地下水重金属污染成因及修复技术研究进展

2020-11-29王哲

科技与创新 2020年3期

关键词：原位重金属人体

王哲

（长治市辛安泉域管理中心，山西长治046000）

1 地下水重金属污染概况

1.1 重金属污染来源

地下水重金属污染可以分为两类，即天然因素和人为因素。其中，天然因素主要是土母质、火山活动、森林火灾等自然问题；人为因素主要包括采矿与冶炼、化石燃料燃烧、工业生产等，大体上可以划分为采矿与冶炼、大气沉降、工业、农业、污染灌溉五大类。

1.2 污染特点

地下水重金属污染造成的问题十分严重，从有毒性、生物危害性等方面来看，重金属污染的特点有难以降解、毒性范围广、可持续性强、具有生物富集性、累积危害性大等。

1.3 存在形态

地下水中的重金属大体上可以分为两种形态，即溶解态和颗粒态，例如采用0.45 μm 滤膜过滤水样，过滤中的水体就是溶解态，原样水中没有过滤掉的就是颗粒态，包括存在于悬移质中的悬移态和存在表层沉积物的沉寂态。不同的形态其迁移性质也有所差异。其中，颗粒态重金属内部结构更加复杂，形态性质也有所差异。

2 造成地下水各种重金属污染的主要原因

现阶段，地下水污染现象越来越严重，出现这些的原因主要是工业污染。不同重金属均有不同的产生成因，具体介绍如下。

2.1 汞污染的形成原因

汞是一种金属元素，一般称之为水银，其元素符号常用Hg 表示，多以银白色的重质液体为代表，在工业生产过程中极具工业价值。但是汞也会不断形成汞废水或者汞废渣，有时还会产生很多含汞气体，无论是液体、气体还是固体，如果采用不合理的处理方法就会流入大自然中，比如土壤、河流中，对地下深层的地下水造成非常严重的影响。根据调查，很多时候许多化肥企业在加工化肥时添加少量的汞元素，将化肥放入农作物后，会产生较大的汞污染，成为形成地下水汞污染的一种原因。根据国家的相关汞排放标准，如果在某个地下区域内部的汞含量小于等于0.001 mg/L，则代表该区域地下水可以供人们正常引用，还可用来进行工业生产等。但是实际上，现阶段许多区域的汞含量早已远远超过国家规定的标准。

2.2 镉污染的形成原因

镉同样是一种金属元素，在自然界中以化合物的状态存在。镉的化学元素为Cd，由于其含量较低，在自然界中对人体并不会造成危险，但是镉如果与生物体进行反应会给环境带来严重污染。结合现阶段的工业发展可看到，在工业生产中镉元素的应用非常多，镉污染也比较多，导致地下水中镉污染越来越严重。如果人体摄入镉元素，非常容易出现骨质疏松与肌肉萎靡等症状，严重影响着人类的身体健康。

2.3 钠污染的形成原因

钠的化学元素符号为Na，在自然界中分布十分广泛，并且是人体所必需的金属元素之一，也同样是人体肌肉组织和神经组织的重要组成部分。所以，很多时候摄取的钠在正常范围内并不会对人体造成危险。但是如果摄入钠的量非常多，则极其容易发生人体中毒事件，患者会因钠污染中毒而引起血压升高、出现水肿，胃黏膜上皮细胞受到损害。而生物学认为钠的正常摄入量仅为200 mg/d，但是由于部分地下水中存在氰化钠，许多专家与学者对其进行检测与研究时会出现钠中毒事故。

2.4 锰污染的形成原因

锰是一种灰白色且具有一定光泽的金属，锰在自然界的分布同样十分广泛，土壤中正常的含锰量大约为0.25%，属于人体的一种必需微量元素。但是如果对锰元素的吸收超过一定量时，极容易导致出现锰中毒的现象，人体的生殖能力也会受影响，葡萄糖的耐量、智力发育、胰岛素正常合成、分泌功能均会受到十分严重的影响。许多地质学家在对地下水进行勘察时，对锰元素的吸收不断增加，出现锰中毒现象，危险的严重性不能忽视。

