大宝山矿区水体重金属污染及治理的研究

成员：刘斌、曾礼彬、刘腾、吴伟平、段小纲、肖远松大宝山矿区水体重金属污染及治理的研究大宝山矿区水体重金属污染及治理的研究1、概念2、污染状况及危害3、样品的采集和预处理结果与分析4、治理1、概念重金属污染：指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质量恶化。2.1、污染状况大宝山矿区地处广东曲江、翁源两县交界处，是一座大型多金属硫化物伴生矿床。该矿区自20世纪70年代开采以来，所产生的大量含重金属污水直接排放到横石河中，已造成该区域生态环境的严重恶化。主要污染物：Cu，Zn，As，Cd和Pb为主的多金属复合污染的特点2、污染状况及危害2.2.1、对水生动物的危害重金属进入水体后,可能会对水生动物的生长发育生理代谢等过程产生一系列的影响。如：Cu、Zn、Pb、Cd复合污染对鲫鱼DNA合成的抑制…2.2、危害2.2.2、对水生植物的危害重金属通过各种途径进入水体后,一旦被藻类吸收,将引起藻类生长代谢与生理功能紊乱,抑制光合作用,减少细胞色素,导致细胞畸变、组织坏死,甚至使藻类中毒死亡,改变天然环境中藻类的种类组成。2.2.3、对人体健康的危害重金属进入人体后,不易排泄,逐渐蓄积,对人体健康的危害是多方面、多层次的,其毒理作用主要表现在影响胎儿正常发育、造成生殖障碍、降低人体素质等。重金属(例如Pb、Se、Mn等)通过水体直接或间接进入食物链后,能严重地耗尽体内贮存的Fe、维生素C和其他必需的营养物质,导致免疫系统防御能力的下降,子宫内的胚胎生长停滞和其他一些残疾..3、样品的采集和预处理结果与分析3.1、样品的采集3.2、分析3.3、结论3.1、样品的采集将拟研究水域分为3段：尾矿坝河段、拦泥坝河段和横石河河段。在大宝山矿区附近沿3个河段采集水样；在污灌稻田土中抽取空隙水；在樟树坝采集沉积物，包括砾石附着物、河流底泥和河床土。水的样品经过过滤得到过滤水和悬浮物——沉积物混合物。3.2、分析•3.2.1、过滤水中重金属污染特征•3.2.2、水体中重金属形态分布特征•3.2.3、河流沉积物重金属形态分布特征acbdfe3.2.1、过滤水中重金属污染特征●Cu,Zn,Cd和Pb的溶解态、悬浮态和总量沿河流断面呈相似的空间分布规律(见(a)－(e))，而As则略有不同(见(c))，但它们都是在断面D达到最大，断面E次之，然后沿水流方向(由断面A至断面G)逐渐降低，表明拦泥坝为横石河水体的最大污染源。●由于水体的沉淀自净作用和清水支流(支流a,b和c)的混合稀释作用，河流的悬浮物含量也逐渐降低(见(f))。●由于采样时间为枯水期，支流a和b的流量较小，对凡水坑水和拦泥坝河段混合稀释作用有限，所以断面B和断面C以及断面D和断面E的PH及重金属质量浓度差别很小，而支流c的流量与横石河相当，所以能够起到很好的混合稀释作用，使断面G比断面F水质状况有显著改善。●在近中性或碱性条件下，水体中的重金属主要以细微尾矿颗粒物为主要迁移载体。但横石河水体受低pH的影响，As主要以细微颗粒物为迁移载体，悬浮态占总量的96.62%(质量分数)以上，而Cu,Zn,Cd和Pb则主要以水溶态形式存在，质量分数分别占总量的60％以上(见图4)，因而更易随水流迁移，其潜在危害性大大增强。●由于水体中同时存在着多种金属离子，重金属在水相与沉积物、悬浮物间的平衡取决于金属离子的竞争吸附过程。如在静态条件下，水中悬浮物对Pb和Zn的吸附能力顺序是PbZn，动态平衡实验结果也表明，重金属自沉积物、悬浮物中释放的能力为ZnPb。3.2.2、水体中重金属形态分布特征重金属在水环境中的迁移能力和生物效应与其含量和化学形态有关:(1)、水体中的重金属可以通过溶解态随水流动或通过吸附于悬浮物而迁移(2)、最后悬浮物沉积于水底将重金属带入沉积物中。3.2.3、河流沉积物重金属形态分布特征5种重金属元素都以残渣态为主要形态存在，特别是As的残渣态占总量的80％(质量分数)左右。残渣态的重金属被包含在矿物晶格中，性质非常稳定，对沉积物中重金属的迁移和生物可利用性贡献不大，因而一般认为其对环境是安全的。但是当遇到酸、微生物或螯合剂时，这部分重金属还会进入到环境中，对生态系统构成威胁。沉积物也呈以重金属Cu，Zn，As，Cd和Pb为主的多金属复合污染的特点，其质量分数以砾石附着物为最高。重金属在河床土各剖面的质量分数呈自A1到A4逐渐下降的空间分布规律，并且A3和A4非常接近。