水体的重金属污染与防治

水体的重金属污染与防治摘要：近年来江河湖泊重金属含量呈逐年上升趋势，同时累积于蔬菜、肉类、鱼类、海鲜中，富集于动植物体内，已严重威胁着人们的健康，水体重金属污染已成为全球性的环境问题。本文主要介绍了水体重金属污染的来源，水体重金属污染对水生植物、水生动物的致毒作用和人体健康的危害，同时探讨相应的防治对策，为保持和重建健康水生生态系统及保障人体健康提供参考依据。水体重金属污染的防治途径主要包括两方面，即：源头控制和污染修复。污染修复的方法主要有河流稀释法，化学混凝、吸附法，离子还原、交换法，生物修复法，电动力学修复法，生物膜修复法，其中生物膜修复法具有较好的应用前景。一、国内水体的重金属污染现状中国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%。黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域的流域片，重金属超标断面的污染程度均为Ⅴ类；太湖底泥中TPb,TCd含量均处于轻度污染水平；黄浦江干流表层沉积物中，Cd超背景值2倍、Pb超1倍；苏州河中，Pb全部超标、Cd为75%超标、Hg为62.5%超标。城市河流有35.11%的河段出现THg超地表水Ⅲ类水体标准，18.46%的河段TCd超过Ⅲ类水体标准，25%的河段TPb有超标的样本出现。由长江、珠江、黄河等河流携带入海的重金属污染物总量约为3.4万，对海洋水体的污染危害巨大。在全国近岸海域海水采样的样品中，Pb的超标率达62.9%，最大值超一类海水标准49.0倍。大连湾60%测站沉积物的Cd含量超标，锦州湾部分测站排污口邻近海域沉积Cd、Pb的含量超过第三类海洋沉积物质量标二、水体中重金属污染的来源（一）工业污染源排放据研究，煤、石油中含有Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，因此，火力发电厂排放的废气和汽车排放的尾气中含有大量的重金属，随烟尘进入大气，其中10%~30%沉降在距排放源十数公里的范围内。据估算，全世界约有1600t/a的Hg通过煤和其他石化燃料的燃烧而排放到大气中。另外，电镀、机械制造业仍是重金属污染的一大来源。（二）废旧电池的污染《中国环境报》记者王娅于1999年12月9日报道，1998年中国电池的产量以及消费量高达140亿节，占世界总量的1/3，每年报废的数百亿节废电池绝大部分没有回收，废电池中含有大量的Hg、Cd、Pb、Cr、Ni、Mn等重金属有害物质，泄漏到环境中，造成了极大的污染和危害。1节1号废干电池可使1㎡的土地失去利用价值，1粒纽扣电池可污600m³的水。（三）城市化的问题城市化的夜景缤纷灿烂，然而损坏的高压汞灯、霓虹灯、日光灯管等未能很好地处置，成为重金属污染的又一大来源；遍街的塑钢门窗、不锈钢等的切割、打磨粉末碎屑，或随垃圾混装，或入下水道排入江河，造成污染；汽车修理业废弃蓄电池与电池液造成铅严重污染；含铅汽油虽已停止使用，但铅对环境的污染危害仍有一个相当长的滞后效应。三、水体重金属污染的危害（一）对水生植物的影响在水生生态系统及水生食物链中，作为其它浮游动物的食物及氧气来源，藻类占据着重要位置。杨红玉和王焕校报道Cd能破坏某些绿藻的叶绿素，引起光合作用下降，还对斜生栅藻和蛋白核小球藻呼吸作用产生影响，抑制苹果酸脱氢酶活性。陈国祥等报道了Hg、Cd对莼菜越冬芽光合膜光化学活性及多肽组分的影响。重金属对水生植物的毒害作用主要表现在改变运动器的细微结构，抑制光合作用、呼吸作用和酶的活性，使核酸组成发生变化，细胞体积缩小和生长受到抑制等。（二）对水生动物的影响重金属进入水体后，将对水生动物的生长发育、生理代谢过程产生一系列的影响。海水重金属离子（Cr6+）含量超过一定浓度便会引起文昌鱼中毒，使其身体渐成弯曲状而死亡。梁君荣等通过试验分析了不同离子浓度的Pb、Cd对中国鲎胚胎发育及胚胎致畸率影响。此外，重金属还将影响到水生动物的遗传表达。周新文和孙锦荷研究报道了Pb、Cd混合重金属对鲫鱼DNA合成的抑制。（三）对人体健康的危害重金属对人体的危害，一方面通过直接饮用造成重金属中毒而损害人体健康；另一方面，间接污染农产品和水产品，通过食物链对人体健康构成威胁，并造成土壤的二次污染。重金属能抑制人体化学反应酶的活动，使细胞质中毒，从而伤害神经组织，还可导致直接的组织中毒，损害人体解毒功能的关键器官——肝、肾等组织。例如，汞、铅、镉等重金属以及砷，已被列为剧毒物进行重点防治。据目前研究结果，一般认为Cr、Cd等还有致癌作用。四、水体重金属污染的防治对策（一）对水体重金属污染的源头控制一旦水体被污染，将会对整个生态系统产生巨大的影响，并且对污染水体的净化将耗费大量的人力、物力。因此，首先要采取源头控制的对策，预防水体的污染。