關(guān)于鎘污染的幾種水處理技術(shù)

1、關(guān)于鎘污染的幾種水處理技術(shù)廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程，廣州510000)摘要：分析了環(huán)境中的鎘來源、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律，指出鎘的生物毒性及危害，總關(guān)鍵詞：鎘污染；水處理技術(shù)結(jié)了現(xiàn)有水處理技術(shù)對鎘污染的去除效果，并提出鎘污染的控制措施。引言鎘是一種具有銀白色光澤、軟性、延展性好、耐腐蝕的稀有金屬，加熱即會揮發(fā)，其蒸汽可與空氣中的氧結(jié)合形成氧化鎘。鎘類化合物具有較大脂溶性、生物富集性和毒性，并能在動物、植物和水生生物體內(nèi)蓄積。隨著近年來水環(huán)境中鎘污染事故的不斷出現(xiàn)，人們對環(huán)境中鎘污染的恐懼也在不斷增加。因此，急需研究水環(huán)境中鎘污染的處理技術(shù)。目前，已有許多種方法可以去除溶液中的鎘離子，它們是分別是物理化學(xué)修

2、復(fù)技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)技術(shù)。其中固體表面的離子吸附在自然界和科技上起著重要的作用，吸附是一種有效的治理工業(yè)廢水的手段。已經(jīng)研究的納米氧化物吸附劑有很多，例如：A12O3，、TiO2、ZrO2和Fe3O4等，能吸附的物質(zhì)分別為過渡金屬離子，稀土金屬離子，鉻(VI)離子，重金屬離子，砷(V，III)等。吸附劑的效用取決于它們的選擇性，效率，可用性和成本效益，吸附劑可以將廢水中微量的鎘離子幾乎全部除去，達(dá)到吸附出水排放標(biāo)型。1、鎘在環(huán)境中的來源、遷移和轉(zhuǎn)化環(huán)境中的鎘(Cd)主要來源于鎘礦床的開采以及有色金屬冶煉、電鍍、玻璃、陶瓷、油漆、制藥、化纖等工業(yè)排放的“三廢”物質(zhì)。有色金屬冶煉企業(yè)排放

3、廢水、化工企業(yè)含鎘廢水的排放、大氣鎘塵的遷移沉降和雨水對地面的沖刷，都可使鎘進(jìn)入水體。鎘在自然界中的循環(huán)1如圖1所示。鎘是水遷移性元素，除了硫化鎘外，其他鎘的化合物均能溶于水。進(jìn)入水體中的鎘還可以與無機(jī)和有機(jī)配位體生成多種可溶性配合物，如CdOH+、Cd(OH)2、HCdO-2、CdO2-2。實際上天然水體中鎘的溶解度受碳酸根或羥基濃度所制約。水體中懸浮物和沉積物對鎘有較強(qiáng)的吸附能力。懸浮物和沉積物中鎘的含量占水體總鎘量的90%以上。郝向英等通過研究發(fā)現(xiàn)黃河水體（pH值在8.08.5）中的鎘主要存在于沉積相中，黃河懸浮粒子對痕量鎘有較好的吸附性能，這也是黃河水自凈的主要機(jī)制，但是當(dāng)河水的pH值

4、在78時，底泥中的鎘就可能解析，造成河流的二次污染。水生植物和水生生物對鎘均有很強(qiáng)的富集能力。據(jù)D.W.Fassett報道，對32種淡水植物的測定表明，所含鎘的平均濃度可高出鄰接水相1000多倍3。王莉紅4等對杭州小南湖中鎘等重金屬的積累、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行的研究表明，水相中的鎘主要以溶解態(tài)存在，底泥中鎘主要以碳酸鹽態(tài)存在，鎘在水生植物狐尾藻的根、莖、葉中都積累，在螺螄的殼中的濃集系數(shù)大于銅、鋅、錳，在軟體中的濃集系數(shù)低于銅、鋅、錳。圖1自然界中的鎘循壞（單位：X1）6kg/a）ijg.1mrnt：yclingmriatun2、鎘的生物毒性及鎘污染的危害重金屬引起的疾病潛伏期長，對人體危害很大

