水体中重金属污染的处理技术

邱元凯

（河源职业技术学院，广东 河源 517000）

0 概述

自从二十世纪五十年代在日本发现镉污染引起骨痛病及汞污染造成水俣病以后，金属的环境污染问题已受到了全世界的广泛关注[1]。近年来，由于工农业的发展引起水体的重金属超标严重，已成为重要的环境污染问题。

对于重金属，目前尚没有严格的统一定义，主要有以下几种说法：金属的比重大于5 者为重金属[2]；周期表中原子序数大于钙(20)者，即从钪(21)起为重金属。从环境污染方面来讲，重金属主要是指汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的重元素，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等，目前最引起关注的是汞、铜、锌、镉、铅等。

一般来说，环境中重金属的污染来源主要有地质风化作用、采矿废水、工业废水、生活废水和城市地表径流、农业废水等。

重金属的危害主要包括直接生物毒性效应，一般重金属产生毒性的范围，在天然水体中约1～10mg/L，毒性较强的重金属如Hg、Cd 等产生毒性的浓度范围会更小；在微生物的作用下转化为毒性更强的重金属化合物，如环境中的某些重金属如汞和砷，水中的二价汞离子经过微生物的作用转变为有剧毒性甲基汞，细菌等许多生物具有把无机砷转化为有机砷；生物富集作用，生物从环境中摄取的重金属经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物体内成千万倍的富集起来，最终通过食物链进入人体，使人中毒，或在人体的某些器官中积累，造成慢性中毒[3]。

1 水体中重金属污染处理技术

对水体中重金属污染的处理和净化已成为当今环境研究的热点之一，处理技术主要包括物理化学方法、化学方法、生物方法等。

1.1 物理化学方法

除去水中重金属的物理化学方法有吸附、离子交换、微滤膜、反渗透、电渗析法等。

1.1.1 吸附法

吸附法是最通用和应用最广泛的物理化学方法之一，吸附剂种类很多，如活性炭、粘土、粉煤灰、泥炭、树皮、蘑菇收获残余物、改性壳聚糖、苔藓、海藻、稻壳等。其中活性炭具有特殊多孔结构，巨大的表面积和高吸附容量，无疑是除去水中重金属最广泛使用的吸附剂，然而它的非选择性、高质量、高成本限制其使用。因此，对一些来源广、低成本吸附材料除去水中重金属离子进行大量研究，莫健伟等[4]研究了绿藻(U.lactucal)对Cu2+、Pb2+，Ni2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+的吸附，结果证明吸吸附率最高可达90%，最低的可达79%。

1.1.2 河流稀释法

稀释是改善受污染河流的有效技术之一，通过稀释能够降低污染物在河流中的相对浓度，从而降低污染物质在河流中的危害程度。

1.1.3 离子交换法

离子交换法是在离子交换器中借助离子交换剂来完成，含重金属的水通过交换剂时，交换剂上的离子同水中的重金属离子进行交换，达到去除水中重金属离子的目的。此方法受交换剂品种、产量和成本的影响。

另外，几种物化方法的联用提高去除重金属污染物的效率值得深入研究，研究表明采用电极和离心技术联用去除ppm 级的汞和铅效率可以分别达100%和98.3%。

1.2 化学方法

在化学沉淀、氧化还原、电化学等化学方法中，化学沉淀法是去除重金属污染物经典方法之一。沉淀和絮凝沉淀作用通过提高水体pH，使重金属以氢氧化物或碳酸盐的形式从水中分离出来，也有加入硫化物沉淀剂使重金属离子生成硫化物沉淀而被除去。

氧化还原法利用的是重金属在氧化还原反应中可被氧化或被还原的性质，把它们转化为无毒、低毒的物质，或转化为容易从水中分离出来的物质，从而达到处理目的。常用的氧化还原法有药剂氧化法、药剂还原法和电化学还原法等。另外可利用电解法回收Cu、Ag、Cd 等金属，大约有30 多种废水中的重金属离子可进行电沉积。

1.3 生物方法

生物处理法是利用微生物、动物、植物等生物材料及其生命代谢活动去除和(或)积累废水中的重金属，并通过一定的方法使金属离子从生物体内释放出来，从而降低废水中重金属离子的浓度。生物净化重金属具有成本低、简便、不会带来二次污染等特点，有理想的效果和良好的应用前景。

1.3.1 生物絮凝法

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[5]。目前，开发出具有絮凝作用的微生物有细菌、霉菌、放线菌、酵母菌和藻类等。

1.3.2 微生物去除法

微生物在重金属化合物存在的环境中逐渐形成一定的抗性，并能生长、繁殖。其代谢物及细胞自身的成分将重金属离子通过氧化还原和甲基化或去甲基化的作用，实现转变成低毒形态金属离子或沉淀物，达到去除重金属离子的目的。细菌、真菌和藻类等微生物菌体表面带有大量负电荷以及有机高分子化合物，能有效的去除微量的重金属并浓缩至几千倍。

1.3.3 植物修复法

利用植物进行水质净化是一项迅速发展起来的十分经济有效的新技术，该技术以植物为基础，利用植物从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属或利用植物降低金属活性，从而可减少重金属渗透到地下或通过空气载体扩散以及利用植物将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分达到净化的目的[6]。因此，利用植物除去水中的重金属离子时需考虑植物对重金属离子对植物生长的毒性或植物对重金属离子的选择性吸收以及重金属离子在植物中的超积累与分布。

1.3.4 动物修复法

水体底栖动物中的贝类、甲壳类、环节动物等对重金属具有一定富集作用。如三角帆蚌、河蚌对重金属（Pb2+、Cu2+、Cr2+等）具有明显自然净化能力。

2 结论

目前对水中重金属污染去除方法的研究较多，但转化到应用方面还有待进一步加强。生物修复法具有成本低、效益高、无二次污染、有利于生态环境的改善等诸多优点，成为治理被重金属污染的水体的首选方法。面对复杂的水体，往往同时需要充分利用各种方法建立起完整的循环体系，实现重金属的有效治理。

［1］Stanley E.Manahan.环境化学原理[M].黄志桂，解怀宁，编译.重庆：西南师范大学出版社，1989：46.

［2］王俊，张义生.化学污染与生态效应[M].北京：中国环境科学出版社，1993：156-157.

［3］陈景文，全燮，编著.环境化学[M].大连：大连理工大学出版社，2009：220.

［4］莫健伟，姚兴东，张谷兰，张应奋.海藻去除水中双偶氮染料机理及重金属离子研究[J].中国环境科学，1997，17(3)：241-243.

［5］马士军.微生物絮凝剂的开发及应用[J].工业处理，1997，12(1)：7-10.

［6］彭清涛.植物在环境污染治理中的应用[J].环境保护，1998(2)：24-27.