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[關(guān)鍵詞]鎘污染；鎘污染來源及危害；事故應(yīng)急處理方法
中圖分類號(hào)：Q958.116 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）12-0028-02
2004年6月初，楚雄市龍川江發(fā)生嚴(yán)重鎘污染事件，楚雄水文站、智民橋、黑井等斷面的總鎘超標(biāo)36.4倍；2005年12月15日北江韶關(guān)段出現(xiàn)嚴(yán)重鎘監(jiān)測濃度超標(biāo)，高橋斷面檢測到鎘濃度超標(biāo)12倍多……到近期的廣西龍江河鎘污染，龍江河宜州拉浪碼頭前200米水質(zhì)重金屬超標(biāo)80倍。現(xiàn)在大家都已經(jīng)聞“鎘”色變，這么頻繁的鎘污染事件給我們敲響警鐘，在面對(duì)鎘污染事件的時(shí)候，我們不能坐以待斃，要懂得怎么應(yīng)對(duì)，怎么處理，怎么消除污染。針對(duì)重金屬鎘的污染治理上，我國研究人員與國際上許多研究人員都在進(jìn)行相關(guān)的研究。本文就是在前人對(duì)含鎘廢水的各種處理方法研究的基礎(chǔ)上，尋找出快速有效地應(yīng)對(duì)鎘污染事故的方法，做出的總結(jié)性概述。
1 污染來源
鎘是煉鋅業(yè)的副產(chǎn)品，鎘作為原料或催化劑用于生產(chǎn)電池、塑料、顏料和試劑、塑膠穩(wěn)定劑；由于鎘的抗腐蝕性及耐摩擦性，也是生產(chǎn)不銹鋼、電鍍以及制作雷達(dá)、電視機(jī)熒光屏等原料；還是制造原子核反應(yīng)堆用控制棒的材料之一。隨著電池工業(yè)的發(fā)展，鎳鎘電池以其優(yōu)良的性能得到了廣泛的應(yīng)用，鎳鎘電池的生產(chǎn)在20世紀(jì)80年代中后期快速增長，在鎘年產(chǎn)量不斷增長的。同時(shí)，1981年鎳鎘電池用鎘占鎘消費(fèi)量的23%。因此水體中鎘的污染源主要來自鉛鋅礦、有色金屬冶煉、電鍍、玻璃、油漆顏料、紡織印染、照相、陶瓷和用鎘作原料的化工廠等的排水。鎘的廢舊產(chǎn)品也會(huì)造成環(huán)境污染，如廢鎳鎘電池。鎘在水體方面的污染也較為嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)資料表明，硫鐵礦石制取硫酸和磷礦石制取磷肥時(shí)排出的廢水中含鎘較高，每升廢水中鎘的含量可達(dá)數(shù)十至數(shù)百微克。此外，大氣中的鉛鋅礦以及其它有色金屬的冶煉、燃燒、塑料制品的焚燒所形成的鎘顆粒也可能進(jìn)入水中污染水源，研究發(fā)現(xiàn)，若水源中鎘的含量達(dá)到0.57-3.88mg/L時(shí)，下游水體中的魚類就會(huì)受到嚴(yán)重污染，如水中氯化鎘的含量為0.001mg/L時(shí)，就可使鯉魚在8-18小時(shí)內(nèi)死亡。另外，用鎘作原料的觸媒、顏料、塑料穩(wěn)定劑、合成橡膠硫化劑、殺菌劑等排放的鎘也可能對(duì)水體造成污染，導(dǎo)致飲用水中鎘含量顯著增加。
2 鎘對(duì)人體的危害
2.1 對(duì)腎臟的影響吸收的鎘主要通過腎臟經(jīng)尿排出，當(dāng)環(huán)境的鎘長期暴露時(shí)，機(jī)體內(nèi)最先出現(xiàn)的是尿鎘的增加，研究資料顯示，當(dāng)尿中鎘含量>2.5-5ug/g時(shí)，腎小管和腎功能的損傷都會(huì)有所變化。隨著尿中鎘含量的增多，腎皮質(zhì)中尿蛋白和UNAG的不斷升高，導(dǎo)致腎胞漿中總鈣和非蛋白結(jié)合鈣明顯升高，說明鎘對(duì)腎損傷時(shí)，細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)受到了破壞，使腎功能發(fā)生異常，進(jìn)而影響尿鋅和鎂排泄的增加。鎘對(duì)腎臟的損害不僅表現(xiàn)在尿蛋白和UNAG的升高，而且還與MT的結(jié)合有關(guān)，有人認(rèn)為當(dāng)鎘與MT結(jié)合后對(duì)腎臟功能產(chǎn)生的影響會(huì)比不與結(jié)合時(shí)損害大，而劉杰[3]等在用刪除了MT的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物慢性感染鎘時(shí)發(fā)現(xiàn)，鎘在不與MT結(jié)合時(shí)就能直接對(duì)腎臟造成損傷，而且比起結(jié)合時(shí)更嚴(yán)重。
2.2 對(duì)骨骼的影響鎘對(duì)組織的毒害作用是通過鎘和鈣競爭與鈣調(diào)素（CaM）結(jié)合，干擾鈣與CaM結(jié)合時(shí)所調(diào)控的生理生化體系，使Ca2+-ATP酶和磷酸二酯酶活性受到抑制，影響細(xì)胞骨架，刺激動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞致使血壓升高。十大公害病之一的“疼痛病”就是鎘通過上述機(jī)制導(dǎo)致的，當(dāng)以居住在鎘污染20年以上的居民為調(diào)查對(duì)象時(shí)發(fā)現(xiàn)，該人群的前臂骨密度（BMD）隨著尿鎘（UCD）含量的增加而下降，而且鎘污染區(qū)居民在脫離鎘污染環(huán)境20年后，體內(nèi)鎘含量仍然處于較高水平，這樣，下來的鎘就加速了骨脫鈣，致使骨密度下降，引發(fā)骨質(zhì)疏松。
3 污染事故應(yīng)急處理方法
氫氧化鎘是為高度穩(wěn)定、難溶的物質(zhì)。因此飲用水中的鎘可以通過沉淀混凝過濾去除。強(qiáng)化混凝工藝通過采取一定措施，可以發(fā)揮混凝的最佳效果，而且這些藥劑就在常規(guī)生產(chǎn)中使用，選擇強(qiáng)化混凝作為應(yīng)急處理技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)“平戰(zhàn)結(jié)合”，具有簡單易行、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此：
3.1 對(duì)于微污染的水源水，投加堿調(diào)節(jié)pH值的方法處理
把pH值調(diào)到8.5～9.5之間時(shí)，能達(dá)到除鎘和混凝沉淀的最佳效果。但若pH值大于9.5時(shí)，聚合氯化鋁的混凝效果不好，出現(xiàn)反池的現(xiàn)象。采用投加生石灰，把pH值調(diào)到9.0左右進(jìn)行中試。某水廠進(jìn)行中試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)投加生石灰20mg/L，鎘的去除率達(dá)75%。若上游的含鎘源水到達(dá)，亦能保證出廠水水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
該方法簡單可行，除鎘效果理想，而且對(duì)正常生產(chǎn)影響不大。并對(duì)兩種加氯消毒方式進(jìn)行比較試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)二次加氯（反應(yīng)前加氯，濾后加氯氨消毒）的消毒方式更簡單。
3.2 對(duì)于遭受大的突發(fā)性鎘污染的水體，在水廠常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，考察了化學(xué)沉淀技術(shù)對(duì)鎘污染原水的應(yīng)急處理效果
突發(fā)性污染時(shí)，鎘主要以溶解態(tài)形式存在，所占比例在60%以上。通過氫氧化物沉淀法，具有除鎘范圍廣、藥劑來源廣泛、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，此類方法已經(jīng)在廣州北江鎘污染事件中得以成功運(yùn)用。當(dāng)分別采用三氯化鐵和聚合氯化鋁為混凝劑時(shí)，分別將濾后水pH值控制在8.69和8.58以上，可有效去除超標(biāo)50倍的鎘污染物，且對(duì)鎘的去除率隨著pH值的提高而增大；在最大應(yīng)急能力方面，將濾后水pH值分別控制在9.17和8.73以上，可分別有效去除超標(biāo)500和80倍的鎘污染物，使鎘濃度降至國標(biāo)限值以下。在混凝前pH值變化不大的情況下，投加聚合氯化鋁的濾后水pH值的降低幅度要大于投加三氯化鐵的。
目前，針對(duì)突發(fā)性重金屬污染事故的應(yīng)急處理方法主要有化學(xué)沉淀及吸附法。
化學(xué)混凝沉淀技術(shù)是通過調(diào)整水廠混凝處理的pH值，使重金屬污染物生成金屬氫氧化物或碳酸鹽等沉淀形式，再通過鋁鹽、鐵鹽等絮凝及沉淀去除。
2005年廣東北江突發(fā)性鎘污染事故應(yīng)急處理中，科研人員通過首先把原水pH值調(diào)至9左右，使鎘形成沉淀物，然后在弱堿性條件下進(jìn)行混凝、沉淀、過濾處理，以礬花絮體吸附去除水中的鎘；最后在濾池出水處加酸，把pH值調(diào)回至7.5～7.8，以滿足生活飲用水的pH值要求。羅旺興等的研究表明，高錳酸鹽聚鋁投加量為20mg/L，復(fù)合藥劑（PPC）投加量為4mg/L，pH值為8，PPC在混凝前1min投加，此時(shí)鋅的去除率在90%以上。譚麗紅等的研究表明，當(dāng)水體pH值為10.0，F(xiàn)eCl3投加量為25mg/L可使原水鎳的質(zhì)量濃度由0.226mg/L降為0.0187mg/L，達(dá)到《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T20―2005）中對(duì)鎳含量的要求。化學(xué)混凝沉淀法適合于水處理廠水中重金屬的應(yīng)急去除，但針對(duì)自然水體調(diào)節(jié)pH不太實(shí)際，向水體中添加酸堿會(huì)造成水體二次污染，加劇水污染的嚴(yán)重程度。混凝沉淀必須把污染水域隔離開來，混凝沉淀物的回收及混凝沉淀后水體的后續(xù)處理等都十分繁瑣，對(duì)于流動(dòng)水體，該方法的適用更加局限。
吸附法工藝簡單、效果穩(wěn)定，尤其適用于大流量低污染物含量的去除，成為應(yīng)對(duì)重金屬突發(fā)水污染事故首選的應(yīng)急處理技術(shù)。王新剛等的研究表明，投加40mg/L的PAC可使黃浦江超標(biāo)5倍的鎘降低為超標(biāo)2倍以內(nèi)，鎘分別超標(biāo)10，50和100倍時(shí)，投加50mg/L的PAC，去除率分別為58%，38%和41%。吸附法成功處理了國內(nèi)多起突發(fā)性重金屬污染事故，但在自然水體中，吸附法除存在固定后去污效能降低、回收困難等問題外，吸附材料與重金屬形成的絮凝物會(huì)沉在水底并隨推移質(zhì)和懸移質(zhì)一起繼續(xù)遷移，通過水中食物鏈成為二次污染源。
3.4 后續(xù)長期生態(tài)恢復(fù)建設(shè)
突發(fā)性水污染事故發(fā)生后其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響是深遠(yuǎn)的，事故排放的污染物特別是有毒有機(jī)污染物、重金屬等會(huì)殘留在湖泊、河床上，對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。因此，在污染事故得到控制后，還需要對(duì)遭受破壞的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行長期的恢復(fù)建設(shè)。
對(duì)于后期生態(tài)恢復(fù)，首先可采用工程措施如底泥疏浚、換水等將有污染物殘留的水體及沉積物等介質(zhì)清除干凈以免殘余的污染物繼續(xù)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成危害，為生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造條件。同時(shí)，通過生物措施（植物、微生物及動(dòng)物修復(fù)技術(shù)）來修復(fù)受污染物的水體及沉積物，逐步恢復(fù)破壞水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能，維持生態(tài)平衡。恢復(fù)的同時(shí)加強(qiáng)修復(fù)生物的監(jiān)測及管理，避免難降解污染物通過食物鏈積累及放大。另外還應(yīng)修編相關(guān)法律法規(guī)，便于理賠及杜絕事故再次發(fā)生，同時(shí)還應(yīng)提高民眾安全意識(shí)。
4 結(jié)論
水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，自古以來，人類就是在水的滋養(yǎng)下生存和繁衍的，今后也將同樣依賴于水資源而繼續(xù)存在和發(fā)展。無論社會(huì)如何進(jìn)步，時(shí)代如何發(fā)展，我們都不可以水環(huán)境的惡化為代價(jià)換取一時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，那將會(huì)造成人類無法承受的后果，也必將導(dǎo)致人類文明的毀滅。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：重金屬廢水;水處理;膜技術(shù)
Abstract: This paper briefly introduces the harm of heavy metal pollution on the human body, research status of heavy metal wastewater treatment techniques were summarized, and expounds the advantages and disadvantages of various methods, using membrane separation technology as the representative of the new process is put forward, and the development of heavy metal wastewater treatment technologies are prospected.
