重金属污染主要治理方法

PAGEIV摘要自从工业革命以来，随着人类的工业生产水平快速向前发展，人类整体的生活质量日益提高，人类所消耗的能源越来越多，人类对大自然的破坏也就随之而增强。近些年来，我们对大自然生态的破坏越来越严重，导致目前自然所能承受的污染物质也逐渐达到负荷，并且已经威胁到了我们人类自身的安全。愈发严重的环境问题现已经引起了全世界人民的关注。诸如全球气候变暖、大气污染、水污染、臭氧层空洞等重大环境问题情况不断恶化。我们的生活中也产生了像雾霾、酸雨等一系列具体的重大环境问题。我们赖以生存的大气、水及土壤都存在着极大的安全隐患，导致我们所呼吸的空气、所喝的水、所吃的食物都存在着或多或少的质量问题，增加了我们的安全隐患。目前环境污染物主要有以二氧化硫、二氧化氮等为代表的污染废气；以DDT为代表的有机污染物；以及以汞、镉为代表的重金属类物质。重金属由于其难分解及其具有富集性的缘故，其一旦被排放出来，会对环境产生很大的危害，且难以处理，不可逆转。故本文以重金属污染物作为研究对象，综述重金属的来源，其包括工业来源和生活来源，产生的危害以及近些年国内外发生的重金属污染事件，论述重金属的主要治理方法，并比较了各种方法的优缺点，给予了相应的评价。关键词环境问题污染物重金属治理方式

AbstractSincetheindustrialrevolution,withtherapiddevelopmentoftheindustrialproductionlevelofhumanbeings,theoverallqualityoflifeofhumanbeingsisimprovingdaybyday,theenergyconsumptionofhumanbeingsisincreasing,andthedestructionofhumanbeingstonatureisalsoincreasing.Inrecentyears,ourecologicaldamagetothenaturehasbecomemoreandmoreserious,resultinginthecurrentnaturecannotbeartheloadofpollutants,andhasthreatenedourownsecurity.Theincreasinglyseriousenvironmentalproblemshavearousedpeople'sconcernallovertheworld.Atpresent,theatmosphere,waterandsoilonwhichweliveareingreatdangerofsafety.Asaresult,theairwebreathe,thewaterwedrinkandthefoodweeathavemoreorlessqualityproblems,whichincreaseourpotentialdangerofsafety.Atpresent,wemainlypollutetheenvironmentwithwastegassuchassulfurdioxideandnitrogendioxide.OrganicpollutantsrepresentedbyDDT;Andtheheavymetalsubstancesrepresentedbymercuryandcadmium.Amongthemanypollutantsdischarged,heavymetalsaredifficulttodecomposeandhaveenrichment,oncedischarged,itwillcausegreatharmtotheenvironment,anditisdifficulttodealwith,irreversible.Therefore,thispapertakesheavymetalpollutantsastheresearchobject,summarizesthesourcesofheavymetals,includingindustrialsourcesandlivingsources,hazardsandheavymetalpollutioneventsathomeandabroadinrecentyears,discussesthemaintreatmentmethodsofheavymetals,whicharegenerallydividedintochemicaltreatment,biologicaltreatmentandphysicaltreatment,comparestheadvantagesanddisadvantagesofvariousmethods,andgivesthecorrespondingevaluation.KeywordsEnvironmentalproblemsPollutantsHeavymetalModeofgovernance目录10532摘要 I29518Abstract II7328第1章重金属污染来源 193861.1环境污染现状 1282201.2重金属简介 1254441.3重金属及其污染来源 127014第2章重金属污染的危害 3217002.1重金属污染对植物的危害 3201702.2重金属污染对动物的危害 3203302.3重金属污染对人体的危害 4234622.4国外重金属污染概况 5158802.5国内重金属污染概况 611598第3章重金属污染主要治理方法 10228273.1化学处理法 10291083.1.1沉淀法 10307653.1.2电解法 12182273.1.3氧化还原法 12314213.2生物处理法 13262343.2.1微生物法 1360523.2.2水生植物法 14206663.2.3动物法 166823.3物理处理法 16195673.3.1膜分离法 16109653.3.2.