重金属在水体中的存在形态及污染特征分析
《2024年水体重金属污染研究现状及治理技术》范文
《水体重金属污染研究现状及治理技术》篇一一、引言随着工业化的快速发展和城市化进程的加速推进，水体重金属污染问题日益严重，对生态环境和人类健康构成了严重威胁。
重金属如铅、汞、镉等，由于其难以降解、生物累积性强和长距离迁移的特性，一旦进入水体，往往会造成长期且难以逆转的污染。
本文将就水体重金属污染的研究现状及治理技术进行探讨。
二、水体重金属污染的研究现状1. 污染来源水体重金属污染主要来源于工业排放、农业活动、城市污水和固体废弃物等。
其中，工业排放是主要的污染源，包括冶炼、电镀、化工等行业的废水排放。
此外，农药、化肥的使用以及城市污水的排放也是水体重金属污染的重要来源。
2. 污染现状目前，我国的水体重金属污染问题十分严重。
许多河流、湖泊和近海海域都存在不同程度的重金属污染。
这些重金属不仅会影响水生生物的生存，还会通过食物链进入人体，对人类健康构成潜在威胁。
3. 研究进展针对水体重金属污染问题，国内外学者进行了大量研究。
这些研究主要集中在污染来源解析、污染程度评估、污染物迁移转化等方面。
通过这些研究，人们逐渐认识到水体重金属污染的严重性和复杂性，为后续的治理工作提供了科学依据。
三、水体重金属污染治理技术1. 物理法物理法是一种常用的水体重金属污染治理技术，包括沉淀法、吸附法、膜分离法等。
这些方法主要是通过物理作用将重金属从水中去除或分离出来。
例如，沉淀法可以通过添加沉淀剂使重金属形成沉淀物，从而从水中去除。
2. 化学法化学法是利用化学反应将重金属从水中去除的方法。
常用的化学法包括氧化还原法、络合沉淀法等。
这些方法主要是通过改变重金属的化学形态或价态，使其从水中分离出来或转化为无害物质。
3. 生物法生物法是利用微生物、植物等生物体或其代谢产物对重金属进行吸附、转化和去除的方法。
生物法具有成本低、环保等优点，是目前研究的热点之一。
例如，某些植物可以通过根部吸收和转运重金属，将其从水中去除；微生物也可以通过生物吸附、生物富集等作用降低水中的重金属含量。
7重金属
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渔业水质标准
汞 镉 铅 铬 铜 锌 镍 砷 ≤0.0005 ≤0.005 ≤0.05 ≤0.1 ≤0.01 ≤0.1 ≤0.05 ≤0.05
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重金属中度事件
河北满城小学发生群体汞中度事件 湖南省会附近一座小城， 湖南省会附近一座小城，越来越多的人死于 致癌的镉中度 湖南工业中心郴州附近， 湖南工业中心郴州附近，至少有250名儿童 血铅超标。 血铅超标。
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4、生物积累作用
水生生物可以从环境中浓缩一些重金属， 水生生物可以从环境中浓缩一些重金属，还 可以经过食物链的生物放大作用积累， 可以经过食物链的生物放大作用积累，逐级 在较高营养级的生物体内成千上万倍的富 集，然后通过食物进入人体， 然后通过食物进入人体，在人体中积 蓄，产生危害。 产生危害。 汞就是典型的积累性重金属。 汞就是典型的积累性重金属。
③水中溶解的有机物
如腐植酸， 如腐植酸，废水中的洗涤剂、 废水中的洗涤剂、NTA（氨基三乙酸）、 氨基三乙酸）、 EDTA、农药和大分子环状化合物
④水体中的悬浮颗粒物
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3、海水与淡水中金属形态产生差别的主 要原因
