孫進(jìn)

(安徽雷克環(huán)境科技有限公司 合肥 230040)

0 引言

重金屬具有高毒性、持久性，不能被降解，只能通過微生物和動植物的吸收、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和累積，從而對水體環(huán)境和生物產(chǎn)生毒害效應(yīng)。重金屬已成為一類嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境的污染物，重金屬污染也成為了全球?qū)W者廣泛關(guān)注的環(huán)境問題。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，來自冶金、電鍍、礦業(yè)、印刷、金屬加工、印染、制革等行業(yè)的生產(chǎn)廢水，化石燃料的開采與燃燒、農(nóng)藥化肥的使用和固廢不合理處理等產(chǎn)生的重金屬通過多種途徑進(jìn)入水體[1]。重金屬不僅污染了生態(tài)環(huán)境，也對生物體和人類健康具有潛在威脅。

1 我國水體重金屬污染現(xiàn)狀

我國水體重金屬污染率較高，重要水體的污染率在2005年左右就達(dá)到近80%[2]，黃河流域、淮河流域、太湖流域、長江流域等河流湖泊都出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的重金屬污染。中國七大河流流域95%以上，地下水資源90%都呈不同程度的污染，江河湖庫底質(zhì)的重金屬污染已突破80%[3]。我國地表水中主要的重金屬污染為Hg元素，Cu、Cd和Ni超標(biāo)現(xiàn)象也較嚴(yán)重[4]。水環(huán)境重金屬污染已成為我國高度關(guān)注的環(huán)境問題，被列為水環(huán)境治理的優(yōu)控污染物之一。

2 水體重金屬治理主要方法

水體重金屬治理主要措施有外源控制和內(nèi)源消除。其中，外源控制就是減少向水體中納入更多的重金屬，通過對各類工業(yè)廢水、生活污水進(jìn)行深度處理，降低水中重金屬含量，從而降低水體重金屬污染負(fù)荷。內(nèi)源控制就是采用各類方法工藝對重金屬污染水體進(jìn)行修復(fù)，將水體中重金屬去除。

2.1 重金屬處理方法

2.1.1 物理修復(fù)

(1)吸附法。吸附法就是利用材料多孔和比表面積大的特征，對水體重金屬進(jìn)行吸附，從而得以去除。主要有以下幾種：①活性炭、生物炭，以及碳納米材料等，通過對碳材料進(jìn)行表面修飾或改性，提高其水處理性能；②礦物吸附劑，通過對天然礦物進(jìn)行適當(dāng)改性或活化，增強(qiáng)其吸附功能；③木質(zhì)素、殼聚糖等天然吸附劑。

(2)功能材料修復(fù)法。近年，功能納米材料在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域受到了高度關(guān)注。納米材料比表面積大、活性位點豐富，能高效吸附水體重金屬。主要包括鐵基納米材料、碳基納米材料、納米金屬氧化物、以及聚合物納米材料等，能通過物理吸附、化學(xué)吸附、催化氧化、共沉淀和氧化還原等方式對重金屬進(jìn)行去除。但是，納米材料顆粒小，容易團(tuán)聚和氧化，需要對其進(jìn)行改性或復(fù)合，目前因成本問題未能進(jìn)行大規(guī)模的工程應(yīng)用。

2.1.2 化學(xué)修復(fù)

重金屬化學(xué)修復(fù)主要包括沉淀法、交換法、吸附法、電解法等。化學(xué)修復(fù)操作簡單、見效快，能將重金屬徹底清除，但存在二次污染風(fēng)險[5]。絮凝沉淀就是通過提高水體的pH值使得重金屬以氫氧化物或硫化物等形式從水體中分離。本方法重點就是選擇合適的絮凝劑，常用的絮凝劑有鐵鹽和鋁鹽，或者對其進(jìn)行改性，以增強(qiáng)絮凝功能。離子還原法就是利用還原劑將水體重金屬還原成難以污染的化合物，降低重金屬的生物有效性。

2.1.3 生物方法

物理化學(xué)修復(fù)不僅投資巨大且效果不是很理想，因此，近年生物方法被納入了重點研究方向，目前，生物方法主要采用動物、植物、微生物及復(fù)合體系對重金屬進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)移和富集，對重金屬污染水體進(jìn)行治理。

(1)微生物修復(fù)。利用微生物對重金屬進(jìn)行吸附、富集、濃縮或生物沉淀，去除水體重金屬。生物吸附在吸附性能、效率、成本和環(huán)境友好等方面具有顯著優(yōu)勢，較傳統(tǒng)方法更廉價和高效，目前已取得重要進(jìn)展和實際應(yīng)用。

(2)動物修復(fù)。一些水生動物對水體重金屬具有生物富集作用，從而將水體重金屬進(jìn)行去除。水體底棲水生動物，如貝類、甲殼類等通過攝食底泥中的有機(jī)碎屑，通過自生代謝，能對重金屬進(jìn)行一定的富集作用。該方法效率低、周期長，難以控制，常用作水生環(huán)境重金屬污染的指示物，而在水體重金屬污染治理方面難以廣泛推廣。

(3)藻類修復(fù)。有研究表明，藻類對重金屬具有高效的富集能力和耐性，且具有經(jīng)濟(jì)、簡便、環(huán)境友好和修復(fù)效率高等優(yōu)點，因此，近年，利用藻類進(jìn)行重金屬富集的研究成為了環(huán)境領(lǐng)域的一個新的研究熱點。藻類可通過離子交換、氧化還原和絡(luò)合等方式進(jìn)行重金屬吸收轉(zhuǎn)化和富集，目前藻類吸附重金屬取得一定進(jìn)展，但工業(yè)實踐應(yīng)用還處于起步階段。如活體藻類受到生長條件的限制，吸附效果不理想，另外，復(fù)合重金屬污染下藻種的選擇，重金屬吸附后如何回收工藝及成本等，這些問題都未能得到有效解決，限制了該方法在污染水體修復(fù)中的應(yīng)用[6]。