离子交换法 1733813.3.3.吸附法 186990结论与展望 211930致谢 237340参考文献 24PAGEPAGE21第1章重金属污染来源1.1环境污染现状当今世界，随着科学技术的发展，我们的生活过得越来越好。但自从工业革命以来，随着人类的工业生产水平快速向前发展，人类整体的生活质量日益提高，人类所消耗的能源越来越多，人类对大自然的破坏也就随之而增强。近些年来，我们对大自然生态的破坏越来越严重，导致目前自然所能承受的污染物质也逐渐达到负荷，并且已经威胁到了我们人类自身的安全。愈发严重的环境问题现已经引起了全世界人民的关注。诸如全球气候变暖、大气污染、水污染、臭氧层空洞等重大环境问题情况不断恶化。我们的生活中也产生了像雾霾、酸雨等一系列具体的重大环境问题。我们赖以生存的大气、水及土壤都存在着极大的安全隐患，导致我们所呼吸的空气、所喝的水、所吃的食物都存在着或多或少的质量问题，增加了我们的安全隐患。时代在进步，而我们在工业生产过程中向自然界所排放的污染物也越来越多，随之而来的是我们的生态环境也越来越差，我们的生态系统正面临很大的威胁。直到今天，各种各样的环境污染问题正在凸显，我们应及时予以正确的解决。1.2重金属简介在污染大气、水及土壤的众多污染物中，重金属是其中的一个污染严重而且较难处理的污染源。重金属从其字面意义上理解是指的是较重的金属，严格意义上说是指相对密度大于4.5g/cm3的金属元素。在元素周期表中，原子序数从23(V)至92(U)的天然金属元素有60种，除其中的6种外，其余54种金属密度都大于4.5g/cm3，因此从密度方面来说，这54种金属都是重金属。但是，在对这些金属元素进行具体分类时，其中有的属于稀土金属，有的划归了难熔金属，最终在冶金工业中真正划入重金属的为10种金属元素，它们分别是：铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。但从环境保护的角度来说，很多对环境有一定程度的污染的元素都被列为重金属，从这个角度上来说，甚至像砷这样的无机元素因对环境造成破坏，也时常被人们以重金属相称。1.3重金属及其污染来源1.3.1自然来源重金属的自然来源是指自然界中岩层风化、地表径流、火山爆发、大气中的污染物沉降过程中所产生的重金属。自然界所固有的重金属构成了每一种重金属离子含量的本底值，是能够被自然界所平衡的，已经经过了自然界的选择及自我清理，而且由于目前的生物大多是经过自然选择适应目前大自然中重金属离子含量的缘故，所以并不会对人类及自然界产生太大的危害。1.3.2人为来源重金属的人为来源主要包括工业来源、农业来源和生活来源。1.工业来源工业来源的一个途径是冶金工业中的金属矿物的开采过程。在从矿物勘探到矿山开采及选矿和矿物冶炼这一系列过程中，矿石中的大量重金属元素会伴随着废石、尾砂、矿尘、废水、废气等直接进入矿区及其周边地区的土壤中，造成严重的土壤重金属污染。其中，尾矿和废弃的低品位矿石中的重金属含量最高，并通过降雨、风化等作用向周边地区扩散[1]。其次，重金属的工业来源是工业废水，主要是由于工业生产后，其废水未经处理以达到所允许的排放标准便将其排放出去，其中含有大量重金属离子，从而造成了重金属污染。每一种重金属的工业生产主要来源不尽相同，铬主要来自于皮革行业，在油漆、颜料、印染等工业中也有其相应的来源；铜主要来自于电镀行业、有机合成以及采矿行业中铜锌矿的开采和冶炼；汞主要来自于塑料、电池工业所排放的废水；铅主要来源于铅冶炼工业和蓄电池工业。2.农业来源在农业中，一些农药和劣质化肥的不当使用也会造成重金属污染，农业上使用的杀虫剂中会排放铜。3.生活来源生活来源主要有汽车尾气，其中有重金属铅、镉等成分；还有燃煤过程中也会使汞、砷、镉等重金属元素排放出来。据统计，全世界每年所消耗的铅约有400万t，镉消耗量约为2万t，汞消耗量约为1万t，砷消耗量约为2.4万t。这些重金属当中只有少量可以被回收利用，其余大部分以各种形式被排放到环境中造成污染。人为排放的大量重金属破坏了大自然的原有平衡，超过了人体以及大自然所能承受的范围，故对人类及大自然的危害程度远远大于自然界原有的重金属，应该想办法从其来源消除其污染，这对于改善大自然环境和人们的生活质量都是大有帮助的。在上述重金属污染源中，采矿工业以及化工生产后的废水、废渣是重金属的最主要来源，因此，如何更好地处理工业废水中的重金属离子，以使其达到其合适的标准后再向环境中排放，能够更好地使人们避免重金属带来的危害；同时，如何处理已经排放进入自然界中超标的重金属离子，恢复水体和土壤的良好生态环境，现已成为当代环境工作者研究的重要课题之一。第2章重金属污染的危害重金属污染物大体有大气中的重金属颗粒物、水中的重金属污染、土壤中的重金属污染三个方面。重金属在大自然中很难降解，污染持续时间长；而且重金属在生物体中沿着食物链传递过程中具有富集效应，其危害程度会随着食物链从低到高一步步地升高。重金属对生物体的危害具有不可逆性，重金属危害的种种特性导致重金属对生物的危害较大，使其排放出去后所引发的环境问题是相当麻烦的。本章首先分别阐述重金属对植物、动物、人体有什么危害，之后介绍一下重金属在国内外污染的大致情况。