摘要：指出了水體重金屬污染的來(lái)源為工業(yè)生產(chǎn)。針時(shí)該現(xiàn)象，研究了重金屬在水體、大氣和土壤之間的相互轉(zhuǎn)化與關(guān)聯(lián)，因重金屬污染水體對(duì)動(dòng)植物和人類(lèi)有巨大的危害，故著重闡述了幾種常見(jiàn)的重金屬污染水體處理技術(shù)及其進(jìn)展，如吸附法、化學(xué)沉淀法和生物法。通過(guò)對(duì)這幾種方法的基本原理與近些年的研究結(jié)果的分析，為后期重金屬污染水體治理人員提供相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：重金屬;水體;處理技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2020）04-0058-03

1 水體重金屬污染現(xiàn)狀

銅、鉛、鋅、鎳、鉻、鎘、汞和非金屬砷等的相對(duì)密度大于4.5的金屬稱(chēng)為重金屬，這些重金屬及其化合物在水中的濃度超過(guò)限度難以自?xún)簦蜁?huì)造成水體重金屬污染。據(jù)調(diào)查，我國(guó)七大水系（珠江水系、長(zhǎng)江水系、太湖水系、黃河水系、松遼水系和海河水系）均受到了重金屬污染，河流流域、人口分布和季節(jié)的不同所呈現(xiàn)的污染狀況也不甚相同[1]。

2 水體重金屬污染來(lái)源

水體中的重金屬來(lái)源主要有人為因素和自然因素，造成重金屬污染的原因絕大多數(shù)是人為因素。

2.1 工業(yè)生產(chǎn)

工業(yè)活動(dòng)迅速發(fā)展的同時(shí)，隨之而來(lái)的環(huán)境污染也不可小覷。很多工業(yè)生產(chǎn)所排放的含有中間屬污染的廢水極大程度的污染了河流與地下水，導(dǎo)致水體重金屬含量超標(biāo)。例如制革、電鍍、造紙行業(yè)排放的含鉻廢水、鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)所排放的含鉛廢水也超過(guò)了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[2]還有有色金屬的開(kāi)采與冶煉、電子產(chǎn)業(yè)等會(huì)排放出含鎘廢水[3]。

2.2 污染物質(zhì)相互遷移

除了工業(yè)生產(chǎn)造成的污染外，被重金屬污染的大氣和土壤也會(huì)造成水體的重金屬污染。首先，大氣沉降可以造成水體重金屬污染。含鉻廢氣排放到大氣中，形成了氣凝膠，通過(guò)大氣沉降進(jìn)入水體，造成了水體重金屬污染。戰(zhàn)雯靜[4]對(duì)長(zhǎng)江口青草沙水庫(kù)和長(zhǎng)興島大氣中重金屬與水體中重金屬的含量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和對(duì)比，研究結(jié)果表明大氣沉降可能是長(zhǎng)江口水中重金屬的重要來(lái)源之一。其次，土壤重金屬污染也會(huì)造成水體重金屬污染。工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的廢渣隨意、不規(guī)范的堆放在場(chǎng)地上，由于降雨和下滲作用污染了土壤。污染的土壤進(jìn)而污染地下水造成了水體重金屬污染。

水體、大氣、土壤這三者重金屬污染都會(huì)相互遷移和轉(zhuǎn)化，使污染情況趨于復(fù)雜。

3 水體重金屬危害

水體重金屬污染通常會(huì)對(duì)水中的動(dòng)植物和人類(lèi)有害。水中的重金屬通過(guò)生物富集積累在水生動(dòng)植物體內(nèi)且通過(guò)食物鏈又富集在人體內(nèi)，對(duì)人體造成危害。