5、，特別是汞、鎘、鉛、鉻與金屬砷及它們的化合物，被稱為“五毒”。作為“五毒”之一的鎘，一般通過呼吸道和消化道進(jìn)入人體，與肌體中各種含硫基的酶結(jié)合，從而抑制酶的活性和生理功能。鎘在腎、肝中蓄積，能導(dǎo)致腎損壞、腎結(jié)石、肝損壞及貧血等。長期飲用受鎘污染的水和食物或吸入鎘的煙塵可導(dǎo)致“骨痛病”。鎘進(jìn)入骨質(zhì)會引起骨質(zhì)軟化、骨骼變形，嚴(yán)重時自然骨折，以致死亡?？诜蛩徭k量達(dá)到30mg即可致死。大量吸入鎘蒸汽可引起氣管炎、支氣管炎以及肺水腫、肺氣腫，并有致畸作用。此外，水溶性鎘很容易通過土壤轉(zhuǎn)移到蔬菜、作物中去，間接引起人畜中毒。灌溉水含鎘濃度超過4mg/L即影響水稻等作物成長。它在水中濃度達(dá)到0.1g/L以

6、上時，就能使魚類及其他水生生物死亡。鎘類化合物毒性很大，鎘和其他元素的協(xié)同作用可增加其毒性。因此，世界衛(wèi)生組織(WHO)建議鎘在飲用水中的限值為0.003mg/L。美國飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鎘的最高污染限量目標(biāo)和最高污染限值均為0.005mg/L。我國在1985年發(fā)布的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，飲水中鎘的限值為0.01mg/L。在2001年頒布的生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范將飲水中鎘的限值由0.01mg/L修訂為0.005mg/L，與美國的標(biāo)準(zhǔn)值相同。在飲用水中濃度超過0.1mg/L時，就會產(chǎn)生蓄積作用，引起貧血、新陳代謝不良、肝病變以致死亡。2002年頒布的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002

7、)中規(guī)定I類水中的鎘含量必須低于0.001mg/L,IIW類水中的鎘含量必須低于0.005mg/L，V類水中的鎘含量不超過0.01mg/L。農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-92)規(guī)定鎘含量必須低于0.005mg/L。污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)規(guī)定污染物總鎘的最高允許排放濃度為0.1mg/L。污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ3082-1999)規(guī)定污水排入城市下水道污染物中鎘的最高允許排放濃度為0.1mg/L。因含鎘超標(biāo)造成的鎘污染事故后果非常嚴(yán)重。1935年日本發(fā)生了因鎘中毒而導(dǎo)致的“骨痛病”；2005年12月韶關(guān)冶煉廠排放廢水含鎘超標(biāo)10倍左右，給企業(yè)造成直接經(jīng)濟(jì)損失逾500

8、0萬元人民幣，間接經(jīng)濟(jì)損失則超過1億元人民幣。3、現(xiàn)有水處理技術(shù)對鎘的去除效果3.1植物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)技術(shù)是利用植物去除水環(huán)境中的鎘，降低水環(huán)境中的鎘污染。這種技術(shù)投資和維護(hù)成本低，操作方便，不會造成二次污染，更適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求，且具有潛在或顯著經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點。相對于土壤中金屬的植物修復(fù)技術(shù)，水域中金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)研究起步較晚。在歐美某些國家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)水環(huán)境中金屬污染的嚴(yán)重生態(tài)后果，才使水環(huán)境重金屬污染與防治的研究工作倍受重視。目前對重金屬污染水域采用的修復(fù)植物主要集中于水面漂浮植物，并已經(jīng)取得了巨大的成功。但由于污染水體、修復(fù)植物自身特性等因素的差異，篩選適宜的修復(fù)植物就成為重金屬污

9、染水域的植物修復(fù)技術(shù)推廣和實際應(yīng)用的核心和關(guān)鍵所在。張飲江4等通過金魚藻、伊樂藻、苦草3種沉水植物對水體重金屬鎘去除效果的實驗表明，3種沉水植物均能耐受一定濃度范圍的鎘污染，并能不同程度地去除水體中的鎘；在實驗對照組中，金魚藻與伊樂藻在pH為8.5、鎘濃度為15g/L的溶液中，去除鎘的能力最強(qiáng)，苦草在pH為7.5鎘濃度為10ug/L的溶液中，去除鎘的能力最強(qiáng)。在沉水植物活體中，伊樂藻對水體鎘的抗性和去除率最大（達(dá)92%），金魚藻次之（達(dá)90%），苦草最小（為66%）；沉水植物粉對水體鎘的去除效果較沉水植物活體顯著，去除率表現(xiàn)為伊樂藻粉最大（達(dá)95%），金魚藻粉次之（達(dá)93%），苦草最?。?8

10、%）,但苦草粉對鎘的去除率隨溶液鎘濃度，pH等條件的變化波動較小，較穩(wěn)定，為81%88%。3種沉水植物適應(yīng)范圍廣，高效無污染，可用于鎘污染廢水的植物修復(fù)。申華等在實驗條件下，研究了斯必蘭（Gymnocorovisspilanthoides）、羽毛草（Myriophyllumaquaticm）和水芹（Oenanthejavanica）3種觀賞水草對不同濃度的鎘污染水體（Cd2+0.5、1.0、5.0、10.0mg/L）的修復(fù)效果以及鎘對這3種觀賞水草生長的影響。研究結(jié)果表明：3種觀賞水草均對水體鎘污染有一定程度的抗性，并能不同程度地去除水體中的鎘，3種觀賞水草對鎘的富集能力為斯必蘭水芹羽毛草。在

