大多數(shù)重金屬屬于人體所必需的微量元素 ,但重金屬污染已經(jīng)成為威脅人類發(fā)展的重大環(huán)境問題。而重金屬廢水又是對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類危害最大的工業(yè)廢水 ,震驚世界的日本“水俁病”和“痛疼病”就是分別由含汞廢水和含鎘廢廢水污染環(huán)境所造成的。因此在考慮微量元素對人體健康的作用時 ,不能只注意有益微量元素的積極效應(yīng) ,還要注意有害微量元素的負(fù)面影響。
一、重金屬在人類健康中的作用
重金屬在人體健康中的作用 ,有兩種不同性質(zhì)的結(jié)果。一方面 ,對其有營養(yǎng)需求的金屬來說 ,數(shù)量不足會引起各種疾病。例如 ,錳對人體骨骼生長發(fā)育具有重要作用 ,缺錳則表現(xiàn)為骨骼生長失調(diào) ,生殖機能和神經(jīng)功能紊亂 ;釩能降低血漿膽固醇的含量 ,作用于造血功能 ,并控制齲牙的發(fā)生 ;銅具有多方面的生理功能 ,不僅在血紅蛋白的生成和血紅球的成熟過程中起促進作用 ,而且還參與細(xì)胞內(nèi)的氧化代謝過程 ;鐵與人體內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)合形成血紅蛋白和肌紅蛋白 ,具有運輸和貯存氧的作用 ;鉻能參與人體正常糖代謝過程 ,促進胰島素的功能 ,缺鉻會產(chǎn)生血糖增高 ,產(chǎn)生糖尿。另一方面 ,在高濃度重金屬環(huán)境下 ,飲食與攝取過量的重金屬將會引起中毒 ,甚至產(chǎn)生嚴(yán)重后果。例如 ,幾乎所有部位的癌癥死亡率都與硒的表觀攝取量呈負(fù)相關(guān) ;男性肺癌、男女性皮膚癌和女性甲狀腺癌的死亡率與砷的飲食攝取量呈負(fù)相關(guān) ;胰腺、卵巢、口腔和咽部、食道和喉部癌癥的死亡率也與錳的攝取量呈負(fù)相關(guān) ;而鉻、鋅、鎘、銅等元素的飲食攝取量則與多種癌癥的死亡率呈正相關(guān)。人類通過飲食攝取所需重金屬營養(yǎng)物 ,一般是無困難的。相反 ,重金屬污染 ,特別是重金屬廢水污染已危及人類健康 ,成為世界性的嚴(yán)重危害。
二、重金屬廢水的來源
重金屬廢水主要來自礦山坑內(nèi)排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵廠酸洗排水 ,以及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、煙草、油漆、顏料等工業(yè)。例如 ,汞污染主要來源于化學(xué)工業(yè)中汞催化劑、汞制儀表 (溫度計 )、汞礦開采冶煉、煤和石油燃料燃燒和有機汞農(nóng)藥等 ;鉛主要來自工業(yè)廢氣、汽車尾氣、某些涂料及鉛包裝飲品 ,尤其是印刷廠在鉛版鍍鐵、鍍鋅過程中產(chǎn)生高含量酸性鉛、鋅廢水 ;電鍍、化工、涂料、塑料、印刷、農(nóng)藥、陶瓷、攝影等工業(yè)都排出不同濃度的含鎘廢水 ;皮毛廠、玻璃廠、木材廠、顏料、涂料和農(nóng)藥廠都排出形態(tài)各異的含砷廢水 ;有機合成、農(nóng)藥、染料、橡膠及有色金屬冶煉廠等廢水中均含銅。廢水中重金屬種類、含量及其存在形態(tài)隨不同生產(chǎn)種類而異 ,變化很大。
三、重金屬廢水的危害性
重金屬不能被生物降解為無害物。重金屬廢水進入水體后 ,除部分為水生物、魚類吸收外 ,其它大部分易被水中各種有機和無機膠體及微粒物質(zhì)所吸附 ,再經(jīng)聚集沉降沉積于水體底部。它在水中濃度隨水溫、pH值等不同而發(fā)生變化 ,冬季水溫低 ,重金屬鹽類在水中溶解度小 ,水體底部沉積量大 ,水中濃度小 ;夏季水溫升高 ,重金屬鹽類溶解度大 ,水中濃度高。因此水體經(jīng)重金屬廢水污染后 ,危害的持續(xù)時間很長。
以下是廢水中常見的幾種重金屬。
① 汞