●由图表可以看出，Cd和Pb的可交换态含量相对较高，而Cu，Zn特别是As的可交换态含量很低。以可交换态形式存在的重金属专性吸附并且可进行离子交换，含有过量阳离子的溶液就可将这部分重金属释放出来，因而可交换态重金属是生物可直接吸收和利用的。碳酸盐结合态结合的是沉淀或共沉淀的重金属，通过弱酸如醋酸即可将它释放。●横石河沉积物中碳酸盐结合态重金属的含量很低，可能与该区域土壤中碳酸盐含量低有关，因为根据研究，土壤pH和碳酸盐含量愈高，碳酸盐结合态重金属含量也愈高。●铁锰氧化态被专性吸附或共沉淀在沉积物氧化物中，在还原的条件下可被释放出来。除残渣态外，样品中铁锰氧化态的含量也相对较高，原因是铁锰氧化物对重金属有较强的包裹作用。●除了残渣态外，Cu和Zn的有机态含量也很高，这与沉积物中高有机质含量是分不开的。Cu和Zn的外层有低能空轨道，易于接受配位体的电子对形成络合物，而土壤有机质正好含有大量的配位基团。3.3、结论横石河流域各河段水体的pH为2.78～5.85，受低pH的影响，水体中的As主要以细微颗粒物悬浮物为迁移载体，而Cu，Zn，Cd和Pb则以水溶解态为主要迁移方式。各断面中重金属Cu，Zn，Cd和Pb的溶解态、悬浮态和总量沿河流水流方向呈相似的空间分布规律。沉积物也呈以重金属Cu，Zn，As，Cd和Pb为主的多金属复合污染的特点，在河床土剖面呈白沉积物逐渐下降的空间分布规律。化学形态分析表明，沉积物中5种重金属元素都以残渣态为主要存在形态，除残渣态外，Cd和Pb的可交换态以及Cu和Zn的有机态含量也很高，表明沉积物中的这4种重金属元素对环境都有一定的潜在威胁性。4.1、物理和化学治4.2、生物氧化塘法4.3、微生物及基因工程技术应用4、治理4.1、物理和化学治利用物理、化学方法处理含重金属废水的有沉淀法、螯合树脂法、高分子捕集剂法、天然沸石吸附法、膜技术、活性炭吸附工艺、离子交换法等。在废水中加入FeCl2、消石灰和高分子凝聚剂,可使Se与Ca、Mg、Fe、Pb等形成氢氧化物沉淀,从而去除水中的Se。而采用氢氧化物聚集沉淀法可去除废水中的Cd和Pb,也可利用活性炭法将污水中Hg的含量降至0.01～0.05mg/L,另据报道,采用离子交换树脂法可使废水中的Hg含量降至0.02mg/L。处理效率较高,但是存在处理费用高等缺点。因而,中外学者又研发出一种有效、低廉且简便易行的水质净化方4.2、生物治理（1）、人工湿地法：人工湿地处理系统是在一定长宽比及一定坡度的洼地中填充一定规格的特殊填料,并种植有经济和观赏价值的植物,如水芹菜、凤眼莲等,这些植物能在水中长期吸收Pb、Cu和Cd等。当含有重金属的污水流经填料表面,可通过植物和填料的吸附、沉淀作用将水中重金属污染物去除。但是人工湿地生态结构比较复杂,很难收获填料中的重金属,而且植物对重金属的吸收达到一定的程度,重金属就会对植物产生毒害,不利于重金属的持续去除。（2）、生物氧化塘法：生物氧化塘就是向受重金属污染的池塘内投加具有超富集作用的植物如凤眼莲、香蒲、芦苇、黑麦草、水芹菜等,这些植物吸收积累水体中的重金属元素,净化水质。黑麦草对一些重金属具有很高的富集、净化作用,特别对于含黄金的废水处理效果十分明显,黑麦草根部(干重)的含金量最高可达到784g/t,具有很广阔的开发应用前景。有研究表明,10000m2的凤眼莲一昼夜就能从水中吸收Mn4kg、Pb104g、Ni297g、Hg89g,而且凤眼莲对含Cd废水也有比较好的净化效果,对含Cd量低于1mg/L的废水,Cd去除率达97%。另据报道广东韶关利用香蒲氧化塘系统净化铅锌矿区废水取得了比较明显的效果,对废水中的Pb、Cd、Cu、Zn的去除率分别达到94%、96.4%、96.9%、97%,净化后的废水重金属含量达到国家排放水标准生物氧化塘就是向受重金属污染的池塘内投加具有超富集作用的植物如凤眼莲.4.3、微生物及基因工程技术的应用微生物及基金工程技术也逐渐用于对水体重金属污染的处理。重金属的生物吸附研究进展及进行处理的生物材料(藻类,发酵工业中的废弃菌丝体、细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等)。将细菌基因转化到芦苇、香蒲、大米草等水生目标物种,可能会显著地促进植物对Hg的吸收,从而可以将转基因物种种植到被污染的水生生态系统或湿地中,清除湿地中Hg污染物。总之,在对水体中重金属进行治理时,应因时、因地致宜,并且根据不同的重金属种类,选择处理费用低、效果好的一种或多种方法进行治理,才能达到事半功倍的效果