大多数重金属属于人体所必需的微量元素 ,但重金属污染已经成为威胁人类发展的重大环境问题。而重金属废水又是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水 ,震惊世界的日本“水俣病”和“痛疼病”就是分别由含汞废水和含镉废废水污染环境所造成的。因此在考虑微量元素对人体健康的作用时 ,不能只注意有益微量元素的积极效应 ,还要注意有害微量元素的负面影响。
一、重金属在人类健康中的作用
重金属在人体健康中的作用 ,有两种不同性质的结果。一方面 ,对其有营养需求的金属来说 ,数量不足会引起各种疾病。例如 ,锰对人体骨骼生长发育具有重要作用 ,缺锰则表现为骨骼生长失调 ,生殖机能和神经功能紊乱 ;钒能降低血浆胆固醇的含量 ,作用于造血功能 ,并控制龋牙的发生 ;铜具有多方面的生理功能 ,不仅在血红蛋白的生成和血红球的成熟过程中起促进作用 ,而且还参与细胞内的氧化代谢过程 ;铁与人体内蛋白质结合形成血红蛋白和肌红蛋白 ,具有运输和贮存氧的作用 ;铬能参与人体正常糖代谢过程 ,促进胰岛素的功能 ,缺铬会产生血糖增高 ,产生糖尿。另一方面 ,在高浓度重金属环境下 ,饮食与摄取过量的重金属将会引起中毒 ,甚至产生严重后果。例如 ,几乎所有部位的癌症死亡率都与硒的表观摄取量呈负相关 ;男性肺癌、男女性皮肤癌和女性甲状腺癌的死亡率与砷的饮食摄取量呈负相关 ;胰腺、卵巢、口腔和咽部、食道和喉部癌症的死亡率也与锰的摄取量呈负相关 ;而铬、锌、镉、铜等元素的饮食摄取量则与多种癌症的死亡率呈正相关。人类通过饮食摄取所需重金属营养物 ,一般是无困难的。相反 ,重金属污染 ,特别是重金属废水污染已危及人类健康 ,成为世界性的严重危害。
二、重金属废水的来源
重金属废水主要来自矿山坑内排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水 ,以及电解、农药、医药、烟草、油漆、颜料等工业。例如 ,汞污染主要来源于化学工业中汞催化剂、汞制仪表 (温度计 )、汞矿开采冶炼、煤和石油燃料燃烧和有机汞农药等 ;铅主要来自工业废气、汽车尾气、某些涂料及铅包装饮品 ,尤其是印刷厂在铅版镀铁、镀锌过程中产生高含量酸性铅、锌废水 ;电镀、化工、涂料、塑料、印刷、农药、陶瓷、摄影等工业都排出不同浓度的含镉废水 ;皮毛厂、玻璃厂、木材厂、颜料、涂料和农药厂都排出形态各异的含砷废水 ;有机合成、农药、染料、橡胶及有色金属冶炼厂等废水中均含铜。废水中重金属种类、含量及其存在形态随不同生产种类而异 ,变化很大。
三、重金属废水的危害性
重金属不能被生物降解为无害物。重金属废水进入水体后 ,除部分为水生物、鱼类吸收外 ,其它大部分易被水中各种有机和无机胶体及微粒物质所吸附 ,再经聚集沉降沉积于水体底部。它在水中浓度随水温、pH值等不同而发生变化 ,冬季水温低 ,重金属盐类在水中溶解度小 ,水体底部沉积量大 ,水中浓度小 ;夏季水温升高 ,重金属盐类溶解度大 ,水中浓度高。因此水体经重金属废水污染后 ,危害的持续时间很长。
以下是废水中常见的几种重金属。
① 汞
汞在常温下以液体状态存在 ,能蒸发。水中的汞和汞化合物可以元素汞、一价汞和二价汞三种状态存在。有机汞的毒性大于金属汞和无机汞化合物 ,因而更容易发生中毒。有机汞和甲基汞均可通过呼吸道、消化道、皮肤侵入人体。无机汞在人体内蓄积部位主要是肾脏,其次是肝脏和脾脏 ;甲基汞除蓄积在肝、肾等脏器之外 ,还可通过血脑屏障蓄积于脑织织内。汞中毒能损伤中枢神经系统 ,轻者表现为口腔炎、震颤、急躁、易怒和情绪不稳定 ,重者则精神紊乱、行为支配能力降低、四肢瘫痪、耳聋眼瞎 ,甚至成为白痴。1953年发生在日本的“水俣病”便是典型汞中毒的例子。
