孙进

(安徽雷克环境科技有限公司 合肥 230040)

0 引言

重金属具有高毒性、持久性，不能被降解，只能通过微生物和动植物的吸收、转移、转化和累积，从而对水体环境和生物产生毒害效应。重金属已成为一类严重危害生态环境的污染物，重金属污染也成为了全球学者广泛关注的环境问题。随着工业经济的快速发展，来自冶金、电镀、矿业、印刷、金属加工、印染、制革等行业的生产废水，化石燃料的开采与燃烧、农药化肥的使用和固废不合理处理等产生的重金属通过多种途径进入水体[1]。重金属不仅污染了生态环境，也对生物体和人类健康具有潜在威胁。

1 我国水体重金属污染现状

我国水体重金属污染率较高，重要水体的污染率在2005年左右就达到近80%[2]，黄河流域、淮河流域、太湖流域、长江流域等河流湖泊都出现了较为严重的重金属污染。中国七大河流流域95%以上，地下水资源90%都呈不同程度的污染，江河湖库底质的重金属污染已突破80%[3]。我国地表水中主要的重金属污染为Hg元素，Cu、Cd和Ni超标现象也较严重[4]。水环境重金属污染已成为我国高度关注的环境问题，被列为水环境治理的优控污染物之一。

2 水体重金属治理主要方法

水体重金属治理主要措施有外源控制和内源消除。其中，外源控制就是减少向水体中纳入更多的重金属，通过对各类工业废水、生活污水进行深度处理，降低水中重金属含量，从而降低水体重金属污染负荷。内源控制就是采用各类方法工艺对重金属污染水体进行修复，将水体中重金属去除。

2.1 重金属处理方法

2.1.1 物理修复

(1)吸附法。吸附法就是利用材料多孔和比表面积大的特征，对水体重金属进行吸附，从而得以去除。主要有以下几种：①活性炭、生物炭，以及碳纳米材料等，通过对碳材料进行表面修饰或改性，提高其水处理性能；②矿物吸附剂，通过对天然矿物进行适当改性或活化，增强其吸附功能；③木质素、壳聚糖等天然吸附剂。

(2)功能材料修复法。近年，功能纳米材料在环境修复领域受到了高度关注。纳米材料比表面积大、活性位点丰富，能高效吸附水体重金属。主要包括铁基纳米材料、碳基纳米材料、纳米金属氧化物、以及聚合物纳米材料等，能通过物理吸附、化学吸附、催化氧化、共沉淀和氧化还原等方式对重金属进行去除。但是，纳米材料颗粒小，容易团聚和氧化，需要对其进行改性或复合，目前因成本问题未能进行大规模的工程应用。

2.1.2 化学修复

重金属化学修复主要包括沉淀法、交换法、吸附法、电解法等。化学修复操作简单、见效快，能将重金属彻底清除，但存在二次污染风险[5]。絮凝沉淀就是通过提高水体的pH值使得重金属以氢氧化物或硫化物等形式从水体中分离。本方法重点就是选择合适的絮凝剂，常用的絮凝剂有铁盐和铝盐，或者对其进行改性，以增强絮凝功能。离子还原法就是利用还原剂将水体重金属还原成难以污染的化合物，降低重金属的生物有效性。

2.1.3 生物方法

物理化学修复不仅投资巨大且效果不是很理想，因此，近年生物方法被纳入了重点研究方向，目前，生物方法主要采用动物、植物、微生物及复合体系对重金属进行吸收、转移和富集，对重金属污染水体进行治理。

(1)微生物修复。利用微生物对重金属进行吸附、富集、浓缩或生物沉淀，去除水体重金属。生物吸附在吸附性能、效率、成本和环境友好等方面具有显著优势，较传统方法更廉价和高效，目前已取得重要进展和实际应用。

(2)动物修复。一些水生动物对水体重金属具有生物富集作用，从而将水体重金属进行去除。水体底栖水生动物，如贝类、甲壳类等通过摄食底泥中的有机碎屑，通过自生代谢，能对重金属进行一定的富集作用。该方法效率低、周期长，难以控制，常用作水生环境重金属污染的指示物，而在水体重金属污染治理方面难以广泛推广。

