重金属污染特点及其防治方法展望

1、重金属污染特点及其防治方法展望摘 要：从几个方面分析了重金属污染的特点及其发展趋势，随后相应地介绍了几种治理重金属污染的方法，并重点指出了最具前景的生物修复法。关 键 词：重金属污染；特点；治理方法；生物修复法。改革开放以来，随着我国的城市化、工业化、农业集约化的进程越来越快，重金属污染问题也日益突出。我国的重金属污染以发达地区较为严重，土壤、水体的污染程度呈加剧趋势，已对生态环境、食品安全以及人体健康构成了较大的威胁。在这样的背景下，对重金属污染的研究成为了当下的热点。1、重金属污染的特点我国目前的重金属污染元素主要有Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等，其中又以Cd最为严重。这些污染物绝大部分是

2、由人类活动所引起的，主要有工业排放、农业污染和人类的生活排放。既然重金属污染是由于人类活动引起的，那么其分布必将与区域人类活动分布相关。这就是其第一个特点：区域性。从全国范围来看，南方的污染重于北方，镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。在区域范围内，污染与当地的工业分布关系密切，在采矿、冶金等工业周围的污染最为严重，主要污染元素有Cd、Ni、Cu、Pb、Co等；其次是交通要道周围，这里的污染主要是由交通运输产生的尾气（主要重金属为铅）和粉尘引起的；再者是由于农业上的化肥农药的过度使用和生活垃圾、污水乱排乱放引起的污染。隐蔽性与长期性也是重金属污

3、染的特点之一。重金属污染不像水体污染那样看得见摸得着，其隐蔽性很强，通常情况下人们都不能提前发现，往往导致大范围的恶性事件，如2005年的广东北江韶关段镉严重超标事件，2006年的湘江湖南株洲段镉污染事故，2009年的湖南省浏阳市镉污染事件，还有涉及陕西、安徽、河南、湖南、福建、广东、四川、湖南、江苏、山东等省的“血铅事件”，给社会带来了很恶劣的影响。而人们被重金属污染之后往往不会很快发病，其潜伏期可达20年以上。其致病性也不是急性的，而是慢性损伤，钝刀磨肉一样将人生生折磨致死，上个世纪震惊世界的日本骨痛病和水俣病就是最好的明证。重金属污染的富集性同样也很明显。重金属元素在转移的过程中不会被分

4、解，也不会被消灭，通过捕食与被捕食的关系，它可以沿着整条食物链传播，而作为食物链顶端的人类，重金属元素最终将大量堆积在人体内，对人体造成侵害。近年来，有专家学者以发达的长江三角洲地区为样本，详细研究了重金属污染的特点。研究发现，该地区土壤中Hg、Cd、Pb 和Sb 含量空间分布规律十分相似，均表现为外围向市中心增加的趋势，当前长江三角洲地区土壤重金属污染趋于严重化，农田土壤重金属含量呈逐年积累趋势，且重金属有效态的积累速率要高于全量。由此观之，土壤重金属污染范围逐渐扩大化，表现出由城郊向农村延伸、由局部到区域的污染态势，同时污染物种类也从单一污染逐渐变成了复合污染。这也是当前形势下整个污染全局

5、的发展态势。2.防治的方法随着国家对污染治理的力度加大，重金属污染的治理也是迫在眉睫。在当前形势下，治理重金属污染的途径大致分为两类，一是改变重金属在土壤中的存在形态，降低其在土壤系统中的移动性和生物有效性；二是从土壤中去除重金属。具体方法主要有下文罗列的几种。（1）物理处理法（针对水体）物理法处理是指只通过物理过程、不用发生化学变化而对重金属废水进行处理，包括离子交换法和膜分离技术,适用于含较低浓度重金属离子废水的处理。离子交换法借助离子交换剂来完成。在交换器中按要求装有不同类型的离子交换法是在离子交换器中进行交换剂,含重金属的液体通过交换剂时,交换剂上的离子同水中的重金属离子进行交换,达到

6、去除水中重金属离子的目的。这种方法在电镀废水深度处理、高价金属盐类的回收等方面展现了较大的优势，但受交换剂品种、产量和成本的约束。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置的阳极和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。但这两种方法都出现电极极化、结垢和腐蚀等问题，导致治理效率不高。（2） 化学治理法 这种方法恰恰与物理法相反，是通

