重金属废水危害及治理

大多数重金属属于人体所必需的微量元素,但重金属污染已经成为威胁人类发展的重大环境问题。而重金属废水又是对环境污染zui严重和对人类危害zui大的工业废水,震惊世界的日本“水俣病”和“痛疼病”就是分别由含汞废水和含镉废废水污染环境所造成的。因此在考虑微量元素对人体健康的作用时,不能只注意有益微量元素的积极效应,还要注意有害微量元素的负面影响。

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一、重金属在人类健康中的作用

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重金属在人体健康中的作用,有两种不同性质的结果。一方面,对其有营养需求的金属来说,数量不足会引起各种疾病。例如,锰对人体骨骼生长发育具有重要作用,缺锰则表现为骨骼生长失调,生殖机能和神经功能紊乱;钒能降低血浆*的含量,作用于造血功能,并控制龋牙的发生;铜具有多方面的生理功能,不仅在血红蛋白的生成和血红球的成熟过程中起促进作用,而且还参与细胞内的氧化代谢过程;铁与人体内蛋白质结合形成血红蛋白和肌红蛋白,具有运输和贮存氧的作用;铬能参与人体正常糖代谢过程,促进胰岛素的功能,缺铬会产生血糖增高,产生糖尿。另一方面,在高浓度重金属环境下,饮食与摄取过量的重金属将会引起中毒,甚至产生严重后果。例如,几乎所有部位的癌症死亡率都与硒的表观摄取量呈负相关;男性肺癌、男女性皮肤癌和女性甲状腺癌的死亡率与砷的饮食摄取量呈负相关;胰腺、卵巢、口腔和咽部、食道和喉部癌症的死亡率也与锰的摄取量呈负相关;而铬、锌、镉、铜等元素的饮食摄取量则与多种癌症的死亡率呈正相关。人类通过饮食摄取所需重金属营养物,一般是无困难的。相反,重金属污染,特别是重金属废水污染已危及人类健康,成为世界性的严重危害。

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三、重金属废水的危害性

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重金属不能被生物降解为无害物。重金属废水进入水体后,除部分为水生物、鱼类吸收外,其它大部分易被水中各种有机和无机胶体及微粒物质所吸附,再经聚集沉降沉积于水体底部。它在水中浓度随水温、pH值等不同而发生变化,冬季水温低,重金属盐类在水中溶解度小,水体底部沉积量大,水中浓度小;夏季水温升高,重金属盐类溶解度大,水中浓度高。因此水体经重金属废水污染后,危害的持续时间很长。

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以下是废水中常见的几种重金属。

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①汞

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汞在常温下以液体状态存在,能蒸发。水中的汞和汞化合物可以元素汞、一价汞和二价汞三种状态存在。有机汞的毒性大于金属汞和无机汞化合物,因而更容易发生中毒。有机汞和甲基汞均可通过呼吸道、消化道、皮肤侵入人体。无机汞在人体内蓄积部位主要是肾脏,其次是肝脏和脾脏;甲基汞除蓄积在肝、肾等脏器之外,还可通过血脑屏障蓄积于脑织织内。汞中毒能损伤中枢神经系统,轻者表现为口腔炎、震颤、急躁、易怒和情绪不稳定,重者则精神紊乱、行为支配能力降低、四肢瘫痪、耳聋眼瞎。1953年发生在日本的“水俣病”便是典型汞中毒的例子。

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②镉

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镉是所有微量元素中对人类健康威胁zui大的一种。它进入人体的途径除消化道和呼吸道之外,还有皮肤的直接接触吸收。在人体内以肝、肾蓄积量zui高。镉对人体的危害主要是造成肾、骨和肝的病变,导致贫血和神经痛。另外,还可通过影响钙的代谢,危及骨骼系统,典型症状表现为能力减退,骨盆、脊柱、四肢关节刺痛、步履艰难,甚至出现贫血。植物对镉有很强的富集作用,因而形成含镉粮食,如“镉米”(含镉水稻)。早年日本流行的“骨痛病”就是长期食用“镉米”和饮用含镉水引起的。

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③铬

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金属铬的毒性很小,六价铬化合物及其盐类毒性zui大,三价铬次之,二价zui小。六价铬的毒性比三价铬几乎大100倍。铬的化合物常以溶液、粉尘或蒸汽的形式污染环境,危害人体健康,可通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体。铬对人体的毒害有全身中毒,对皮肤粘膜的刺激作用,引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎,引起反应并有致癌作用,如六价铬可以诱发肺癌和鼻咽癌。空气中铬酸酐浓度为0.15～0.3mg/m3时,可使鼻中隔穿孔。饮用水中含铬浓度在0.1mg/L以上时,就会使人呕吐,侵害肠道和肾脏。铬的化合物对水生物都有致害作用,特别是六价铬危害zui大。灌溉水中浓度为0.1mg/L,可对水稻种子萌芽有抑制作用。无论是三价铬还是六价铬的化合物都会使水体自净作用受到抑制。