汞在常溫下以液體狀態(tài)存在 ,能蒸發(fā)。水中的汞和汞化合物可以元素汞、一價汞和二價汞三種狀態(tài)存在。有機汞的毒性大于金屬汞和無機汞化合物 ,因而更容易發(fā)生中毒。有機汞和甲基汞均可通過呼吸道、消化道、皮膚侵入人體。無機汞在人體內(nèi)蓄積部位主要是腎臟,其次是肝臟和脾臟 ;甲基汞除蓄積在肝、腎等臟器之外 ,還可通過血腦屏障蓄積于腦織織內(nèi)。汞中毒能損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng) ,輕者表現(xiàn)為口腔炎、震顫、急躁、易怒和情緒不穩(wěn)定 ,重者則精神紊亂、行為支配能力降低、四肢癱瘓、耳聾眼瞎 ,甚至成為白癡。1953年發(fā)生在日本的“水俁病”便是典型汞中毒的例子。
② 鎘
鎘是所有微量元素中對人類健康威脅最大的一種。它進入人體的途徑除消化道和呼吸道之外 ,還有皮膚的直接接觸吸收。在人體內(nèi)以肝、腎蓄積量最高。鎘對人體的危害主要是造成腎、骨和肝的病變 ,導(dǎo)致貧血和神經(jīng)痛。另外 ,還可通過影響鈣的代謝 ,危及骨骼系統(tǒng) ,典型癥狀表現(xiàn)為能力減退 ,骨盆、脊柱、四肢關(guān)節(jié)刺痛、步履艱難 ,甚至出現(xiàn)貧血。植物對鎘有很強的富集作用 ,因而形成含鎘糧食 ,如“鎘米”(含鎘水稻 )。早年日本流行的“骨痛病”就是長期食用“鎘米”和飲用含鎘水引起的。
③ 鉻
金屬鉻的毒性很小 ,六價鉻化合物及其鹽類毒性最大 ,三價鉻次之 ,二價最小。六價鉻的毒性比三價鉻幾乎大10 0倍。鉻的化合物常以溶液、粉塵或蒸汽的形式污染環(huán)境 ,危害人體健康 ,可通過消化道、呼吸道、皮膚和粘膜侵入人體。鉻對人體的毒害有全身中毒 ,對皮膚粘膜的刺激作用 ,引起皮炎、濕疹、氣管炎和鼻炎 ,引起變態(tài)反應(yīng)并有致癌作用 ,如六價鉻可以誘發(fā)肺癌和鼻咽癌。空氣中鉻酸酐濃度為 0 .15～ 0 .3mg/m3 時 ,可使鼻中隔穿孔。飲用水中含鉻濃度在 0 .1mg/L以上時 ,就會使人嘔吐 ,侵害腸道和腎臟。鉻的化合物對水生物都有致害作用 ,特別是六價鉻危害最大。灌溉水中濃度為 0 .1mg/L ,可對水稻種子萌芽有抑制作用。無論是三價鉻還是六價鉻的化合物都會使水體自凈作用受到抑制。
④ 鉛
環(huán)境中的鉛及其化合物主要是從消化道及呼吸道進入人體 ,隨血液循環(huán)流至全身 ,主要分布于肝、腎、脾、膽、腦中 ,尤以肝、腎中的濃度最高。健康者血鉛的正常范圍為0 4 83～ 1 4 5 μmol/L。當(dāng)血鉛含量達 2 .72～ 3.84 μmol/L時 ,即可發(fā)生鉛中毒。鉛中毒可直接損傷人和動物的甲狀腺功能 ,降低甲狀腺攝取碘及血漿蛋白結(jié)合碘的能力 ,降低垂體激素的分泌及腎上腺皮質(zhì)的機能 ,還可損傷生殖細(xì)胞及降低性功能。主要癥狀表現(xiàn)為貧血、末梢神經(jīng)炎、運動和感覺異常、頭痛、頭暈、疲乏、食欲不振、便泌、腹痛、失眠、易被惡夢驚醒等。此外 ,鉛還容易通過母體胎盤侵入胎兒腦組織危害后代。
⑤ 砷
砷 ,民間俗稱砒霜 ,是近百年來農(nóng)藥、醫(yī)藥和日用化工等的重要原料。砷有多種化合物 ,其中砒霜即三氧化二砷是人們最熟悉的 ,另外還有硫化砷、三硫化二砷、三氯化砷和氫化砷等。由于砷是劇毒物質(zhì) ,所以如果使用不慎 ,往往給人類帶來嚴(yán)重的危害。砷化物的毒性作用 ,主要是與人體細(xì)胞中酶系統(tǒng)的巰基相結(jié)合 ,致使酶功能發(fā)生障礙 ,影響細(xì)胞的正常代謝 ,引起神經(jīng)系統(tǒng)、毛細(xì)血管和其它系統(tǒng)的功能性和器質(zhì)性病變。
⑥ 銅
銅對人體造血、細(xì)胞生長 ,人體某些酶的活動及內(nèi)分泌腺功能均有影響。如攝入過量的銅 ,就會刺激消化系統(tǒng) ,引起腹痛、嘔吐。銅對低等生物和農(nóng)作物毒性較大 ,其濃度達0 .1～ 0 .2mg/L即可使魚類致死 ,與鋅共存時毒性可以增加 ,對貝殼類水生物毒性更大 ,一般水產(chǎn)用水要求銅的濃度在 0 .0 1mg/L以下。對于農(nóng)作物 ,銅可使植物吸收養(yǎng)分的機能受到阻礙 ,植物吸收銅離子后 ,即固定于根部皮層。灌溉水中含銅較高時 ,即在土壤和作物中積累 ,可使作物枯死。銅對水體自凈作用有較嚴(yán)重影響 ,濃度為 0 .1mg/L時 ,使水的生化耗氧過程明顯地受到抑制。
四、重金屬廢水污染特性
重金屬隨廢水排出時 ,即使?jié)舛群苄?,也能造成危害。
