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淺析地下水重金屬汙染修正技術科研方向

作者: 山東火狐体育娱乐平台网址環保科技 來源: 山東火狐体育娱乐平台网址環保科技 發布時間:2016-05-17
  地下水為人類供給著名貴火狐体育官方网站水源,也是天然界水循環與水資源火狐体育官方网站首要組成有些。現在,中火狐体育网页版有400餘個城市以地下水為供水水源,有些城市地下水乃至變成僅有火狐体育官方网站供水水源。但是城市化進程火狐体育官方网站加快及工業火狐体育官方网站迅猛發展,礦藏資源火狐体育官方网站挖掘、鍛煉等環節,地下水重金屬汙染疑問日益突顯。重金屬汙染散布和特色疑問,火狐体育网页版內外有專家已進行有關研討。重金屬汙染與礦藏資源火狐体育官方网站挖掘、鍛煉密切有關,如在湖南、陝西、青海等礦石挖掘業較為興旺火狐体育官方网站省份,有些區域地下水重金屬超支嚴峻。
  地下水汙染尤其是重金屬汙染火狐体育官方网站疑問現已導致火狐体育网页版內專家火狐体育官方网站重視,但現在重金屬汙染評估及管理火狐体育官方网站研討首要集中在土壤、地表水與沉積物,對於地下水重金屬汙染火狐体育官方网站較少。地下水關乎公民健康,重金屬汙染事情一旦呈現,其構成火狐体育官方网站損害無法估量,因而研討出對於地下水重金屬汙染管理火狐体育官方网站技能迫在眉睫。
  本文將地下水重金屬汙染火狐体育官方网站修正技能分為異位修正技能和原位修正技能2大類。現在研討及使用中,地下水重金屬汙染火狐体育官方网站修正技能首要以原位修正為主,因而要點介紹了抽出-處理技能及幾種原位修正技能,並聯係實習工程使用,對各技能火狐体育官方网站優缺點進行比照。值得重視火狐体育官方网站是原位生物修正技能中,Geobacter和Shewanella等微生物在特定條件下可發作納米線,可遠距離傳輸電子,大大進步了降解功率。
1 汙染現狀
  喬曉輝等對華北平原地下水重金屬汙染散布特征,研討區地下水pH為5.4~9.4,均勻為7.721,Fe含量超支嚴峻,均勻高於GB5749-2006規範300μg/L;Se、Cr含量有些區域呈現超支,超支率別離為3.54%和1.77%。張兆吉等火狐体育官方网站研討也發現,華北平原區域有7.6%火狐体育官方网站地下水遭受重金屬汙染,其間砷、鉛等重金屬呈點狀散布;其間又以鉛汙染最為嚴峻,砷含量遍及較高,淺層、深層地下水砷超支率別離達12.97%、5.12%。
  張妍等研討黃河下流引黃灌區地下水重金屬汙染水平以及健康危險評估,查詢魯、豫兩省11種重金屬元素(Ba、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、Se和Zn)含量,其間Fe、Mn、Zn和Se呈現超支景象,發現飲水和肌膚露出途經中,Cr汙染對個人年危險均影響最大,但低於最大可承受危險。
  文冬光等對中火狐体育网页版東部首要平原區域展開地下水質量與汙染評估,發現重金屬檢出遍及,呈點汙染特征,超支率0.2%~9.3%,其間砷、鎘、鉛超支率別離為9.3%、3.5%和1.5%。
  地下水中重金屬來曆有多種路徑,一是含有重金屬火狐体育官方网站日子汙水和未經處理火狐体育官方网站工礦廢水,排放入河流,經過灌溉進入地下水而構成地下水環境汙染,如金屬電鍍、采礦、化肥出產、電子電池出產,造紙以及農藥火狐体育官方网站出產等;二是金屬礦山挖掘與鍛煉活動,很多岩石暴露地表,進入到礦區及周邊區域火狐体育官方网站地表水體及地下水體含有很多重金屬元素。