(4)植物修復(fù)。植物修復(fù)是最常用的重金屬治理方法，通過植物吸收、揮發(fā)、轉(zhuǎn)移、根際過濾、累積等方式進(jìn)行重金屬去除。水生植物修復(fù)重金屬污染水體具有成本低、針對性強(qiáng)、吸附量大、效果好以及環(huán)境友好等突出優(yōu)點，且具有重金屬回收潛能。近年，隨著重金屬超積累植物的發(fā)現(xiàn)，以及生態(tài)環(huán)保重要優(yōu)勢，該方法得到廣泛應(yīng)用。利用大型水生植物修復(fù)重金屬污染水體，研究不同生活型水生植物對重金屬污染水體的修復(fù)，利用基因工程技術(shù)使植物具有重金屬超富集能力已成為研究熱點。如鳳眼蓮因具有適應(yīng)性廣、生長繁殖快和生物量大等特點，被廣泛用于多種重金屬等污染水體的修復(fù)[7]；狐尾藻和黑藻對Pb、Cd、Cr有較強(qiáng)的去除能力[8]。植物治理重金屬主要方向包括：①水生超富集植物的篩選；②修復(fù)機(jī)理的深入研究；③植物組合，對不同生活型水生植物進(jìn)行有效聯(lián)合以發(fā)揮各植物的優(yōu)點[9]。水生植物雖然資源豐富，但都存在一定的局限性，如大部分水生植物難以越冬，需要對植物殘體進(jìn)行收割和回收，避免造成二次污染[10]，因此，需要對水生植物吸附重金屬的環(huán)境條件、季節(jié)性、種類差異等進(jìn)行更系統(tǒng)的研究，以增強(qiáng)其重金屬修復(fù)功能。

2.2 重金屬治理工程技術(shù)

重金屬修復(fù)工程措施主要是通過降低水體重金屬的遷移性、生物有效性，或者將其從水體中去除。主要有外源截污、底泥疏浚、活水補(bǔ)給、生態(tài)修復(fù)等技術(shù)。外源截污是指通過設(shè)置截污管道、截流河道及其他生態(tài)過濾裝置對排入河流的水體進(jìn)行預(yù)處理，減少重金屬廢水納入水體。底泥疏?？梢暂^徹底降低水中重金屬含量，有效消除重金屬內(nèi)源負(fù)荷。我國在河道、湖泊和其他景觀水體修復(fù)過程中經(jīng)常采用該方法。活水補(bǔ)給是通過引入清潔水源對污染水體進(jìn)行補(bǔ)充或交換，加快重金屬的遷移轉(zhuǎn)化，降低水體重金屬含量。活水補(bǔ)給在我國水體修復(fù)中被廣泛應(yīng)用，修復(fù)效果良好，但采用該方法的前提是污染水體具有清水來源。生態(tài)修復(fù)技術(shù)是目前公認(rèn)最安全和最具發(fā)展前途的技術(shù)工藝，主要利用微生物、動物、植物及結(jié)合其他輔助材料構(gòu)建良好的生態(tài)系統(tǒng)，通過對污染物的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移，將水體進(jìn)行凈化。該方法具有效果好、成本低、環(huán)保、安全可靠等優(yōu)點，并能起到強(qiáng)化水生態(tài)功能與美化生態(tài)景觀等效果，如建設(shè)生態(tài)浮島、人工濕地等。該措施需要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計和合理的管理維護(hù)，否則難以達(dá)到理想效果。

(1)人工濕地。人工濕地充分利用了水體基質(zhì)、植物及與微生物的協(xié)同作用進(jìn)行污染水體的修復(fù)。主要通過植物固定、吸附和生物富集或植物揮發(fā)、甲基化等方式進(jìn)行重金屬移除。通過不同植物物種的合理組合對重金屬進(jìn)行高效去除。

(2)氧化塘。氧化塘主要利用了水生態(tài)系統(tǒng)天然凈化能力來治理污染。綜合利用了物理、化學(xué)和生物因素，能對重金屬污染水體進(jìn)行有效治理。

(3)復(fù)合生態(tài)濾床。復(fù)合生態(tài)濾床是基于人工濕地而發(fā)展演化成的一種環(huán)境生物修復(fù)工藝，利用物理吸附、沉淀，動植物及微生物的降解功能進(jìn)行協(xié)同作用對污染水體的治理，具有處理負(fù)荷大、效果好、生態(tài)環(huán)保和低能耗等特征。如以蛭石為濾床基質(zhì)，通過植物對重金屬污染水體進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果顯示，植物根系可以有效吸附蛭石固定的重金屬，增強(qiáng)了蛭石吸附重金屬能力，對多種重金屬和COD有良好的去除效率[11]。

3 結(jié)語

由于重金屬在水體環(huán)境中遷移、轉(zhuǎn)化和富集機(jī)理較為復(fù)雜，目前暫無高效的水體重金屬修復(fù)方法。當(dāng)前水體重金屬修復(fù)的方法各存優(yōu)劣，因此，需要發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢，系統(tǒng)分析污染水體的污染現(xiàn)狀，因地制宜，構(gòu)建科學(xué)合理、適用性強(qiáng)的綜合生態(tài)型治理方法，對污染水體進(jìn)行高效修復(fù)。