①离子强度不同， 离子强度不同，海水的离子强度大于淡水 ②海水中悬浮物浓度低， 海水中悬浮物浓度低，其吸附表面大大低 于淡水 ③主要阳离子与阴离子浓度不同， 主要阳离子与阴离子浓度不同，海水中无 机配位体如Cl-、SO42-等远大于淡水 ④淡水中有机配位体的浓度通常较高 ⑤海水与淡水中金属离子浓度也不同
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（4）碱度
碱度增大， 碱度增大，因水中游离金属离子可形成碳酸盐 沉淀， 沉淀，从而降低了水中游离金属离子浓度， 从而降低了水中游离金属离子浓度，毒 性降低。 性降低。反之亦然。 反之亦然。
重金属在水体中的化学状态、危害及其防治对策
镉 同汞和铬 一样 ，在水体 中的迁移转 化行为依赖 于水体 的ｐ Ｈ，胶体颗粒 物对镉 化物 的吸 附作用 ，水 体
的氧 化还原 电位特性 等 因素 的影响 。如水体 中镉化 物 浓度 的变化 ，在很大程 度上受水 体 中各 种氧化 物 、碳 酸盐 、硫 酸盐 和硫化 物的溶解 度的制 约。特别是镉 的 络合 和螯合作 用使镉 化物溶 于水 中，提高 了镉在水 中 的溶 解度 。此外 ，土壤微粒 、各种氧 化物和 氢氧化物 形成 的胶体颗 粒物 以及 有机物 腐植酸 ，都对 水体 中的
这就是砷在水体中的主要迁移转化过程 。 无论是 无机砷还是有 机砷 ，在水体 中都 能发生氧 化还 原 、配 位基 交换 、沉淀 与 吸附等 化学 物理 过程 。 水 体 中的砷 化物 主要 呈 四种 稳 定 的价 态 ，即正五 价 、 正三价 、零 价和负 二价。零价态 的元素砷 只在极个别 情况下存 在。而负 三价的砷也 只在氧化还原 电位最低 的水体 中存在 ，在水 体呈 氧化 还原状态 。水体 的氧化 还原 电位处 于中值时 ，则三价砷化物如 Ｈ Ａｓ Ｏ 、水体 中的砷化物可以发生吸附和共沉淀作用 ；亚砷酸盐 、砷 酸在 富氧水体 中，被水合 氧化铁 吸附而发生共沉 淀作
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５ ０・
Байду номын сангаас
中国环境 管理
２ ０ １ ３ 年第５ 卷 第 ６期
重金 属在水体 中的化 学状态 、危害 及其
防治对策
欧异斌 刘 忠义 娄敏 ’ 秦普丰 ’
（ １ ． 湖 南农业大学资源环境 学院 ，长沙 ４ １ Ｏ １ ２ ８ ；２ ．湖 南省环境保 护厅 ，长沙 ４ １ ０ ０ １ ９ ）
１ ． １水体 中汞的化学状态
水体中重金属形态分析的实验方法综述_许东升
收稿日期：2011-02-22基金项目：安徽省教育厅高等学校自科学研究重点项目（KJ2011A261）作者简介：许东升，男，宿州学院讲师，主要从事水环境重金属研究。
水体中重金属形态分析的实验方法综述许东升黄淑玲李琦方刚摘要：概述了以实验分离测定为手段的水体重金属形态分析方法，详细介绍了天然水中重金属的形态分离检测方法及沉积物中重金属的形态提取方法，评价了各种分析方法的优缺点。
关键词：重金属；形态分析；分离测定；实验方法中图分类号：X830.2文献标识码：A文章编号：（G ）11045（2011）02－63－04（宿州学院地球科学与工程学院安徽宿州234000）在自然界的100多种元素中，约有80多种金属元素，其中密度5.0g/cm 3的金属元素约有45种，称之为重金属元素。
而在环境污染研究中，重金属多指Hg 、Cd 、Pb 、Cr 等金属元素，以及As 、Se 等处于金属和非金属之间的具有显著生物毒性的类金属元素[1]。
重金属污染是指重金属及其化合物造成的环境污染，主要表现在水体污染中，是由未经适当处理即向外排放的采矿、冶金、化工、石油等多种工业废水、生活污水、受流水作用的废弃物堆放场以及富含重金属的大气沉降物等的输入，使得水体中重金属含量剧增超出水的自净能力而引起。
