处理的废水含有高浓度的有害金属铅、锌、镉经人工湿地后，出水口水质明显改善，其中铅、锌、镉 的净化率分别达 99. 0%, 97. %和94. 9%,

19、且都在国家工业污水 的排放标准之下。此外，还有很多草本植物具有净化作用，如喜莲子 草、水龙、刺苦草、浮萍、印度芥菜等。采用木本植物来处理污染水体，具有净化效果好，处理量大，受气候 影响小，不易造成二次污染等优点，越来越受到人们的重视。胡焕斌 等试验结果表明，芦苇和池杉两种植物对重金属铅和镉都有较强富集 能力，而木本植物池杉比草本植物芦苇具有更好的净化效果。周青等 研究了 5种常绿树木对镉污染胁迫的反应，实验结果表明，在高浓度 镉胁迫下，5种树木叶片的叶绿素含量、细胞质膜透性、过氧化氢酶活 性及镉富集量等生理生化特性均产生明显变化，其中，黄杨、海桐，杉木抗镉污染能力优于香樟和冬青。以木本植物为主体的重金属废水处 理技术，能切断有毒有害物质进入人体和家畜的食物链，避免了二次 污染，可以定向栽