② 镉
镉是所有微量元素中对人类健康威胁最大的一种。它进入人体的途径除消化道和呼吸道之外 ,还有皮肤的直接接触吸收。在人体内以肝、肾蓄积量最高。镉对人体的危害主要是造成肾、骨和肝的病变 ,导致贫血和神经痛。另外 ,还可通过影响钙的代谢 ,危及骨骼系统 ,典型症状表现为能力减退 ,骨盆、脊柱、四肢关节刺痛、步履艰难 ,甚至出现贫血。植物对镉有很强的富集作用 ,因而形成含镉粮食 ,如“镉米”(含镉水稻 )。早年日本流行的“骨痛病”就是长期食用“镉米”和饮用含镉水引起的。
③ 铬
金属铬的毒性很小 ,六价铬化合物及其盐类毒性最大 ,三价铬次之 ,二价最小。六价铬的毒性比三价铬几乎大10 0倍。铬的化合物常以溶液、粉尘或蒸汽的形式污染环境 ,危害人体健康 ,可通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体。铬对人体的毒害有全身中毒 ,对皮肤粘膜的刺激作用 ,引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎 ,引起变态反应并有致癌作用 ,如六价铬可以诱发肺癌和鼻咽癌。空气中铬酸酐浓度为 0 .15～ 0 .3mg/m3 时 ,可使鼻中隔穿孔。饮用水中含铬浓度在 0 .1mg/L以上时 ,就会使人呕吐 ,侵害肠道和肾脏。铬的化合物对水生物都有致害作用 ,特别是六价铬危害最大。灌溉水中浓度为 0 .1mg/L ,可对水稻种子萌芽有抑制作用。无论是三价铬还是六价铬的化合物都会使水体自净作用受到抑制。
④ 铅
环境中的铅及其化合物主要是从消化道及呼吸道进入人体 ,随血液循环流至全身 ,主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中 ,尤以肝、肾中的浓度最高。健康者血铅的正常范围为0 4 83～ 1 4 5 μmol/L。当血铅含量达 2 .72～ 3.84 μmol/L时 ,即可发生铅中毒。铅中毒可直接损伤人和动物的甲状腺功能 ,降低甲状腺摄取碘及血浆蛋白结合碘的能力 ,降低垂体激素的分泌及肾上腺皮质的机能 ,还可损伤生殖细胞及降低性功能。主要症状表现为贫血、末梢神经炎、运动和感觉异常、头痛、头晕、疲乏、食欲不振、便泌、腹痛、失眠、易被恶梦惊醒等。此外 ,铅还容易通过母体胎盘侵入胎儿脑组织危害后代。
⑤ 砷
砷 ,民间俗称砒霜 ,是近百年来农药、医药和日用化工等的重要原料。砷有多种化合物 ,其中砒霜即三氧化二砷是人们最熟悉的 ,另外还有硫化砷、三硫化二砷、三氯化砷和氢化砷等。由于砷是剧毒物质 ,所以如果使用不慎 ,往往给人类带来严重的危害。砷化物的毒性作用 ,主要是与人体细胞中酶系统的巯基相结合 ,致使酶功能发生障碍 ,影响细胞的正常代谢 ,引起神经系统、毛细血管和其它系统的功能性和器质性病变。
⑥ 铜
铜对人体造血、细胞生长 ,人体某些酶的活动及内分泌腺功能均有影响。如摄入过量的铜 ,就会刺激消化系统 ,引起腹痛、呕吐。铜对低等生物和农作物毒性较大 ,其浓度达0 .1～ 0 .2mg/L即可使鱼类致死 ,与锌共存时毒性可以增加 ,对贝壳类水生物毒性更大 ,一般水产用水要求铜的浓度在 0 .0 1mg/L以下。对于农作物 ,铜可使植物吸收养分的机能受到阻碍 ,植物吸收铜离子后 ,即固定于根部皮层。灌溉水中含铜较高时 ,即在土壤和作物中积累 ,可使作物枯死。铜对水体自净作用有较严重影响 ,浓度为 0 .1mg/L时 ,使水的生化耗氧过程明显地受到抑制。
