重金属污染危害及控制

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1、一、重金属污染现状,早 在 20世纪 5O年代 ，日本就曾出现 由于汞污染引 起 的“水俣 病 ”和镉 污 染 引起 的“骨痛 病 ”事 件 ；波 兰 由采矿 和 冶 炼废 物 导 致 约 50 的 地 表 水 达 不 到水质三级标准_7。可见 ，水体重金属污染 已成 为全球 性 的环境 污染 问题 。 重 金属 污 染 物 进 入 水 生 生 态 系 统 后 对 水 生植物和动物均产生影响 ，并通过食物链发生富集 ， 引起人体病变，危害人类健康。,一、重金属污染现状,国际上 自上 世 纪 60年 代 开展 水 体 重 属 污 染 的研究，而我国对水体重金属污染 的研究始于 上 世 纪 8O年

2、代 。环境 中常 见 的重 金 属 污染 物 质 有 ：汞、镉 、铅、铬 以及类金属 砷等毒性显著 的元 素 ，也包括锌 、铜、钴 、镍 、锡等毒性一般 的元素 ，以 及放射性重金属铀 、镭 、钍等。工 矿业废水 、生 活污水等未经适 当作用处理 即向外排放 ，污染土壤和废弃物堆,一、重金属污染现状,置场受流水作用 ，以及富含重金属的大气 沉降物输入 ，都会使水体重金属含量急剧升高，导 致水体受到重金 属污染 ，进而严重威胁人类和水生生物的生存。据联合 国世界卫生组织统 计 ，由于 全球 工 业 污 染 ，世 界 上 约 8O 的人 口饮 用水无法达 到卫 生标准 。在 已知的人类疾病 中 7

3、080与水污 染有 关。,一、重金属污染现状,水体 重金 属污 染治 理修 复 方法 水体 重 金 属 污 染 的 日趋 严 重 已 引 起 全 社 会 的关注 ，除严格控制各种污水 的排放外 ，另一项重 要工作就是采取有效 措施 治理 、净 化被 污染 的水 体 ，并 实现 废水 的再 生 回用 。,一、重金属污染现状,科技是一把双刃剑，20世纪以来科学技术迅猛发展，促进了经济的发展，提高了人民的生活水平，然而，与此同时，人类也付出了惨重的代价。由于工业“三废”、机动车尾气的排放、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用以及矿业的发展，严重地污染了土壤、水质和大气。 全世界每年排放Hg约1.5万

4、t，Cu为340万t，Pb为500万t，Mn为1500万t，Ni为100万t。据报道，1989年中国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56 t，Cd为88 t，As为173 t，Pb为226t。,一、重金属污染现状,美国科学家对一些公路及城市的土壤进行过化学分析，发现其中铅的含量出奇的高，达到最大容许量的几十倍，甚至几百倍。2004年，夏厚林等人根据中国药典2000 版附录重金属检查法及对外贸易经济合作部颁布的药用植物及制剂进出口绿色行业标准中有关铅、镉、汞的测定法，测定了元胡止痛片中重金属总量，结果铅、镉、汞含量均有不同程度的超标。孟加拉国的12500万人口中有3500-7700万人在饮用

5、被污染的水。,一、重金属污染现状,在重金属污染来源中有一个常被忽视的问题，即目前我国塑料生产企业的工艺、设备、技术研发较落后，是造成污染严重的重要原因，强化治理迫在眉睫。生产企业应放眼未来，倡导环保，使用环保型助剂才能使PVC行业健康长远发展。 重金属中毒案例频发，如人们熟知的水俣病事件、富山骨痛病事件，又如河南济源千名儿童血铅超标，等等。 重金属污染目前已相当严重，其对环境和生物的危害极大，同时，其易通过食物链而富集，因此，已经引起了世界各国科学家的高度重视，解决这个问题已迫在眉睫。究其原因主要是法律意识淡薄，责任意识淡薄，以致有法不依，执法不严，追求眼前利益，忽视了对社会、对子孙后代的责任

6、。,二、重金属污染控制技术,（一）规划 1全国 “砷毒”、“血铅”、“镉米”等事件频发，让重金属污染成为最受关注的公共事件之一；2011年2月18日,重金属污染综合防治“十二五”规划被国务院正式批复。 规划显示，中国将对汞、铬、镉、铅等重金属进行重点防控。按照规划要求，到2015年，“重点区域”铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，要比2007年削减15%，包括铅蓄电池制造业在内的五大行业和4452家企业成为重点防控对象。；“非重点区域”的重点重金属污染物排放量不超过2007年水平。,二、重金属污染控制技术,（二）控制技术 重金属污染的处理技术和进展 根据不同的重金属的污染性质的不同,

