朱建龙徐伟杰郭硕铖周佳燕陆 彤刑沛红蔡 强孙 荣

（1浙江清华长三角研究院，浙江嘉兴 314006；2嘉兴市南湖区余新镇农业技术水利服务中心，浙江嘉兴 314009）

重金属是指密度大于4.5 g/cm3的金属，原子序数从23（V）至92（U）的天然金属元素有60种，除其中的6种外，其余54种从密度上讲都是重金属。但与人类生产生活密切相关的重金属主要有铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋这10种金属元素。单质重金属不溶于水，在河湖水体中重金属较为常见的形态一般为简单溶解态离子、络合物离子和可溶性分子，受水环境条件影响，重金属主要存在于悬浮物和沉积物中。一般水体悬浮颗粒物中重金属的含量比底泥沉积物中高几倍，是水体溶解态重金属的几百倍[1]。重金属污染物来源广泛，在自然环境中形态稳定不易分解，微量的重金属即可对生物产生毒性效应，较难被排出体外且能随着食物链进行转移和富集，最终影响人体健康。

1 重金属的来源及危害

1.1 水体中重金属的来源

水体中的重金属根据来源不同，可以分为自然源和人为源两个大类。自然源是指未受到人为干扰的情况下，自然界本身运动产生的来源，主要包括地表水、地下水流经重金属含量较高的岩石和土壤时析出或浸出的重金属，雨水径流时从地表携带的重金属污染等。人为源是指在人类生产生活的影响下，被人为排放的来源，主要包括工业生产废水、采矿废水的不合理排放，交通和能源在生产、消费过程中产生的重金属污染物进入水体等。其中工业生产废水主要包括冶炼、电镀、化工、制革、医疗、油漆、农药等多个行业的重金属废水，工业废水的过度乱排放和处理不当是造成水体污染的主要原因[2]。

1.2 水体中重金属的危害

重金属污染物随着水流汇集进入江河湖海，对受纳水体水质造成明显破坏[3]，重金属具有高毒性且不易被环境降解，会影响受纳水体中水生动植物的生态环境。伴随着食物链的富集，生物体会出现受害症状，导致发育停滞甚至死亡，造成整个生态系统的结构、功能崩溃[4]。

水是生命赖以生存的基本物质，水污染特别是重金属对水体的污染，直接影响整个生态系统的健康。其中，受水体重金属危害较直接和严重的生物主要包括以下3类：对水生植物特别是浮水植物的影响；对水生动物特别是底栖鱼类的影响；对陆生动物特别是人类健康的影响。

对水生植物的危害主要表现有抑制浮水植物的细胞分裂、降低植物光合作用、抑制植物生长甚至使其受毒害死亡。其原因主要有随着Pb2+浓度的增加，部分植物的叶绿体被膜断裂、消失或叶绿体发生解体，线粒体脊突膨大、变形和空泡化[5]等情况的发生。

对水生动物的危害主要表现有对早期及发育期的底栖鱼类产生畸形影响，特别在胚胎期最为敏感；对成年水生动物生物酶活性的抑制，机体代谢作用的阻碍或是生理生化指标的改变；对水生动物的下丘脑—脑垂体—性腺轴生殖内分泌调控系统的毒害作用[6]等。

对陆生动物的危害主要表现有随着水体—水生植物—水生动物—人类食物链在人体内聚集，对人体的神经系统及消化系统产生损伤，造成头疼、乏力、腹痛等症状[7]。

2 重金属常见治理技术及适用环境

现阶段，污染水体中现有重金属的处理技术主要包括物理法、化学法和生物法三大类型，每种技术类型都有许多不同的治理方法和相应的适用环境。

2.1 物理法

重金属的物理处理方法包括吸附、絮凝沉淀、蒸发、膜分离等，是一种操作比较简单、污染物去除率高、应用范围较广、成本较低的方法。其中，吸附法被认为是最为有效和最有前景的水污染处理方法之一，常用吸附材料包括无机吸附材料和天然高分子吸附材料等。

无机吸附材料包括膨润土、高岭土、沸石、粉煤灰等天然或人造无机材料。罗道成等[8]选择对天然膨润土进行破碎、灼烧、酸化等改性处理后，在pH值=5、吸附时间为3 h的条件下，对浓度为40 mg/L的Pb2+、Cr3+、Ni2+重金属溶液吸附去除率均达98%以上。姚兵[9]利用热电厂固体废弃物粉煤灰为原料，采用碱灰比1∶1、煅烧温度650℃的碱灰法制备了NaA型沸石分子筛，当pH值=7、吸附时间为240 min时，电镀废 水 中 Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr3+的 去 除 率 分 别 达 到 了73.1%、61.4%、50.3%和 50.3%； 吸附完成后再采用HCl溶液进行再生，循环5次吸附及再生试验后，合成沸石对上述4种金属离子仍然可保持70%的初始吸附容量。

天然高分子材料包括以壳聚糖为代表的壳聚糖基吸附材料、改性的木屑、荞麦壳等生物质材料，以淀粉为代表的淀粉基吸附材料等。杨雯懿等[10]利用壳聚糖插层天然高岭土制备高分子复合吸附剂，高岭土预处理温度为700℃，壳聚糖与高岭土的质量比为 1∶5，当 pH 值为 5.0～6.0、吸附时间为 60 min、投加量为 6 g/L 时，高分子复合吸附剂对 Cr、Ni、Cd、Pb 的去除率分别达到 94.76%、98.58%、92.47%、99.30%，效果较好。