Key words: heavy metal wastewater; water treatment; membrane technology
中圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)：
前言：
重金屬是指相對(duì)密度大于5的金屬，包括銅、鉛、鋅、錫、鎳、鈷、銻、汞、鎘和鉍10種金屬。由于重金屬不能被生物所降解，在水體中大部分通過物理化學(xué)反應(yīng)沉積在水底，隨著環(huán)境的不斷變化，沉積物會(huì)向水體緩慢釋放溶解態(tài)重金屬，因此重金屬污染水體存在持久的危害性。隨著污染物的遷移轉(zhuǎn)化，還能夠在食物鏈中進(jìn)行生物累積，進(jìn)而對(duì)食物鏈頂端的人類產(chǎn)生極大的危害｡日本的“水俁病”和“痛痛病”都是由重金屬污染導(dǎo)致的人體健康受損的典型案例。含重金屬離子的工業(yè)廢水主要來源于機(jī)械加工、鋼鐵及有色金屬的冶煉、礦山開采和部分化工企業(yè)。此外，一些輕工業(yè)和化學(xué)工業(yè)排出的廢水也含有汞、鎘、砷等重金屬[1]。國內(nèi)僅電鍍行業(yè)每年產(chǎn)生的重金屬廢水就超過40億m3。重金屬廢水處理已經(jīng)成為資源與環(huán)境領(lǐng)域中一個(gè)嚴(yán)峻且迫切的重要課題。本文簡述了國內(nèi)外含重金屬廢水的處理現(xiàn)狀及研究趨勢。
目前，含重金屬廢水的的處理方法主要分為兩大類：傳統(tǒng)法和新型處理方法，傳統(tǒng)法包括化學(xué)沉淀、吸附、離子交換、生物處理法等，電化學(xué)法和膜分離技術(shù)則是近年來發(fā)展起來的新型處理技術(shù)。
1傳統(tǒng)方法
1.1化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法是指向廢水中添加化學(xué)藥劑與重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使重金屬離子變成不溶性沉淀物質(zhì)分離出來。該方法技術(shù)成熟、投入少、自動(dòng)化程度高。最常用的就是氫氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。例如向含鎘廢水中投加氫氧化鈉，會(huì)形成氫氧化鎘沉淀。化學(xué)沉淀法也存在一些不足：產(chǎn)生重金屬污泥、沉淀劑的加入容易造成二次污染以及處理效果受水質(zhì)條件影響等，限制了其在工程上的應(yīng)用。
在化學(xué)沉淀法中，鐵氧體法是較為新型的處理工藝。它是指向廢水中投加鐵鹽，通過對(duì)工藝條件的控制，使重金屬離子在鐵氧體的包裹和夾帶作用下進(jìn)入鐵氧體的晶格中，進(jìn)而形成復(fù)合鐵氧體，最后再用固液分離的手段，一次脫除多種重金屬離子的方法。該方法克服了傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法易形成二次污染的弊端，但是反應(yīng)過程需要加熱，能耗高。
1.2吸附法
吸附法主要是利用高比表面積或具有多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)作為吸附材料去除重金屬離子。該法的核心是吸附劑的選擇，常用的吸附劑有活性炭、礦物質(zhì)、分子篩等。活性炭有較強(qiáng)的吸附能力，可以同時(shí)吸附多種重金屬離子，去除率高，但再生效率低，處理水質(zhì)達(dá)不到GB標(biāo)準(zhǔn)，價(jià)格高，應(yīng)用被限制[2]。近年來逐步研究出多種新的吸附材料，如凸凹棒、浮石、硅藻土、蛇文石、大洋多結(jié)核礦等。大洋多結(jié)核礦吸附能力強(qiáng)，它是多孔結(jié)構(gòu)，表面積大，礦物大部分以晶型存在，因此吸附重金屬廢水效果好。
另一類是利用微生物作為吸附材料，主要有菌體、藻類和細(xì)胞提取物等，這些生物吸附劑對(duì)不同的重金屬離子表現(xiàn)出不同的吸附能力，造成吸附能力大小的主要原因在于微生物細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)，并且受外界環(huán)境因素和水體pH值的影響。
1.3 離子交換法
離子交換法的實(shí)質(zhì)是離子交換劑上的可交換離子與廢水中的重金屬離子之間的交換反應(yīng)，在此過程中，廢水中的重金屬離子被去除。當(dāng)離子交換劑上的重金屬離子達(dá)到飽和時(shí)，使用再生液反復(fù)沖洗離子交換劑，使之得到再生。重金屬廢水處理中常用的離子交換劑主要是離子交換樹脂，如陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂以及螯合樹脂等。
離子交換技術(shù)在處理重金屬廢水的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)重金屬的資源化，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)改善環(huán)境質(zhì)量和增加可利用資源也具有極其重要的意義。但是該方法不足之處在于：樹脂進(jìn)行再生時(shí)需消耗大量的酸堿，且易造成二次污染。
1.4 生物處理法
生物處理法是指利用微生物或植物的吸收、絮凝、還原等作用去除水中的重金屬離子的方法，主要包括生物化學(xué)法和生物絮凝法等。
生物化學(xué)法是指利用微生物的氧化還原反應(yīng)能力使重金屬離子沉降或降低其毒性。對(duì)硫酸鹽含量較高的重金屬廢水的處理是典型的生物還原法，該方法能夠把硫酸鹽還原成硫化氫，使重金屬離子和硫化氫發(fā)生反應(yīng)生成金屬硫化物沉淀而除去。研究者[3]用基因工程菌對(duì)含汞廢水進(jìn)行了研究,但濃度過高毒性強(qiáng)的重金屬離子對(duì)菌有一定的影響,使此法有一定局限性。生物絮凝法是指借助生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物進(jìn)行絮凝沉淀的一種方法。目前的生物絮凝劑主要有五大類，即半乳甘露聚糖類、淀粉類、微生物多糖類、纖維素衍生物類和復(fù)合型生物混凝劑。生物絮凝法以其安全無毒、絮凝劑效果好、絮凝物易于分離等特點(diǎn)，在重金屬廢水處理領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景[4]。但該方法也有不利之處，如生產(chǎn)成本高、活體生物絮凝劑保存困難等。
2 新型處理方法
2.1電化學(xué)法
電化學(xué)法是指利用電化學(xué)原理處理重金屬廢水，兼具絮凝、氣浮、殺菌等多種功能，是近年發(fā)展起來的頗具競爭力的重金屬廢水處理方法。該方法因裝置緊湊、工藝成熟、無二次污染，便于控制管理等特點(diǎn)，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[5]。Amin N K[6]等的研究表明對(duì)一些金屬離子的去除效果可達(dá)到0.1mg·L-1以下，適合重金屬濃度高的廢水，但此方法耗能大，析氧和析氫等副反應(yīng)多，不適合處理低濃度廢水。
2.2 膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)是一項(xiàng)新興的分離技術(shù)，自60年代，作為一項(xiàng)高新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室中走向社會(huì)開始進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用以來，已逐漸并迅速發(fā)展成為了在各個(gè)工業(yè)系統(tǒng)中獲得大規(guī)模應(yīng)用的高效節(jié)能的分離過程。近年來，將液體分離膜技術(shù)用于重金屬廢水處理的報(bào)道日漸增多并漸成主流。將膜分離技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水處理具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）過程無相變，可以常溫操作，能耗低，污染小；（2）膜過程可通過模擬裝置實(shí)現(xiàn)，而且可以連續(xù)操作；但是，膜分離過程也有其弊端：（1）在某些情況下，膜容易結(jié)垢，降低膜分離過程效率，甚至降低膜的使用壽命；（2）與化學(xué)法相比，膜分離工藝初期投資較高[7]。
電滲析（ED）是指以直流電場產(chǎn)生的電壓為推動(dòng)力，溶液中的帶電離子進(jìn)行定向遷移，選擇性的透過離子交換膜的過程。含Cu2+、Zn2+、Cr2+和Ni2+等重金屬離子的廢水都可采用電滲析處理，其中含鎳廢水處理技術(shù)最為成熟，已有成套工業(yè)化裝置。但是電滲析法處理廢水要求具有足夠的電導(dǎo)以提高滲透效率，因此不適宜處理低濃度的重金屬廢水。例如，電滲析用于處理鍍鎳清洗水時(shí)，要求清洗水中鎳鹽的濃度不低于1.5mg·L-1。
電去離子技術(shù)（EDI），又稱填充床電滲析技術(shù)，是將樹脂填充在電滲析器的淡水室中，在直流電場作用下，膜堆內(nèi)部自發(fā)水解離產(chǎn)生H+和OH-再生離子交換樹脂，同時(shí)實(shí)現(xiàn)離子的深度脫除和濃縮的新型復(fù)合分離過程。相對(duì)傳統(tǒng)的電滲析過程而言，電去離子技術(shù)的分離效率得到顯著提高。因此EDI技術(shù)具有巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，EDI技術(shù)在用于處理低濃度重金屬廢水領(lǐng)域所展現(xiàn)出的良好潛力正日益引起人們的重視。
由于重金屬廢水中成分復(fù)雜，僅采用一種膜分離技術(shù)很難滿足處理要求，而采用集成膜過程，可發(fā)揮每種膜的最大優(yōu)勢，提高了處理效率和裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。國家海洋局杭州水處理中心[8]采用了一套處理能力為1200m3/d-1的三級(jí)膜分離裝置處理電鍍鎳漂洗廢水，總濃縮倍數(shù)為100倍，一級(jí)膜分離系統(tǒng)對(duì)鎳離子的截留率為98%，二、三級(jí)膜分離系統(tǒng)對(duì)鎳離子的截留效率均在99%以上。但隨著膜使用時(shí)間的增長，膜通量會(huì)逐漸下降，膜系統(tǒng)也需要定期進(jìn)行清洗。也有研究者[9]將雙極膜技術(shù)與電去離子技術(shù)結(jié)合用于重金屬廢水處理，為膜分離技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。