7、 大致可 将重金属污染处理技术分为三类: 化学法、物理化学 法和生物修复法。 一.化学法 1 1沉淀法 沉淀法就是通过化学反应使重金属离子变 成不溶性物质而沉淀分离出来。,二、重金属污染控制技术,根据不同的重 金属离子特性，选择合适的沉淀剂实现重金属 离子从液体中的分离，比如氢氧化物沉淀法、硫 化物沉淀法等。马彦峰等分别采用氢氧化 钠和氢氧化钙为沉淀剂，对重金属离子废水进 行沉降研究，结果表明通过调节氢氧化钠、氢氧 化钙的加入量，可以实现废水中重金属离子的 沉降，在沉降体系中增加助凝剂还有利于废水 中重金属离子的沉降。,二、重金属污染控制技术,对于两性的重金属离 子，由于氢氧化钠为强碱可以使沉

8、淀再溶解，因 此氢氧化钠对两性重金属离子的沉降效果比氢 氧化钙差。虽然氢氧化物沉淀法可以实现重金 属离子从废水中的分离，但氢氧化物沉淀法存 在不少缺点氢氧化物对稀溶液中重金属 去除效果不好; 金属氢氧化物容易反溶; 配位和 整合作用使得沉淀不完全; 沉淀体积量大、含水 率高、过滤困难; 填埋处理重金属沉淀物成本 高，重金属在环境中长期存在。,二、重金属污染控制技术,氢氧化物目前 在重金属离子废水处理领域已很少被应用。雷 兆武等 采用硫化钠为沉淀剂对含 Cu2 + 、 Pb2 + 、Zn2 + 等重金属离子的废水处理进行了研 究，结果表明由于不同重金属硫化物的溶度积 不同，因此在废水处理过程中可

9、以通过控制硫 化钠的加入量来实现不同重金属离子的顺次分 离。 近十几年来，出现了铁氧体共沉淀处理重 金属离子污水的方法,二、重金属污染控制技术,该方法能够使废水中的 各种重金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀析 出，使废水得到净化，同时在形成沉淀后，可通 过磁力分离达到较好的分离效果。赵如金 等9采用铁氧体法处理重金属废水，发现重金 属的半径接近铁离子，或 n( Fe2 + ) /n( M2 + ) 的 值越大，磁性产物中重金属的回收率、磁性产物 的稳定性、饱和磁化率就越大，且处理后的废水 中各种金属离子的质量浓度均达到污水综合排 放指标。,二、重金属污染控制技术,1.2. 化学浮选法 ：在处理重金

10、属废液时, 先将重金属离子析出, 然 后加入表面活性剂, 使重金属析出物疏水化。疏水 的重金属随着气泡上浮之后, 利用自流或者刮板将 其除去。按粘附方式不同将化学浮选法分为离子气 浮法、泡沫气浮法、沉淀气浮法、吸附胶体气浮法等四 类。浮选法对处理稀的重金属废水有独特优势。重 金属残留少, 处理效率高, 处理量大, 生成的渣泥少, 运转费低, 但渣液和净化水处理问题须进一步解决。,二、重金属污染控制技术,1. 3 吸附法 吸附法实质上是利用多孔性固体吸附剂吸 附废水中的重金属离子。由于吸附剂具有很多 微孔和很大比表面积，因此其吸附能力很强，是 很好的去除废水中重金属离子的材料。活性炭作为一种比表

11、面积高、孔容大、孔径 分布可控、表面化学性质可调、高吸附容量、物 理化学性质稳定和高机械强度的吸附剂，,二、重金属污染控制技术,可针 对重金属离子物理化学性质以及所处化学环境 的不同，对活性炭的物理结构和表面化学性质 进行有针对性的调控，以实现活性炭对废水中 重金属离子的快速、高效吸附。活性炭作为一 种优良的吸附剂，在处理重金属离子废水方面 表现出以下优点：,二、重金属污染控制技术,无需添加任何氧化剂、絮 凝剂等化学试剂; 吸附容量大，处理效果好; 对 重金属离子的吸附稳定性好，选择性高; 可与难 被自然界微生物降解的重金属离子一起填埋， 防止再次污染水体; 成本低，操作简便灵活; 活 性炭可