物理吸附法处理重金属废水的优点主要是可以在短时间内吸附水体中的绝大部分重金属，不会对水体产生二次污染，但不同吸附剂对于不同重金属存在一定的吸附选择差异性，且由于吸附过程中水体的悬浮物将可能同时被吸附，用量较多的同时沉淀物的收集处置工作较繁重。该方法一般适用于水体中重金属含量较高或有特殊需求的水体异位修复场合，不适用于户外水体直接原位修复。

2.2 化学法

重金属的化学治理方法种类多、应用广泛、处理效果直接有效，常用方法包括化学沉淀、离子交换、电化学等。

化学沉淀法是在重金属污水处理领域应用最广泛、最成熟的方法，其中中和沉淀法具有操作简单、价格低和pH值易控制等优点，因而此法的应用最为广泛[11]。张更宇等[12]采用氟化钠和氢氧化钙为沉淀剂对汽车电镀废液中的重金属进行处理，当溶液pH值为8.0、温度为20℃时，在50 mL废磷化液中投入0.42 g氟化钠和1.85 g氢氧化钙反应1 h后，废水中锌、锰、镍3种重金属的去除率分别达到99.8%、99.5%和 99.7%，处理后的废水能满足《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的二级排放标准要求。

离子交换树脂法是一种比较新型的重金属化学处理方法，其特点是具有重金属的选择吸附性和交换树脂的可再生性。杜 琦等[13]选用D751等离子交换树脂吸附电镀废水中的Ni2+，当pH值为5.0～6.0时，树脂饱和吸附容量达到123.9 mg/g，吸附能力非常好。

化学沉淀法的优点主要是适用于几乎所有重金属废水的处理且处理时间短、效果明显，但由于需要调整水体pH值且产生的大量沉淀物处理处置较难，容易引起二次污染。该方法主要适用于重金属含量高、水量较少的水体集中异位处理，不适用于户外低浓度水体的原位修复。

离子交换树脂法的主要优点是对离子态重金属的吸附效果好、吸附容量大、无二次污染，但单一树脂对多种重金属离子废水的吸附效果不同，故需要采用多种树脂进行吸附，处理成本较其他方式要高，比较适用于重点地区短时间快速修复处理。

2.3 生物法

生物处理是目前水体重金属污染治理的热点，常用治理方法包括藻类修复、微生物修复和植物修复等，其中藻类和微生物修复技术是目前研究的热门。

藻类修复采用的藻包括栅藻、芽褐藻、囊藻、蓝藻等。王珊珊[14]对栅藻吸收（吸附）重金属离子的能力进行研究表明，栅藻在Pb2+离子浓度为20 mg/L时，对 Pb2+的富集量可达 35.961 mg/g（干重），吸附效果较好。李彩云[15]对钝顶螺旋藻、小球衣藻、四尾栅藻和铜绿微囊藻富集Cd2+的研究表明，当吸附时间为8 h，藻类对重金属的富集达到饱和，平衡富集量分别为 8.92、61.67、9.09、36.04 mg/g（干重），对比活性炭及黏土的平衡吸附量（约3.5 mg/g）大幅提高。

微生物修复采用孢杆菌、磷酸盐溶菌（PSB）等细菌类和酵母等真菌类。高玉振等[16]采用芽孢杆菌微生物为吸附剂对模拟含Cr3+废水的吸附试验表明，当Cr3+初始质量浓度为20 mg/L、pH值为5.0、温度为20℃、细菌培养物添加量为10%、细菌吸附时间为20min 时，Cr3+吸附率高达 82.9%，吸附量达 257 mg/L。张丰生等[17]采用高耐受Pb2+酵母菌吸附Pb2+离子的特性研究表明，当真菌体浓度为15 g/L、pH值为5.0、温度为35℃、吸附时间为150 min时，异常威克汉姆酵母QI－1－7在Pb2+浓度为100 g/L的水体中对重金属Pb2+的吸附能力均达到98%以上。

生物处理方法的优点主要是处理成本低、操作简单、无二次污染，但受温度、季节等对生物生长环境的影响较大，无法进行连续治理，且受限于生物对重金属的耐受性而不能应用于高浓度重金属水体的治理。此外，由于不同生物对不同重金属的选择吸附能力不同，需要根据水体中的重金属含量选择搭配不同生物同时进行治理，主要适用于重金属含量低且修复时间长的户外水体的治理。

3 结语

人类活动导致重金属对水环境的污染较严重，对生态环境的负面影响不断显现。人们在修复水体重金属污染的过程中，逐渐摸索出一套对不同种类、不同浓度、不同环境的受重金属污染水体的治理工艺和方法。表1对本文所列的重金属污染水体治理技术进行进一步的罗列和展示，为治理修复从业者在治理过程中采用更有针对性地选择治理方案提供参考，以期在治理过程中采用更优的技术路线达到更优的治理效果。

表1 不同治理技术对重金属水体的治理效果比较