3展望
為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，研究新型、高效的重金屬廢水處理技術(shù)迫在眉睫。傳統(tǒng)
的處理技術(shù)均存在不同程度的二次污染、效率偏低、工藝復(fù)雜、高能耗、高成本等缺陷。而膜分離技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高效分離過程、廢水零排放與資源化方面優(yōu)勢突出，已經(jīng)并將繼續(xù)成為該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。今后需要在膜材料及膜制備工藝方面進(jìn)行重點(diǎn)研究，降低膜技術(shù)的應(yīng)用成本。此外，將現(xiàn)有工藝進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，也是達(dá)到水污染處理和廢水資源化雙重目標(biāo)的可行方法。
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關(guān)鍵詞：生物吸附 菌劑 海藻酸鈉 固定化 重金屬污水 Cr
一、水體重金屬污染現(xiàn)狀
重金屬是非降解型有毒物質(zhì)，由其引發(fā)的水環(huán)境重金屬污染可導(dǎo)致生物急性或慢性中毒，而且由于重金屬在環(huán)境中不能被降解具有累積效應(yīng)，會(huì)通過食物鏈的富集放大其生物毒性，存在顯著的生態(tài)和健康風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有的重金屬污染處理工藝主要有物理-化學(xué)法和生物吸附法兩大類。化學(xué)法、物理-化學(xué)法普遍存在成本高、能耗大、操作困難、易造成二次污染等缺陷，且對(duì)低濃度重金屬的處理效果不太理想。微生物處理法作為治理重金屬污染的一項(xiàng)新技術(shù)，具有微生物吸附材料來源廣泛、成本低、對(duì)低濃度重金屬廢水處理徹底、可對(duì)某些貴重金屬進(jìn)行高效回收等優(yōu)點(diǎn)[1,2]。
本文研究使用海藻酸包埋法固定菌體，將微生物細(xì)胞截留在水不溶性的凝膠聚合物孔隙的網(wǎng)絡(luò)空間中,阻止了微生物細(xì)胞的泄漏，同時(shí)能讓六價(jià)鉻滲入，去除水中六價(jià)鉻的污染。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料及方法
1.主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備
原子吸收分光光度計(jì)AA600，恒溫振蕩器HZ-9211K，高速冷凍離心機(jī)KDC-160HR，小型高速離心機(jī)TCL-16H Centrifuge，掃描電子顯微鏡PHILIPS XL-3 0ESEM
2.實(shí)驗(yàn)材料
酵母菌R32：通過電場誘導(dǎo)融合構(gòu)建，出發(fā)菌株是解脂假絲酵母(Candida ipolytica)和熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)。對(duì)Cr6+具有較好的吸附還原能力。
含鉻模擬污水（15-30mg/L）、酵母培養(yǎng)基、海藻酸鈉、CaCl2、活性碳
3.實(shí)驗(yàn)方法
從實(shí)驗(yàn)室菌種庫中接種酵母菌R32，活化、擴(kuò)大培養(yǎng)36h后,菌液經(jīng)4000rpm離心分離20min得到工程菌菌體。稱取一定量的海藻酸鈉及50g/L的酵母R32工程菌混合后加入定量蒸餾水配置成海藻酸鈉-菌體混合液，用注射器將混合液注入過量的15%的CaCl2溶液中（1L CaCl2溶液適合制備100ml混合液），得到海藻酸鈣包埋菌球(直徑約為2mm)。穩(wěn)定清洗晾干后，得到吸附用的固定化菌劑（含水率約為95%）。用掃描電鏡觀察固定化菌劑內(nèi)部機(jī)構(gòu)[3,4]，長時(shí)間震蕩方式判定菌劑含量不同的固定化菌劑的抗破碎能力和菌體泄露情況。將固定化菌劑按一定的投加量投加到30mg/L含鉻模擬污水瓶中， 120rpm振蕩吸附一定時(shí)間。吸附完成后取上清液稀釋一定倍數(shù)，用原子吸收分光光度法測定樣品中的金屬濃度。
三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
1.海藻酸鈉固定化菌劑掃描電鏡觀察
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2，未固定菌體的海藻酸鈣小球具有較松散的溶洞結(jié)構(gòu)。圖3的海藻酸鈉固定化菌劑中，工程菌以圓形顆粒的形式被緊密包埋于海藻酸鈣所形成的包囊里，圓形顆粒間緊密相連。這能最大量將工程菌緊密的包埋于海藻酸鈉包囊中，避免菌體泄露，最大化體系比表面積，提高工程菌的吸附能力。同時(shí)圓形顆粒間又充滿了微小的孔隙，保證了整個(gè)菌劑的通透性，使包囊中的菌體能很好的與金屬污水接觸。實(shí)驗(yàn)測得菌劑具有更好的抗振能力，增加了其抗破碎的性能。可見，以海藻酸鈉為載體固定化菌劑具有優(yōu)越的微觀結(jié)構(gòu)，保證了菌劑的物理性能和吸附性能。
2.海藻酸鈉含量對(duì)固定化菌劑吸附能力的影響
制造海藻酸鈉含量分別為1%、1.5%、2.0 %、2.5 %和3.0 %(m/v)的固定化菌劑，以一定的投加量投加含鉻模擬污水中。振蕩吸附8h，測其對(duì)Cr的去除率。結(jié)果如圖3所示，在海藻酸鈉含量為1%時(shí)，固定化菌劑對(duì)Cr的去除率最大。隨著海藻酸鈉含量的增加，Cr離子進(jìn)入固定化菌劑的傳質(zhì)阻力增加，菌劑對(duì)Cr的去除率略有下降。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)證明，1.0%的海藻酸鈉作為載體的菌劑無論在抗破碎能力和菌體抗泄漏能力均優(yōu)于其他海藻酸鈉含量的菌劑。因此，選擇選1.0%的海藻酸鈉作為載體較為合適。圖1 海藻酸鈣對(duì)照掃描電鏡圖(2um)圖2海藻酸鈉固定化菌劑掃描電鏡圖(10um) 圖3海藻酸鈉含量對(duì)固定化菌體吸附能力的影響
3. 投加量對(duì)海藻酸鈉固定化菌劑吸附Cr的影響
選擇了含量為1%和1.5%海藻酸鈉的固定化菌劑進(jìn)行投加量實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如圖4所示。在海藻酸鈉含量為1%和1.5%的條件下，固定化菌劑對(duì)Cr的去除率隨投加量的增加而增加，在10~40g/L的區(qū)間增加的速度最快。當(dāng)投加量增加到40g/L后，菌劑投加量的增加不能再使Cr的去除率產(chǎn)生顯著的提高。
對(duì)于未包埋菌體的對(duì)照組，其吸附曲線呈不規(guī)則變化，這是因?yàn)镃r的吸附主要靠包埋在小球內(nèi)的菌體的生物吸附，而對(duì)照組對(duì)Cr的吸附主要是通過材料表面快速的吸附和解析動(dòng)態(tài)平衡實(shí)現(xiàn)，因此具有波動(dòng)性。
從以上兩組實(shí)驗(yàn)可以得40g/L的固定化菌劑可以很好的處理中低濃度含Cr污水。 圖4海藻酸鈉含量為1%和1.5%時(shí)菌劑投加量對(duì)吸附效果的影響
4.調(diào)理劑加入對(duì)海藻酸鈉包埋菌劑吸附Cr的影響
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，固定化菌劑對(duì)Cr的吸附速度較慢，為使菌劑的吸附速率加快在工程菌固定化的過程中加入活性炭作為調(diào)理劑，從而改善固定化菌劑的通透性，改善菌劑的吸附效果及重金屬的去除速度。在1%海藻酸鈉中分別加入 0.01%、0.03%、0.05%、0.07%（m/v）的活性碳制成固定化菌劑，活性碳調(diào)理菌劑對(duì)含Cr模擬污水的吸附去除率曲線如圖5所示。可見，活性碳的加入對(duì)固定化菌劑的吸附速度具有一定的促進(jìn)作用，當(dāng)活性碳的加入量為0.05%時(shí)，菌劑在吸附3h時(shí)達(dá)到吸附平衡，此時(shí)，菌劑對(duì)Cr去除率達(dá)到90%。 圖5 活性碳的加入對(duì)固定化菌劑吸附能力的影響
5.處理含Cr污水固定化菌劑吸附動(dòng)力學(xué)
為了更好的將菌劑應(yīng)用于實(shí)際，研究了處理含Cr污水固定化菌劑的吸附動(dòng)力學(xué)，并對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)方程擬合。菌劑的吸附動(dòng)力學(xué)曲線如圖6所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，固定化吸附菌劑的吸附動(dòng)力學(xué)能夠很好的用準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程擬合，其R2達(dá)到了0.9941。可見固定化菌劑的吸附是多層吸附，并伴隨有內(nèi)部擴(kuò)散現(xiàn)象。由表1的參數(shù)還可以看出該吸附是一個(gè)較慢的吸附過程，在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)保證足夠的吸附處理時(shí)間。表3-2 各動(dòng)力學(xué)方程擬合參數(shù) 圖3-13菌劑吸附動(dòng)力學(xué)曲線
四 、結(jié)論
1.無毒無害的天然高分子凝膠海藻酸鈉是較為環(huán)境友好型的固定化載體。包埋后菌劑具有良好微觀埋結(jié)構(gòu)，有利于最大量的包埋細(xì)菌，同時(shí)有留有空隙，為重金屬的滲入提供良好的通透性。
2.用1%(m/v)海藻酸鈉包埋固定化酵母R32制得的Cr高效吸附菌劑具有良好的物理特性和Cr吸附性能。菌劑投加量為40g/L(濕重含水率約為95%)，吸附時(shí)間為8h時(shí)其對(duì)Cr的最高去除率可達(dá)98%。在固定化菌劑中加入0.05%的活性碳作為調(diào)理劑能提高固定化菌劑的吸附速率。
關(guān)鍵詞：重金屬污染；土壤污染；生物修復(fù)；超量積累
作為人類發(fā)展的基礎(chǔ)，土壤資源往往在城市化以及工業(yè)化的發(fā)展之下出現(xiàn)了不同程度的污染以及破壞。在這樣的背景之下，我國的土壤容易受到重金屬的污染而危害人類的生命安全。本文基于此，分析探討國內(nèi)外土壤重金屬污染防治技術(shù)以及相關(guān)研究的發(fā)展。
1 土壤重金屬污染預(yù)防的發(fā)展歷程