7、过化学反应使重金属元素与其他物质结合，沉积下来，从而阻断其传播，达到治理污染的目的。常用的方法是向被污染的水土中加入稳化剂。其机理是让稳化剂与重金属元素发生反应生成高度结晶化的矿物，使重金属成为矿物中的微量成分。产生的结晶物质可通过再结晶过程及粒子之间生成交错的晶体，形成强结构的固化网，将固化的重金属进一步封固在固化网内。换句不那么正式的话说，就是加上一层又一层的封印，将重金属元素重重封印在里面，不让其到处跑。这种方法的治理成功率很高，且不会出现逆过程，但治理费用相对比较高昂。 （重金属稳化剂原理图） （3）工程修复法 工程修复是利用物理（机械）、物理化学原理治理重金属污染土壤，且工程量比较大

8、的一种方法，这种方法其实就是物理方法在治理土壤方面的应用。可采用的工程修复方法有客土、换土、翻土，以及去表土法，热处理、动电修复和淋洗等方法。 其中客土是在污染的土壤上加入未污染的新土；换土是将以污染的土壤移去，换上未污染的新土；翻土是将污染的表土翻至下层；去表土是将污染的表土移去等。淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤；热处理法是将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物(Hg)挥发并收集起来进行回收或处理；电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。以上措施具有效果彻底、稳定等优点，但实施复杂、治理费用高和易引起土壤肥力降低等缺点。（4） 农业治理法 农业生态措施

9、是因地制宜地改变一些耕作管理制度来治理和调控土壤重金属污染的手段。它主要是通过控制土壤水分、改变作物种类、科学合理施用肥料与秸秆还田等措施降低土壤重金属的活性。合理的利用农业生态系统工程措施，也可以保持土壤的肥力，改良和防治土壤重金属污染，提高土壤质量，并能与自然生态循环和系统协调运作。在污染区公路两侧尽可能种树、种花、种草或经济作物(如蓖麻)，种植草皮或观赏树木，移栽繁殖，不但可以美化环境，还可以净化土壤。总的来说这是一种环境友好型的治理方法。（5） 生物修复法（最具前景） 这种方法的主旨是利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。其中又可细分为动物治理、微生物治理和植物治理。动物治理

10、是利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属；微生物治理是利用土壤中的某些微生物等对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用；植物修复是指利用重金属超积累植物的提取作用去除污染土壤中的重金属。其中微生物治理法的主要应用有生物吸附法和硫酸盐还原菌净化法。生物吸附法利用工业发酵后剩余的芽孢杆菌菌体或酵母菌吸附重金属,具体做法是首先用碱处理菌体, 以便增加其吸附重金属的能力。然后通过化学交联法固定这些细胞,固定化的芽孢杆菌对重金属的吸附没有选择性(微生物在结合无机污染物上表现出选择性,多于大多数合成的化学吸附剂, 微生物对金属的吸附和累积主要取决于不同配位体结合部位对对金属的选择性) 。可

11、以去除废水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 去除率可达99%，效果十分可观。脱硫弧菌属硫酸盐还原菌是厌氧化能细菌,它最大的特征就是在无自由氧的条件下,在有机质存在时通过还原硫酸根变成硫化氢,从中获得生长能量而大量繁殖;它繁殖的结果是使溶解度很大的硫酸盐变成了极难溶解的硫化物或硫化氢。 该细菌的作用可将废水中的硫酸根变成硫化氢,使废水中浓度较高的重金属Cu、Pb、Zn等转变为硫化物而沉淀,从而使废水中的重金属离子得以去除。 植物修复法主要有人工湿地法和生物氧化塘法。人工湿地是人工将污水有控制地投配到种有水生植物的土地上，按不同方式控制有效停留时间并使其沿着一定的方向流动，在物理、化学

12、、生物共同作用下，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等来实现水质净化的生物处理技术，其对有机物有较强的净化能力，污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被截留下来而被微生物利用；污水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除。生物氧化塘法是将污水排人池塘内，由于表面溶解氧成藻类的同化作用所生成的氧，利用好气性微生物对塘内有机物进行分解，使污水得到处理的方法。此外，还可利用绿色植物对重金属元素的吸收利用能力，通过大面积种植绿色植物达到治理效果。上述的生物治理法可同时进行大面积的治理，且成本不高，是一种可持续发展的环境友好型治理方法，虽然仍存在着效率低、治理周期长等缺点，但其特有的优势仍吸引了大量学者的眼光，其前景无疑是光明的。参考文献：【1】杭小帅，王火焰，周健民，长江三