四、重金属废水污染特性
重金属随废水排出时 ,即使浓度很小 ,也能造成危害。
其废水污染有如下特点 :
①毒性具有长期持续性。某些重金属虽只有微量浓度 ,但可在微生物作用下 ,转化为毒性更强的有机化合物。如无机汞在天然水体中可被微生物转化为毒性更强的甲基汞。
②经生物可大量富集 ,这种生物富集的特性是重金属废水污染的突出特点。有的重金属 ,富集倍数可达成千上万倍 ,然后通过食物链 ,在人体器官中积累造成慢性中毒 ,严重危害人体健康。
③重金属无论采用何种处理方法或微生物都不能降解 ,只不过改变其化合价和化合物种类。如与阴离子配体形成配合物或螯合物 ,使重金属在水中的浓度增大 ,也可以使沉入水底中的重金属又释放出来。
④在天然水体中只要有微量重金属 ,即可产生毒性反应 ,一般重金属产生毒性的范围大约在 1.0～ 10mg/L之间 ,毒性较强的重金属如镉、汞等毒性浓度范围在 0 .0 0 1～0 .1mg/L。因此 ,必须严格控制重金属废水的污染。
五、重金属废水处理原则
重金属废水无论采用何种方法处理都不能使其中的重金属分解破坏 ,只能转移其存在的位置和转移其物理和化学形态。因此 ,无论从杜绝对环境的污染 ,还是从资源合理利用来考虑 ,重金属废水最理想的处理原则应是水与重金属两者都回收利用。但是重金属废水的处理 ,单靠废水处理是不行的 ,必须采取多方面的综合性措施。首先 ,最根本是改革生产工艺 ,不用或少用毒性大的重金属 ;其次是采用合理的工艺流程 ,科学的管理和操作 ,减少重金属的用量和随废水流失量 ,尽量减少外排废水量 ;最后 ,重金属废水应当在产生地就地处理 ,不应同其它废水混合 ,避免处理复杂化 ,尤其应杜绝未经处理就直接排入城市下水道或天然水体 ,使重金属污染扩大化。
六、重金属废水治理技术
按照重金属废水处理原则 ,将重金属废水的处理方法分为两类
①使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶的重金属化合物 ,经沉淀和浮上法从废水中除去。具体方法有 :中和沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法、铁氧体法、氧化法、还原法、离子交换法、离子浮上法、活性炭法、凝聚电解法和隔膜电解法等。
②将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离。具体方法有 :反渗透法、电渗析法、蒸发浓缩法、扩散渗析法和超滤法等膜分离法。目前 ,大多数情况下都采用第一类方法。从重金属回收的角度看 ,第二类方法比第一类优越 ,因为前者是重金属以原状态浓缩直接回用于生产工艺中 ,比后者需要使重金属经过多次化学形态的转化才能回用要简单得多。但是 ,其缺点是耗资较大 ,特别是还不适于处理大流量工业废水 ,如矿山废水。因此 ,在实际生产中 ,通常根据废水的水质、水量等情况 ,选用一种或几种处理方法组合使用。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档术文档。
当前 ,世界各国都在花大力气致力于环境治理 ,但迄今国内外对重金属污染的治理仍不够完善和彻底 ,远不能杜绝重金属废水对环境的污染。甚至出现有些国家只注意废水本身的处理 ,而忽视浓缩产物的回收利用和无害化处理 ,任其流失于环境中 ,制造二次污染。(何豫川)