一方面加强法制建设，依法管理水资源，另一方面查明污染源，对排污总量加以限制，遏制水污染不断恶化的趋势，对采矿点、冶金部门等，更要严格监督、管理和控制，同时改革生产工艺，不用和少用毒性大的重金属，采用合理的工艺流程，科学管理和操作，减少重金属用量和随废水流失量，加强以流域为单元的水资源管理和水源地保护。（二）对水体重金属污染的修复1.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。但是，应用这种方法必须要有充足的外来水源，同时还要考虑外来水流量与河流流量比例，判断河流沿岸的生态状态，可以调用的水量以及河流水力负荷允许的变化幅度等。此法适用于轻度污染的河流，可以暂时降低该河流中的重金属离子含量，当重金属污染物在这些水体中的浓度达到一定程度时，生活在其中的生物就会受到重金属的影响，发生病变和死亡等现象。所以这种处理方法目前渐渐被否定。2.化学混凝、吸附法许多重金属在水体溶液中主要以阳离子的形态存在，升高水体pH值，能使大多数重金属生成氢氧化物沉淀或其它离子沉淀。因此，向被重金属污染的水体中施加石灰、碳酸钙等物质，均能降低重金属对水体的危害程度。另外，不溶性的淀粉黄酸酯（ISX）与废水中的重金属离子可以形成溶度积很小的粒状沉淀；单宁含量高的农产品残渣，像花生皮和胡桃皮粉，具有从溶液中吸附高含量汞的阳离子能力，梧桐落叶可吸附重金属铜、镍和铬。3.离子还原、交换法离子还原法是利用一些容易得到的化学还原剂，将水体中的重金属还原，形成难以污染的化合物，从而降低重金属在水体中的迁移性和生物可利用性，以减轻重金属对水体的污染危害。离子交换法是利用重金属离子交换剂与污染水体中的重金属物质发生交换作用，从水体中把重金属交换出来，达到治理目的。经离子交换处理水中重金属离子转移到离子交换树脂上，经再生后又从万方数据离子交换树脂上转移到再生废液中。这类方法费用较低，操作人员不直接接触重金属污染物，但适用范围有限，并且容易造成二次污染。4.生物修复法目前国内外利用生物修复水体重金属污染的研究很多，根据所用的生物对象不同，可分为以下三种:1植物修复法：是利用重金属积累或超重金属积累水生植物，将水体中的重金属提取出来，富集输运到植物体内，然后通过收割植物将重金属从水体清除出去。目前，人们已经发现许多水生植物能够较好地吸收水中的重金属离子，水浮莲、印度葵、香蒲和芦苇都已被用来处理污水。（2）动物修复法：应用一些优选的鱼类以及其它水生动物品种，在水体中吸收、富集重金属，然后把它们从水体中驱除，以达到水体重金属污染修复的目的。此法需驯化出特定的水生动物，并且处理周期较长、费用高，而且后续处理费用较大，所以要大力推广比较困难。（3）微生物和藻类修复法：利用水体中的微生物或者向污染水体中补充经驯化的高效微生物，在优化的条件下经过生物还原反应，将重金属离子还原或吸附成团沉淀，以此完成对重金属污染水体的修复。目前，Chlorellavulgaris和Spiruliruplatensis等藻类已经应用到水体重金属污染的治理当中。5.电动力学修复法电修复法是20世纪90年代后期发展起来的水体重金属污染修复技术，其基本原理是给受重金属污染的水体两端加上直流电场，利用电场迁移力将重金属迁移出水体。电修复法设备相对简单，易于自动控制，同一电解槽中兼有氧化、还原、凝聚及上浮等多方面的功能，越来越受到重视。6.生物膜修复法膜生物反应器MBRMembraneBioreactor）起源于20世纪60年代的美国，是将生物处理与膜技术联合起来而形成的新型废水处理技术。MBR可在紧凑的空间内同时实现微生物对污染物的降解和超滤膜对污染物的分离，因此是一种高效、实用的污水处理技术。该项技术70年代在日本走向实际应用，80年代以后随着膜质量的提高和造价的降低、膜分离工艺的完善、膜清洗方法的改善和污水处理厂出水水质要求的提高，国际上对MBR的研究更深人。90年代，各国对MBR投人了大量的精力，从各个方面提高了MBR的实用性。2006年5月，日本研发了一种新型移动床生物膜反应器（MBBR），这种反应器不需要回洗，维修方便，可在较短时间内处理低浓度废水。目前，该技术已成功地应用于中水回用、粪便废水、垃圾渗滤液、工业废水的处理，而且具有很强的抗冲击负荷能力。加上近几年材料科学的快速发展，新型耐污染膜材料的开发成为可能；MBR与其他处理方法相结合，改变料液性质，减少膜表面污泥附着污染；新的膜清洗方法的发展，MBR将成为未来几年的研究热点，并且在废水处理回用等方面会得到日益广泛的应用。五、结论如今水体重金属污染已具有普遍性和严重性。重金属污染物进入水生生态系统后，影响水生植物细胞膜透性、物质代谢、光合作用、呼吸作用，水生动物器官机能、胚胎发育，造成神经伤害以及人体病变、危害儿童健康等。针对以上情况，应高度重视水体的重金属污染，并采取水体重金属污染源头控制和污染修复相结合的防治对策。在这些防治方法中，由于生物膜修复法具有高效、实用，不会带来新的污染等优点，因而具有广阔的前景。商学院国贸121徐萌卉12318332