12、经再生后循环使用，同时实现对重金属 离子的回收。近年来，在该领域对活性炭吸附 重金属离子的过程、机理研究不断被报道。,二、重金属污染控制技术,活性炭吸附水中六价铬的机理及 影响因素进行了研究。研究结果表明，活性炭 吸附水中六价铬的首要吸附机理为 Cr( ) 在 活性炭表面的接触还原作用，并伴随着 Cr( ) 在活性炭表面的离子交换吸附; pH 矿物材料作为一种易得、高效、廉价的吸附 剂在重金属离子废水处理领域越来越受到关 注。近年来，发现矿物材料具有强大的吸附能 力，如膨润土、蒙脱石、硅藻土等。施惠生等。,二、重金属污染控制技术,用膨润土吸附重金属离子 Pb2 + 、Zn2 + 、Cr6 +

13、、 Cd2 + 时，发现膨润土对 Pb2 + 、Zn2 + 、Cd2 + 的吸附 效果要好于 Cr6 + ，原因是 Cr6 + 的存在形式不同 于其他重金属离子。 吸附法在处理重金属离子中得到广泛的应 用，目前该方法的研究热点主要表现在吸附剂 的改性处理上。通过选取不同的手段和物质对 吸附剂进行无机、有机改性，,二、重金属污染控制技术,可以有效提高吸附 剂在重金属离子废水处理过程中的选择性，从 而实现重金属离子废中不同重金属离子的逐 一提取分离。 2. 物理化学法 物理化学法包括三种处理技术: 吸附法、离子交 换技术、膜分离技术。 2.1离子交换技术 离子交换技术一般用来作为化学法的后续处理

14、过程。它的原理是利用重金属离子与离子交换树脂 发生离子交换,二、重金属污染控制技术,使废水中重金属浓度降低,从而使废 水得以净化 21。离子交换树脂是一种在交联聚合 物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。根 据不同的交换树脂对一定的重金属离子的亲和力不 同, 可以达到选择性分离。这种技术可以回收重金 属资源, 金属回收率可达近 100%, 交换材料也可以 循环利用, 处理较为彻底。 2. 2. 膜分离技术,二、重金属污染控制技术,膜分离技术是利用一种特殊的半透膜, 在外界 压力的作用下, 在不改变溶液中物化性质的前提下, 通过反渗透作用将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方 法。在实际应用中主要有

15、微滤膜、纳滤膜、超滤膜、 电生物膜等这种技术分离率高, 选择性强; 在 常温下操作无相态变化; 能耗低、无污染; 作为重金 属废水终端处理, 可使废液中的重金属离子彻底分 离, 分离效率可达 95% 以上, 处理后的水可循环再 利用。,二、重金属污染控制技术,处理后的水可循环再 利用。但是由于其程序复杂, 对生产技术要求较高, 所以其在推广应用中受到了限制。 2.3絮凝法 絮凝法是重金属离子废水处理的方法之 一，主要是通过添加试剂使得废水中的胶体粒 子稳定性变差，从而聚沉沉淀下来。为增加粒 子的尺寸，絮凝过程用于将不稳定的粒子变为 固相絮凝物。,二、重金属污染控制技术,这一过程包括调节体系的

16、pH 值 以及加入含铁或铝盐的絮凝剂，以克服离子间 排斥导致的稳定作用。 絮凝法处理重金属离子废水的研究过程 中，絮凝剂主要分为高分子絮凝剂和微生物絮 凝剂两类。高分子絮凝剂是目前重金属离子废 水处理过程中应用得较传统的絮凝剂，而通常 微生物絮凝剂主要分为 3 大类: 胞外代谢产物 絮凝剂、胞内提取物絮凝剂和菌体絮凝剂。,二、重金属污染控制技术,菌体絮凝剂对重金属离子的絮凝主要是通 过生物吸附的方式实现的。菌体对重金属的吸 附主要取决于两个方面，一是菌体吸附剂本身 的特性，二是金属离子对菌体的亲和性。大量 研究表明，细菌、真菌和藻类等微生物对重金属 离子有较强的吸附能力。 微生物絮凝剂在处理重金属离子废水方面 较传统高分子絮凝剂具有高效、无毒、易于生物 降解、絮凝对象广泛、使用后无二次污染等独特 的优点，,二、重金属污染控制技术,可部分或全部取代现有的高分子絮凝 剂，市场前景广泛，势必成为今后絮凝法处理重 金属离子废水的主要方法之一。 3.生物方法 生物技术 生物技术是目前重金属污染处理领域的热门研 究课题。它包括植物修复技术和微生物吸附技