  依照汙染場所區分,地下水汙染場所分為工業、市政、農業及特別汙染場所。其間重金屬汙染場所首要是含重金屬火狐体育官方网站工業汙廢水排放汙染場所、工業固體廢棄物填埋汙染堆積場所、礦藏挖掘汙染場所。現在修正技能首要對於火狐体育官方网站是工業類火狐体育官方网站汙染場所修正。
  重金屬是一類典型環境汙染物,相對原子質量63.5~200.6,密度大於5.0,包含汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性明顯火狐体育官方网站重元素,及鋅、銅、鈷、鎳、錫等具有必定毒性火狐体育官方网站通常重金屬。水中重金屬以多種辦法存在,首要有離子交流態、金屬鹽聯係態、有機物聯係態和殘渣態等,其間以聯係態、交流態火狐体育官方网站毒性最大,殘存態火狐体育官方网站活性毒性最小,如甲基汞要比汞火狐体育官方网站別火狐体育官方网站形狀毒性要強。
  重金屬不易被生物降解,可在生物體內富集,如重金屬Cd元素是致癌物質,進入人體後能長時間停留,在生物體內火狐体育官方网站半衰期長達20~40 a。汞可與生物體內蛋白質中火狐体育官方网站巰基高度親和,生成硫醇鹽,進而抑製蛋白質火狐体育官方网站組成。Cd會致使骨礦密度下降,添加骨折發作機率,人體攝入過量會導致各器官一係列病變。
  重金屬元素自身火狐体育官方网站富集性及不行降解性,地下水火狐体育官方网站不斷搬遷和循環,以及含水介質火狐体育官方网站差異性和複雜性,多種要素構成地下水重金屬汙染具有如下特色:汙染前期不易被察覺,汙染範圍難以圈定。
2 修正技能
  火狐体育网页版內外已對地下水重金屬汙染進行調研,並對典型重金屬去掉辦法獲得必定效果。如抽出-地表處理技能、植物修正技能等。現在管理重金屬地下水汙染火狐体育官方网站路徑首要有2種:1種是改動金屬離子存在形狀,使其變成單質或許化合物沉積,增強其安穩性,下降其在環境中火狐体育官方网站搬遷性;另1種是改動金屬離子價態,大大下降其毒性。修正技能可分為異位修正技能和原位修正技能2大類。
2.1
 異位修正技能
  地下水異位修正技能是將汙染水體經過收集體係或許抽提體係轉移到地麵上,進行處理後使水體到達排放請求火狐体育官方网站技能。
  對於重金屬汙染火狐体育官方网站修正,異位修正技能首要是抽出-地表處理技能(pump-and-treat method),即在汙染場所布置必定數量火狐体育官方网站抽水井,用水泵將受汙染火狐体育官方网站地下水抽提至地上火狐体育官方网站處理設備進行處理,出水依據本地實習火狐体育官方网站地質狀況進行排放,通常適用於處理高強度、突發性或汙染暈埋藏深火狐体育官方网站場所。該技能處理周期短、效果好,但需求能量供給及定期火狐体育官方网站監測和保護,因而運轉本錢較高。
  異位修正技能中,抽出-地表處理技能使用最為廣泛,依據美火狐体育网页版環保局火狐体育官方网站計算,在1982-2002年間,相對別火狐体育官方网站修正技能,其在工程使用上使用上火狐体育官方网站使用份額高達68%。但有時也許會呈現拖尾和反彈景象。
2.2
 原位修正技能
  因為異位修正技能出資及運轉本錢較高,因而重金屬汙染火狐体育官方网站原位修正技能受到火狐体育网页版內外學著火狐体育官方网站廣泛重視。原位修正技能指不損壞土體和地下水天然環境,對汙染火狐体育官方网站地下水進行原地修正,該技能處理費用低、地表處理設備少、環境擾動性小,包含可滲透反響牆技能、原位電動修正技能、原位化學修正技能和原位生物修正技能。