1.1 預(yù)防體制
基于世界各國城市化以及工業(yè)化發(fā)展程度的日益加深，各國家普遍存在土壤重金屬污染的問題。為了進(jìn)一步促進(jìn)各類問題的解決，世界各國加強(qiáng)了對(duì)于土壤重金屬污染預(yù)防。關(guān)于土壤重金屬污染預(yù)防的發(fā)展歷程，筆者進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)，具體內(nèi)容如下。
日本為了進(jìn)一步促進(jìn)土壤重金屬污染問題的解決，頒布了《土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》《土壤污染對(duì)策法》等法律法規(guī)，而我國自改革開放之后，逐步加強(qiáng)了對(duì)于環(huán)境問題的關(guān)注，并于1989年頒布《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》，開始了我國土壤重金屬污染問題的處理，隨后中國在該法律的基礎(chǔ)之上進(jìn)行修訂工作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于污染物排放的限制與處理。
1.2 預(yù)防技術(shù)
為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)按土壤重金屬污染問題的解決，各國逐步提出了清潔生產(chǎn)的概念。在這樣的背景之下，歐共體于1979年宣布推行工業(yè)清潔生產(chǎn)的政策。在這樣的背景之下，該區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門加強(qiáng)了對(duì)于各類先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的清潔生產(chǎn)，規(guī)避了農(nóng)業(yè)化學(xué)產(chǎn)品的超量使用對(duì)土壤污染。
事實(shí)上，這種從源頭上降低污染源的措施，能夠降低了土壤中重金屬離子的引入，從而實(shí)現(xiàn)了土壤資源的保護(hù)。
2 土壤重金屬污染治理方法
目前，我國處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型期間，土壤重金屬污染的問題也較重。在這樣的背景之下，為了實(shí)現(xiàn)我國社會(huì)的綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展，我國的有關(guān)部門加強(qiáng)了對(duì)于該類問題的解決。關(guān)于常見的土壤重金屬污染治理方法，筆者進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)，具體內(nèi)容如下。
2.1 工程治理法
所謂的工程治理法，指的是相關(guān)單位借助物理原理以及方法進(jìn)行土壤重金屬污染問題的解決。在傳統(tǒng)的工程治理過程中，工作人員多借助換土、翻土等方法進(jìn)行作業(yè)，但伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷變更，我國有關(guān)部門逐步采用淋洗法、電解法、熱處理等辦法進(jìn)行作業(yè)。
一般而言，工程治理方法在運(yùn)行的過程中具有效果顯著等特點(diǎn)，但是其因?yàn)楣こ虖?fù)雜、工程量等問題進(jìn)而導(dǎo)致工程成本的進(jìn)一步增加。此外，該方法在運(yùn)用的過程中往往因?yàn)榫S護(hù)措施不到位而導(dǎo)致部分土壤中的金屬元素被遷移到其他地區(qū)，造成土壤重金屬污染面積的擴(kuò)大，難以真正改善土壤的重金屬污染現(xiàn)狀。
以日本富士縣神通川流域的土壤重金屬污染防治為例，為了降低土壤中的鎘元素，相關(guān)單位加強(qiáng)了對(duì)于工程治理法的運(yùn)用。在這一過程中，工程單位去除污染區(qū)域15cm的表土，并壓實(shí)心土，并采用淋洗法對(duì)污染土壤進(jìn)行清洗。
2.2 農(nóng)業(yè)治理
所謂的農(nóng)業(yè)治理，指的是通過優(yōu)化、完善傳統(tǒng)的耕作管理制度，實(shí)現(xiàn)土壤重金屬污染的降低。在這一過程中，工作人員需要依據(jù)重金屬污染的實(shí)際狀況而選擇相應(yīng)的植物種植，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于土壤中重金屬元素的消除。此外，在農(nóng)業(yè)治理的過程中，作業(yè)人員還需要合理選擇花費(fèi)，從而降低土壤中的重金屬元素。
學(xué)者林汲等人就通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)了硅藻土有機(jī)肥能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于Cd、Zn重金屬離子的吸收，從而降低了土壤中的重金屬離子。一般而言，該方法在運(yùn)行的過程中普遍存在操作簡便、費(fèi)用低的特點(diǎn)，但是由于其仍舊未能夠從根本上消除重金屬污染，進(jìn)而導(dǎo)致其只能夠作為輔助手段進(jìn)行處理。
在進(jìn)行廣西壯族自治^環(huán)江縣廢礦土壤污染治理的過程中，中科院地理所環(huán)境修復(fù)中心陳同斌率團(tuán)隊(duì)，借助蜈蚣草等植物開展了土壤重金屬處理工作，并成功修復(fù)1280畝重金屬污染農(nóng)田。
2.3 生物治理
生物治理方法在運(yùn)行的過程中主要借助生物生命代謝活動(dòng)的開展，從而降低了環(huán)境中重金屬污染的濃度。從而確保部分受到污染的土壤能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)。一般而言，生物治理方法在運(yùn)用的過程中因?yàn)閰⑴c治理的主角不同，故而分為動(dòng)物修復(fù)、微生物修復(fù)以及植物修復(fù)。
所謂的動(dòng)物修復(fù)技術(shù)，指的是有關(guān)部門以及人員利用土壤中的低等動(dòng)物進(jìn)行土壤中重金屬的吸收，從而實(shí)現(xiàn)了土壤中重金屬含量的進(jìn)一步降低。相關(guān)的研究表明，蚯蚓的出現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于硒、銅元素的吸收。事實(shí)上，該方法在推行的過程中也具有一定的問題：諸如低等動(dòng)物往往會(huì)將吸收的金屬元素再次釋放到土壤中，從而造成了二次污染。
微生物修復(fù)技術(shù)則是利用土壤中的微生物進(jìn)行各類金屬元素的吸收。目前，最為常用的微生物就是――真菌。真菌在生存的過程中往往能夠分泌一定量的氨基酸、有機(jī)酸等物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于重金屬的溶解。目前，從相關(guān)的研究分析可以發(fā)現(xiàn)：微生物修復(fù)技術(shù)在運(yùn)行的過程中具有較為光明的前景，且能夠較好的實(shí)現(xiàn)我國土壤重金屬問題的解決。
植物修復(fù)技術(shù)的運(yùn)行原理主要是在污染的區(qū)域種植特定植物，從而借助植物的生長過程實(shí)現(xiàn)對(duì)于重金屬的吸收以及化解。目前，植物提取技術(shù)獲得了相關(guān)研究人員的重視，并由此促進(jìn)了土壤重金屬問題的解決。現(xiàn)階段，最為常用的植物有遏藍(lán)菜、高山甘薯等。
仍舊以日本富士縣神通川流域的土壤重金屬污染防治為例，土壤重金屬處理單位在含鎘100mg/kg土壤上進(jìn)行苧麻的種植，從而由此實(shí)現(xiàn)對(duì)于土壤中鎘元素含量的降低。該地區(qū)在采取生物法治理土壤重金屬污染的過程中，實(shí)現(xiàn)了鎘元素含量降低27.6%。
3 發(fā)展論述
為了進(jìn)一步促進(jìn)我國土壤重金屬污染問題的解決，我國的有關(guān)部門需要從法律的角度出手，加強(qiáng)對(duì)于各類土壤重金屬污染法律法規(guī)的制定。此外，我國還需要加強(qiáng)對(duì)于清潔生產(chǎn)的發(fā)展，并大力運(yùn)用清潔能源。而在已經(jīng)發(fā)生的土壤重金屬污染問題，作業(yè)人員需要加強(qiáng)植物修復(fù)技術(shù)的運(yùn)用。
4 結(jié)束語
為了進(jìn)一步促進(jìn)我國土地重金屬污染問題的解決，我國的有關(guān)部門以及人員需要采取科學(xué)的方式進(jìn)行問題解決。本文基于此，分析探討土壤重金屬污染預(yù)防的發(fā)展歷程（預(yù)防體制、預(yù)防技術(shù)），并就常見的土壤重金屬污染治理方法進(jìn)行分析，最后論述了我國土壤重金屬污染問題解決的措施。筆者認(rèn)為，隨著相關(guān)措施的落實(shí)到位，我國的環(huán)境問題必將得到顯著的改善。
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摘 要：一直以來，治理土壤中的重金屬污染都是全球各國亟待解決的一項(xiàng)難題。當(dāng)前我國土壤重金屬污染問題相對(duì)較為嚴(yán)峻，且引發(fā)這一問題的因素相對(duì)也比較復(fù)雜。而此種污染問題的出現(xiàn)，不僅會(huì)對(duì)生物的生長帶來極大的危害，還會(huì)降低作物的總產(chǎn)量，并對(duì)人的生命健康造成極大的威脅。對(duì)此，本文以土壤的重金屬污染為立足點(diǎn)，通過對(duì)我國土壤污染現(xiàn)狀和危害的分析，從而就緩解和解決土壤污染問題的策略展開研究。
關(guān)鍵詞：土壤重金屬污染；危害；修復(fù)技術(shù)
中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230224
就土壤本身來看，其之所以會(huì)產(chǎn)生重金屬污染，主要是因?yàn)槿祟愒诨顒?dòng)期間將重金屬物質(zhì)帶入到土壤內(nèi)部，使得土壤內(nèi)的重金屬含量增多，破壞生態(tài)環(huán)境。隨著農(nóng)村人口數(shù)量的增長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)化肥和農(nóng)藥使用量的增加，導(dǎo)致土壤中有害物含量增多，自身生態(tài)結(jié)構(gòu)和環(huán)境質(zhì)量被破壞。其中，重金屬是對(duì)土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)影響最大的一種元素。為了重塑土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)，提高土壤內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量，解決土壤存在的重金屬污染問題勢在必行。