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④铅

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环境中的铅及其化合物主要是从消化道及呼吸道进入人体,随血液循环流至全身,主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中,尤以肝、肾中的浓度zui高。健康者血铅的正常范围为0483～145μmol/L。当血铅含量达2.72～3.84μmol/L时,即可发生铅中毒。铅中毒可直接损伤人和动物的甲状腺功能,降低甲状腺摄取碘及血浆蛋白结合碘的能力,降低垂体激素的分泌及肾上腺皮质的机能,还可损伤生殖细胞及降低性功能。主要症状表现为贫血、末梢神经炎、运动和感觉异常、头痛、头晕、疲乏、食欲不振、便泌、腹痛、失眠、易被恶梦惊醒等。此外,铅还容易通过母体胎盘侵入胎儿脑组织危害后代。

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⑥铜

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铜对人体造血、细胞生长,人体某些酶的活动及内分泌腺功能均有影响。如摄入过量的铜,就会刺激消化系统,引起腹痛、呕吐。铜对低等生物和农作物毒性较大,其浓度达0.1～0.2mg/L即可使鱼类致死,与锌共存时毒性可以增加,对贝壳类水生物毒性更大,一般水产用水要求铜的浓度在0.01mg/L以下。对于农作物,铜可使植物吸收养分的机能受到阻碍,植物吸收铜离子后,即固定于根部皮层。灌溉水中含铜较高时,即在土壤和作物中积累,可使作物枯死。铜对水体自净作用有较严重影响,浓度为0.1mg/L时,使水的生化耗氧过程明显地受到抑制。

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四、重金属废水污染特性

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重金属随废水排出时,即使浓度很小,也能造成危害。

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其废水污染有如下特点:

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①毒性具有长期持续性。某些重金属虽只有微量浓度,但可在微生物作用下,转化为毒性更强的有机化合物。如无机汞在天然水体中可被微生物转化为毒性更强的甲基汞。

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②经生物可大量富集,这种生物富集的特性是重金属废水污染的突出特点。有的重金属,富集倍数可达成千上万倍,然后通过食物链,在人体器官中积累造成慢性中毒,严重危害人体健康。

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③重金属无论采用何种处理方法或微生物都不能降解,只不过改变其化合价和化合物种类。如与阴离子配体形成配合物或螯合物,使重金属在水中的浓度增大,也可以使沉入水底中的重金属又释放出来。

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④在天然水体中只要有微量重金属,即可产生毒性反应,一般重金属产生毒性的范围大约在1.0～10mg/L之间,毒性较强的重金属如镉、汞等毒性浓度范围在0.001～0.1mg/L。因此,必须严格控制重金属废水的污染。

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五、重金属废水处理原则

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重金属废水无论采用何种方法处理都不能使其中的重金属分解破坏,只能转移其存在的位置和转移其物理和化学形态。因此,无论从杜环境的污染,还是从资源合理利用来考虑,重金属废水的处理原则应是水与重金属两者都回收利用。但是重金属废水的处理,单靠废水处理是不行的,必须采取多方面的综合性措施。首先,zui根本是改革生产工艺,不用或少用毒性大的重金属;其次是采用合理的工艺流程,科学的管理和操作,减少重金属的用量和随废水流失量,尽量减少外排废水量;zui后,重金属废水应当在产生地就地处理,不应同其它废水混合,避免处理复杂化,尤其应杜绝未经处理就直接排入城市下水道或天然水体,使重金属污染扩大化。

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六、重金属废水治理技术

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按照重金属废水处理原则,将重金属废水的处理方法分为两类

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①使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶的重金属化合物,经沉淀和浮上法从废水中除去。具体方法有:中和沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法、铁氧体法、氧化法、还原法、离子交换法、离子浮上法、活性炭法、凝聚电解法和隔膜电解法等。

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②将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离。具体方法有:反渗透法、电渗析法、蒸发浓缩法、扩散渗析法和超滤法等膜分离法。目前,大多数情况下都采用*类方法。从重金属回收的角度看,第二类方法比*类优越,因为前者是重金属以原状态浓缩直接回用于生产工艺中,比后者需要使重金属经过多次化学形态的转化才能回用要简单得多。但是,其缺点是耗资较大,特别是还不适于处理大流量工业废水,如矿山废水。因此,在实际生产中,通常根据废水的水质、水量等情况,选用一种或几种处理方法组合使用。

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当前,世界各国都在花大力气致力于环境治理,但迄今国内外对重金属污染的治理仍不够完善和彻底,远不能杜绝重金属废水对环境的污染。甚至出现有些国家只注意废水本身的处理,而忽视浓缩产物的回收利用和无害化处理,任其流失于环境中,制造二次污染。