生物矿化在重金属污染治理领域的研究进展

生物矿化通过生物代谢影响金属及类金属物质的形态分布,进而改变金属及类金属物质的生物有效性及毒性,在环境污染治理领域成为研究热点.文献计量学结果显示,2007—2017年生物矿化研究以微生物为主要对象,在纳米颗粒物和矿区修复等方面形成热点,并在环境学、生物学、化学和工程学等领域形成交叉学科.结合典型矿化菌与重金属间的矿化关联规律和微界面反应对微生物矿化中重金属的钝化机制进行归纳:①依据矿化菌与矿化产物的关联性对矿化菌进行分类,从碳酸盐、铁锰氧化物、硫化物和磷酸盐4类矿化产物角度汇总了碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌的代表微生物;②矿化菌通过诱导矿化的方式固定重金属离子,其中碳酸盐矿化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌可以直接促进金属矿物的形成,铁锰氧化菌生成的矿物间接吸附金属离子;③微生物矿化是由外及内的过程,细胞壁及胞外多聚物具有丰富基团,在矿化初期提供吸附和成核位点,原生质体也可以提供矿化场所,在矿化中后期继续固定游离离子.但是,由于微生物复杂的细胞结构及独特的生理习性,矿化过程的微界面反应机制研究尚显不足,需要利用生物学、矿物学、环境科学等领域的先进技术进一步的探索;同时也应开展宏观生态水平的生物矿化研究,并结合实际问题完善生物矿化在环境污染治理中的理论,为重金属污染地区的治理提供新的思路和技术.      

高原深水湖泊沉积物重金属背景值研究及潜在生态风险评估

为了解青藏高原湖区典型深水湖泊——羊卓雍错沉积物重金属污染水平及当前生态风险,以表层沉积物为基础,采用参考元素法计算研究区的重金属背景值,并对重金属生态风险状况进行了初步评估.结果表明:①羊卓雍错沉积物中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb的背景值分别为（27.49±11.39）（22.53±4.74）（15.93±6.44）（28.22±9.68）（11.96±2.34）（0.22±0.11）（0.04±0.03）（11.59±5.29）mg/kg.②羊卓雍错表层沉积物重金属生态风险指数为66.96~227.79,平均值为119.45,各采样点重金属潜在生态风险均处于低风险或中等风险,流域整体处于低风险.③羊卓雍错表层沉积物中8种重金属的潜在生态风险顺序为Hg > Cd > As > Pb > Ni > Cu > Cr > Zn,各重金属生态风险指数范围为0.97~123.25,平均值在1.01~56.67之间,除Hg处于中等风险外,其余7种重金属均处于低风险状态.研究显示,参考元素法可便捷、准确地计算受人类活动影响较小湖泊的沉积物重金属背景值,当前羊卓雍错沉积物中重金属质量分数主要受背景值影响,而人类活动对重金属污染亦有贡献,需适当加强关注.      

不同土地利用类型土壤重金属生态风险与人体健康风险

采集龙口市北部平原区5种土地利用类型表层土壤,检测5种重金属(Cu、Pb、Zn、Cd和As)的含量.在初步了解土壤重金属污染状况的基础上,利用调整评估阈值以后的Hakanson潜在生态风险评价模型和修正参数后的健康评估模型,评价该区由土壤重金属引起的潜在生态风险和对人体健康带来的风险.结果表明,本研究中的5种重金属含量均超过背景值;Cd元素的潜在生态风险高而复杂,在水浇地、果园和裸地中主要为二级风险,城市工业用地和采矿用地以重度风险为主,As元素在每种地类中一级和二级风险基本相当,其余3种重金属各地类的轻微风险面积占比都在70%以上; 5种元素的综合生态风险在除裸地外的地类中多为三级风险,城市工业用地及采矿用地四级风险的面积占比相对较大;该区5种土壤重金属对人体健康存在非致癌和致癌风险,成人和儿童由Pb元素引起的非致癌风险以经口摄入为主要途径,且致癌重金属As对这两类人群的致癌风险的暴露途径亦是经口摄入.     

Preparation and characterization of a novel hybrid chelating material for effective adsorption of Cu(Ⅱ) and Pb(Ⅱ)

The discharge of heavy metal ions such as Cu~2+and Pb~2+poses a severe threat to public health and the environment owing to their extreme toxicity and bioaccumulation through food chains Herein, we report a novel organic–inorganic hybrid adsorbent, Al(OH)_3-poly(acrylamide dimethyldiallylammonium chloride)-graft-dithiocarbamate(APD), for rapid and effectiv removal of Cu~2+and Pb~2+. In this adsorbent, the "star-like" structure of Al(OH)3 poly(acrylamide-dimethyldiallylammonium chloride) served as the support of dithiocarbamat(DTC) functional groups for easy access of heavy metal ions and assisted development of larg and compact floccules. The synthesized adsorbent was characterized by scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR), and thermogravimetric analysis(TGA). APD was demonstrated to hav rapid adsorption kinetics with an initial rate of 267.379 and 2569.373 mg/(g·min) as well a superior adsorption capacities of 317.777 and 586.699 mg/g for Cu~2+and Pb~2+respectively. Th adsorption process was spontaneous and endothermic, involving intraparticle diffusion and chemical interaction between heavy metal ions and the functional groups of APD. To assess it versatility and wide applicability, APD was also used in turbid heavy metal wastewater, and performed well in removing suspended particles and heavy metal ions simultaneously through flocculation and chelation. The rapid, convenient and effective adsorption of Cu~2+and Pb~2+give APD great potential for heavy metal decontamination in industrial applications.     