1 土壤污染現(xiàn)狀和危害
1.1 重金屬污染現(xiàn)狀
在2005年到2013年的12月，我國土地管理局第一次開展了有關(guān)全國土壤污染情況的調(diào)查研究。按照我國在2014年由國土資源部和環(huán)保部共同的有關(guān)《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》所公示的調(diào)查結(jié)果看：當(dāng)前我國土壤生態(tài)環(huán)境的狀況整體來講十分嚴(yán)峻，特別是重金屬污染問題，更是極為嚴(yán)重。在我國一些廢棄工礦所在區(qū)域的周邊位置，土壤的重金屬污染問題十分的突出。其中，我國有16.1%的土壤，重金屬污染總超標(biāo)率相對(duì)較重，11.2%超標(biāo)率屬于輕微范圍；而輕度超標(biāo)率和中度以上的超標(biāo)率分別達(dá)到了2.3%和2.6%。
1.2 重金屬污染的危害
同其他土壤污染類型相比，重金屬污染本身的隱匿性、長期性、不可逆性較強(qiáng)，且這種污染問題一旦出現(xiàn)，則很難消逝。一旦重金屬污染存在于土壤中，不僅很難被移動(dòng)，還會(huì)長時(shí)間滯留在其產(chǎn)生區(qū)域，不斷污染周邊土壤。與此同時(shí)，重金屬污染物不僅無法被微生物有效降解，還會(huì)借助植物、水等介質(zhì)，被動(dòng)植物所吸收，而后進(jìn)入到人類食物鏈之中，對(duì)人體健康a生威脅。從具體的情況來看，重金屬污染主要存在以下幾種危害類型：對(duì)作物生產(chǎn)造成不利影響。因?yàn)橹亟饘傥廴疚镌谕寥琅c作物系統(tǒng)遷移的過程中，會(huì)對(duì)作物正常的生長發(fā)育和生理生化產(chǎn)生直接影響，從而降低作物的品質(zhì)與產(chǎn)量。例如，鎘屬于對(duì)植物生長危害性較大的重金屬，如果土壤鎘含量較高，植物葉片上的葉綠素結(jié)構(gòu)就會(huì)被破壞，根系生長被抑制，阻礙根系吸收土壤中的養(yǎng)分與水分，降低產(chǎn)量；會(huì)對(duì)人體生命健康帶去影響。土壤中存在的重金屬污染物可以借助食物鏈對(duì)人體健康造成危害。例如，汞進(jìn)入人體后被直接沉入到肝臟中，破壞大腦的視神經(jīng)。
2 解決重金屬污染問題的方法
2.1 工程治理法
所謂的工程治理法，是通過利用化學(xué)或者是物理學(xué)中的相關(guān)原理，對(duì)土壤中的重金屬污染問題展開有效治理的一種方法。現(xiàn)階段，工程治理法主要包括了熱處理法、淋洗法與電解法等[1]。在眾多重金屬污染處理方法中的處理效果更好、處理工藝的穩(wěn)定性更高。但該項(xiàng)方法處理過程和處理工藝復(fù)雜，需要花費(fèi)的成本高，且經(jīng)過該方法處理后的土壤，其本身的肥力會(huì)有所降低。
2.2 生物治理法
該方法指的是借助生物在生長過程中的一些習(xí)性，來達(dá)到改良、抑制、適應(yīng)重金屬污染的目的。在該項(xiàng)治理方法中最為常見的就是微生物、植物和動(dòng)物治理法。生物治理是利用鼠類和蚯蚓等動(dòng)物能夠吸收重金屬的特性；植物治理則是利用植物積累到一定程度可以清除重金屬污染，對(duì)重金屬具有忍耐力的特質(zhì)。工程治理法相比，生物治理方式投資相對(duì)較小、管理便利、對(duì)環(huán)境破壞性小等優(yōu)勢，但治理時(shí)間較長[2]。
2.3 化學(xué)治理法
化學(xué)治理法是通過向已經(jīng)被重金屬污染的土壤中投入適量的抑制劑和改良劑等其他化學(xué)物質(zhì)的方式，增加有機(jī)質(zhì)、陽離子等在土壤中代換量和粘粒含量，來改變被污染土壤電導(dǎo)、Eh、pH等其他理化性質(zhì)，使重金屬可以通過還原、氧化、拮抗、吸附、沉淀、抑制等化學(xué)作用被有效消除[3]。
3 結(jié)束語
在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升，重金屬對(duì)土壤污染程度逐漸加深的今天，對(duì)重金屬污染現(xiàn)狀，以及其可能會(huì)造成的危害等問題展開細(xì)致的分析與研究，并利用工程、生物、化學(xué)等方式來有效的緩解和治理土壤當(dāng)前存在的重金屬嚴(yán)重污染問題，能夠?qū)ξ覈寥赖纳鷳B(tài)環(huán)境和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，為我國城市發(fā)展和社會(huì)建設(shè)提供充足的土壤資源。
參考文獻(xiàn)
[1]崔德杰，張玉龍.土壤重金屬污染現(xiàn)狀與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].土壤通報(bào)，2004（3）：366-370.
Key word: water treatment; chironomus larva; prevention
搖蚊幼蟲（紅蟲）大量孳生是由于水體污染導(dǎo)致的富營養(yǎng)化而變得日益突出的困擾供水界的新問題。搖蚊幼蟲的抗氧化性較強(qiáng)，常規(guī)水處理的消毒工藝難以將其有效地殺滅，使得在我國一些大中城市的水廠清水池乃至管網(wǎng)水中都曾發(fā)現(xiàn)過搖蚊幼蟲。在我國南方一些城市，由于氣候具有常年溫暖潮濕的特征，適于昆蟲繁殖，問題更加突出。搖蚊幼蟲不僅給用戶帶來了不良的感官影響，引起用戶對(duì)水質(zhì)信心的下降與恐慌，更為重要的是搖蚊幼蟲還是人類多種傳染疾病的傳播媒介，對(duì)居民的飲用水安全帶來極大的威脅。
1.搖蚊幼蟲的生活習(xí)性及分布
搖蚊分屬昆蟲雙翅目搖蚊科[1]，由于身體內(nèi)含有血紅蛋白而成紅色。搖蚊的生活史經(jīng)過卵—幼蟲—蛹—成蟲四個(gè)階段。有的兩年只有一個(gè)世代，有的一年卻有七個(gè)世代，但大多數(shù)每年有兩個(gè)世代，第一個(gè)在春季（5~6月），第二個(gè)在夏季（8~9月）。
搖蚊的卵產(chǎn)于水面，卵塊內(nèi)有300~700個(gè)卵。初孵的搖蚊幼蟲具趨光性，經(jīng)過3~6天浮游生活后，轉(zhuǎn)入底棲生活，利用藻類、腐屑、細(xì)沙、淤泥、唾液腺所分泌絲狀物筑巢，多數(shù)種類筑成兩頭開口的管型巢。隨著幼蟲轉(zhuǎn)入底棲，幼蟲由趨光性改為背光性。幼蟲經(jīng)四次蛻皮后進(jìn)入蛹階段，每蛻皮1次，體色加深，從淡紅色、鮮紅色、深紅色至變成黑褐色的蛹。幼蟲的食性，除了環(huán)足搖蚊屬Cricotopus中某些專吃植物的種類外，其余種類可分肉食性與雜食性兩大類。肉食性種類以甲殼類、寡毛類和其他搖蚊幼蟲為食。而雜食性則以細(xì)菌、藻類、水生植物和小動(dòng)物為食。幼蟲的攝食方式有：粘食、濾食、沉食、采食和捕食幾種[2]。
搖蚊分布很廣，其幼蟲幾乎在任何水域中均可見到，它們適應(yīng)性亦強(qiáng)，如在海拔3200余米的青海湖、海拔4000多米的西藏阿里班公湖附近均有分布。在阿塞拜疆，一年積雪達(dá)8個(gè)月之久的哈里湖，也有羽搖蚊的棲息。大多數(shù)種類幼蟲生活在淡水中，但也有在鹽份很高的水體中生活的，如鹽生搖蚊T.gr.salinarius，它不但在氯離子濃度較高的青海湖中生存，也能在堿性蘇打型的水體中生存[2]。
2 影響搖蚊生長繁殖的主要環(huán)境因素
環(huán)境因子對(duì)搖蚊生長繁殖的影響作用是一個(gè)十分復(fù)雜的論題，表現(xiàn)為不僅因子眾多，加之在不同的底棲環(huán)境中因子有不同的影響作用，因此至今尚未有一個(gè)較全面的理解，一般文獻(xiàn)中探討的內(nèi)容主要從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行闡述。
2.1溫度
在食物和其他環(huán)境條件適宜的條件下，升高溫度可加快搖蚊的生長發(fā)育速度，縮短周轉(zhuǎn)率[3]。溫度與世代時(shí)間呈負(fù)相關(guān)性，搖蚊完成一個(gè)世代的時(shí)間隨溫度的變化情況如圖1[4]。
2.2 溶氧
許多深水湖泊或其他遭受有機(jī)污染的水體中底質(zhì)環(huán)境的溶氧常處于相對(duì)較低水平，這對(duì)于生活在這種環(huán)境中的底棲動(dòng)物來說，溶氧明顯地成為它們的限制因子。Kitagawa認(rèn)為，決定搖蚊幼蟲分布的主要因素是湖體底部的溶解氧含量[5]。也有研究發(fā)現(xiàn)，含氧量與搖蚊羽化成蟲數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，即含氧量增高時(shí)羽化成蟲數(shù)量卻減少 [6]。有研究認(rèn)為，搖蚊幼蟲的呼吸是通過體壁從水中交換氣體的。體色血紅色的幼蟲體內(nèi)含有血紅蛋白，它比非紅色幼蟲耐缺氧，甚至在無氧條件下也能生存30~120天。這是體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)不經(jīng)氧化分解成乳酸或脂肪酸，以釋放能量維持生命[2]。
2.3 pH值
pH值也是影響搖蚊幼蟲生長的環(huán)境因素之一。搖蚊的多數(shù)種類能生存于pH為6～8的水域，個(gè)別種類如Cacerbiphilus能生活在pH為1.4的極酸性水域中[2]。在實(shí)際的水廠生產(chǎn)中，水的pH值一般都控制在7.0~8.0，是搖蚊幼蟲生長的最佳pH值范圍，為搖蚊幼蟲的孳生提供了良好的水質(zhì)環(huán)境。
2.4底質(zhì)
無論在湖泊還是河流，底質(zhì)的特性與組成都是一個(gè)影響搖蚊幼蟲的重要環(huán)境因子。搖蚊幼蟲能夠直接利用有機(jī)物，可以認(rèn)為，水體中搖蚊幼蟲的分布在很大程度上由底質(zhì)中的有機(jī)物含量所決定，而有機(jī)物的含量在一定程度上反映了水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)和污染水平。Lundbeak的研究成果認(rèn)為:湖泊與水庫水體中底質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)含量決定了搖蚊幼蟲的種類組成和數(shù)量[7]。據(jù)劉建康等的資料，武漢東湖腐泥底質(zhì)中搖蚊幼蟲密度和生物量大于沙泥等其他底質(zhì)[8]。所以有機(jī)物耗氧量的年平均值與底棲動(dòng)物生物量之間存在非常顯著的正相關(guān)。