因此我们必须从源头上解决重金属离子的排放，从而减轻重金属离子对我们人类的危害，以使我们赖以生存的水和土壤更加安全。2.1重金属污染对植物的危害重金属污染物质进入水体和土壤后，对植物的生长造成了直接的影响，植物在通过发达的根部吸收营养物质的同时，也会将重金属污染物吸收进入植物体内，并且通过植物的茎向上将其运输到植物体的各部分，重金属离子可以通过抑制植物叶片细胞酶系统的正常分泌，进而抑制叶片中叶绿体的正常代谢过程，导致植物出现叶片发黄、生长迟缓、植株萎蔫等现象[2]。使植物的光合作用速率下降，抑制酶的催化能力，严重的重金属污染将直接导致植物死亡。2.2重金属污染对动物的危害在将含有重金属污染物的废水排入水域后，将直接影响水生动物的正常新陈代谢活动，使其某些器官不正常发育，进而影响水生动物的正常产卵、洄游等等一系列生命活动。例如，过高浓度的重金属将会使海水中的鱼类进入一种非正常“兴奋”状态，使鱼类挣扎，最后导致鱼类死亡[3]。重金属离子还会降低虾类产卵的成活率；水域中Cu、Pb、Zn、As含量较高时，将会导致哺乳类、爬行类动物的胚胎发育畸形[4]。此外，重金属影响了正常的水体环境，能够一定程度上增大水生动物的基因突变率，给生态平衡带来潜在风险。2.3重金属污染对人体的危害重金属污染对人体的威胁可分为直接威胁和间接威胁两种，直接威胁指的是人类长期饮用被重金属污染过的水，使重金属进入人体内，通过与人体内的蛋白质相结合，破坏蛋白质的空间结构，使蛋白质发生变性从而产生重金属中毒，进而危害生物体健康安全的，例如二价汞可以与酶中的半胱氨酸硫基结合，使其失去活性。但这种情况一般发生在沿河且对饮水安全意识低的地区。目前，水体重金属污染对人类生命以间接威胁为主，即通过使土壤受到污染，使种植的农作物将重金属污染物质储存在植物体内，从而通过耕种的农作物变质进而对人体产生危害；一些误食了重金属的动物被我们所食用，其富集效应会对我们人体产生更大的危害。其中有一些重金属离子如果我们长期接触、食用甚至能够给我们带来某种特殊形式的危害。例如，如图3-1所示，汞可以对大脑的中枢神经系统进行破坏，也可以使人们的口、粘膜和牙齿致病，如果人长时间暴露在高汞环境中可以导致脑损伤，严重者可以导致脑死亡；铊的化合物具有诱变性、致癌性和致畸性，可以导致食道癌、肝癌、大肠癌等多种疾病的发生，对人类健康受到极大的威胁；镉会损害人体的肝脏，而且会置换骨骼中的钙，阻止人体对钙的吸收，导致骨骼疏松和骨质软化；铅长期摄入后，会对人体的血液系统、神经系统产生严重的损害，尤其对儿童健康和智能的危害产生难以逆转的影响；长期摄入镍会使人致癌。锑可以抑制酶的活性；锰摄入过多会导致甲状腺亢进；镍进入皮肤会引起过敏性发炎，而长期处在镍浓度高的地方也会增加肺癌的发病率；六价铬离子对消化道和皮肤具有刺激性，有致癌作用。最近研究表明，六价铬还可能引起造血干细胞的自噬。一些金属元素虽是人体必需的，但摄入量多了就会对人体产生危害，如人体中的铜摄入量过多会刺激消化系统，引起肝硬化、腹泻、呕吐、运动障碍和知觉神经障碍；锌大量摄入会导致血压升高、瞳孔散大等现象。图2-1部分重金属对人体各部位的危害2.4国外重金属污染概况重金属离子对人体危害由来已久，世界上有很多重金属污染严重的地方，因其所引发的重金属中毒事件也是不少的。早在古罗马时期，就有重金属中毒的事件发生。由于当时人们运水的管道是铅做的，人们喝了水之后引发了大量人铅中毒，也导致了很多出生的孩子智力低下，从一定程度上导致了古罗马的衰退。由于人类在最近几百年的工业发展中大量使用重金属，导致重金属离子对人类的危害事件在近几十年来发生得更加频繁。在20世纪50年代，日本九州熊本县水俣湾附近的渔村的一家生产氯乙烯和醋酸乙烯的厂家，在制造过程中要使用含汞的催化剂，这就使排放的废水含有大量的汞，由于生产后未经处理就将其排出，导致化工厂长期向附近海域排放未经处理的含汞废水，由此导致了汞离子中毒，引发了水俣病，其表现为当地人步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤，对当地人及当地环境造成了严重的损害。1972年日本又发生了由于炼锌厂成年累月向神东川排放的废水中含有金属镉，而导致的骨痛病事件，表现为患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象，行动困难，骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，不能进食，疼痛无比。从上世纪中叶开始，泰国西南部因大规模开采矿物，导致其地底的砷大量暴露，使当地居民出现了黑脚病，其症状为脚部皮肤发黑，再发烂，最后坏死；而到80年代时，泰国南部黑脚病非常严重，影响了泰国的劳动力；另外，由于工业的迅速发展，美国五大湖重金属污染非常严重，尽管在过去40年里，该地区的汞水平全面降低，但其汞含量仍超出人类和生态系统所能接受的临界值。美国科罗拉多州罗拉多流域因受采矿影响，Cd、Zn、Pb、As的浓度较高，1997年美国蒙大拿州两个农业区发生了严重的镉污染，导致当地小麦无法食用[5]。英国Swansea进行金属冶炼企业排放的废水使当地水体中的Cu、Zn、Pb、Cd等重金属元素超标；法国东南部的Berre湖底沉积物中的重金属Pb超标[6]。另外，印度的河流中也存在严重的重金属污染等现象，导致河水不再适宜利用[7]。孟加拉国水资源遭受严重砷污染，至今还特别严重。