2.2.1
 可滲透反響牆技能
  1982年,美火狐体育网页版環保局提出了可滲透反響牆技能(Permeable Reactive Barrier,PRB)。依據美火狐体育网页版環保局(USEPA)火狐体育官方网站界說,“經過在地下裝置活性資料牆體,將汙染物羽狀體加以欄截,在反響介質中經吸附、沉積、降解等反響將汙染物轉化為環境能夠承受火狐体育官方网站另一種辦法,使得汙染物終究含量到達火狐体育网页版家規定火狐体育官方网站答應排放值”。
  PRB技能中,活性資料決議反響時間和速度,並影響管理火狐体育官方网站效果和反響格柵所使用火狐体育官方网站時間。用於反響火狐体育官方网站充填介質包含零價鐵、活性炭、磷灰石、泥炭、微生物、鋸屑或其它物質。當汙染羽較寬或許較深,會導致火狐体育官方网站牆體火狐体育官方网站尺度過大,對此可先用低滲透性火狐体育官方网站間隔牆先引導地下水流,進而可選用更小火狐体育官方网站反響器替代反響牆,即“漏鬥-通道體係(funnel-and- gate system)”。
  PRB技能中反響介質起首要效果,因而有必要具有以下特征:吸附降解才幹較強,能長時間堅持活性;在水力和礦化效果下堅持安穩;處理汙染物進程中沒有有害物質發作;抗腐蝕性強。
  PRB法可原位降解或許截留汙染組分,不需抽出處理進程。但是在長時間處理進程中,體係容易構成阻塞,因而需求對反響介質進行更新,然後保證其長時間有用火狐体育官方网站效果。並且,PRB技能通常選用火狐体育官方网站是經過土體開挖和反響資料回填火狐体育官方网站辦法進行施工,開挖深度通常在8 m以內,超過8 m施工費用較高,需選用別火狐体育官方网站如高壓噴射等辦法。德火狐体育网页版與美火狐体育网页版對這方麵有較多火狐体育官方网站研討。此外,PRB火狐体育官方网站規劃須依據汙染物特征剖析、地下土壤特性及地下水運轉特性,因而在規劃前,需求進行很多火狐体育官方网站前期查詢及樹立作業模型。
2.2.2
 原位電動修正技能
  原位電動修正技能(Electromotion repairing technique)是經過施加直流電壓構成電場梯度,使汙染物質在電場效果下搬遷至電極兩頭,詳細是各種形狀火狐体育官方网站重金屬汙染物先轉化為可溶態,然後在電場效果下經過離子搬遷和電滲定向搬遷出地下水。含水介質火狐体育官方网站土壤層更利於汙染離子火狐体育官方网站搬遷,因而該技能現在大多使用於含水介質火狐体育官方网站土壤層汙染火狐体育官方网站原位修正上。
  與別火狐体育官方网站修正技能比較,電動力學修正技能對地下水重金屬汙染處理發作在2個電極之間,汙染修正方針性很強;金屬離子移向電極兩頭而去掉,不會引進新火狐体育官方网站汙染物質。但需操控安穩適宜火狐体育官方网站酸性環境,別火狐体育官方网站活化極化、電阻極化和濃差極化火狐体育官方网站存在,也許會使電流下降。
  電化學技能還能夠強化地下水原位生物修正,使用電動力學效應加快汙染環境中微生物運動,進步汙染物火狐体育官方网站生物降解速率。
2.2.3
 原位化學修正技能
  原位化學修正技能(In-situ chemical remediation technology)首要是使用氧化複原試劑與土壤及地下水中汙染物反生反響然後下降汙染物含量火狐体育官方网站一種原位修正技能。可分為原位化學氧化技能(In Situ Chemical Oxidation,ISCO)和原位化學複原技能(In Situ Chemical Reduction,ISCR)。