轉(zhuǎn)貼于 3搖蚊幼蟲在水處理流程中的發(fā)生與分布規(guī)律
天然水體污染程度的加重，直接導(dǎo)致底棲動(dòng)物多樣性明顯降低，而適應(yīng)富營養(yǎng)水體的搖蚊類水生昆蟲在水體中卻占優(yōu)勢地位，在水體富營養(yǎng)嚴(yán)重時(shí)常可發(fā)現(xiàn)大量的搖蚊科幼蟲。搖蚊幼蟲在水廠中的產(chǎn)生經(jīng)由兩個(gè)方面，一方面搖蚊在水源的地表水體水面產(chǎn)卵并在水中繁殖，大量的搖蚊幼蟲及蟲卵個(gè)體隨著水流進(jìn)入水處理系統(tǒng)，通過掛網(wǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)入水廠的原水中含有大量的搖蚊蟲卵及低齡的幼蟲；另一方面，搖蚊成蟲在水處理流程中的沉淀池等敞開水面產(chǎn)卵并在水中繁殖。這兩個(gè)形成因素協(xié)同作用，使得搖蚊幼蟲污染問題很難通過單一的辦法來解決。
搖蚊幼蟲孳生要有理想的筑巢場所，觀察發(fā)現(xiàn)在水處理工藝中平流沉淀池由于只有四壁可以適合幼蟲的筑巢，所以搖蚊幼蟲污染現(xiàn)象比較輕微；而對(duì)于斜板（斜管）沉淀池，由于斜板（斜管）表面粗糙，易于沉積礬花淤泥，因而搖蚊幼蟲可以在斜板（斜管）上及沉淀池的池底利用絮凝體、泥土等筑巢，以水中的藻類、有機(jī)物為食，并羽化為搖蚊成蟲；搖蚊成蟲在沉淀池池壁上產(chǎn)卵，卵孵化成幼蟲后，一些幼蟲沉入池底生長，一些就隨水流進(jìn)入濾池。由于剛孵化的幼蟲直徑僅80μm，對(duì)常規(guī)的濾池有可能穿透并進(jìn)入清水池，就可能在清水池內(nèi)進(jìn)行二次繁殖或直接進(jìn)入管網(wǎng)(如圖2所示) [9]。
4 搖蚊幼蟲污染防治技術(shù)
國內(nèi)自1996年起至今，在上海、廣州、北京和寧波等地城市供水系統(tǒng)發(fā)生了搖蚊幼蟲污染事件[10]，引起了水處理工作者的關(guān)注，一些研究者對(duì)搖蚊幼蟲污染防治技術(shù)進(jìn)行了研究，主要包括如下幾個(gè)方面。
4.1物理防治
物理防治是利用機(jī)械方法，以及聲、光、電、溫度等條件，捕殺、誘殺或驅(qū)除害蟲。近年來，在這方面研究得較多的是光電誘殺，利用蚊蟲的趨光性，用一定波長的燈光，將害蟲誘來，再用燈外的高壓電去殺，或用機(jī)電動(dòng)力將蚊蟲吸入網(wǎng)內(nèi)。
抑制搖蚊成蟲產(chǎn)卵，從而可以達(dá)到控制搖蚊幼蟲數(shù)量的目的。由于水池池壁是搖蚊棲息、產(chǎn)卵的主要場所。在沉淀池面上架裝噴霧裝置來隔斷搖蚊成蟲后到水面上產(chǎn)卵的途徑，同時(shí)迫使羽化不久的成蟲翅被打濕而不能飛起、，基本上能達(dá)到杜絕搖蚊在水池池壁上產(chǎn)卵的目的[11]。
代田昭彥指出[12]，搖蚊產(chǎn)卵大體與成蟲形成蚊柱的時(shí)間一致，光強(qiáng)在300lx以上搖蚊就不再產(chǎn)卵。400W橘黃色探照燈較為合適，該光源光束集中，穿透力強(qiáng)，當(dāng)光強(qiáng)超過300lx時(shí)，光照能從很大程度上抑制搖蚊產(chǎn)卵，但還不能徹底根除[11]。
超聲波對(duì)大齡搖蚊幼蟲殺滅率隨著溶解氧濃度的提高和超聲波幅射時(shí)間的延長而上升；而且超聲波與二氧化氯、液氯之間存在著明顯的協(xié)同增效效應(yīng)，且余氯的效果要優(yōu)于二氧化氯，這可能與大齡搖蚊幼蟲身體構(gòu)造有關(guān)[13]。
由于水廠的原水中含有大量的搖蚊蟲卵及低齡的幼蟲，造成了搖蚊幼蟲在水處理工藝中富集，使物理方法不能從根本上抑制搖蚊幼蟲在水廠中的孳生，所以物理方法只能作為一種輔助手段來使用。
4.2化學(xué)防治
化學(xué)藥劑對(duì)生物的滅活作用主要是由于生物接觸藥劑后其體內(nèi)的蛋白酶遭到破壞，不能參與氧化還原系統(tǒng)的活動(dòng)，代謝機(jī)能發(fā)生障礙而引起的[14]。化學(xué)藥劑可通過吸附、滲透作用或直接破壞生物體壁的結(jié)構(gòu)而進(jìn)入到生物體中。藥劑氧化性能的高低導(dǎo)致其在搖蚊幼蟲滅活率方面的差異，需要有強(qiáng)氧化能力的化學(xué)藥劑、并且有足夠的作用時(shí)間，才能對(duì)其進(jìn)行有效滅活。John.C.Hoff與Edwin E.Geldreich對(duì)大腸桿菌和病原體的滅活試驗(yàn)研究表明，幾種氧化劑的氧化能力由高到低依次為：O3>ClO2>Cl2>NH2Cl，可見二氧化氯和臭氧的氧化能力高于氯氣。但是由于臭氧在水體中的分解速度較快很難保證較長時(shí)間的持續(xù)滅活能力[15]，所以盡管它的氧化能力比二氧化氯強(qiáng)，但由于有效滅活作用的接觸時(shí)間短使得它達(dá)到100％滅活率時(shí)的投藥量高于二氧化氯。
無論是二氧化氯、液氯還是過氧化氫、臭氧，只要保證在一定的投加量（表1）以上，都能在較短時(shí)間內(nèi)將搖蚊幼蟲殺滅。在幾種藥劑的對(duì)比中，現(xiàn)場發(fā)生二氧化氯的殺蟲能力最強(qiáng)，適宜的投加量很低[11]。
Michael K.Alexander曾采用美國卡爾崗公司生產(chǎn)的絮凝劑和濃度為35％的過氧化氫溶液進(jìn)行針對(duì)搖蚊幼蟲的短期和長期殺滅實(shí)驗(yàn)，得出了短期半致死濃度均為112 mg/L，長期半致死濃度分別為13 mg/L和51 mg/L [16]。
葉勁[10]進(jìn)行了過氧化氫、次氯酸鈉、高錳酸鉀、石灰水等化學(xué)藥劑噴灑和浸泡殺滅實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：噴灑5%濃度的過氧化氫效果最佳，能在短時(shí)間內(nèi)殺死搖蚊幼蟲，而過氧化氫、次氯酸鈉的浸泡殺滅效果較佳。在成都市某水廠快濾池的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)表明，過氧化氫實(shí)際濃度為0.23％（有效濃度），浸泡時(shí)間2h，殺滅搖蚊幼蟲效果顯著。
液氯是水處理工藝中最常用的化學(xué)氧化劑，但是搖蚊幼蟲的生物體對(duì)不良環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定的抗性，若連續(xù)提高投氯量會(huì)使搖蚊幼蟲對(duì)氯產(chǎn)生較強(qiáng)的抗性，所以可以采用間歇提高前加氯量的方法，使搖蚊幼蟲未來得及產(chǎn)生抗性前毒殺它們，這樣效果較顯著，且節(jié)約了氯耗。但搖蚊的蟲卵對(duì)水中余氯有較強(qiáng)的抵抗力，2mg/L的余氯量對(duì)之并無影響，在自來水中蟲卵孵化率可達(dá)95%以上[17]。
深圳水司的實(shí)踐表明，采用一定濃度的液氯浸泡沉淀池，可以長時(shí)間抑制搖蚊幼蟲的發(fā)生與孳生。但是由于液氯浸池的時(shí)間長達(dá)24h，影響了水廠的正常供水，所以這種方法可以在搖蚊幼蟲大規(guī)模爆發(fā)時(shí)采用。在不影響水廠正常生產(chǎn)的情況下，在沉淀池中投加化學(xué)氧化劑，可以利用搖蚊幼蟲在凝絮體中筑巢的生理特點(diǎn)，往往使滅活率較高。但是該方法既增加了生產(chǎn)成本，又由于加大氧化劑的投量而加劇了副產(chǎn)物的生成，給出廠水的水質(zhì)安全造成新的問題。
4.3 微生物防治
微生物防治害蟲是生物防治的一個(gè)重要組成部分。特定微生物能直接殺死害蟲，不污染環(huán)境。目前國內(nèi)外尚無微生物殺蟲劑用于飲用水的報(bào)道。1987年后期美國印第安那州的洛厄爾城發(fā)生了城市供水系統(tǒng)搖蚊幼蟲污染。洛厄爾城實(shí)施了清洗消毒等處理措施，但是沒有取得明顯的效果。他們?cè)鴩L試?yán)锰K云金桿菌以色列變種(以下簡稱Bti)來治理，但提案被印第安那州政府否決，首先是因?yàn)锽ti尚未被批準(zhǔn)應(yīng)用在飲用水中，其次是因?yàn)樵谙嚓P(guān)法規(guī)上，不允許在飲用水中投加殺蟲劑。最后他們采用Cat-floc Ls食品級(jí)聚合物來治理，其作用是作為水絮凝劑去除搖蚊幼蟲所需的食物—硫化細(xì)菌和鐵細(xì)菌[16]。
4.4 環(huán)境防治
環(huán)境防治是通過環(huán)境改造以防止或減少害蟲的孳生繁殖。環(huán)境防治是對(duì)昆蟲生態(tài)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，它是根據(jù)害蟲生物學(xué)的特點(diǎn)，對(duì)害蟲生活環(huán)境治理，使之不利于害蟲的生長、繁殖，而達(dá)到防治害蟲的目的。
搖蚊幼蟲以水中的有機(jī)物碎屑、細(xì)菌及藻類為食[10]。強(qiáng)化混凝，通過投加聚丙烯酰胺助凝，控制待濾水濁度小于3NTU，可以提高原水中有機(jī)物和藻類等的去除率，減少幼蟲的食物來源，使其生活環(huán)境質(zhì)量下降，降低幼蟲的生存機(jī)率；針對(duì)搖蚊幼蟲可在沉淀池底泥中越冬生活的特點(diǎn)，增加冬季和秋季的大強(qiáng)度清洗工作，可以除去底泥中存在的搖蚊幼蟲，抑制其再度生長繁殖；加強(qiáng)濾池管理，保證濾池的正常運(yùn)行，濾池池壁要勤洗刷，對(duì)氣水反沖洗濾池的池底水區(qū)要經(jīng)常排空，以保持池體的清潔，同樣可以減少搖蚊幼蟲的滋生機(jī)率[9]。
4.5 生物操縱技術(shù)
“生物操縱”技術(shù)其內(nèi)容就是利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取原理和生物的相生相克關(guān)系，通過改變水體的生物群落結(jié)構(gòu)來達(dá)到改善水質(zhì)恢復(fù)生態(tài)平衡的目的[18]。搖蚊幼蟲是多數(shù)經(jīng)濟(jì)魚類的優(yōu)良天然餌料，在浮游階段時(shí)，可被不少幼魚攝取；當(dāng)轉(zhuǎn)入底棲時(shí)，則是底層魚類鯉、鯽、青魚等的良好鉺料。魚類屬于水生生態(tài)系統(tǒng)中食物網(wǎng)的頂級(jí)消費(fèi)者，放養(yǎng)大型不同食性的魚類，勢必影響魚類的群落結(jié)構(gòu)，并對(duì)其他生物群落，特別對(duì)餌料生物群落產(chǎn)生極大的影響，進(jìn)而影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[19]。所以利用生物種群間的捕食關(guān)系，從生態(tài)學(xué)的角度入手，可以通過生物操縱技術(shù)來抑制搖蚊幼蟲的滋生。