其廢水污染有如下特點 :
①毒性具有長期持續(xù)性。某些重金屬雖只有微量濃度 ,但可在微生物作用下 ,轉(zhuǎn)化為毒性更強的有機化合物。如無機汞在天然水體中可被微生物轉(zhuǎn)化為毒性更強的甲基汞。
②經(jīng)生物可大量富集 ,這種生物富集的特性是重金屬廢水污染的突出特點。有的重金屬 ,富集倍數(shù)可達成千上萬倍 ,然后通過食物鏈 ,在人體器官中積累造成慢性中毒 ,嚴(yán)重危害人體健康。
③重金屬無論采用何種處理方法或微生物都不能降解 ,只不過改變其化合價和化合物種類。如與陰離子配體形成配合物或螯合物 ,使重金屬在水中的濃度增大 ,也可以使沉入水底中的重金屬又釋放出來。
④在天然水體中只要有微量重金屬 ,即可產(chǎn)生毒性反應(yīng) ,一般重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大約在 1.0～ 10mg/L之間 ,毒性較強的重金屬如鎘、汞等毒性濃度范圍在 0 .0 0 1～0 .1mg/L。因此 ,必須嚴(yán)格控制重金屬廢水的污染。
五、重金屬廢水處理原則
重金屬廢水無論采用何種方法處理都不能使其中的重金屬分解破壞 ,只能轉(zhuǎn)移其存在的位置和轉(zhuǎn)移其物理和化學(xué)形態(tài)。因此 ,無論從杜絕對環(huán)境的污染 ,還是從資源合理利用來考慮 ,重金屬廢水最理想的處理原則應(yīng)是水與重金屬兩者都回收利用。但是重金屬廢水的處理 ,單靠廢水處理是不行的 ,必須采取多方面的綜合性措施。首先 ,最根本是改革生產(chǎn)工藝 ,不用或少用毒性大的重金屬 ;其次是采用合理的工藝流程 ,科學(xué)的管理和操作 ,減少重金屬的用量和隨廢水流失量 ,盡量減少外排廢水量 ;最后 ,重金屬廢水應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)生地就地處理 ,不應(yīng)同其它廢水混合 ,避免處理復(fù)雜化 ,尤其應(yīng)杜絕未經(jīng)處理就直接排入城市下水道或天然水體 ,使重金屬污染擴大化。
六、重金屬廢水治理技術(shù)
按照重金屬廢水處理原則 ,將重金屬廢水的處理方法分為兩類
①使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿闹亟饘倩衔?,經(jīng)沉淀和浮上法從廢水中除去。具體方法有 :中和沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法、鐵氧體法、氧化法、還原法、離子交換法、離子浮上法、活性炭法、凝聚電解法和隔膜電解法等。
②將廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進行濃縮和分離。具體方法有 :反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)濃縮法、擴散滲析法和超濾法等膜分離法。目前 ,大多數(shù)情況下都采用第一類方法。從重金屬回收的角度看 ,第二類方法比第一類優(yōu)越 ,因為前者是重金屬以原狀態(tài)濃縮直接回用于生產(chǎn)工藝中 ,比后者需要使重金屬經(jīng)過多次化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化才能回用要簡單得多。但是 ,其缺點是耗資較大 ,特別是還不適于處理大流量工業(yè)廢水 ,如礦山廢水。因此 ,在實際生產(chǎn)中 ,通常根據(jù)廢水的水質(zhì)、水量等情況 ,選用一種或幾種處理方法組合使用。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.xhxdt.com更多相關(guān)技術(shù)文檔術(shù)文檔。
當(dāng)前 ,世界各國都在花大力氣致力于環(huán)境治理 ,但迄今國內(nèi)外對重金屬污染的治理仍不夠完善和徹底 ,遠不能杜絕重金屬廢水對環(huán)境的污染。甚至出現(xiàn)有些國家只注意廢水本身的處理 ,而忽視濃縮產(chǎn)物的回收利用和無害化處理 ,任其流失于環(huán)境中 ,制造二次污染。(何豫川)
