水體重金屬修復研究現狀

孫進

(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、轉移、轉化和累積，從而對水體環(huán)境和生物產生毒害效應。重金屬已成為一類嚴重危害生態(tài)環(huán)境的污染物，重金屬污染也成為了全球學者廣泛關注的環(huán)境問題。隨著工業(yè)經濟的快速發(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)的生產廢水，化石燃料的開采與燃燒、農藥化肥的使用和固廢不合理處理等產生的重金屬通過多種途徑進入水體[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了較為嚴重的重金屬污染。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超標現象也較嚴重[4]。水環(huán)境重金屬污染已成為我國高度關注的環(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荷。內源控制就是采用各類方法工藝對重金屬污染水體進行修復，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

(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，通過對天然礦物進行適當改性或活化，增強其吸附功能；③木質素、殼聚糖等天然吸附劑。

(2)功能材料修復法。近年，功能納米材料在環(huán)境修復領域受到了高度關注。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、化學吸附、催化氧化、共沉淀和氧化還原等方式對重金屬進行去除。但是，納米材料顆粒小，容易團聚和氧化，需要對其進行改性或復合，目前因成本問題未能進行大規(guī)模的工程應用。

2.1.2 化學修復

重金屬化學修復主要包括沉淀法、交換法、吸附法、電解法等?；瘜W修復操作簡單、見效快，能將重金屬徹底清除，但存在二次污染風險[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，或者對其進行改性，以增強絮凝功能。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

物理化學修復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、微生物及復合體系對重金屬進行吸收、轉移和富集，對重金屬污染水體進行治理。

(1)微生物修復。利用微生物對重金屬進行吸附、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，目前已取得重要進展和實際應用。

(2)動物修復。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碎屑，通過自生代謝，能對重金屬進行一定的富集作用。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。有研究表明，藻類對重金屬具有高效的富集能力和耐性，且具有經濟、簡便、環(huán)境友好和修復效率高等優(yōu)點，因此，近年，利用藻類進行重金屬富集的研究成為了環(huán)境領域的一個新的研究熱點。藻類可通過離子交換、氧化還原和絡合等方式進行重金屬吸收轉化和富集，目前藻類吸附重金屬取得一定進展，但工業(yè)實踐應用還處于起步階段。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中的應用[6]。

(4)植物修復。植物修復是最常用的重金屬治理方法，通過植物吸收、揮發(fā)、轉移、根際過濾、累積等方式進行重金屬去除。水生植物修復重金屬污染水體具有成本低、針對性強、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，以及生態(tài)環(huán)保重要優(yōu)勢，該方法得到廣泛應用。利用大型水生植物修復重金屬污染水體，研究不同生活型水生植物對重金屬污染水體的修復，利用基因工程技術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[7]；狐尾藻和黑藻對Pb、Cd、Cr有較強的去除能力[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修復機理的深入研究；③植物組合，對不同生活型水生植物進行有效聯合以發(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、種類差異等進行更系統(tǒng)的研究，以增強其重金屬修復功能。

2.2 重金屬治理工程技術

重金屬修復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、活水補給、生態(tài)修復等技術。外源截污是指通過設置截污管道、截流河道及其他生態(tài)過濾裝置對排入河流的水體進行預處理，減少重金屬廢水納入水體。底泥疏浚可以較徹底降低水中重金屬含量，有效消除重金屬內源負荷。我國在河道、湖泊和其他景觀水體修復過程中經常采用該方法?；钏a給是通過引入清潔水源對污染水體進行補充或交換，加快重金屬的遷移轉化，降低水體重金屬含量?；钏a給在我國水體修復中被廣泛應用，修復效果良好，但采用該方法的前提是污染水體具有清水來源。生態(tài)修復技術是目前公認最安全和最具發(fā)展前途的技術工藝，主要利用微生物、動物、植物及結合其他輔助材料構建良好的生態(tài)系統(tǒng)，通過對污染物的轉化轉移，將水體進行凈化。該方法具有效果好、成本低、環(huán)保、安全可靠等優(yōu)點，并能起到強化水生態(tài)功能與美化生態(tài)景觀等效果，如建設生態(tài)浮島、人工濕地等。該措施需要進行科學的設計和合理的管理維護，否則難以達到理想效果。

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

(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、化學和生物因素，能對重金屬污染水體進行有效治理。

(3)復合生態(tài)濾床。復合生態(tài)濾床是基于人工濕地而發(fā)展演化成的一種環(huán)境生物修復工藝，利用物理吸附、沉淀，動植物及微生物的降解功能進行協同作用對污染水體的治理，具有處理負荷大、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，通過植物對重金屬污染水體進行修復，結果顯示，植物根系可以有效吸附蛭石固定的重金屬，增強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 結語

由于重金屬在水體環(huán)境中遷移、轉化和富集機理較為復雜，目前暫無高效的水體重金屬修復方法。當前水體重金屬修復的方法各存優(yōu)劣，因此，需要發(fā)揮各技術的優(yōu)勢，系統(tǒng)分析污染水體的污染現狀，因地制宜，構建科學合理、適用性強的綜合生態(tài)型治理方法，對污染水體進行高效修復。