11、3種觀賞水草中斯必蘭對水體鎘污染的耐性最高、修復(fù)能力最強(qiáng)。3.2生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來的,利用假單胞桿菌屬、酵母菌和霉菌等對較高濃度重金屬離子有耐受性的微生物,將廢水中的重金屬離子攝入菌細(xì)胞內(nèi)再去除。厭氧生物法處理酸性礦山廢水的基本原理是:將含重金屬及硫酸根離子的廢水在pH值為中性、一定的基質(zhì)濃度和厭氧環(huán)境下,用硫酸還原菌使硫酸根離子還原成硫離子,使廢水中的Cd、Zn等金屬離子變成不可溶的金屬硫化物而沉淀，從而實現(xiàn)廢水的凈化處理。孫福新6等以太平洋牡蠣和文蛤2種經(jīng)濟(jì)貝類為試驗生物，通過半靜態(tài)暴露染毒的方法研究了2種貝類對鎘離子（Cd）的35d富集和30d排出規(guī)律。實驗結(jié)果表

12、明：太平洋牡蠣和文蛤?qū)︽k都有很強(qiáng)的富集性，吸收速率與Cd2+濃度呈正相關(guān)，2種貝類對鎘的排出速度較慢。應(yīng)用雙箱動力學(xué)模型，通過非線性擬合得到了2種貝類對鎘的吸收速率常數(shù)k排出速率常數(shù)k2，生物學(xué)半衰期B1/2，生物富集因子BCF等動力學(xué)參數(shù),牟和BCF與鎘濃度呈負(fù)相關(guān)，CA與鎘濃度呈正相關(guān),在水體中鎘濃度相同的情況下，太平洋牡蠣對鎘的富集能力高于文蛤，CA大小順序為太平洋牡蠣文蛤；隨著水體中鎘濃度的增大，太平洋牡蠣和文蛤?qū)︽k的排出速率常數(shù)k2逐漸增大,B1/2逐漸減小。3.3物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)包含了許多具體的處理方法，如化學(xué)沉淀、溶劑萃取、離子交換、膜分離、活性炭和硅膠吸附等，成

13、本高、操作復(fù)雜，對設(shè)備及技術(shù)要求較高。其中中和法、鐵氧化沉淀法和金屬還原法是常用的三種物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)。（1）中和法。處理含鎘酸性廢水可采用氫氧化鎂中和劑。氫氧化鎂是新一代的綠色中和劑，其比表面積大，吸附能力強(qiáng)，易從各種不同的工業(yè)廢液中吸附并去除對環(huán)境造成危害的Cd2+等重金屬離子?？蓡为?dú)使用氫氧化鎂，也可與石灰、膨潤土配合使用。鐵氧化沉淀法。該方法是通過使廢水中的Cd2+等重金屬離子形成鐵氧體晶粒，一起沉淀析出，從而使廢水得到凈化，能夠一次脫除廢水中的多種金屬離子,對去除Cd2+等金屬離子效果良好。金屬還原法。對鍍鎘廢水可用金屬還原法進(jìn)行處理。因鐵屑或鐵粉需在酸性介質(zhì)中才能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，

14、故電鍍廢水處理前需先酸化。鍍鎘廢水經(jīng)一次處理、二次處理后的效果如表1所示。表1金屬還原法處理鍍鎘廢水的效果分析山卜EffVtdarialysisontrraiiri(admiurnatcrbyfrugalrn(dliotl社理方法原廢水/(眄L-1)處理結(jié)果/(叱L-1)去除率一次處理35.1096.9二次處理一0.1299.7張歡等研究羥基鋁鎂復(fù)合物對水體中的鎘去除效果，得出以下結(jié)論：pH是鎂鋁復(fù)合氫氧化物去除Cd離子的關(guān)鍵影響因素。在一定的pH(8.5-12)下，可使反應(yīng)體系產(chǎn)生充分的鎂鋁復(fù)合氫氧化物，對于Cd有很好的去除效果。聚合度較高的ai13具有很高的正電荷和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在去除效果上