世界上的众多重金属污染事件都给我们人类造成了严重的灾难，给污染地的居民生活带来了严重不利的影响，给我们造成了无法挽回的损失。2.5国内重金属污染概况我国的重金属资源十分丰富，近些年来为了经济发展而大量开采和使用重金属，使得我国水资源中重金属含量逐渐增加，超过了重金属的水体可容纳量，使得我国水质中重金属污染愈加严重。我国人均淡水资源量本就不充足，是世界上的十几个水资源匮乏的国家之一。如果我国淡水再遭受如此严重的污染，就会导致我国的纯净水严重不足；如果不加强治理力度，我们想保证足够多清洁的淡水资源的将会变得极其困难。我国的水资源污染状况近些年来日益严重，导致我国很多地方水量不足及用水不安全。另外，我国是粮食生产大国，粮食的安全关系到我国的发展，重金属所造成的危害严重威胁到粮食安全，必须予以解决。根据《2016年全国耕地质量监测报告》显示，全国耕地土壤铬、镉、铅、砷、汞平均含量分别为59.35mg/kg、0.26mg/kg、30.12mg/kg、10.76mg/kg和0.10mg/kg。从区域分布看，西南区铬、镉、砷偏高，华南区铅、汞偏高，东北、华北、西北地区重金属含量较低，南方地区重金属含量普遍高于北方。据报道，随着人们利用污水浇灌农田的水量的增加，造成670000多Hm2的农田的重金属和合成有机物含量超标，全国耕地有20%受重金属污染的危害【37】。早在2003年时，我国北方主要河流松花江、辽河、淮河、黄河的重金属超标断面的污染程度就已经达到了劣V类[8]。而根据最近几年有关松花江的水质的检测报告显示：松花江中上游段水体主要是Cu、Ni、As等超标，下游段则主要是Hg超标；松花江吉林段受污染最为严峻，生活污水中Cu、Zn含量较高，过量排放会加重污染；造纸废水排放和石油开采使得Pb污染严重[9-10]。我国珠江流域主要是铬含量明显偏高。在武汉、上海等六所主要的沿江城市调查，调查表明这些城市的重金属的污染率已累计到了65%[11]。有35.11%的城市河流的Hg超过地表水Ⅲ类标准，18.46%的河段面中Cd也超过Ⅲ类标准，Pb超标的河段占25%[12]。我国重金属污染主要来源于矿物的开采和加工以及冶炼、电镀、塑料、电池、化工等行业，以及我国化石燃料的燃烧。这些行业完工后通常废水处理的质量不达标，导致重金属离子在污水里随着水循环的方向不断流动，进而引发更大面积的重金属污染。近些年来，我国重金属污染事件发生得也是很频繁。例如，我国湖南西部开采了大量铅锌矿，导致当地的铅元素含量严重超标，进而严重威胁到当地居民的健康。2009年8月，湖南武冈精炼锰加工厂排放的铅元素超标，导致该地附近1300多名儿童血铅中毒；2010年3月，湖南郴州的炼铅企业排放了大量铅元素，造成大量儿童铅中毒。湖南省的有色金属矿物的开发排放过多，也给湘江带来了严重的污染。在2009年左右，湘江成为全国污染最严重的河流之一，给湖南及其附近的人们用水的安全性带来极大的危害。据检测数据[12]，在那些年湘江附近的27个水质监测断面中，二类水质断面仅6个。衡阳、衡山、株洲、湘潭、长沙四市一县的6个城市饮用水水源地只有衡山一处达标。此外，在2009年8月，陕西凤翔县也发生了铅排放过量，导致大量儿童血铅含量严重超标；昆明市东川区也发现200余名儿童血铅超标；之后，2011年8月云南曲靖发生了六价铬污染事件，导致了十分严重的后果；在2012年1月15日，河池市环保局检测发现龙江拉郎水电站水质镉含量超过《地表水环境质量标准》III类标准约80倍，广西龙江镉污染事件造成了一定的损失；2016年4月3日，原宜春中安实业有限公司为了规避监管，在下暴雨期间，集中将厂区内含有大量重金属镉、铊、砷的废液偷偷排入袁河，导致袁河及仙女湖的镉、铊、砷元素含量超标，由仙女湖取水的新余市第三水厂取水中断，新余市部分城区也停止供水，造成了严重后果。2017年嘉陵江西湾水厂水源地因铊元素超标4.6倍发生了严重的水污染；总而言之，我国之前的重金属污染事件的发生较为频繁，主要是因为相关部门监管不力、企业私自排放未经处理的污水，且所排放的污水不达标所导致的。要想使重金属离子的排放减少，就需加强监管力度，制定严格的排污标准，使企业的污水达到排放标准后再排放。重金属离子的不合标排放严重地威胁当地人的用水安全，给人们的生命和财产安全带来了极大的风险。基于目前我国环境污染问题严重，对我们个人也造成了一定程度上的危害，对我国人民的健康也产生了很大威胁。随着近些年环境保护日益成为了人们的焦点话题，其中的重金属的污染防范与治理问题也逐步被提上日程。我国重金属污染情况较为严重，为了解决重金属污染治理问题，2009年末，我国环保部等七部委出台了《关于加强重金属污染防治工作的指导意见》，对调整及优化产业结构、加强重金属污染预防和治理、强化环境执监管力度、加大资金投入和政策支持力度、加强技术开发和示范工程推广、健全法规标准体系及具体落实责任等各个方面提出了严格的要求；2011年4月初，我国颁布了针对重金属污染治理的首个“十二五”专项规划—《重金属污染综合防治“十二五”规划》，该方案指出我国重金属污染治理工作具有的主要问题有工业布局不合理，缺乏统一规划；产业结构不合理，发展方式无序；生产工艺技术落后，治理水平不高；法规制度建设滞后，标准体系不完善；基础工作薄弱，技术支撑能力不足；环境监管能力不足，监督管理不到位等六个方面的问题[13]。2016年，我国国务院颁布了《“十三五”生态环境保护规划》，在此方案中也明确指出要加大重金属污染的防治力度，该规划主要从加强重点行业环境管理，深化重点区域分类防控两个方面说明，其中格外强调了加强汞污染控制，还指出了凉山西昌市等区域综合防控16个城市和赣州大余县浮江河流域等8个流域综合整治工作。