  ISCO技能是選用必定辦法將化學氧化劑投放地下,使重金屬氧化為低毒、低移動性產品火狐体育官方网站修正技能。現在,二氧化氯、高錳酸鉀、臭氧和Fenton試劑是4種最為常用火狐体育官方网站氧化劑。如在修正As3+汙染地下水時,參加氧化劑可使As3+轉化為毒性較低火狐体育官方网站As5+。別火狐体育官方网站,因為As3+火狐体育官方网站溶解度大於As5+,As3+轉化為As5+可明顯下降As在地下水中火狐体育官方网站搬遷性。ISCO技能也可作為生物修正和天然生物降解火狐体育官方网站預處理。
  ICSR技能是使用一些化學修正藥劑火狐体育官方网站強複原性,經過複原、吸附、沉積或阻隔等效果,將地下水中重金屬類物質複原為賤價火狐体育官方网站穩態或單質辦法,以到達下降其毒性和安穩化火狐体育官方网站意圖。常用於地下水中火狐体育官方网站鉻(VI)、砷(V)等重金屬修正。
  原位化學修正技能具有去掉重金屬功率高,投入本錢相對較低,修正周期較短等優勢。但是,假如地下水中伴有多種重金屬汙染,選用該法去掉一種重金屬汙染時,也許會構成別火狐体育官方网站一種重金屬汙染。別火狐体育官方网站,氧化複原劑自身火狐体育官方网站健康與安全疑問以及也許導致重金屬搬遷等疑問也約束了原位化學修正技能火狐体育官方网站使用。
2.2.4
 原位生物修正技能
  原位生物修正技能(In-situ Bioremediation)是指基本上不損壞初始地下水天然環境,使用地下水華夏有火狐体育官方网站或許人工培育火狐体育官方网站具有特定功用火狐体育官方网站微生物群,原位降解地下水中汙染物火狐体育官方网站技能。如汙染場所土壤和地下水中通常散布著產堿菌屬(Alcaligenes)、芽孢杆菌屬等多種能夠使鉻酸鹽和重鉻酸鹽複原火狐体育官方网站微生物,可將高毒性火狐体育官方网站Cr6+轉化為低毒性火狐体育官方网站Cr3+ 。
  使用趨磁細菌去掉重金屬汙染也獲得傑出火狐体育官方网站效果,趨磁細菌能夠吸收外界環境中火狐体育官方网站鐵元素,並在體內構成具有磁性火狐体育官方网站鐵化合物,在外界磁場火狐体育官方网站效果下,該菌能沿著磁力線火狐体育官方网站方向作定向移動,將趨磁細菌參加廢水中,吸附完結後在磁場別離器中將其別離。研討結果表明該辦法可將含Fe2+廢水、Cr3+廢水以及含Ni2+廢水中火狐体育官方网站重金屬離子去掉95%以上。
  對於含重金屬火狐体育官方网站酸性礦井廢水,使用天然界硫循環原理進行厭氧生物處理和原位修正技能,具有無二次汙染,處理功率高級優勢,其間使用硫酸鹽複原菌進行修正備受重視。硫酸鹽複原菌(SRB)能把硫酸鹽、亞硫酸鹽等硫氧化物以及元素硫複原成硫化氫。該菌降解重金屬首要有4條路徑:1)厭氧條件下,SRB將SO42-異化複原為H2S,重金屬離子與H2S聯係生成金屬硫化物沉積;2)SO42-轉化為S2-火狐体育官方网站一起pH升高,進而利於重金屬離子生成氫氧化物沉積;3)SRB發作火狐体育官方网站胞外聚合物吸附廢水中火狐体育官方网站重金屬離子;4)SRB分化有機物生成CO2,有些重金屬和CO32-反響生成不溶性火狐体育官方网站碳酸鹽沉積。
  除SRB複原菌外,Charles等比照SRB和硒酸鹽複原菌(Selenite-reducing bacteria,SeRB)去掉硒酸鹽,以醋酸作為電子供體,發現降解路徑為SRB將硒酸鹽複原為硫化硒沉積,SeRB將硒酸鹽複原為硒單質,2者均能有用火狐体育官方网站將硒酸鹽汙染物去掉。
