水体重金属污染

2016.7.18水体重金属污染水体重金属污染现状水体重金属污染来源与危害重金属水污染治理生物修复技术水污染治理案例三则目录水体重金属污染现状我国的水体中重金属标准（1）未经处理而排放的工业废水（2）未经处理而排放的生活污水（3）大量使用化肥、农药、除草剂而造成的农田污水（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾（5）森林砍伐，水土流失（6）因过度开采，产生矿山污水。地面水环境质量标准（GB3838-88），适用于我国江、河、湖泊、水库等具有使用功能的地面水水域，可将我国地面水划为五类：I类主要适用于源头水、国家自然保护区。II类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等。III类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。IV类主要适用于一般工业水区及人体非直接接触的娱乐用水区。V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。地下水质量标准（GB/T14848-93）对水中重金属含量的限制与要求大致与地面水环境质量标准相同我国水体中重金属标准污染物I类II类III类IV类V类总铅0.0010.050.050.050.1总汞5x10^-55x10^51x10^-41x10^-31x10^-3总镉0.0010.0050.0050.0050.01总砷0.050.050.050.10.1铬（六价）0.010.050.050.050.1由环保部颁布的《重金属污染综合防治“十二五”规划》以及之后的考核情况来看：2014年规划实施总体情况良好，重点重金属污染物排放量明显下降，项目实施进度加快，重点企业环境管理进一步加强。根据2014年考核结果，天津、浙江等2个省市为优秀；上海、江苏、辽宁、山东、青海、河南、江西、广东、福建、安徽、新疆、河北、四川等13个省区市为良好；湖南、贵州、陕西、内蒙古、黑龙江、宁夏、云南、吉林、重庆、广西、湖北、甘肃、山西等13个省区市为合格。北京、海南、西藏3个省区市因治理任务轻，按照要求自行组织本地区开展自查，不参加全国考核评分。我国水中重金属治理现状1）地表水受到重金属复合污染，铅锌矿区水体中Pb严重污染，Hg中度污染，Zn轻度污染。2）重金属主要赋存于悬浮物和沉积物中，悬浮颗粒物中重金属含量比沉积物中高好几倍，是水体溶解态重金属的几百倍3）湖泊支流中重金属含量普遍高于湖区，河口污染严重4）水体中重金属含量与pH只有关，碱性条件容易沉淀于底泥，酸性容易释放学者研究水体重金属污染水系铅镉砷汞单位珠江105.885.5533.130.33mg/kg长江133.47（未调查）（未调查）0.19mg/kg淮河28.486.05（未调查）（未调查）mg/kg黄河0.510.680.920.013μg/L松辽12.5(未调查）（未调查）（未调查）μg/L太湖19.51.385(μg/L)未超标未超标mg/kg水体重金属污染来源与危害1、工业污染工业水污染主要来自造纸业、冶金工业、化学工业以及采矿业等。而在一些城市和农村水域周围的农产品加工和食品工业，如酿酒、制革、印染等行业，也往往是水体中化学需氧量和生物需氧量的主要来源。另外，工业生产过程中产生的其他废弃物进入水体也会造成大量的水污染，如大气污染，最后可能以酸雨的形式污染水体。水体污染主要来源2、生活污染生活水污染主要来源于人类日常活动所产生的污水没有经过合理地处理就排放造成的。我国城市污水的集中处理率仅为57.1%人类所产生的生活污水逐年增加，所占比例持续升高。水体污染主要来源3、农业污染一是畜禽养殖废弃物对农村水环境的污染。随着禽畜养殖业规模化发展，禽畜粪便排放量急剧增加，成为农村环境污染的主要来源之一。未经安全处理的畜禽粪污直接排放或任意堆放造成氮、磷污染所致的水体富营养化，严重污染地下水和地表水环境，导致广大农村地区饮用水出现安全问题。二是化肥和农药等化学品造成的水环境污染。我国单位耕地面积的化肥投入量是世界平均用量的2.8倍。大量的化肥流失导致农田土壤污染，通过农田径流加剧了湖泊和海洋的富营养化。水体污染主要来源重金属的污染主要来源工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。各种污染物经过自然作用进入水体造成水体污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境，在人和动物、植物中富集，从而对环境和人的健康造成很大的危害；交通污染主要是汽车尾气的排放，汽车尾气等；生活污染主要是一些生活垃圾的污染，废旧电池、破碎的照明灯、没有用完的化妆品、上彩釉的碗碟等。水体重金属污染主要来源1、环境污染从环境污染方面，重金属是指汞、镉、铅以及“类金属”——砷等生物毒性显著的重金属。对人体毒害最大的有5种：铅、汞、砷、镉、铬。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物。重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。水体重金属的主要危害重金属在水体中不能被微生物降解，只能以不同的价态在水、底质和生物之间迁移转化，发生分散和富集作用，当在水体中积累到一定的限度就会对水生动植物系统产生严重危害。重金属进入水生生态系统后分布于水生生态系统的各个组分中，对生态系统各组分产生影响(即生态效应)。当生物体内重金属积累到一定数量后，就会出现受害症状，生理受阻、发育停滞，甚至死亡，并使整个水生生态系统结构和功能受损、崩溃。鱼类和贝类富集重金属后被人类所食用，或者重金属被稻谷、小麦等农作物所吸收并被人类食用，重金属就会进入人体。水体重金属的主要危害2、人体伤害以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。如日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的。水体重金属的主要危害重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，使人产生重金属中毒，影响人类健康，轻则发生怪病（水俣病、骨痛病等），重者就会死亡。