水产品重金属污染检测技术及去除方法研究进展

2022-03-03王炫凯曲宝成胡柳林

水产养殖 2022年1期

王炫凯，曲宝成*，胡柳林

（1.大连海洋大学海洋科技与环境学院，辽宁大连 116023；2.设施渔业教育部重点实验室，辽宁大连 116023）

重金属是人类排放到水环境中的一类重要污染物，具有毒性、持久性和生物累积性等特点，可在鱼类等水产品中积累，对人类健康构成潜在风险。砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）等重金属即使在低浓度水平下，也会造成人类心血管、消化或生殖系统疾病。因此，重金属毒性研究较受关注。水产品是蛋白质和维生素的重要来源。美国心脏协会研究表明，每周吃两份鱼可保持身体健康。根据联合国粮农组织（FAO）的报告，2016年世界水产品总产量已达2亿t以上。随着工农业的不断发展，重金属等污染物进入水体并在水产品中富集，通过食物链，最终威胁人类健康。关于水产品重金属污染的研究较多。Lin等通过电感耦合等离子体质谱仪测定了黄渤海地区养殖扇贝的重金属含量。Tripathi等发现将凤眼莲和浮萍作为污水处理中的生物过滤器，要比传统的沉降、有机物吸附等方法更容易降低污水中重金属的浓度。现介绍了重金属对水生生物和人类的危害，比较了水产品重金属的检测技术和去除方法。

1 水产品重金属污染的危害

重金属通常不能被生物降解，多以不同的物理和化学形式存在于水体、土壤和空气等介质中,并具有迁移转化和生物积累的特性。重金属进入人体后，在人体内富集，阻碍人体生命代谢过程，对人体健康产生严重影响。重工业废水、生活污水和农业废水直排入河、湖和海，给水体带来了无法自净的污染，此类污染是水产品重金属最主要的来源。此外，饲料投喂和渔用药品使用也会引起重金属含量超标。

水产品重金属污染的不利影响主要有两方面。一是抑制水生动物的生长发育和繁殖；二是进入人体后轻则产生毒性效应，重则导致死亡。

1.1 重金属对水生生物的危害

重金属是一种具有持久毒性的化学污染物，可使水生生物发生畸形、突变甚至死亡。Stephanie等研究发现，Cd暴露导致鲢（）幼鱼腮、肌肉和脏器等组织受损，使其在游泳过程中因耗氧量增加而引起耗氧代谢效率降低，从而导致鲢幼鱼的游泳能力下降，说明重金属对鱼类的生命活动会造成一定影响；Roberta等将斑马鱼（）胚胎暴露于不同浓度的氯化锌（ZnCl）中，斑马鱼孵化延迟，钙化过程中出现畸形等较明显的生长缺陷。此外，重金属一般都不是单一存在的，不同重金属的共同存在可能会影响水生生物的正常生长与繁殖，交互影响较为复杂，有待深入研究。

1.2 重金属对人类的危害

重金属进入人体后，会导致癌症、身体畸形和突变效应，影响人体免疫功能的正常运行,加重一些非特异性疾病的病情。常见重金属对人体的危害见表1。

表1 几种常见重金属对人体的危害

2 水产品重金属检测技术

2.1 常规检测技术和方法

2015年，国家出台了《食品安全国家标准鲜、冻动物性水产品》（GB 2733—2015），因部分污染物含量较低，需要有对应的检测方法。表2为水产品中污染物检测方法及规范（重金属部分）。重金属分析检测方法的优缺点见表3。

表2 水产品中污染物检测方法及规范（重金属部分）

表3 重金属分析检测方法的优缺点

目前，关于重金属的分析检测方法包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法等四大类。

续表

上述四种检测方法由于所用仪器价格较高，抽样费时费力，样品处理与检测时间长，检测流程复杂，对研究人员的仪器操作水平要求高，不适宜现场检测。迫切需要能快速检测水产品中重金属等污染物含量的技术，以弥补常规检测技术的劣势。

2.2 快速检测技术和方法

快速检测技术可在水产品生产销售时对污染物进行快速排查和筛选，耗时较短，能有效预防和减少大型食品安全事故发生的概率。刘腾鹏利用电磁感应电热蒸发（IETV）的样品导入方式，结合介质阻挡放电（DBD）和气相富集（GPE）技术，构建了适用于Hg、Cd的固体进样装置，并与原子荧光光谱仪（AFS）串联集成。该方法分析时间短，操作简单,是一种灵敏且可靠的水产品检测技术。

快速检测技术筛查的难点为痕量污染物检出限和假阳率偏高，需提升检测精度和准确度，目前国内还没普及水产品重金属的快速检测技术。未来，应在减少测试时间的前提下，降低快速检测技术的假阳率，针对各种干扰因素制定措施，进一步提高测试的精度与准确度，向定性、定量分析方面发展，做到实时检测与现场检测并重，提升对水产品中复杂污染物的检测效果。

3 去除水产品重金属污染的办法

3.1 化学沉淀法

化学沉淀法指把碳酸化物、磷酸化物和硫化物等投放到重金属含量较高的废水中，使其与重金属离子发生反应，达到固液分离的效果。定期向水中泼洒生石灰也较为有效。目前，关于采用化学沉淀法去除水体重金属污染的研究较少，常规絮凝剂去除重金属的效果不甚理想，今后研究的重点为开发具有捕集重金属基团的新型絮凝剂，如Jia等对芳香环有机物进行改性，合成了壳聚糖絮凝剂，加入重金属之后，可促进三元络合物的形成，重金属与有机物能够产生强配位作用，增强了协同絮凝效果。

3.2 物化吸附法

天然矿石、活性炭和合成沸石等多孔性固体物质为采用物化吸附法去除水环境中重金属的常用吸附材料。Beckingham等研究表明，加入活性炭可显著减少生物对Cd的吸收，碳质材料也可使重金属趋于稳定，减少其流动和在生物体内的富集，降解污染物的原位微生物。

3.3 生物吸附法

生物吸附法一般利用微生物、动物和植物等进行重金属去除，具有成本低和效率高的优点。微生物为包括细菌、真菌、一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体以及病毒，它们的细胞壁结构和凝胶型或大孔型的离子交换树脂较为类似，所以从溶液中螯合和吸附重金属离子的速度快、效果好。经过长时间的进化，个别微生物具有重金属离子抗性基因，能够防治重金属污染。近年来，有许多关于应用微生物技术去除水体中重金属离子的相关报道。蜡样芽孢杆菌是Moreno-Benavides等从制革厂废水中提取出的一种呈奶油状且半透明的细菌，在LB培养基中，该细菌可有效降低六价铬［Cr（Ⅵ）］浓度，该研究还比较了在有无葡萄糖的状态下，该细菌对电镀厂废水与人造革废水中Cr（Ⅵ）的去除效果，结果发现在葡萄糖存在的状态下，人造革废水中Cr（Ⅵ）的去除效果明显。

3.4 生态修复法

生态修复法综合运用物理、化学和生物方法，使用人工构建的方式，如生态土塘和人工湿地等，修复环境。目前，此类研究较多。如Sheoran等研究发现，人工湿地一般通过物理、化学以及生物三者的联合作用去除重金属；吴长淋还对人工湿地去除重金属污染的原理和影响因素做了重点研究，较为系统地阐述了人工湿地处理含重金属污染废水的现状。