可见，目前我国重金属污染治理的问题虽已有所行动并取得了一定的初步成效，对于已发生的重金属污染事件的水域及土地也进行了一定的治理工作。但目前存在的问题仍然十分重大，目前问题还很严峻，有待我们去进一步解决这些问题。我国重金属污染自《重金属污染综合防治“十二五”规划》出台和执行以来，重金属污染的防治工作就加速地进行。在此期间，我国关闭了40100家涉及重金属污染超标的企业，处理污染物的技术水平也不断提高。截至2014年底，全国五种重点重金属污染物（铅、汞、镉、铬和类金属砷）排放总量比2007年下降20.8%，规划重点项目完成72.4%[13]。（这是后面调过来的，所以参考文献重新排序号）而根据我国2018年《中国生态环境状况公报》显示，我国开展涉镉等重金属行业污染耕地风险排查整治，一些地区耕地土壤污染加重趋势得到初步遏制。当前我国重金属离子污染已开始缓解，但仍需进一步整治。

第3章重金属污染主要治理方法重金属污染现已经成为世界关注的重要环境话题之一，而重金属物质本身也是一种不可再生的资源，因此关于如何防范重金属离子给人们带来的危害，如何处理及回收工业生产后含有重金属离子的废水，现已成为人们关注的重要环境话题。目前，面对重金属污染，人们可以从重金属污染的源头，即化工厂、金属冶炼厂等地方处理，减轻重金属排放；其工作也可以从已经发生重金属污染的地方进行治理，缓解该地域现有的重金属污染的工作。对于重金属离子污染的处理，依据用什么物质对重金属进行处理方面，大体上分为以下三种方法：化学处理法、生物处理法以及物理处理法，下面将分别综述这三大类重金属离子处理方法。3.1化学处理法化学处理法一般是利用重金属离子可以和其他物质进行化学反应的特性，通过和其它物质发生氧化还原、生成沉淀等反应，或将含有重金属离子的溶液进行电解，从而将重金属离子进行转化，转化成无污染或污染小的物质，进而将重金属离子从水中除去，以减轻水体重金属离子污染的方法，其具体分为以下几种方法。3.1.1沉淀法沉淀法是指通过化学反应使重金属离子形成沉淀从而将重金属离子从水中分离，进而将其从水中除去，达到排放标准的方法。根据所生成的沉淀物的不同，可以将沉淀法分为三种[14]。首先是生成氢氧化物的沉淀法，即指利用大多数重金属离子在碱性条件下溶解度小的性质，在重金属离子中加入可溶的碱性化合物溶液使之形成沉淀从而将重金属离子从水中除去的一种方法。在处理2012年广西镉超标排放时，就采用了“弱碱性化学沉淀应急除镉技术”，用氢氧化钠或石灰、絮凝氯化铝絮凝沉降镉离子，使得事件未造成进一步扩大。再者就是生成难溶物盐的沉淀法，比如在处理工业中含汞废水时，向里面加入Na2S或NaHS可将Hg2+转化成HgS除去；在含铬废水中加入消石灰或硫化碱，使之生成不溶于的氢氧化物或硫化物沉淀而除去。还有可以通过钡盐法去除水中的铬离子，使铬酸盐与碳酸钡等反应生成絮凝物，沉淀后再利用石膏过滤，将水中残留的Ba2+去除，再用微孔过滤器将碳酸钡沉淀滤除。周源等采用硫化钠沉淀法处理92.56mg/L的含铜矿的酸性废水，再通过黄药捕集浮选硫化铜，得到了28.5%的含铜废渣，其铜离子去除率达到99.46%[15]。然而，使用该方法容易形成二次污染。如处理含汞废水例子中加入硫过量时易产生硫污染，而硫也是一种无机污染源，还需考虑后续硫的处理问题。沉淀法中目前较为先进的方法是铁氧体法，这种方法是1973年由日本电气公司首先提出的一种处理重金属离子的方法，该方法是通过向废水中投加铁盐，通过控制工艺条件，使废水中的重金属离子在铁氧体的包裹、夹带作用下进入铁氧体的晶格中形成复合铁氧体，然后再采用固液分离的手段，一次脱除多种重金属离子的方法。铁氧体法处理重金属废水效果较好，特别适用于处理工业生产中所产生的含多种重金属离子的废水，投资成本低、设备简单、沉渣量少，且化学性质比较稳定，在自然条件下，一般不易造成二次污染。而且铁氧体具有磁性，可以作为磁性材料被回收利用。谢涤菲、后春辉等人研究了臭氧-铁氧体法处理布尔哈通河水中锌铜离子的情况，结果表明用臭氧-铁氧体法处理含铜废水的最佳工艺条件为：在形成铁氧体结晶后通入臭氧时，pH为9.00，投料比为10，温度为室温时效果最佳。用臭氧-铁氧体法处理含锌废水的最佳工艺条件为：在形成铁氧体结晶后通入臭氧，pH为9.00，投料比为4，温度为室温[16]。3.1.2电解法电解法是利用金属离子通电后能够从相对高浓度的溶液中分离出来的性质对重金属离子进行分离并转化的一种方法，也就是使重金属离子在电极的阴极进行还原反应，从而把重金属离子转化为金属单质或难溶化合物而减轻重金属排放的一种方法。除传统的电解法外，还有微电解法，该法就是把一定质量比的铁屑和活性炭粒颗浸没在废水中，利用铁和碳之间存在的电极电位差，使得废水中的铁屑和活性炭颗粒能形成细微原电池，这些细微电池是以电位低的铁做为阳极，电位高的碳做阴极，在含有电解质的水溶液中发生原电池反应，使得废水中重金属离子在阴极还原成单质。同时，电极反应生成的氧氧化铁具有很高的活性，能够进一步去除废水中残留的重金属离子，以保证最终出水水质[17]。罗发生,徐晓军等人研究了微电解法对冶炼铜之后剩余重金属处理结果，研究通过铁炭微电解处理实际冶炼后的废水，得到的最佳工艺条件：在初始pH为3，铁炭总质量为5g（100mL废水中），铁炭质量比为1：1，反应时间为30min的条件下，此时Cu2+、Pb2+、Zn2+的去除率分别达到95.6%、91.8%、70.9%[18]。