鉻污染水體修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

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1、引言

　　鉻（chromium）是法國(guó)化學(xué)家Lvauquelin于1797年首次發(fā)現(xiàn)的，是一種用途廣泛而又對(duì)人體危害較大的重金屬元素。環(huán)境中穩(wěn)定存在的兩種價(jià)態(tài)Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）有著幾乎相反的性質(zhì)，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(jìn)糖和脂肪代謝，提高人體的應(yīng)激反應(yīng)能力等；而Cr（Ⅵ）則是一種強(qiáng)氧化劑，具有強(qiáng)致癌變、致畸變、致突變作用，對(duì)生物體傷害較大。

　　鉻污染最常見(jiàn)的是水體污染，如電鍍鉻廢水、制革、制藥、印染業(yè)等應(yīng)用鉻及其化合物的工業(yè)企業(yè)排放的廢水，主要以Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）兩中價(jià)態(tài)進(jìn)入環(huán)境。據(jù)資料介紹，制革工業(yè)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(huán)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(shí)，常排放出大量含鉻廢水。鉻對(duì)水體的污染不僅在我國(guó)而且在全世界各國(guó)都已相當(dāng)嚴(yán)重了。世界各國(guó)普遍把鉻污染列為重點(diǎn)防治對(duì)象。

　　2、水體中鉻的存在形態(tài)

　　天然水體中鉻的質(zhì)量濃度一般在1-40μg/L之間，主要以Cr³⁺、CrO^2-、CrO₄^2-、Cr₂O₂^7-4種離子形態(tài)存在，水體中鉻主要以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的化合物為主。鉻的存在形態(tài)直接影響其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。三價(jià)鉻大多數(shù)被底泥吸附轉(zhuǎn)入固相，少量溶于水，遷移能力弱。六價(jià)鉻在堿性水體中較為穩(wěn)定并以溶解狀態(tài)存在，遷移能力強(qiáng)。因此，水體中若三價(jià)鉻占優(yōu)勢(shì)，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(chǎn)物或被懸浮顆粒物強(qiáng)烈吸附后存在于沉積物中，若六價(jià)鉻占優(yōu)勢(shì)則多溶于水中。六價(jià)鉻毒性一般為三價(jià)鉻毒性的100多倍，但鉻可由六價(jià)還原為三價(jià)，還原作用的強(qiáng)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(qiáng)。

　　3、水體重金屬鉻污染的治理方法

　　3.1物理化學(xué)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(huán)境中的重金屬污染物的總量，又因?yàn)橹亟饘儆欣鄯e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(yú)塘等水量較小的情況。

　?。?）混凝沉淀法

　　許多重金屬在水體溶液中主要以陽(yáng)離子存在，加入堿性物質(zhì)，使水體pH值升高，能使大多數(shù)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(yīng)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(zhì)，能使很多重金屬形成沉淀去除，降低重金屬對(duì)水體的危害程度。這是目前國(guó)內(nèi)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(wú)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(duì)水體的污染。電鍍污水中常含有六價(jià)鉻離子（Cr⁶⁺），它以鉻酸離子（Cr₂O₇^2-）的形式存在，在堿性條件下不易沉淀且毒性很高，而三價(jià)鉻毒性遠(yuǎn)低于六價(jià)鉻，但六價(jià)鉻在酸性條件下易被還原為三價(jià)鉻。因此，常采用硫酸亞鐵及三氧化硫?qū)⒘鶅r(jià)鉻還原為三價(jià)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(zhì)發(fā)生交換作用，從水體中把重金屬交換出來(lái)，以達(dá)到治理重金屬污染的目的。經(jīng)離子交換處理后，廢水中的重金屬離子轉(zhuǎn)移到離子交換樹(shù)脂上，經(jīng)再生后又從離子交換樹(shù)脂上轉(zhuǎn)移到再生廢液中。

　　離子還原法和交換法費(fèi)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。

　?。?）電修復(fù)法

　　電修復(fù)法是20世紀(jì)90年代后期發(fā)展起來(lái)的水體重金屬污染修復(fù)技術(shù)，其基本原理是給受重金屬污染的水體兩端加上直流電場(chǎng)，利用電場(chǎng)遷移力將重金屬遷移出水體。Ridha等提出，在一個(gè)碳的氈狀電極上，用電沉積法從工業(yè)廢水中除去銅、鉻和鎳的技術(shù)。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(yè)污水。此外，近年來(lái)還有人把電滲析薄膜分離技術(shù)應(yīng)用到污水重金屬處理實(shí)踐當(dāng)中。

　　3.2生物修復(fù)法

　?。?）微生物修復(fù)法

　　重金屬污染水體的生物修復(fù)機(jī)理主要包括微生物對(duì)重金屬的固定和形態(tài)的轉(zhuǎn)化。前者是微生物通過(guò)帶電荷的細(xì)胞表面吸附重金屬離子，或通過(guò)攝取必要的營(yíng)養(yǎng)元素主動(dòng)吸收重金屬離子，將重金屬富集在細(xì)胞表面或內(nèi)部；后者是通過(guò)微生物的生命活動(dòng)改變重金屬的形態(tài)或降低重金屬的生物有效性，從而減輕重金屬污染，如Cr⁶⁺轉(zhuǎn)變成Cr³⁺而毒性降低，As、Hg、Se等還原成單質(zhì)態(tài)而揮發(fā)，微生物分泌物對(duì)重金屬產(chǎn)生鈍化作用等。

　?。?）動(dòng)物修復(fù)法

　　應(yīng)用一些優(yōu)選的魚(yú)類以及其它水生動(dòng)物品種在水體中吸收、富集重金屬，然后把它們從水體中驅(qū)出，以達(dá)到水體重金屬污染修復(fù)的目的。研究發(fā)現(xiàn)，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(jù)報(bào)導(dǎo)，若以濕量計(jì)算，牡蠣對(duì)鎘的富集量可以達(dá)到3-4g/kg.動(dòng)物修復(fù)法需馴化出特定的水生動(dòng)物，并且處理周期較長(zhǎng)、費(fèi)用高，再則后續(xù)處理費(fèi)用較大，所以在實(shí)際應(yīng)用中推廣難度較大。

　?。?）植物修復(fù)方法

　　20世紀(jì)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(jīng)過(guò)人們不斷地實(shí)踐、總結(jié)和歸納才形成了植物修復(fù)的概念。植物修復(fù)被定義為利用自然或基因工程植物來(lái)轉(zhuǎn)移環(huán)境中的重金屬或使環(huán)境中的重金屬無(wú)害化，是目前生物修復(fù)技術(shù)中研究最熱的一類。

　　對(duì)于鉻超富集植物，到目前為止，在美國(guó)、澳大利亞、新西蘭等國(guó)已發(fā)現(xiàn)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(duì)于鉻超富集植物，得到學(xué)者們認(rèn)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(guó)內(nèi)報(bào)道的濕生禾本科植物李氏禾也對(duì)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(fù)是可行的。

　　4、結(jié)論

　　由于水體鉻污染也伴隨著富營(yíng)養(yǎng)的趨勢(shì)，可以通過(guò)有機(jī)物將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，利用底泥吸附三價(jià)鉻，轉(zhuǎn)入固相，降低鉻的遷移，減少污染的擴(kuò)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(zhuǎn)移，焚燒后用于提取重金屬，循環(huán)利用。因此，利用鉻超富集濕生植物對(duì)鉻污染水體進(jìn)行修復(fù)，是一種非常有潛力的鉻污染水體修復(fù)技術(shù)。