(3)藻类修复。有研究表明，藻类对重金属具有高效的富集能力和耐性，且具有经济、简便、环境友好和修复效率高等优点，因此，近年，利用藻类进行重金属富集的研究成为了环境领域的一个新的研究热点。藻类可通过离子交换、氧化还原和络合等方式进行重金属吸收转化和富集，目前藻类吸附重金属取得一定进展，但工业实践应用还处于起步阶段。如活体藻类受到生长条件的限制，吸附效果不理想，另外，复合重金属污染下藻种的选择，重金属吸附后如何回收工艺及成本等，这些问题都未能得到有效解决，限制了该方法在污染水体修复中的应用[6]。

(4)植物修复。植物修复是最常用的重金属治理方法，通过植物吸收、挥发、转移、根际过滤、累积等方式进行重金属去除。水生植物修复重金属污染水体具有成本低、针对性强、吸附量大、效果好以及环境友好等突出优点，且具有重金属回收潜能。近年，随着重金属超积累植物的发现，以及生态环保重要优势，该方法得到广泛应用。利用大型水生植物修复重金属污染水体，研究不同生活型水生植物对重金属污染水体的修复，利用基因工程技术使植物具有重金属超富集能力已成为研究热点。如凤眼莲因具有适应性广、生长繁殖快和生物量大等特点，被广泛用于多种重金属等污染水体的修复[7]；狐尾藻和黑藻对Pb、Cd、Cr有较强的去除能力[8]。植物治理重金属主要方向包括：①水生超富集植物的筛选；②修复机理的深入研究；③植物组合，对不同生活型水生植物进行有效联合以发挥各植物的优点[9]。水生植物虽然资源丰富，但都存在一定的局限性，如大部分水生植物难以越冬，需要对植物残体进行收割和回收，避免造成二次污染[10]，因此，需要对水生植物吸附重金属的环境条件、季节性、种类差异等进行更系统的研究，以增强其重金属修复功能。

2.2 重金属治理工程技术

重金属修复工程措施主要是通过降低水体重金属的迁移性、生物有效性，或者将其从水体中去除。主要有外源截污、底泥疏浚、活水补给、生态修复等技术。外源截污是指通过设置截污管道、截流河道及其他生态过滤装置对排入河流的水体进行预处理，减少重金属废水纳入水体。底泥疏浚可以较彻底降低水中重金属含量，有效消除重金属内源负荷。我国在河道、湖泊和其他景观水体修复过程中经常采用该方法。活水补给是通过引入清洁水源对污染水体进行补充或交换，加快重金属的迁移转化，降低水体重金属含量。活水补给在我国水体修复中被广泛应用，修复效果良好，但采用该方法的前提是污染水体具有清水来源。生态修复技术是目前公认最安全和最具发展前途的技术工艺，主要利用微生物、动物、植物及结合其他辅助材料构建良好的生态系统，通过对污染物的转化转移，将水体进行净化。该方法具有效果好、成本低、环保、安全可靠等优点，并能起到强化水生态功能与美化生态景观等效果，如建设生态浮岛、人工湿地等。该措施需要进行科学的设计和合理的管理维护，否则难以达到理想效果。

(1)人工湿地。人工湿地充分利用了水体基质、植物及与微生物的协同作用进行污染水体的修复。主要通过植物固定、吸附和生物富集或植物挥发、甲基化等方式进行重金属移除。通过不同植物物种的合理组合对重金属进行高效去除。

(2)氧化塘。氧化塘主要利用了水生态系统天然净化能力来治理污染。综合利用了物理、化学和生物因素，能对重金属污染水体进行有效治理。

(3)复合生态滤床。复合生态滤床是基于人工湿地而发展演化成的一种环境生物修复工艺，利用物理吸附、沉淀，动植物及微生物的降解功能进行协同作用对污染水体的治理，具有处理负荷大、效果好、生态环保和低能耗等特征。如以蛭石为滤床基质，通过植物对重金属污染水体进行修复，结果显示，植物根系可以有效吸附蛭石固定的重金属，增强了蛭石吸附重金属能力，对多种重金属和COD有良好的去除效率[11]。

3 结语

由于重金属在水体环境中迁移、转化和富集机理较为复杂，目前暂无高效的水体重金属修复方法。当前水体重金属修复的方法各存优劣，因此，需要发挥各技术的优势，系统分析污染水体的污染现状，因地制宜，构建科学合理、适用性强的综合生态型治理方法，对污染水体进行高效修复。