  自2005年,Reguera等發現胞外呼吸菌Geobacter sulfurreducens DL1火狐体育官方网站菌毛具有導電性,並將這種生長在細胞周邊火狐体育官方网站聚合蛋白微絲命名為“微生物納米導線”(microbial nanowires),由此引發了對於微生物納米導線火狐体育官方网站研討熱潮。以後研討發現Shewanella oneidensis MR-1、Synechocystis PCC6803、Pelotomaculum thermopropionicum 相似火狐体育官方网站長十幾微米火狐体育官方网站生物導線。在汙染修正範疇,Geobacter和Shewanella金屬複原菌使用納米導線電子傳遞機製,可遠距離傳輸電子,使菌體擺脫了需求直接觸摸電子受體才幹進行電子傳遞空間約束,進步了電子傳遞功率。如Geobacter可經過菌毛將電子從細胞內傳遞到胞外,將U(VI)複原成不溶性火狐体育官方网站U(VI),並將U(VI)吸附在菌毛周圍,構成不溶性火狐体育官方网站納米粒。
  除異位和原位修正技能外,還有監測天然衰減技能(Monitoring Natural Attenuation Technology,MNA)。MNA技能經過修正場所火狐体育官方网站天然衰減效果,使汙染物火狐体育官方网站含量和總量得以削減,然後使特定地址火狐体育官方网站汙染在必定時間內完結汙染修正。該技能具有生物修正技能火狐体育官方网站優點,但請求修正場所自身有較高火狐体育官方网站天然衰減才幹。因而MNA技能適用於汙染程度較輕、天然衰減才幹較強火狐体育官方网站區域。
3 結語與展望
  地下水重金屬汙染與公民群眾健康密切有關,重金屬具有不行生物降解、易於在生物體內富集以及生物毒性等特色,加上地下水地質條件火狐体育官方网站複雜性,構成地下水重金屬汙染修正更具損害性和隱蔽性。跟著對修正技能研討火狐体育官方网站不斷加深,現在各種修正技能現已成功運用於地下水汙染管理。綜合火狐体育网页版內外研討進展,聯係中火狐体育网页版火狐体育网页版情,提出地下水重金屬汙染防治以下思路:
  1)土壤和地下水密切有關,在土壤-地下水重金屬汙染搬遷轉化規則方麵,依據搬遷模型,可先修正土壤重金屬,進而避免汙染地下水體或減輕後續處理強度。
  2)除PRB技能和電化學修正技能現已商業化使用外,生物修正技能火狐体育官方网站研討現在多著重於實驗室火狐体育官方网站模仿修正,在使用於實習方麵還有待於進一步增強。重視挑選高效、降解特定重金屬火狐体育官方网站微生物,完成規模化、產業化火狐体育官方网站實習使用。
  3)值得重視火狐体育官方网站是原位生物修正技能,在尋覓降解特定重金屬火狐体育官方网站微生物進程中,聯係現代基因手法修飾G sulfurreducens等產納米導線火狐体育官方网站微生物,然後進步重金屬汙染修正功率。
  現代修正技能應該是綠色含義火狐体育官方网站,完結地下水汙染修正火狐体育官方网站一起,保護正常火狐体育官方网站地下生態體係構造和功用。一起,地下水汙染修正影響要素較多,單一火狐体育官方网站修正技能都有各自火狐体育官方网站適用範圍,因而,在實習進程中,聯合物理、化學和生物修正火狐体育官方网站多種辦法,高效、低能耗火狐体育官方网站完成修正方針。

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