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鉻污染水體修復技術研究進展

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  1、引言

  鉻(chromium)是法國化學家Lvauquelin于1797年首次發現的,是一種用途廣泛而又對人體危害較大的重金屬元素。環境中穩定存在的兩種價態Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)有著幾乎相反的性質,適量的Cr(Ⅲ)可以降低人體血漿中的血糖濃度,提高人體胰島素活性,促進糖和脂肪代謝,提高人體的應激反應能力等;而Cr(Ⅵ)則是一種強氧化劑,具有強致癌變、致畸變、致突變作用,對生物體傷害較大。

  鉻污染最常見的是水體污染,如電鍍鉻廢水、制革、制藥、印染業等應用鉻及其化合物的工業企業排放的廢水,主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)兩中價態進入環境。據資料介紹,制革工業通常處理1t原皮,要排出含鉻為410mg/L的廢水50-60t.煉油廠和化工廠所用的循環冷卻水中含鉻量也較高。鍍鉻廠的廢水中含鉻量更高,尤其在換電鍍液時,常排放出大量含鉻廢水。鉻對水體的污染不僅在我國而且在全世界各國都已相當嚴重了。世界各國普遍把鉻污染列為重點防治對象。

  2、水體中鉻的存在形態

  天然水體中鉻的質量濃度一般在1-40μg/L之間,主要以Cr3+、CrO2-、CrO42-、Cr2O27-4種離子形態存在,水體中鉻主要以三價鉻和六價鉻的化合物為主。鉻的存在形態直接影響其遷移轉化規律。三價鉻大多數被底泥吸附轉入固相,少量溶于水,遷移能力弱。六價鉻在堿性水體中較為穩定并以溶解狀態存在,遷移能力強。因此,水體中若三價鉻占優勢,可在中性或弱堿性水體中水解,生成不溶的氫氧化鉻和水解產物或被懸浮顆粒物強烈吸附后存在于沉積物中,若六價鉻占優勢則多溶于水中。六價鉻毒性一般為三價鉻毒性的100多倍,但鉻可由六價還原為三價,還原作用的強弱主要決定于DO、BOD5、COD的值,DO值越小,BOD5值和COD值越高,則還原作用越強。

  3、水體重金屬鉻污染的治理方法

  3.1物理化學方法

 。1)稀釋法和換水法

  稀釋法就是把被重金屬污染的水混入未污染的水體中,從而降低重金屬污染物濃度,減輕重金屬污染的程度。此法適于受重金屬污染程度較輕的水體的治理。這種方法不能減少排入環境中的重金屬污染物的總量,又因為重金屬有累積作用,所以這種處理方法目前漸漸被否定。換水法是將被重金屬污染的水體移出,換上新鮮水,而減輕水體污染的一種措施,該方法適用于魚塘等水量較小的情況。

 。2)混凝沉淀法

  許多重金屬在水體溶液中主要以陽離子存在,加入堿性物質,使水體pH值升高,能使大多數重金屬生成氫氧化物沉淀。另外,其它眾多的陰離子也可以使相應的重金屬離子形成沉淀。所以,向重金屬污染的水體施加石灰、NaOH、Na2S等物質,能使很多重金屬形成沉淀去除,降低重金屬對水體的危害程度。這是目前國內處理重金屬污染普遍采用的方法。

 。3)離子還原法和交換法

  離子還原法是利用一些容易得到的還原劑將水體中的重金屬還原,形成無污染或污染程度較輕的化合物,從而降低重金屬在水體中的遷移性和生物可利用性,以減輕重金屬對水體的污染。電鍍污水中常含有六價鉻離子(Cr6+),它以鉻酸離子(Cr2O72-)的形式存在,在堿性條件下不易沉淀且毒性很高,而三價鉻毒性遠低于六價鉻,但六價鉻在酸性條件下易被還原為三價鉻。因此,常采用硫酸亞鐵及三氧化硫將六價鉻還原為三價鉻,以減輕鉻污染。

  離子交換法是利用重金屬離子交換劑與污染水體中的重金屬物質發生交換作用,從水體中把重金屬交換出來,以達到治理重金屬污染的目的。經離子交換處理后,廢水中的重金屬離子轉移到離子交換樹脂上,經再生后又從離子交換樹脂上轉移到再生廢液中。

  離子還原法和交換法費用較低,操作人員不直接接觸重金屬污染物,但適用范圍有限,并且容易造成二次污染。

 。4)電修復法

  電修復法是20世紀90年代后期發展起來的水體重金屬污染修復技術,其基本原理是給受重金屬污染的水體兩端加上直流電場,利用電場遷移力將重金屬遷移出水體。Ridha等提出,在一個碳的氈狀電極上,用電沉積法從工業廢水中除去銅、鉻和鎳的技術。另外,可以用電浮選法凈化含有銅、鎳、鉻和鋅等重金屬的工業污水。此外,近年來還有人把電滲析薄膜分離技術應用到污水重金屬處理實踐當中。

  3.2生物修復法

 。1)微生物修復法

  重金屬污染水體的生物修復機理主要包括微生物對重金屬的固定和形態的轉化。前者是微生物通過帶電荷的細胞表面吸附重金屬離子,或通過攝取必要的營養元素主動吸收重金屬離子,將重金屬富集在細胞表面或內部;后者是通過微生物的生命活動改變重金屬的形態或降低重金屬的生物有效性,從而減輕重金屬污染,如Cr6+轉變成Cr3+而毒性降低,As、Hg、Se等還原成單質態而揮發,微生物分泌物對重金屬產生鈍化作用等。

 。2)動物修復法

  應用一些優選的魚類以及其它水生動物品種在水體中吸收、富集重金屬,然后把它們從水體中驅出,以達到水體重金屬污染修復的目的。研究發現,一些貝類具有富集水體中重金屬元素的能力,如牡蠣就有富集重金屬鋅和鎘的能力。據報導,若以濕量計算,牡蠣對鎘的富集量可以達到3-4g/kg.動物修復法需馴化出特定的水生動物,并且處理周期較長、費用高,再則后續處理費用較大,所以在實際應用中推廣難度較大。

 。3)植物修復方法

  20世紀80年代前期,Chaney提出利用重金屬超富集植物(hyper-accumulator)的提取作用清除土壤重金屬污染這一思想后。經過人們不斷地實踐、總結和歸納才形成了植物修復的概念。植物修復被定義為利用自然或基因工程植物來轉移環境中的重金屬或使環境中的重金屬無害化,是目前生物修復技術中研究最熱的一類。

  對于鉻超富集植物,到目前為止,在美國、澳大利亞、新西蘭等國已發現能富集重金屬的超富集植物500多種,其中有360多種是富集Ni的植物。對于鉻超富集植物,得到學者們認同的有DicomaniccoliferaWild和SuterafodinaWild兩種,鉻最高含量分別為1500mg/kg、2400mg/kg,均高于鉻超富集植物的參考值1000mg/kg.國內報道的濕生禾本科植物李氏禾也對鉻具有較好的富集能力。因此,采用一些水生鉻超富集植物用于鉻污染水體修復是可行的。

  4、結論

  由于水體鉻污染也伴隨著富營養的趨勢,可以通過有機物將六價鉻還原成三價鉻,利用底泥吸附三價鉻,轉入固相,降低鉻的遷移,減少污染的擴散,然后,利用水生鉻超富集植物從底泥中將鉻提取到植物上部,人工收獲轉移,焚燒后用于提取重金屬,循環利用。因此,利用鉻超富集濕生植物對鉻污染水體進行修復,是一種非常有潛力的鉻污染水體修復技術。

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