周令等人[11]對(duì)原水前加氯的情況下沉淀池養(yǎng)魚的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)魚種采用鯽魚魚苗。結(jié)果表明：(1)沉淀水余氯＜1.0mg/L，魚苗在沉淀水中生長良好，沒有出現(xiàn)不適應(yīng)癥狀；(2)魚喜食搖蚊幼蟲特別是老齡紅蟲，有利于滅蚊和控制紅蟲數(shù)量；(3)幾種魚類配合放養(yǎng)，使魚在沉淀池中呈立體分布，有利于消滅不同生活習(xí)性的各發(fā)育階段的搖蚊幼蟲；(4)放養(yǎng)魚苗的沉淀池出水濁度及氨氮含量與未放養(yǎng)魚沉淀池出水相差不大，說明魚的正常活動(dòng)及其排泄物不會(huì)影響沉淀效果。
沉淀池養(yǎng)魚由于可操作性差，有一定的局限性，但此方法可在水源中使用以控制原水中的搖蚊幼蟲及蟲卵。在水體中實(shí)施以生態(tài)治理為目的的魚類放養(yǎng)，其放養(yǎng)的生物量應(yīng)遠(yuǎn)低于以提高魚產(chǎn)量為目標(biāo)的水體漁業(yè)養(yǎng)殖中的高密度放養(yǎng)量。在微型生態(tài)系統(tǒng)中魚類放養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，在放養(yǎng)生物量為30g/m3的條件下，水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)得到了一定程度的去除，有機(jī)物的指標(biāo)下降、溶解氧的濃度有所提高，浮游植物藻類尤其是藍(lán)、綠藻的生物量也被控制在較低的水平，有效地控制和緩解了水體富營養(yǎng)化的進(jìn)程。“生物操縱”技術(shù)可以在水體生態(tài)治理中發(fā)揮重要作用，這也是解決水處理工藝中搖蚊幼蟲污染問題的重要途徑之一。
總之，單憑某一種物理、化學(xué)或生物的方法還不能對(duì)城市給水處理過程中搖蚊幼蟲的孳生進(jìn)行卓有成效的控制，必須各種方法兼用，互相滲透，多級(jí)設(shè)防，多層屏障，貫穿于整個(gè)凈水廠凈水工藝系統(tǒng)中。
5研究展望
水處理過程中搖蚊幼蟲污染問題的研究，目前仍處于探索階段，今后應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究，以期早日實(shí)現(xiàn)搖蚊幼蟲污染防治的系統(tǒng)化，確保飲用水的安全。
5.1進(jìn)行傳統(tǒng)制水工藝的各凈水單元對(duì)搖蚊幼蟲去除的特性研究，了解搖蚊幼蟲在工藝中的孳生規(guī)律及機(jī)理，以指導(dǎo)水廠在其暴發(fā)期間采取強(qiáng)化工藝或應(yīng)急措施。
5.2進(jìn)行搖蚊幼蟲在飲用水深度處理工藝(如紫外—臭氧氧化、膜濾、臭氧—生物活性炭等)中的去除規(guī)律及機(jī)理研究，為水廠采用深度處理工藝去除搖蚊幼蟲污染提供理論指導(dǎo)。
5.3從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，研究搖蚊幼蟲、魚類、營養(yǎng)物質(zhì)水平之間的關(guān)系，建立有效的生物控制方法。
水處理工藝中搖蚊幼蟲污染控制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)結(jié)合污染的實(shí)際狀況采取適當(dāng)?shù)拇胧阉此粻I養(yǎng)化控制與凈水處理工藝有機(jī)地結(jié)合起來。從長遠(yuǎn)來看，強(qiáng)化水源水體的保護(hù)與管理，對(duì)已被污染的水源采取有效方法治理，是解決飲用水搖蚊幼蟲污染乃至水體富營養(yǎng)化的根本措施。
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（一）重金屬污染的形成機(jī)制。重金屬污染的形成機(jī)制，可以從產(chǎn)生因素、來源途徑、產(chǎn)生主體和產(chǎn)生時(shí)間等方面來分析。（1）產(chǎn)生因素：包括自然因素和人為因素。重金屬在大氣、水體、土壤、生物體中廣泛分布，個(gè)別地區(qū)如喀斯特地區(qū)因石漠化導(dǎo)致重金屬釋放而造成自然環(huán)境中重金屬污染；重金屬一般以天然濃度廣泛存在于自然界中，由于人類對(duì)重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)日益增多，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進(jìn)入大氣、水、土壤中，人為引起嚴(yán)重的重金屬污染。（2）產(chǎn)生途徑：主要來源工業(yè)污染、交通污染和生活垃圾污染。工業(yè)污染大多通過廢渣、廢水、廢氣排入環(huán)境，在人和動(dòng)物、植物中富集，從而對(duì)環(huán)境和人的健康造成很大的危害；交通污染主要是汽車尾氣的排放；生活污染主要是一些生活垃圾的污染，廢舊電池、破碎的照明燈、沒有用完的化妝品、上彩釉的碗碟等。（3）產(chǎn)生主體：首先，許多地方政府大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，盲目追求GDP的高速增長。因此，對(duì)于涉重金屬污染的企業(yè)，不少地方政府往往采取非常寬松的投資政策，對(duì)涉重金屬企業(yè)項(xiàng)目考察不嚴(yán)格、監(jiān)管力度松散，發(fā)生了多起重金屬污染事故。據(jù)報(bào)道，某地由于土壤重金屬污染嚴(yán)重，曾經(jīng)在2007年大規(guī)模整治鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)，但被整治企業(yè)卻接到了山西、河南、湖南、廣西等地的邀請(qǐng)，將污染企業(yè)成功的轉(zhuǎn)移，也為后來各地的重金屬污染事故埋下了伏筆。其次，企業(yè)是造成重金屬污染的主要來源者。湘江流域涉重金屬企業(yè)總計(jì)1635家，湘江重金屬污染與地方產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)。大部分大、中型企業(yè),尤其是有色金屬和稀有金屬礦藏的開采、冶煉企業(yè)在湘江流域齊聚。雖然湖南省在全國率先扛起重金屬污染治理示范大旗。盡管曠日持久的“排毒”戰(zhàn)已持續(xù)20多年，然而，專家的定性仍為“積重難返”。再者，日常生活中，民眾的不恰當(dāng)處理廢舊電池等造成的重金屬污染也是組成部分。（4）產(chǎn)生時(shí)間：歷史的沉淀與現(xiàn)實(shí)的積累。重金屬污染的形成不是一朝一夕的，既有歷史的沉淀，以各種化學(xué)狀態(tài)或化學(xué)形態(tài)存在的重金屬，在進(jìn)入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后就會(huì)存留、積累和遷移，造成危害。如隨廢水排出的重金屬，即使?jié)舛刃。部稍谠孱惡偷啄嘀蟹e累，被魚和貝的體表吸附，產(chǎn)生食物鏈濃縮，從而造成公害。根據(jù)湖南省環(huán)保廳歷年對(duì)湘江水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),湘江總體水質(zhì)在自上世紀(jì)90年代呈惡化趨勢,總體污染特征是以有機(jī)污染為主的重金屬、微生物復(fù)合污染,其中重金屬污染特征尤為突出。也有現(xiàn)代工業(yè)的三廢排放、農(nóng)業(yè)化肥的過度使用和人們生活垃圾無序處理而形成的污染，而且，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，重金屬污染的現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。
（二）重金屬污染的主要特點(diǎn)。（1）來源復(fù)雜。重金屬污染來源于自然界，來源于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人們的生活，來源于城市和鄉(xiāng)村。（2）主體多元化。人為造成重金屬污染的主體眾多，有政府、企業(yè)、公民。而且受害主體不特定化。（3）時(shí)間長，隱蔽性強(qiáng)。由于歷史的積累以及對(duì)重金屬污染防治的忽視，重金屬污染的時(shí)期長，其造成的危害不會(huì)馬上體現(xiàn)處理，不易為人們所重視。（4）影響深，危害大。“重金屬污染的危害主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)環(huán)境的污染；二是對(duì)人體的傷害。”在環(huán)境污染方面，重金屬污染與其他有機(jī)化合物的污染不同，不少有機(jī)化合物可以通過自然界本身物理的、化學(xué)的或生物的凈化，使有害性降低或解除。而重金屬很難在環(huán)境中降解。在開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)中排放的重金屬污染物進(jìn)入大氣、水，造成大氣污染和水污染，最終，大部分重金屬停留在土壤和河流底泥中。當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，底泥中的重金屬形態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)化并釋放造成水污染。在對(duì)人體的傷害方面，重金屬通過大氣、水、食物鏈進(jìn)入人體，在人體內(nèi)和蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生作用，使它們失去活性，并在人體的某些器官中富集，如果超過人體所能耐受的限度，會(huì)造成人體急性或慢性中毒，具有致癌、致畸及致突變作用，對(duì)人體會(huì)造成很大的危害。（5）綜合治理任務(wù)艱巨。重金屬污染防治涉及多個(gè)部門、多個(gè)地區(qū)、甚至多個(gè)省份的協(xié)調(diào)與綜合治理。湘江流域涉重金屬的防治就涉及株洲、衡陽、郴州、湘潭、婁底5個(gè)市。需要發(fā)改、財(cái)政、國土、環(huán)保、工信、衛(wèi)生、安全、科技等多部門的合力與協(xié)調(diào)。
二、重金屬污染的形成機(jī)制對(duì)構(gòu)建司法保護(hù)機(jī)制的主要影響