有些重金属在微生物作用下转化为毒性更强的重金属化合物，如甲基汞进入生态系统后，经食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物体内富集，引起生态系统中各级生物的不良反应，危害各种生命体的健康与生存。水体重金属的主要危害汞：食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大。天然水每升水中含0.01毫克，就会导致人中毒。镉：导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭。铅：是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下。钴：能对皮肤有放射性损伤。钒：伤人的心、肺，导致胆固醇代谢异常。各重金属元素对人的影响锑：与砷能使银手饰变成砖红色，对皮肤有放射性损伤。铊：会使人多发性神经炎。锰：超量时会使人甲状腺机能亢进。也能伤害重要器官。砷：是砒霜的组分之一，有剧毒，会致人迅速死亡。长期接触少量，会导致慢性中毒。另外还有致癌性。这些重金属中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神精错乱、关节疼痛、结石、癌症。各重金属元素对人的影响重金属水污染治理1）化学法：化学沉淀：利用化学沉淀反应加入一些阴离子使金属离子沉淀，例如消除Ba2+，则使用SO42-；消除Mn2+可以使用CO32-具体又可以分为中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、化学还原法等。在采用化学沉淀法处理重金属废水时,会产生大量的重金属污泥,需要妥善处理或处置。电解：在外加电流的作用下，溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极，并与电子结合，变成中性的元素或分子；带负电荷的负离子迁移到另一电极(阳极)，给出电子，变成中性元素或分子。例如对Cu2+、Ag+、Au+、Cr3+等多种重金属/贵金属都可以采用电解的方法。电解法具有去除效率高、无二次污染、所沉积的重金属可回收利用等优点。重金属水污染治理方法2）物理法:离子交换：离子交换法是利用重金属离子与离子交换树脂发生离子交换,使废水中重金属浓度降低,从而使废水得以净化的方法。例如,Pb2+离子可以使用含有SO2H+基团阳离子交换树脂；Hg2+可以选择ImacTMR树脂、SrafionNMRR树脂、NissoALM-525树脂等。离子交换法可以回收废水中的有价值金属,如金、银、铜、镍、铬等，提高水的循环利用率,节约日益匮乏的水资源，并且在多道逆流漂洗后,用于废水净化形成闭路循环。重金属水污染治理方法例子：nl型逆流再生Na离子交换器膜分离：膜分离的基本原理是在某种推动力作用下，利用膜的选择透过性进行分离和浓缩。具有分离效率高、能耗低、无相变、操作简便、无二次污染、分离产物易于回收、自动化程度高等优点。目前常见的膜分离过程可分为以下几种,微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,UF)、反渗透(Reversesmosis,RO)、电渗析(Electrodialysis，ED)等。电渗析：电渗析是在外加直流电场的作用下,利用离子交换膜的选择透过性,使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。含Cu2+、Ni2+、Zn2+和Cr2+等金属离子的废水都适宜用电渗析处理，其中含镍废水处理技术最为成熟，重金属水污染治理方法气浮法：气浮法是利用气泡的吸附作用进行固液分离的一种方法。它的基本原理是:设法在水中通入或产生大量微细气泡,使其附着在固体颗粒上,由于比重减小而浮至水面,从而获得固液分离效果。在水处理中用得较多的是压力式气浮法。其主要原理是在加压情况下,在水中形成空气过饱和溶液,然后减至常压,此时,溶于水中的空气呈微细气泡释放出来,并与水中杂质粘附而上浮。气浮法具有设备简单、占地面积小、开停方便、适宜于间歇生产等优点,当欲处理的重金属氢氧化物或碳酸盐过滤困难时尤为适宜。重金属水污染治理方法吸附法：吸附法是利用多孔性固体吸附剂来处理废水的方法，一般来说材料便宜易得，成本低，去除效果好而且不会产生二次污染。活性炭，矿物吸附材料（天然沸石、黏土矿物例如膨润土、高岭土、凹凸棒石粘土等），壳聚糖，生物吸附剂，脂肪多胺修饰硅胶，工业废弃物如燃煤电厂排放的粉煤灰、工业污泥、肥料业产生的Fe(OH)3，农业废弃物如稻壳、麦麸、甘蔗渣、锯屑、坚果壳、植物的枝干，分子筛及纳米材料等都可以用来处理重金属废水。重金属水污染治理方法天然沸石活性炭Y型分子筛稻壳壳聚糖麦麸粉煤灰膨润土碳纳米管结构分子筛结构纳米材料是近年发展起来的一种新型功能材料，由于其颗粒尺寸的微细化，使得纳米粉体在保持原有化学性质的同时，还在磁性、光学、催化、化学活性、吸附等方面表现出奇异的性能，因此倍受人们的关注。应用于金属离子吸附的纳米材料主要有各种纳米氧化物、碳纳米管等。尹洪喜等研究纳米二氧化钛吸附溶液中镉离子的有效方法和途径，通过实验确定了吸附的最佳条件：样品体系在pH=10，震荡时间9min以上的条件下，纳米二氧化钛对镉离子的吸附率可达99%。并且吸附在纳米二氧化钛上的镉离子可以用0.1mol/L的硝酸进行洗脱，洗脱率在95%以上。姜虎生等从吸附时间、温度、溶液的pH值方面考查了纳米氧化锌对废水中重金属混合液（Cu2+和Cd2+）吸附的影响。研究结果表明：吸附时间为15min、温度50℃、pH为6时，达到了最佳吸附条件，对Cu2+、Cd2+吸附率分别为98.3%和98.6%。纳米吸附材料相对于矿物吸附材料以及工农业废弃物成本较高，但是纳米材料的可再生性能又是其不可忽略的一个优点。纳米材料生物修复技术借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法。生物修复技术生物吸附机理：金属离子在细胞表面的吸附，即细胞外多聚物、细胞壁上的官能基团与金属离子结合的被动吸附活体细胞的主动吸附，即细胞表面吸附的金属离子与细胞表面的某些酶相结合而转移