再比如工业上处理氰化镀镉废水时，加入适量的NaCl和NaOH后进行电解，使镉离子转化成不溶性的碱性化合物而从废水中脱除。电解法处理含重金属离子废水有其设备占地面积小，使用设备简单，其处理后的金属可回收利用等优点，其缺点是需要消耗大量电能，成本高昂且电解过程中有时会产生其他污染，现多用于电镀金属废水的处理。3.1.3氧化还原法氧化还原法是指通过氧化还原反应使某些难以用其他方法处理的重金属离子价态转变成污染程度较小的价态或易于处理的价态，从而减轻重金属污染的方法。例如，在酸性含六价铬的废水中，可用还原剂硫酸亚铁或亚硫酸氢钠将六价铬还原成低毒性的三价铬，然后加碱调节pH值，使其转变为氢氧化铬沉淀而除去。该法一般用于高价重金属离子的去除，之后还需要采用诸如沉淀法等其他方法与之结合使用。3.2生物处理法生物处理法是指利用一些优选的鱼贝类以及其它水生动物或水生植物、水生微生物品种的生命活动对水中重金属离子进行一系列作用，从而减轻水中重金属离子含量的一种方法。应用生物处理法处理污水，其优点是材料天然易得，成本低，且可一次性处理大量污水，无其他污染，并且在用该法处理重金属污染的同时，可以使水中的生态环境得到进一步地改善，可以用于一些大型水域的污染处理。但因水生生物吸收大量重金属后会死亡，故该法对于含有剧毒的重金属离子效果不是太理想，需采用其他方法予以配合。目前，生物处理法主要使用微生物、水生动物及水生植物三类生物对污水进行处理，可用于对含有重金属离子的水域进行过程处理。3.2.1微生物法微生物处理法是利用细菌、真菌、微藻等微生物旺盛的代谢活动来吸附、转化及沉淀废水中的重金属，从而降低废水中的重金属浓度，达到减轻重金属离子对水体的污染的目的。微生物处理重金属污染物的机理主要有絮凝作用、沉淀作用和吸附作用三种。微生物的絮凝作用是指通过微生物如菌体及代谢产物对废水中重金属离子产生絮凝效果，使絮体之间结合到一起形成较大的凝聚物，从而使水中的重金属离子通过沉淀而减少；沉淀作用是指某些微生物代谢产生某种特定的氧化还原酶，使得一些金属元素从高价态变为低价态，还可以通过改变特定的酸碱度环境，进而将重金属离子转变成沉淀的方法除去；吸附作用是指一些微生物所分泌的多聚糖、糖蛋白、脂多糖、可溶性氨基酸等胞外聚合物质具有吸附功能，此外某些微生物的细胞壁上也具有吸附功能，可使重金属离子除去。陈志鹏等研究了丛枝菌根真菌对紫花苜蓿锑积累和抗氧化活性的影响，结果表明：AM真菌作用下可强化紫花苜蓿对锑的吸收与积累当土壤中锑浓度500mg/kg时，接种AM真菌地上和地下部分锑浓度比未接种的分别增加了71%和46%，证实了混合真菌在锑污染土壤修复中的应用前景[19]。总之，微生物处理法是一种成本低、处理效率高且对环境友好的一种处理重金属的方法，但微生物培养过程中对水质和温度要求很高，现阶段不易满足，但此方法具有一定的发展前景。3.2.2水生植物法该法是指利用水生植物生命活动所进行的一系列物理化学作用，诸如吸附及积累作用，对污水中的重金属离子进行处理的一种方法。水生植物法在处理重金属离子中具有较广泛的应用，相关研究人员也对此进行了很多研究。刘俊，张晓燕研究了浮萍、满江红、凤眼莲对水中Pb2+的累积吸收能力，其结果表明浮萍对Pb2+的累积吸收能力及抗性最大，满江红次之，凤眼莲最小[20]。练建军等研究了芦苇和香蒲对重金属钼的吸收情况，研究结果表明在钼浓度为2mg/L-20mg/L时，香蒲对重金属钼的耐毒性比芦苇强，而且香蒲对重金属钼的去除率高于芦苇[21]。举例来说，在钼浓度为2mg/L时，香蒲和芦苇去除率分别为87%和62%，但随着钼浓度的增加，芦苇和香蒲对钼的去除率都出现了下降的现象。说明了运用水生植物处理重金属离子在高浓度的条件下会出现处理效果变差的情况，其原因是在重金属离子浓度很高的情况下，水生植物也会出现中毒的现象，使得水生植物的性能下降，从而使处理的效果逐渐下降。故在使用该法时要注意重金属离子浓度的把控。王南研究了在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）V类标准和《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962-2015）A级标准的浓度范围内，水芙蓉、旱伞草、黄菖蒲、水芹菜对水体中的Pb、Cd、Cr、Cu、Zn五种单一重金属的去除效果。研究了pH=5、pH=7、pH=9的条件下，4种水生植物对水体中5种单一重金属的去除效果，每72h取样检测，分析不同pH对水生植物去除重金属的影响。结果发现Pb在pH=5以及Zn在pH=9的条件下水生植物对重金属的去除率较高外，其他3种重金属均在pH=7的条件下，水生植物对重金属的去除率较高。其中发现，旱散草对铬的去除率较高。如下图3-1所示，旱散草对铬的去除率在pH=7达到最大，第9天去除率达到55%左右，经过21天去除率达到82%左右，21天后浓度下降速率非常缓慢，30天时去除率达到84%左右。30天时pH=5和pH=9的去除率均没有pH=7的高。可以看出，在一定pH范围内，随着pH的增加，旱伞草对Cr的去除率呈现上升的趋势，但过高的pH也会引起去除率的下降[22]。运用水生植物法处理水中重金属浓度时，要注意重金属浓度不要过高，以免过高时，重金属离子引起植物中毒，影响了处理效果。图3-1不同pH值时旱伞草对铬的去除率与时间的关系图3.2.3动物法运用水生动物法处理水中的重金属污染是指利用贝壳、甲壳类，以及一些鱼类对污水中的重金属进行一系列处理，从而达到去除水中重金属离子的效果的一种方法。