重金属污染物进入水体后不易分解，经过沉淀、溶解、吸附、络合等物化反应后，能够在底泥及动植物体内中形成积累，进而产生食物链浓缩，使毒性放大，对人类和其它生物的健康及生存产生严重的影响[2]。
而重金属在水体中的迁移转化规律、毒性大小以及可能产生的环境危害程度不仅与重金属总量有关，更大程度上取决于其赋存形态。
在不同的化学形态下，重金属有着不同的环境效应。
如Cr 3＋是人体的必需元素，而Cr 6＋则对人体有明显的毒性。
因此，水体重金属化学形态的研究对于控制和治理水体重金属污染，维护水环境安全具有重要的意义。
本文在综述了近些年国内有关水体重金属形态分析研究成果的基础上，总结和介绍了几种常见的重金属化学形态的实验分析方法，旨在为水体重金属污染的检测和治理提供参考。
重金属污染的特点、来源及在环境中的存在状态
重金属污染的特点、来源及在环境中的存在状态现在科技的发展让很多金属也有了用武之地，而且应用于各个领域，可以说金属已经成为我们生活的一部分。
在109种化学元素中，83种是金属，密度大于5的金属统称为重金属，如金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等45种。
常说的重金属污染，主要是指汞、镉、铅、铬，以及它们的类金属物等生物毒性显著的重金属物引起的污染。
重金属污染的特点是：(1)天然水中的微量重金属就可产生毒性效应。
重金属产生毒性大小的浓度范围取决于该金属的性质(如价态、形态)，如汞、镉产生毒性的浓度范围是0.001～0.01mg/L。
(2)它们与有机污染物不同，水中微生物不仅不能降解重金属，相反地某些重金属元素在微生物的作用下转化为金属有机化合物，产生更大的毒性。
经过“虾吃浮游生物，小鱼吃虾，大鱼吃小鱼”的水中食物链被富集，浓度逐级加大。
而人正处于食物链的终端，通过食物或饮水，将有毒物摄入人体。
若这些有毒物不易排泄，将会在人体内积蓄，引起慢性中毒。
在生物体内的某些重金属又可被微生物转化为毒性更大的有机化合物(如无机汞可转化为有机汞)。
(3)重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进入人体，从而对人体健康产生不利的影响，而且这种影响具有隐蔽性，有些重金属对人体的积累性危害影响往往需要一二十年才显示出来。
(4)重金属离子在水体的迁移转化是一个复杂的过程，它与水体的酸碱条件、氧化还原条件等有着密切的关系。
一般的迁移反应可归纳为：离子性化合物的溶解，形成各种无机的、有机的配位化合物；可溶性物质在固体表面的吸附和解吸，沉淀或在固体表面上共沉淀，合并于固体物质或晶体结构。
(5)进入水体的重金属污染物大部分沉积于底泥中，少部分以可溶态及颗粒存在于水体。
(6)重金属污染物不易或不能用感官察觉到，就如同人们不能用感官去认知空气是否存在细菌、病毒一样，只有用科学的调查、化验分析才能确认。
(7)受重金属污染的蔬菜、水果、水产品并不能通过浸泡、清洗、多次煮来去除其含有的重金属，因为它存在于动植物的体内，不像农药那多洗就可以清除干净。
谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征
谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征（武汉大学）一，前言铅是一种重金属，由铅组成的盐类大部分是不溶于水的，当水体中铅的浓度达到一定范围时就会对人体、渔业、农业灌溉等等都会产生极大的危害，铅在人体内富集可以使铅中毒。
伴随着社会上出现的一系列铅污染问题，例如儿童铅中毒、孕妇铅中毒等，科学家对铅的了解和研究进一步的加深。
水圈与大气圈和岩石圈共同组成了生物圈，可见水环境的重要，铅在水体中的迁移与转化也必然随之成为社会的焦点问题。