我們所說的重金屬污染指的就是因人類活動(dòng)導(dǎo)致環(huán)境中的重金屬含量增加，超出正常范圍，并導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量惡化。從重金屬污染形成機(jī)制和特點(diǎn)來探析其法律機(jī)制的主要問題，能更好的對(duì)癥下藥。
（一）來源的多樣性突顯我國重金屬污染防治法律制度不完善。重金屬污染存在于水體、大氣和土壤等。對(duì)于重金屬污染的防治，我國的《水污染防治法》、《固體廢物污染環(huán)境防治法》、《土地管理法》、《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》等立法中均有涉及，但沒有形成系統(tǒng)的重金屬產(chǎn)過程中污染防治制度體系。原則性立法過多、可操作性差、基本法律制度沒有建立起來。（二）主體的多元化導(dǎo)致責(zé)任機(jī)制不健全。政府的監(jiān)督責(zé)任不健全甚至缺乏；污染企業(yè)的法律責(zé)任追究機(jī)制不健全；民眾環(huán)保意識(shí)不足，法律救濟(jì)途徑存在缺陷。（三）治理的長期性與復(fù)雜性彰顯出法律規(guī)定顧此失彼，不全面。我國重金屬污染防治注重工業(yè)排放的治理，對(duì)農(nóng)業(yè)和生活垃圾污染缺乏應(yīng)有的關(guān)注。我國環(huán)境污染防治法注重工業(yè)生重金屬的排放控制，忽視生活活動(dòng)中重金屬的污染物的排放，也忽視對(duì)生活環(huán)境中重金屬污染物的監(jiān)測、評(píng)價(jià)與管理。④而隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，很多重金屬應(yīng)用到日常消費(fèi)產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)用品中。由于這些含有重金屬產(chǎn)品的使用日益廣泛，回收困難且沒有建立完整回收、處理系統(tǒng)，加上消費(fèi)者對(duì)重金屬的存在及其危害缺乏了解而容易輕視，易導(dǎo)致含有重金屬產(chǎn)品在使用、丟棄、沖洗處理、掩埋中，擴(kuò)散了重金屬污染的范圍，加重了污染的程度。（四）影響的深遠(yuǎn)與嚴(yán)重的危害性考量著國家司法的綜合執(zhí)行力。我國環(huán)境法學(xué)專家蔡守秋教授指出：“我國現(xiàn)行的污染防治法都存在一個(gè)最大的弊端：沒有有效的執(zhí)行手段和責(zé)任追究機(jī)制。”污染者因?yàn)樘幜P力度不夠大，于是污染事件時(shí)常發(fā)生。但問題的關(guān)鍵是法律法規(guī)的責(zé)任追究機(jī)制不健全、處罰力度不夠大。這已經(jīng)成了解決土壤重金屬污染問題的一大頑疾。（五）綜合治理的艱巨性使得實(shí)踐操作中綜合治理與協(xié)調(diào)機(jī)制缺乏可操作性。整治重金屬污染是一項(xiàng)長期、復(fù)雜、艱巨的任務(wù)，影響包括重金屬污染防治在內(nèi)的環(huán)境保護(hù)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，一是缺乏對(duì)政府及其有關(guān)部門環(huán)境保護(hù)責(zé)任及其監(jiān)督的法律規(guī)定，環(huán)境管理體制有待改革和完善。二是需要加強(qiáng)環(huán)境信息公開、公民環(huán)境知情權(quán)的保障、公眾參與環(huán)境決策和公眾監(jiān)督機(jī)制。三是一些重要的環(huán)境管理制度尚需建立和完善，一些環(huán)境制度可操作性不強(qiáng)，存在污染防治責(zé)任不明確、違法成本低、環(huán)境健康損害救濟(jì)難、環(huán)境公益損害救濟(jì)難等問題。
三、構(gòu)建我國重金屬污染防治法律機(jī)制的對(duì)策
摘 要：隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，很多工廠在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生很多重金屬，在排水污水、廢物時(shí)沒有達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致土壤重金屬污染非常嚴(yán)重。為了解決這一問題，保護(hù)周圍土壤，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，在處理中應(yīng)用了化學(xué)固化方法，該方法價(jià)格成本低，處理方便，應(yīng)用范圍廣。下面就對(duì)這些方面進(jìn)行分析，希望給有關(guān)人士一些借鑒。
關(guān)鍵詞：重金屬污染；治理；化學(xué)固化
中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230222
1 土壤重金屬污染危害
1.1 重金屬污染導(dǎo)致的危害分析
重金屬對(duì)土壤和水生態(tài)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重的危害，在自然環(huán)境中，重金屬是不能被降解的，植物在生長過程中，會(huì)吸收到植物內(nèi)部，這樣對(duì)植物的生長發(fā)育帶來很大影響[1]，不僅如此，人和自然是一個(gè)統(tǒng)一的整體，形成一個(gè)完整的食物鏈，如果人類誤食了這些植物，就會(huì)對(duì)人體造成傷害，重金屬危害性非常大，人體的微量元素含量都是有限的，如果超標(biāo)，對(duì)人體是致命的傷害，人體中的蛋白質(zhì)，核酸會(huì)和重金屬發(fā)生作用，進(jìn)而導(dǎo)致人體酶活性的下降，嚴(yán)重的情況還會(huì)消失，最終導(dǎo)致核酸結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，甚至?xí)霈F(xiàn)基因突變的問題[2]。
1.2 分析當(dāng)前土壤中的污染情況
通過調(diào)查研究得知，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、以及城市事故污染是重金屬主要的污染來源。比如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，如果使用含有重金屬的水體進(jìn)行農(nóng)作物的灌溉，或者使用含有重金屬的化肥農(nóng)藥，對(duì)周圍的土壤都會(huì)造成嚴(yán)重的重金屬污染。而在工業(yè)方面，比如選礦采礦，還有冶煉和鍛造過程中，其操作的每一個(gè)過程都會(huì)產(chǎn)生重金屬，在排放的廢水廢氣以及廢渣中，如果不能很好的過濾消毒處理，那么水體進(jìn)入土壤中，也會(huì)有嚴(yán)重的重金屬污染[3]。在這種重金屬濃度嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，會(huì)對(duì)周圍的空氣，水體，以及土壤造成嚴(yán)重的危害。而在城市當(dāng)中，污水處理廠是重金屬污染的主要來源，有關(guān)部門監(jiān)管不力，導(dǎo)致污水沒有達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)就進(jìn)行了排放，大量的污水引入生活用水中造成污染。
2 土壤重金屬污染治理的化學(xué)固化分析
2.1 分析重金屬固化的原理
為了避免重金屬對(duì)土壤、地下水造成持續(xù)的污染，在應(yīng)用化學(xué)固化方法中，先要向被污染的土壤中添加固化劑，土壤中的活性就會(huì)被改變，這樣重金屬和土壤中的移釉素會(huì)相互結(jié)合，在外在形式下出現(xiàn)一定的固化現(xiàn)象，為了保證土壤有記性，遷移性等，必須進(jìn)行化學(xué)處理，恢復(fù)土壤的活性。化學(xué)固化作用后，土壤中的元素都有很大的改變，最終做到對(duì)污染土壤的修復(fù)。
2.2 沉淀在化學(xué)固化中的作用分析
在土壤中放入固化原料后，在不斷溶解中產(chǎn)生一定的陰離子，這些陰離子和重金屬相互結(jié)合，之后就開始出現(xiàn)重金屬沉淀，生物有效性等都開始降低。最為常用的固化劑有石灰石，作用機(jī)理是將土壤中的pH提高，這樣在其中重金屬元素發(fā)生沉淀，重金屬在土壤中其毒性會(huì)隨時(shí)浸出，石灰石可以減少浸出量，這樣重金屬就會(huì)被固定，不會(huì)將污染范圍繼續(xù)擴(kuò)大，控制污染的進(jìn)一步惡化。
2.3 吸附在化學(xué)固化中的作用分析
通過應(yīng)用化學(xué)固化方式，使用的化學(xué)元素作用在土壤層中后，這些固化材料對(duì)重金屬有一定的吸附作用，原理是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)有很強(qiáng)的吸引作用，但是處理中分為化學(xué)吸附和物理吸附，其中的沸石是主要的添加劑，經(jīng)過科學(xué)人員的研究，沸石具有特殊的Si-O四面體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)吸附性非常好，在物理吸附作用下可以將 Pb 、Cd等重金屬吸附到表面上，這樣重金屬就被固定減少土壤中的重金屬污染。
2.4 分析配位在其中的作用
在固化過程中，會(huì)出現(xiàn)配位問題，不同配位表現(xiàn)的情況也不同，黏土礦物中層和層利用分子之間的作用相結(jié)合，這樣在實(shí)際應(yīng)用中，被重金屬污染的土壤中，其金屬離子可以進(jìn)入到這些化學(xué)元素的內(nèi)部，和層間元素結(jié)合，之后會(huì)和SiO元素發(fā)生晶間的配合，黏土礦物添加到污染土壤中后，就可以有效降低重金屬生物性和遷移性，這樣就對(duì)這些污染土壤進(jìn)行了一定程度的化學(xué)修復(fù)。除此之外，這些改良劑還能和重金屬離子發(fā)生很好的配位作用，將 Pb，Cd等重金屬吸收，控制其對(duì)土壤的污染。
3 總結(jié)
通過以上對(duì)土壤重金屬污染治理的化學(xué)固化研究，發(fā)現(xiàn)化學(xué)固化的作用非常大，其對(duì)重金屬污染的處理非常強(qiáng)，效果非常好，在以后的發(fā)展中，要深入研究這一技術(shù)，進(jìn)一步完善和提高，推動(dòng)我國對(duì)處理重金屬污染的技術(shù)和水平，為以后的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
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