如蚌壳类动物对Pb，Cr，Cu的去除效果就比较好。运用水生动物处理重金属离子，首先需要挑选出符合条件的水生动物，并培养、训练出特定的抗重金属离子并且能够吸收重金属离子的动物，才可以利用它们处理水中的重金属，故由于水生动物的前期处理工作需要消耗大量的成本，其需要特定地选择动物以供养及挑选，工作量较大。除水生动物外，陆地上的动物也可以对土壤的重金属污染起到一定的警示作用。例如，高岩、骆永明等研究了蚯蚓对土壤污染物的警示作用[23]。但从大体上来说，用动物处理重金属离子目前还处在研究中，现实中处理还有一定得困难。目前若进一步推广，还有很多困难需要解决。故目前运用此方法处理重金属污染的应用实例还较少。3.3物理处理法3.3.1膜分离法膜分离法是20世纪70年代左右新兴的处理污水中污染物的方法，应用该法处理重金属离子，具体来说是指在外界压力下，将废水中的重金属离子先转变成微小的颗粒，之后再利用颗粒分子与水分子颗粒的大小不同的情况，采用过滤膜将二者分离的方法。目前，膜分离法在处理污水过程中有着广泛的应用。膜分离法的五大经典方法有微滤法、超滤法、纳滤法以及反渗透法以及电渗析法。可针对不同种类的水体污染物，选择相应的方法。在处理重金属离子方面，采用反渗透膜进行含有铜离子废水时，发现当进水中含有铜离子质量浓度为340mg/L左右时，透过液中铜离子的质量浓度在4.2mg/L以下，去除率可达99.0%左右[24]。电渗析法是一种以直流电场为驱动力，使离子选择性透过膜的过程[25]，可以用其处理水中的重金属离子。其中Nataraj等利用电渗析法中试设备去除六价铬离子，使废水达到排放标准0.1mg/L[25]。Mohammadi等研究了各种操作参数对分离效果的影响，其结果表明在应用电渗析法进行重金属污染处理时，应该主要控制电压和温度，使处理效果更好[26]。总之，膜分离处理重金属离子废水的方法简单可行，且针对大多数重金属离子都可适用，并且可对有用的重金属进行回收利用，可以实现其再次使用，而且无二次污染，故不需要进一步处理。但在其研发过程中研究出所需要的过滤膜研发成本较高，而且使用时间较短，需要进一步开发新型耐用的过滤膜。3.3.2离子交换法应用离子交换法处理含重金属离子的工业废水是利用离子交换树脂所含的活性基团(如大量的氨基、羟基、羧基等)与废液中的重金属离子发生反应从而将重金属离子从水中除去的一种方法，其中的离子树脂有阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、腐植酸树脂和螯合树脂等。运用离子交换法可以一次性处理大量污水，而且处理效果好，重金属处理后的重金属也易于回收，但是该方法处理成本较高，且树脂的化学性质不稳定，易被空气氧化而发生变质，难以多次反复使用，需要对树脂进行进一步处理，使其稳定性增强。郭志英等人采用离子交换法，对江西武山矿所排出的含铜及多种重金属进行废水处理，控制处理条件以选择性交换Cu2+，使Cu2+一次交换率达81%~99%，当原废水Cu2+浓度达到999mg/L时，经过三次交换后，出水Cu2+含量降至1.79mg/L，洗脱液的Cu2+浓度达到了33g/L~40g/L[24]。（引文献）车荣睿等对含铜量为30mg/L~110mg/L的硫酸铜镀铜清洗废水，采用双阳柱全饱和工艺(001×7阳离子树脂)处理在每升树脂处理96L废水时，出水中的Cu2+浓度可达1mg/L[27]。离子交换法处理重金属离子效果的好坏主要取决于离子交换树脂本身的性质、被处理离子浓度、反应时间、反应温度、废水流速等这几方面。3.3.3吸附法吸附法是利用吸附物对溶液中的重金属离子进行吸附作用，从而达到去除污水中重金属离子污染的一种方法。吸附法和其它方法相比，其优点是为方便快捷，操作简单，处理效果好，对于低浓度废水处理效率高；而且很多种吸附剂可再生，可以重复利用。吸附的效果和吸附剂的结构通常有着很大的关系，主要取决于吸附剂独有的多孔分子结构以及某些特殊官能团。选择好的吸附剂对于吸附法来说是非常重要的，可以参考每一种吸附剂的结构特点以及所处理的污水情况来选择相应的吸附剂，以达到更好的处理效果。每一种吸附剂对重金属离子的吸附各有各的特点。传统上，活性炭是一种应用范围广的吸附剂，但由于其较高成本和再生效率低等因素限制了其进一步的应用，故很多研究重金属处理的相关人员进行了运用其他吸附剂吸附重金属离子的相关研究。宋晓俊探究了磁性碳纳米吸附剂对六价铬离子的吸附研究，结果表明在碳化温度为700℃时，其所制备的磁性碳纳米吸附剂（MCN700）具有最好的吸附效果，当pH=2时，在Cr(VI)离子初始浓度为50mg/L、吸附剂用量为50mg的条件下，接触时间为2h时，MCN700对Cr(VI)离子的吸附达到平衡，吸附率和吸附量分别可达96.90%和56.28mg/g[28]。李克腾以海藻酸钠和聚乙烯亚胺为原材料，通过一步合成法成功制备出一种绿色环保且对Cu2+具有较大吸附容量的海藻酸钠-聚乙烯亚胺(Alg-PEI)复合气凝胶，实验结果表明，Alg-PEI对废水中的Cu2+，Zn2+，Co2+，Fe2+，Cr2+具有较好的吸附性，其中对于Cu2+具有选择性，对Cu2+的最大吸附容量高达241.4mg/g[29]。修其慧探究了过渡金属硫化物及其复合材料对重金属离子的吸附研究[28]。王闻宇和靳许研究了聚酯或角蛋白纳米纤维膜对铬离子的吸附[29]；郭修旺研究了纳米状有机硅对铅的吸附[30]。这些吸附剂的研究有助于推广物理吸附法对重金属离子污染的处理。最近，也有些学者对传统的吸附剂进行改性，例如黄喜寿，叶凡等人对活性炭进行了改性研究。