二，铅在水体中的存在形态关于铅元素在水体中的存在形态，一般按其总量分为“可溶态”和“颗粒态”，一些+2价铅和+4价铅离子都是可溶态的，可溶态的铅毒性较大，可以为人、生物直接吸收，储积性强。
悬浮物和沉积物中的铅是颗粒态的。
三，铅在水体中迁移转化的类型和规律和其他重金属一样，铅在水体中不能为生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化、分散和富集，这就是铅的迁移与转化，按照其运动的形式可以分为机械迁移转化、物理化学迁移转化、生物迁移转化。
⑴对于铅的机械迁移转化，主要是铅在水体中被包含于矿物质或是有机胶体中，或是被吸附在悬浮物上，以溶解态或是颗粒态的形态随水流迁移转化。
⑵铅在水体中的物理化学迁移转化主要分为沉淀作用、吸附作用和氧化还原作用。
在此笔者详细的讨论一下其转化过程。
从高中的知识我们知道铅盐的溶解度都非常小，在偏酸性的水体中Pb 的浓度被PbSO 和PbS等限制着，水体中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，Pb +SO ─PbSO (沉淀)，Pb +S ─PbS(沉淀)，生成的PbSO ,PbS不溶于酸；在偏碱性的水体中铅的浓度受Pb(OH) 的限制，Pb(OH)─Pb + 2OH ，此反应是可逆的，水中OH 较多，使得平衡向逆向移动，又水解反应Pb +2H O─Pb(OH)+H ，OH 中和H 使得平衡向正向移动。
另外铅离子在水体中会发生络合反应生成一些络合物，所以铅通过沉淀作用可以使铅在水体中的扩散速度和范围得到限制。
水体中重金属污染物
水体中重金属污染物——汞对什么是重金属，目前尚没有严格的统一定义，在环境污染方面所说的重金属主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。
至于对具有一定毒性且环境中广为分布的如锌、铜、钴、镍、锡、铝等金属及它们化合物的环境行为研究，也应归入环境化学内容，但因限于篇幅，下面仅对汞、镉、铅三种重金属元素的环境化学分别予以阐述。
5.4.1汞及其化合物的基本性质汞的元素丰度在地壳中占第63位(80%/kg),在海洋中居第4。
位(0.15由/L),所以汞在各圈层中的储量及在各圈层间迁移通量都较小。
汞在周期表中与锌、镉两元素同处IIB族。
汞的化学性质、地球化学性质与镉比较相近，但与锌比却有较大差异。
在与同族元素比较中，汞的特异性表现在：①氧化还原电位较高，易呈金属状态；②汞及其化合物具有较大挥发性。
汞蒸气压随温度变化的数据如表5-7所示；各种无机汞化合物挥发性强弱次序为：Hg>Hg2Cl2>HgCl2>HgS>HgO；烷基汞化合物的饱和蒸气浓度为：CH3HgCl (94mg/m3)、CH3HgBr (94mg/m3)、CH3Hgi (90mg/m3)、CH3HgOH (10mg/m3)、C2H5HgCl (8mg/m3)、C2H5HgI (9mg/m3)。
③单质汞是金属元素中唯一在常温下呈液态的金属(mp=-38.9℃),具有很大流动性和溶解多种金属而形成汞齐的能力(如钠、钾、金、银、锌、镉、锡、铅等都易与汞生成汞齐)；④能以Hg2Cl2一价形态存在；⑤与相应的锌化物相比，汞化合物具有较强共价性，且由于上述较强挥发性和流动性等因素,使它们在自然环境或生物体间有较大的迁移和分配能力。
表5-7汞的蒸气压温度(℃)蒸气压(Pa) 温度(℃)蒸气压(Pa)00.025300.371100.065400.810200.16050 1.689在25℃温度下，元素汞在纯水中溶解度为60%/L,在缺氧水体中约为25|ig/L。
重金属废水污染特征及其危害
重金属废水污染特征及其危害重金属废水来源：重金属废水来源于有色金属生产、电镀、采矿、化工等部门，主要来自矿山排水、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、钢铁厂酸洗排水等。