15、，Al13優(yōu)于AlCl3。由TEM、EDS表征可以看出，形成的鎂鋁復(fù)合物沉淀物呈無定型形態(tài)，成分較為復(fù)雜，并且有較大的比表面積，結(jié)晶度較好，使得去除有機(jī)物的效率進(jìn)一步提高。王堃8通過鐵氧化物對水體鎘的去除效果的實驗發(fā)現(xiàn)，在單因素吸附試驗中，pH值是影響吸附率的主要因素；葡萄糖的存在促進(jìn)了鐵氧化物對Cd2+的吸附，濃度越高吸附效果越好；共存離子NaCl促進(jìn)了鐵氧化物對鎘的吸附，并且，在一定的濃度范圍內(nèi)達(dá)到吸附最大值。4、現(xiàn)有處理方法的比較含鎘廢水是一種對環(huán)境污染十分嚴(yán)重和對人類身體健康危害很大的廢水?，F(xiàn)今含鎘廢水的處理方法較多，其比較列于表29。從表2中可以看出，植物法和生物法作為一種很有前途的

16、處理方法，具有耗能少、效率高、無二次污染、處理費(fèi)用較低等優(yōu)點。但是從自然界得到的菌種耐鎘能力較差,僅能處理含鎘濃度低的廢水，無法實現(xiàn)工業(yè)化,應(yīng)考慮進(jìn)行生物強(qiáng)化。表2各種處理方法的比較比較方法優(yōu)點缺點中和沉淀法中和劑價格低廉，工藝簡單沉渣量大，出水硬度高，反應(yīng)速度較慢，且堆放的沉渣會造成二次污染硫化物沉淀法沉渣含水率低，且不易返溶形成二次沉淀費(fèi)用較高，易產(chǎn)生二次污染吸附法去除效果良好控制條件比較多，實際操作難漂白粉氧化法處理效果好適用范圍比較窄，僅適用于含氧、鎘的電鍍廢水，且含鎘廢渣的處理也是有待研究的問題鐵氧化法工藝過程簡單.處理條件溫和，治理效果明顯復(fù)合使用面較窄，一般用于處理特定的污水，且

17、還有許多技術(shù)組合帶來的問題離子交換法凈化程度高，可以回收鎘，無二次污染成本較髙膜分離法去除率髙，能回收廢水中的鎘鹽，工藝簡單膜的選擇性比較高，不同的廢水必須研究與Z相匹配的膜.廢水的成分也必須比較穩(wěn)定才行，膜組件設(shè)計難.投資也比較髙電解法鎘去除率高，可回收利用，廣泛應(yīng)用于廢水的治理成本比較高，一般經(jīng)濃縮后再電解經(jīng)濟(jì)效益較好.限制了電解法的應(yīng)用推廣植物修復(fù)技術(shù)成本低廉.效率高，沒有二次污染耐性植物種類及數(shù)量少生物修復(fù)技術(shù)成本低，效率高，容易操作，沒有二次污染具有專項降解能力的微生物在環(huán)境中的種類、數(shù)屋較少，同時在種間競爭中處于劣勢5、鎘污染控制措施工礦企業(yè)集中排放的“三廢”物質(zhì)中所含的鎘是當(dāng)前主

18、要的鎘污染源，通過污水排放、廢渣淋雨產(chǎn)生的徑流滲入土壤、水體以及鎘塵降落進(jìn)入水體。天然水體中的鎘雖然只有微量濃度，但其毒性具有長期性。因此，應(yīng)加強(qiáng)對鎘污染源的控制，對鎘污染嚴(yán)重的流域積極采取措施加以治理。改進(jìn)生產(chǎn)工藝，不用或少用毒性大的重金屬鎘，提高清潔生產(chǎn)水平。采用合理的工藝流程,科學(xué)的管理和操作，減少重金屬鎘的用量和隨廢水流失量，盡量減少外排廢水量。產(chǎn)生的含鎘廢水應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)生地點就地處理，不應(yīng)同其他廢水混合，以免使處理復(fù)雜化，更不應(yīng)未經(jīng)處理就直接排入城市下水道或天然水體，以免擴(kuò)大重金屬污染范圍。深入研究效率高、成本低、可操作性強(qiáng)的含鎘廢水處理工藝，進(jìn)一步發(fā)揮植物修復(fù)技術(shù)在鎘廢水處理中的優(yōu)勢，找出鎘去除率高、適于大面積種植的水生植物。參考文獻(xiàn)李家珍.染料、染色工業(yè)廢水處理M,北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000.25-53.郝向英，趙慧，劉衛(wèi)黃河中游主要重金屬污染物的遷移轉(zhuǎn)化J內(nèi)蒙古環(huán)境保護(hù),2004,12(3):27-28.戴樹桂環(huán)境化學(xué)M.北京:高等教育出版社,2002.114-115.張飲江，易冕，王聰，董悅，劉曉培，文曉峰，李巖.3