3.1 對(duì)水生植物的危害

目前，最能解釋重金屬對(duì)水生植物危害作用的是自由基傷害理論。通常情況下，許多酶促反應(yīng)和某些低分子化合物的自動(dòng)氧化都會(huì)產(chǎn)生活性氧。水生植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，在體內(nèi)形成了SOD、CAT和POD酶組成的有效的清除活性氧的酶系統(tǒng)。它們?cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)及時(shí)清除機(jī)體內(nèi)過(guò)多的活性氧，以維持自由基代謝的動(dòng)態(tài)平衡，能維持水生植物體內(nèi)活性氧自由基的較低水平，從而避免了活性氧對(duì)水生植物細(xì)胞的傷害。由于重金屬能導(dǎo)致水生植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生速率和膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物明顯上升，使得水生植物體內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生速度超出了水生植物清除活性氧的能力，因而引起細(xì)胞損傷。這是重金屬對(duì)水生植物產(chǎn)生毒害的一個(gè)重要機(jī)制[5]。重金屬對(duì)植物的毒性表現(xiàn)在抑制植物生長(zhǎng)、降低呼吸和光合作用、降低植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力、改變蛋白質(zhì)及酶的活性和改變細(xì)胞的膜透性。

3.2 對(duì)水生動(dòng)物的危害

水生動(dòng)物通常以水藻和浮游生物為食，重金屬對(duì)水生動(dòng)物的危害主要表現(xiàn)通過(guò)食物鏈將環(huán)境中的重金屬富集在動(dòng)物的體內(nèi)。王召根[6]研究了Cu²⁺和Cd²⁺對(duì)泥蚶的毒害作用，結(jié)果顯示Cu²⁺和Cd²⁺粒子濃度越高，泥蚶存活率越低，毒性作用大小為Cu>Cd。李華[7]研究了重金屬對(duì)淡水魚(yú)的毒害作用及重金屬在體內(nèi)的富集情況，結(jié)果顯示Cd在淡水魚(yú)體內(nèi)富集程度分別為：肌肉<腮絲<腎臟<肝臟<血液。此外水生動(dòng)物還可能在呼吸時(shí)通過(guò)腮將重金屬富集在體內(nèi)，或是身體表面和水體接觸時(shí)發(fā)生的滲透交換作用。

3.3 對(duì)人體的傷害

重金屬可以通過(guò)呼吸作用、與皮膚接觸或者消化系統(tǒng)富集在人體內(nèi)。通常來(lái)說(shuō)，Zn²⁺、Cu²⁺等是人體不可缺少的微量元素，微量存在于身體中有益人體健康，但過(guò)量就會(huì)危害人體健康。比如20世紀(jì)50年代發(fā)生在日本的“水誤病”，就是由于水體汞污染，汞通過(guò)食物鏈富集在了人體內(nèi)。汞會(huì)損傷人的神經(jīng)中樞系統(tǒng)。同一時(shí)間日本還發(fā)生了人由于人們長(zhǎng)期飲用含鎘水和食用含鎘大米引發(fā)的“骨痛病”。鉻作為一種變價(jià)金屬，三價(jià)鉻毒性較低且是人體所需微量元素，但六價(jià)鉻有劇毒，可通過(guò)以上3個(gè)途徑進(jìn)入人體，對(duì)人體皮膚和呼吸道都有毒害作用，嚴(yán)重時(shí)可以致癌。其余鉛、砷、銅等均對(duì)人體有毒害作用。

4 水體重金屬污染處理技術(shù)

由于重金屬多數(shù)價(jià)態(tài)較多，且賦存形態(tài)有時(shí)會(huì)隨著pH值等外界因素而改變，故處理工藝復(fù)雜多變，下面為介紹幾種常見(jiàn)的處理方法。