废水屮重金属离子的种类、含量及* 其存在形态随生产种类不同而有所差异。
重金属废水的危害：重金属废水(如含镉、铅、砷、汞、铬)是一类对环境污染最严重和人类危害最大的工业废水之一。
大多数金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体。
某些重金属及其化合物能在鱼类及其他水生生物体内以及农作物组织内富集、累积并参与生物圈循环。
常见的重金属及其危害性如下：铬(chromium，Cr)在环境中主要存在着两种价态（Crdll)和Cr(VI))，其中，CKVI)的毒性比(Mill)高约100倍,CKVI)是一种强氧化剂，具有强致癌变、致畸变、致突变作用，如可以诱发肺癌和鼻咽癌，此外，铬还对皮肤黏膜有刺激作用，可以引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎。
由于铬的毒性强，且不易被微生物分解，食物链在生物体内富集，水溶性Cr(VI)已被列入对人体危害最大的8种化学物质之一，是国际公认的3种致癌金属物之一。
世界各国普遍把铬污染列为重点防治对象,并且对铬的饮用卫生标准有严格的规定，我国和世界卫生组织(world health organization，WHO)都在饮用水卫生标准中规定铬的最高允许浓度（maximum contaminant level, MCL)为0. 05mg/L。
镉(cadmium，Cd)是一种有毒物质，进人人体后的镉主要分布于胃、肝、胰腺和甲状腺内，其次是胆囊和骨骼中，尤以对肾脏损害最为明显，还可导致骨质疏松和软化。
镉的排出速度很慢，人肾皮质镉的生物学半衰期是10～30年。
长期饮水和从食物中摄取含镉物质，可引起慢性镉中毒。
最典型的例子是发生在日本的富山省神通川流域的“痛痛病”'，由于镉代替了骨骼中的钙而使骨质变软，患者长期卧床，营养不良，最后发生废用性萎缩、并发性肾衰竭而死亡。
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重金属在水体中的存在形态及污染特征分析
摘要阐述了重金属在水体中的存在形态类型及迁移性质,介绍了重金属迁移规律的研究方法,并分析了重金属在水体中的污染特征。
关键词重金属;水体;存在形态;迁移规律;污染特征
1重金属在水体中的存在形态
1.1存在形态的类型
要分析污染物在水体中的迁移转化规律,首先就要了解污染物在水体中以何种形式存在以及各存在形态之间的关系,对重金属污染物的研究也不例外。
汤鸿霄提出“所谓形态,实际上包括价态、化合态、结合态和结构态4个方面,有可能表现出来不同的生物毒性和环境行为”,这里所分析的存在形态主要指重金属在水体中的结合态。
水体中重金属存在形态可分为溶解态和颗粒态,即用0.45μm滤膜过滤水样,滤水中的为溶解态(溶解于水中),原水样中未过滤的为颗粒态(包括存在于悬移质中的悬移态及存在于表层沉积物中的沉积态)。
用Tessier等[1]提出的逐级化学提取法又可将颗粒态重金属继续划分为以下5种存在形态:一是可交换态,指吸附在悬浮沉积物中的黏土、矿物、有机质或铁锰氢氧物等表面上的重金属;二是碳酸盐结合态,指结合在碳酸盐沉淀上的重金属;三是铁锰水合氧化物结合态,指水体中重金属与水合氧化铁、氧化锰生成结合的部分;四是有机硫化物和硫化物结合态,指颗粒物中的重金属以不同形式进入或包括在有机颗粒上,同有机质发生螯合或生成硫化物;五是残渣态,指重金属存在于石英、黏土、矿物等结晶矿物晶格中的部分。
1.2迁移性质
不同存在形态的重金属在水体中的迁移性质不同。
溶解态重金属对人类和水生生态系统的影响最直接,是人们判断水体中重金属污染程度的常用依据之一。
颗粒态重金属组成复杂,其形态性质各不相同。