创建金属冶炼目录需要考虑的若干因素探讨

2014年12月1日施行的《中华人民共和国安全生产法》将金属冶炼单位纳入重点监管,极大提升了冶金有色行业的整体安全管理要求。为便于生产企业、安全监管部门和相关技术服务单位开展工作,国家安全生产监督管理总局组织制定了金属冶炼目录。就目录创建需要综合考虑的若干因素进行探讨。     

亚青会期间南京大气PM_(2.5)中重金属来源及风险

为探究亚青会期间南京奥体中心附近大气PM2.5中重金属来源及潜在的健康风险,于2013年8月3~28日对PM2.5中重金属元素V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sn、Sb和Pb进行了观测分析.结果表明:受亚青会污染源调控和气象要素影响,亚青会前、中、后不同时期重金属浓度存在差异,亚青会期间各重金属的浓度均值低于亚青会前期.富集因子分析显示Cu、Zn、Cd、Sn、Sb和Pb为重度富集元素,污染程度为CdCuZnPbSbSn.聚类分析表明工业排放、燃煤、道路尘和机动车尾气排放是这些重金属的主要来源.亚青会期间,PM2.5中各重金属通过呼吸途径对运动员造成的非致癌风险均小于1,5种致癌重金属的风险指数均低于致癌风险阈值范围.     

壳聚糖水凝胶制备及其对Pb~(2+)吸附性能研究

以壳聚糖为原料,丙烯酸为接枝单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂制备了一种新型壳聚糖水凝胶。通过FTIR、SEM、热重和能谱分析对壳聚糖水凝胶进行表征,并在此基础上考察其对Pb~(2+)的吸附行为。实验结果表明:所制备的壳聚糖水凝胶是一种性质稳定的多孔结构高分子聚合物,分子中含有大量的—NH_2、—OH、—COOH等活性基团,可通过螯合、离子交换或形成离子对等方式吸附金属离子,对Pb~(2+)具有较高的吸附去除效率。     

助剂对医疗垃圾焚烧飞灰浸出液中重金属电渗析分离的影响

通过医疗垃圾焚烧飞灰电渗析实验,比较了去离子水及助剂柠檬酸铵(0.25 mol/L)/氨水(1.25%)、葡萄糖酸钠的添加对重金属移除的影响,并比较了电渗析处理前后重金属形态的改变。结果表明:2种助剂的添加明显提高了重金属的移除率,且柠檬酸铵/氨水的效果优于葡萄糖酸钠;以柠檬酸铵/氨水作为助剂时,Pb、Zn、Cd、Cu、Cr 5种重金属的移除率分别达到11.1%、42.3%、56.7%、38.7%、7.5%;除了Cu外,Pb、Zn、Cd和Cr等4种重金属大都以负价态向阴极侧迁移;在葡萄糖酸钠为助剂时,5种重金属的大部分则均迁移到阳极侧;在去离子水及柠檬酸铵/氨水、葡萄糖酸钠等助剂作用下,飞灰中Cl的移除率均达到97%左右;电渗析几乎全部移除了飞灰中可交换态的重金属,同时部分碳酸盐态重金属被移除,残灰中重金属的铁锰氧化态、有机络合态或残余态的比例明显升高。     

徐州市不同功能区重金属污染与健康风险评价

为了解徐州市不同功能区表层土壤重金属的污染特征和健康风险,采集了65种城市表层土壤样品,分析Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等6种重金属的元素含量与富集特征。结果发现除绿地区Cr以外,3个区域的6种重金属元素均出现了不同程度的富集。采用《污染场地风险评估技术导则》推荐的健康风险模型对3个功能区进行健康风险评价,结果表明:Cr、Ni、Cu、Zn、Cd等5种重金属的非致癌风险呈现居民区>交通区>绿地区的趋势;经口摄入和呼吸吸入的健康风险大于皮肤接触;居民区Cr的健康风险为2.21,需要进行土壤治理;当空气铅含量为0.38μg/m3时,3个区域0~7岁儿童血铅浓度在10.0~17.0μg/L。     

分步沉淀法处理酸性矿山废水

采用分步沉淀工艺处理酸性矿山废水,考察了工艺条件对废水中有价金属元素回收效果的影响。实验结果表明:Ca(OH)_2为适宜的废水pH调节剂;调节废水pH至4.00左右并投加0.05 mL/L的H_2O_2,可首先去除Fe~(2+)及Fe~(3+),得到富Fe渣(w(Fe)=51.00%);调节废水pH至6.00~6.50,先投加50 mg/L的Na_2S,去除废水中的Cu~(2+),获得富Cu渣(w(Cu)=10.89%),再将Na_2S的投加量增至100 mg/L,去除废水中的Zn与Mn,获得富Zn-Mn渣(w(Cu)=2.37%,w(Mn)=6.79%,w(Pb)=1.61%);进一步调节废水pH至8.40,可去除剩余的Zn、Mn及其他重金属。分步沉淀工艺处理后的废水可达标排放,产生的富Fe渣、富Cu渣及富Zn-Mn渣可直接出售或具有利用价值。分步沉淀工艺可实现有价金属元素的高效回收,大幅度降低废水处理的实际成本,值得工程应用与推广。