4.1 吸附法

吸附法是目前比較常用的處理方法，原理是利用多孔吸附材料通過(guò)靜電吸附、范德華引力等吸附水中的重金屬離子。傳統(tǒng)的吸附材料有活性炭、生物炭、沸石、膨潤(rùn)土和活性污泥等。目前人們研究的重點(diǎn)多集中于這些材料的改性和升級(jí)，并且開(kāi)發(fā)出越來(lái)越多廉價(jià)新型的吸附材料。黃熙賢[8]以核桃生物炭為原材料，用β環(huán)糊精和殼聚糖對(duì)原材料進(jìn)行改性合成的新型材料對(duì)水中的鉻離子不僅有良好的吸附作用還具有還原作用。張國(guó)威[9]研究了活性污泥對(duì)水中Pb（Ⅱ）的吸附機(jī)理。結(jié)果表明Langmuir和Freundlich等溫吸附線都可以解釋其吸附情況，而且活性污泥對(duì)鉛的吸附機(jī)理包含靜電吸附、離子交換、微絮凝沉淀、表面絡(luò)合等。

4.2 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法一般通過(guò)向水中添加石灰、硫化物、氫氧化物、鐵鹽或鋁鹽等使原本溶解在水中的重金屬離子變成不溶性的沉淀。例如向六價(jià)鉻污染水體中投加鋇鹽，使水中原本的HCrO₄變?yōu)锽aCrO₄沉淀，具體反應(yīng)式為：

巢猛[10]研究了水中鎳的去除條件，結(jié)果表明：調(diào)節(jié)原水pH值至9.0，投加1.8mg/L聚合氯化鋁，可以將濃度為0.04mg/L的廢水處理到出水在0.02mg/L以下，符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。馬越[11]研究了不同pH值下三氯化鐵、聚合氯化鋁對(duì)重金屬鉬的去除效果。結(jié)果表明：聚合氯化鋁對(duì)水中鉬去除效果優(yōu)于三氯化鐵，且出水中鐵未超標(biāo)。

4.3 生物法

正如之前所說(shuō)，重金屬會(huì)富集在動(dòng)植物體內(nèi)。根據(jù)這一特性，人們不斷發(fā)現(xiàn)富集能力強(qiáng)的動(dòng)植物取富集水中的重金屬，達(dá)到污染物轉(zhuǎn)移的目的。此外，人們還培養(yǎng)出微生物，利用胞外聚合物（EPS）取吸附重金屬離子。

例如譚彩云[12]研究了鳳眼蓮對(duì)水中鉛、鋅、鉻離子的短期去除能力及影響因素，結(jié)果表明鳳眼蓮對(duì)水中重金屬離子去除效果較好，可達(dá)90%，對(duì)三者的去除能力為：Pb（Ⅱ）>Cr（Ⅲ）>Zn（Ⅱ）。胞外聚合物（EPS）是微生物在一定環(huán)境條件下，在其代謝過(guò)程中分泌在細(xì)胞壁外，用于自我保護(hù)和相互黏附，由具有相似或相同結(jié)構(gòu)的化合物通過(guò)聚合物而成的有機(jī)高分子物質(zhì)，相對(duì)分子量通常在幾千到幾百萬(wàn)范圍內(nèi)，并在饑餓環(huán)境下為微生物本身提供碳源和能量的一類(lèi)有機(jī)高分子多聚化合物[13，14];它是微生物聚集體（活性污泥、生物膜及顆粒污泥）的主要成分，影響著微生物聚集體的特性并保護(hù)微生物免受外界惡劣環(huán)境的破壞[15]。EPS普遍存在于生物污泥絮體內(nèi)部及表面，細(xì)胞借助EPS進(jìn)行物質(zhì)和能量的傳遞，它的含量及組成對(duì)污泥的理化性能以及生物處理系統(tǒng)內(nèi)部電子流的分配轉(zhuǎn)移起著重要的作用。EPS都是由一些大分子物質(zhì)組成的，表面積很大，再加上EPS表面有各種非極性和極性基團(tuán)，故EPS具有一定的吸附能力。研究發(fā)現(xiàn)EPS對(duì)不同的重金屬的吸附機(jī)理也不同，表現(xiàn)為不同官能團(tuán)對(duì)不同重金屬的吸附能力有大有小。而且，pH值、EPS投加量以及吸附時(shí)間均是影響其吸附性能的主要因素[16]。