可交换态是最不稳定的,只要环境条件变化,极易溶解于水或被其他极性较强的离子交换,是影响水质的重要组成部分;碳酸盐结合态在环境变化,特别是pH值变化时最易重新释放进入水体;铁锰水合氧化物结合态在环境变化时也会部分释放;有机硫化物和硫化物结合态不易被生物吸收,利用较稳定;残渣态最稳定,在相当长的时间内不会释放到水体中。
2迁移规律研究方法
不同存在形态的重金属,从所结合的载体上分离下来的化学条件和难易程度也不同,即稳定性存在差异,因此其对水体造成的污染程度也不相同。
不同的重金属污染物在水体中存在形态的分布规律存在差异,可以通过研究它们之间的分布差异以及相互转化过程,研究重金属迁移转化过程,并作为判断其对水体危害的依据。
分析沉积物重金属污染问题时,仅认识到重金属的总量是不够的,还需要分析其中的各组分含量和分布规律,进而讨论沉积物中重金属污染物的污染性质、转化机理以及对水体的潜在污染等问题[2,3]。
在研究整个水体中重金属污染问题,也常使用该方法分析重金属水相和固相相互迁移的主要形式[4,5],据此得出重金属不同形态在水体中的迁移的动态转换以及最终归宿等。
这种以分析化学为基础研究重金属迁移转换规律的方法,其优点在于能够直观地通过实测结果分析污染情况,不足之处是各种分析方法在技术上还存有明显的缺陷。
目前还没有一种方便、有效的重金属形态分析方法,因此寻求灵敏性高、选择性强的分析方法对各种形态进行分离研究还有待进一步探索。
3水体中重金属污染特征
3.1重金属污染的作用机理
重金属污染物为非降解性有毒污染物,进入水体后不仅不能被微生物降解,而且某些重金属在微生物的作用下可转化为金属有机化合物,产生更大的毒性,细菌在甲基汞形成中的作用就是比较典型的例子[6]。
重金属元素主要是通过阻碍生物大分子的重要生理功能,取代大分子中的必需元素以改变其活性部位的组成来影响生物体的正常发育和新陈代谢。
重金属进入水体后会对整个水生生态系统产生影响,即生态效应,水生动植物体内积累到一定程度时,就会出现受害症状,影响到正常生长,并且也直接或间接地危害到人体健康。
3.2重金属沉积物污染
重金属在水体中迁移的最终归宿是沉降到沉积物中,并有少部分被水生生物吸收蓄积,因此评价水体中重金属污染问题时除分析水相重金属污染物状况外,还需研究沉积物的污染状况。
采用从沉积学角度提出的评价分析方法,最常用的如地积累指数法[7]、潜在生态危害指数法[8]以及脸谱图法[9]等。
沉积物是地球表
面层储存污染物的重要场所,一旦沉积物环境遭到严重的破坏,必然导致生态环境的恶化。
因此,重金属污染问题的研究对于沉积物很有意义,同时结合沉积学内容有助于该问题研究的全面性。
3.3不同价态的重金属毒性
由于重金属元素大多属于过渡性元素,因此价态存在形式也多变,易通过氧化还原反应在各种价态之间转化。
当水环境条件变化时,各种价态之间相互转化,产生的毒性效
应也就不同。
例如,铬在水体中主要以三价铬和六价铬的化合物为主,六价铬的毒性大,三价铬次之。
三价铬大多数被底泥吸附转为固相,少量溶于水,迁移能力弱;六价铬多以溶解态存在,迁移能力强,两者通过氧化还原反应相互转换。
汞是重金属中很让人担心的一类,无机汞盐通常有一价和二价2种存在形式,同时还可以形成有机汞化合物。
有些汞化合物基本上是无毒的,可以用作药物;而另一些化合物特别是有机汞,如甲基汞和二甲基汞等,毒性极强。
4参考文献
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[8] 贾振邦,赵智杰,杨小毛,等.洋涌河、茅洲河和东宝河沉积物中重金属的污染及评价[J].环境化学,2001,20(3):212-219.
[9] 宋菲,郭玉文,刘孝义,等.对评价河流沉积物中重金属污染的图形表示方法——脸谱图法的改进[J].农业环境与发展,1996(3):24-26,13.。