首先用去离子水将活性炭洗净，过滤，80℃下烘12h；取一定量十二烷基苯磺酸钠（SDBS），溶于500mL去离子水，定容至1000mL；将净化好的活性炭，加入到上述SDBS溶液中，超声5min，以120rpm震荡水浴反应48h，之后进行过滤，80℃下烘24h，得到炭-SDBS，并对镍离子进行吸附，探究吸附剂量对镍离子吸附性能。图3-2为该研究下活性炭-SDBD对镍的吸附性能结果。由图不难发现，运用改性活性炭吸附镍离子时，随着吸附剂量的增加，镍的去除率随之下降，其中吸附剂量为50mg时，金属镍的去除率最高，为96.3%[33]。图3-2活性炭-SDBD对镍的吸附性能结果总之，吸附法对于处理重金属离子污染问题具有很好的效果，对于处理重金属污染方面，吸附法具有无可比拟的优势，以致于很多研究者都在对不同种类的吸附剂对不同重金属离子进行深入的研究。虽然很多吸附剂都对重金属离子具有良好的吸附效果，但一些吸附剂的研究成本很高，以致于影响了其在工业生产中所起到的实际效果，难以进行大规模生产，且现阶段后续处理难度较大。吸附剂应具有较高的比表面积，且其化学性质应相对稳定，可以通过这一特征来寻找合适及廉价的吸附材料，使吸附法得到更加广泛的应用。结论与展望环境问题是我们目前面临的重大问题，其中重金属治理问题需要引起我们足够的重视。因为重金属问题一旦出现，对于我们每个人的健康都会产生危害，而且重金属的污染不可逆，很难通过自然界的自我修复来解决。在本文综述的处理重金属离子污染的方法中，化学法优点是操作简单，但容易造成再度污染；生物法不适合处理含大量重金属离子的废水，且受外界因素影响较大，但对环境无污染，适合于大量使用以处理自然界大型水域的污染修复问题；物理法的原料目前价格较高，不易大规模使用，但处理方便快捷。在今后的治理重金属污染过程中，我们要结合具体情况，将三种处理方法综合运用。目前来看，使用较为广泛的方法是化学沉淀法；研究的较多的是吸附法。我们也可以结合目前正在发展的生物工程技术，用以改善微生物的品种，使之吸附能力增强，使用性更强，使微生物法应用更加广泛。各种处理重金属的方法各有各的缺点，故希望研究工作人员能够研究出一些更加科学有效的方法，来处理重金属污染问题。在研究处理重金属污染的方法的同时，我们也要控制重金属的排放问题，研究在一些场合用其它物质代替重金属，同时控制重金属的使用量，从重金属的来源上消除重金属的污染。我们也要对已有重金属离子污染的水域进行治理，以提升水体整体质量。制定更加严格的重金属排放标准，政府要加大重金属治理力度，使重金属污染企业减少排放重金属。同时，环境问题的解决关系到我们每个人的安全问题，故我们每个人都要为环保的工作做出自己的努力。在处理环境问题时，我们应该携手并进，共同控制住重金属离子的排放。有效治理方法的研发与选择，排放量的控制是缓解重金属污染的有利手段。为使我们的生存环境变更加健康，使我们的环境问题得到更好的改善，我们应携手共进！。PAGEPAGE22致谢本论文是在魏立国老师指导下完成的，从论文开题到中期，再到最后阶段的终稿，魏老师在指导我的毕业论文上花费了很大心血。魏老师渊博的专业知识和严谨的治学态度令我十分钦佩，我在今后的学习中也要向魏老师那样认真负责。由于今年突如其来的疫情导致今年下半年很难回实验室做实验，而我之前的实验又做的极少，故和魏老师进行一番沟通之后决定改写综述性论文。我开始时也不知所措，后来魏老师细心指导我，完成了综述性论文的大致提纲，之后我按照提纲一步步地写，其间老师也不停地指导，对其一遍遍地修改，才形成最后的终稿。另外还要感谢黑龙江科技大学的老师们伴随我四年的成长，在临近毕业而又回不去学校的情况下，仍然对我们尽心尽责地关心和照顾；另外感谢我的同学四年间对我的照顾；感谢黑龙江科技大学给予我一个这样的平台，使我在这里学习大量的知识，增强了我的各项能力。在即将别离之际，愿黑龙江科技大学越办越好。参考文献石平.辽宁省典型有色金属矿区土壤重金属污染评价及植物修复研究[D].东北大学,2010.于天宇,胡思雨.水体重金属污染现状及治理方法概述[J].建筑与预算,2019(06):75-78.李海芹,王静.重金属废水污染及其处理方法研究[J].中国资源综合利用,2017,35(12):51-52.励建荣,李学鹏,王丽,段青源.贝类对重金属的吸收转运与累积规律研究进展[C].中国食品科学技术学会第五届年会暨第四届东西方食品业高层论坛论文摘要集,2007:75.DiGM，PetrarcaC,PerroneA,etal.Autophagyasanultrastructuralmarkerofheavymetaltoxicityinhumancordbloodhematopoieticstemcells[J].ScienceoftheTotalEnviroment,2008,392(1):50-58.ArienzoM,MasuccioAA,FerraraL.Evaluationofsedimentcontaminationbyheavymetals,organochlorinatedpesticides,andpolycyclicaromatichydrocarbonsintheberrecoastallagoon(southeastFrance)[J].ArchivesofEnvironmentalContaminationandToxicology,2013,65(3):396-406.DhanakumarS,MurthyK.Heavy-metalfractionation