但生物修復(fù)法造價(jià)昂貴、目前不能大規(guī)模使用，而且重金屬富集在生物體內(nèi)以后造成的二次污染仍需要處理，所以生物修復(fù)方法使用較少。

5 結(jié)語(yǔ)

水體重金屬污染危害大、范圍廣，還容易造成土壤和大氣的循環(huán)污染，故對(duì)水體重金屬污染的治理不能松懈，但僅僅靠污染后采取相關(guān)措施處理還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更需要有關(guān)執(zhí)法部門(mén)從污染源頭抓起。事前對(duì)污染企業(yè)普及排污知識(shí)及相關(guān)法律規(guī)定，避免發(fā)生亂排現(xiàn)象，污染發(fā)生時(shí)要及時(shí)報(bào)告有關(guān)部門(mén)，積極采取相應(yīng)措施，避免污染范圍擴(kuò)大，事后要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并追究相關(guān)責(zé)任。如此一來(lái)，水中重金屬污染的治理才會(huì)更上一層樓。

參考文獻(xiàn)：

[1]岳霞.中國(guó)七大主要水系重金屬污染現(xiàn)況[J].預(yù)防醫(yī)學(xué)論壇，2014，20（3）：209～223.

[2]唐瑩瑩.吊蘭對(duì)水體鉛污染的耐性和吸收特性研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)科學(xué)版），2018，36（4）：89～94.

[3]于曉莉.水體重金屬污染及其對(duì)人體健康影響的研究[J].綠色科技，2011（10）：123～126.

[4]戰(zhàn)雯靜.長(zhǎng)江口大氣重金屬污染特征及沉降通量[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2012，32（5）：900～905.

[5]賈曉慧.水生植物受重金屬污染毒害的相關(guān)研究[J].焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（3）：54～55.

[6]王召根.重金屬鎘和銅對(duì)泥蚶的毒性效應(yīng)研究[D].上海：上海海洋大學(xué)，2013.

[7]李華.重金屬在淡水魚(yú)體內(nèi)的蓄積、排出機(jī)理及其金屬硫蛋白的研究[D].沈陽(yáng)：東北農(nóng)業(yè)大學(xué).2013.

[8]黃熙賢.生物炭改性材料對(duì)水體Cr（Ⅵ）的吸附還原機(jī)理研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2017.

[9]張國(guó)威.活性污泥對(duì)Pb（Ⅱ）的吸附機(jī)理[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016，10（7）：3707～3714.

[10]巢猛.化學(xué)沉淀法去除水中鎳污染物的試驗(yàn)研究[J].廣東化工，2011，4（38）：81～82.

[11]馬越.化學(xué)沉淀法去除水中鉬的特性研[J].供水技術(shù)，2011，5（3）：26～31.

[12]譚彩云.鳳眼蓮凈化水中重金屬的研究[J].亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，4（1）：47～52.

[13]楊敏，胡學(xué)偉，寧平，等.廢水生物處理中胞外聚合物（EPS）的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2011，31（7）：7～12.

[14]Morgan J W，F(xiàn)orster C F，Evison L.A comparative study of thenature of biopolymers extracted from anaerobic and activatedsludges[J].Wat.Res.，1990，24（6）：743～750.

[15]王怡，鄭淑健，彭黨聰.環(huán)境工程中胞外聚合物的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，43（6）：854～858.

[16]鄭蕾.活性污泥胞外聚合物吸附重金屬效能與機(jī)制研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

收稿日期;2020-02-04

作者簡(jiǎn)介：陳文（1986-），男，工程師，研究方向?yàn)楦邼舛群亟饘購(gòu)U水處理、重金屬污染土壤修復(fù)。