3 地下水重金属污染修复技术及其研究进展

3.1 可渗透反应墙修复技术

可渗透反应墙技术也称PRB，是美国在20 世纪80 年代所提出的重金属污染修复技术，是当今欧美等国家在地下水重金属修复中主要的技术手段之一。需要在污染区域设置一个活性反应介质被动反应区，如果重金属污染过的水体经过，地下水中的污染物就会与活性反应介质产生化学反应，污染物会直接被降解、吸附、沉淀、去除，从而降低地下水中的重金属含量，使地下水水质达到标准。

使用PRB 修复地下水重金属污染，最终的修复效果与活性反应介质有直接关系。现如今，在PRB 研究中，主要使用活性炭、微生物、FeO、泥炭等材料。这些活性反应介质通常都具备降解重金属能力强、吸附性强等特点，并且可持续较长的时间，还不会产生二次污染等问题。有关学者在使用PRB 时，采用活性碳作为活性反应介质，并制作成地下水重金属污染镉元素的反应吸附格栅。试验表明，活性炭对地下水中镉元素吸附力最强时，通常要在较高的酸碱度且含盐量低的条件下。

还有部分学者采用体积比例为1∶1∶0.5∶0.5 的砂、锰、锌、硒，去除率分别能够达到92.9%、89.6%、90.2%、88.3%，效果十分明显。

3.2 原位生物修复技术

生物修复技术作为当今环保领域研究的重点内容，包括原位生物修复技术。该项技术指在不破坏地下水生态的基础上，将地下水中原有或通过人工培养的特定微生物群放入水体当中，通过吸附、吸收、降解等作用，使地下水中的重金属减少，并逐渐使地下水系统恢复到正常水准，达到国家规定的指标。生物修复技术相比其他技术，优势主要表现在可以在现场进行、与其他修复技术配合使用、讲解时间短、使用成本较低等。

原位生物修复技术在地下水重金属污染处理方面上的应用较为广泛，并取得了很多研究成果。学者们在重金属严重超标的土壤和水体当中发现了很多可以让铬酸盐、重铬酸盐产生无害反应的微生物，例如芽孢杆菌、碱菌等微生物，铬酸盐与重铬酸盐在微生物的作用下可以让之前的六价铬转变成为三价铬，大大降低格的毒性。还有些学者发现，趋磁细菌对去除水中重金属具有明显的效果，趋磁细菌可以吸收外来的铁元素，并且在体内可以形成具备磁性的铁化合物。该方法使地下水中二价铁、三价铬、二价镍等重金属的去除率大大提高，平均在95%以上。

3.3 原位化学修复技术

原位化学修复技术是一种新型技术，该项技术主要利用了氧化还原反应，用还原剂和水中的重金属发生反应，从而降低重金属含量的一种原位修复技术。大体上可以分为原位化学氧化技术（ISCO）和原位化学还原技术（ICSR）。在ISCO技术使用当中，主要是将氧化剂加入到水体中，这样可让重金属产生氧化，形成毒性低、移动性差的产物。当今最为常见的氧化剂主要是二氧化氯、臭氧、高锰酸钾等，如在修复三价碘地下污水中，可以加入氧化剂使三价碘变为五价碘，降低碘元素的毒性。三价碘的溶解度要高于五价碘，可以降低碘元素的迁移性。ICSR 技术主要采用了化学修复药剂所具备的还原性，对重金属进行还原、吸附、沉淀、隔离等，把地下水当中重金属还原为低价的物质，这样即可降低重金属的毒性，提高稳定性。通常ICSR 应用在铬、砷重金属修复当中。原位化学修复技术具备修复效率高、投入成本低、修复周期短等特性。之所以该项技术应用不够广泛，是因为地下水中有多种重金属污染，修复一种重金属可能造成另一种重金属污染问题。此外，氧化剂、还原剂是否对人体无害还需要进一步考证。