煤燃烟气重金属、超细颗粒等污染物治理的现状和发展大学论文.doc

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1、燃煤烟气重金属、超细颗粒等污染物治理的现状和发展第一部分 重金属污染概述1.1 重金属污染的机理和危害1.1.1 重金属污染的机理重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。如日本的水俣病和痛痛病分别由汞污染和镉污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。重金属指比重(密度)大于4或5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重

2、金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。如日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的；又如痛病，是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气

3、排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成目前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍，损害了人体健康。1.1.2 重金属污染的危害 自然界存在着很多重金属，比如锌、镉、铜、铅等，这些重金属同样存在于人体内，是人体的必需元素。但是，凡事都有一个量的问题，任何东西一旦超过正常的量，它必然给环境或人体造成不良影响。而我们常说的重金属污染指的就是因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质量恶化。近年，关于重金属污染事件屡见不鲜，从湖南儿童血铅超标事件，陕西凤翔数百儿童铅超标到重金属污染“菜篮子”等等，近日南方周末又有报道说，饮水机内也存在重金属污

4、染，可见重金属污染已影响到我们的生活环境。我们常见的塑料门窗也同样存在重金属铅的污染。塑料门窗属于PVC异型材，PVC异型材用热稳定剂体系主要有铅盐、有机锡、钙锌及其复合稳定剂。因铅盐稳定剂的稳定效果好，成为了目前我国塑料门窗生产中使用最多的稳定剂，但因铅的毒性，虽然并不直接与人体接触，仍对环境和人体健康造成威胁。北美地区不准硬聚氯乙烯门窗使用铅稳定剂。加拿大卫生部1996-48文件，美国消费者产品安全委员会第96-150文件和第4426号文件对此均有明确规定。但铅盐稳定剂的污染问题在我国目前尚未得到重视。专家分析指出：目前我国塑料生产企业的工艺、设备、技术研发较落后，是造成污染严重的主要原因

5、，而管理不善、地方保护及人们环保意识淡薄，加剧了污染，强化治理迫在眉睫。1.1.3 人体内重金属超标的症状铅：人体内正常的铅含量应该在0.1毫克/升，如果含量超标，容易引起贫血，损害神经系统。而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多。砷：俗称“砒霜”，如果24小时内尿液中的砷含量大于100微克/升就使中枢神经系统发生紊乱，并有致癌的可能。而且如果孕妇体内砷超标还会诱发畸胎。镉：正常人血液中的镉浓度小于5微克/升，尿中小于1微克/升。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。汞：正常人血液中的汞小于5-10微克/升，尿液中的汞浓度小于20微克/升。如果急性汞中毒，会诱发肝炎和血尿。1.2 我国重金属污染现状

6、1.2.1中国汞排放量第一 汞污染防治责任重大我国被认为是向大气中排汞量最多的国家之一，近年来我国科学家加强对汞污染防治问题研究，政府部门出台更多环保措施，在全球汞污染治理中承担更多责任。中国科学院地球化学研究所研究员冯新斌第九届全球汞污染物国际会议上介绍，多年的含汞矿产的开采对我国一些地区环境产生了严重污染，受污染地区的修复及土壤复垦成为摆在当地矿区人民面前新的难题。上世纪我国也曾发生过多起汞污染的事件，如贵州百花湖、东北松花江、蓟运河和锦州湾等，水生生态系统受到了严重的污染。此后，我国对松花江的汞污染进行了十年的治理。减少汞污染已成为当前我国在改善和环境保护方面的一大关注点。近几年来，我国

7、环境保护部门加强了对汞的生产、使用、进口、出口及加工的管理，汞矿开发受到严格限制。同时，我国大力发展洁净煤技术和新能源产业，因煤矿燃烧造成的汞污染也有所下降。此外，我国已开始逐步建立汞污染监测系统，加强污染监控。我国汞矿资源丰富，总保有储量万吨，居世界第位。现已探明储量的矿区有处，分布于个省（自治区），其中以贵州省为最多，其储量为全国汞储量的，著名汞矿有贵州万山汞矿、务川汞矿、丹寨汞矿、铜仁汞矿以及湖南的新晃汞矿等1.2.2 重金属对大气的污染一、燃煤电站、燃煤工业锅炉、燃煤炉窑等烟气排放污染问题最为突出。燃煤烟气污染控制是控制大气环境污染的重要途径，烟气脱硫脱氮脱汞除尘脱除超细颗粒物是控制燃

8、煤烟气污染的重点。围绕我国大气污染控制方面的重大需求和国际技术前沿，通过关键技术研发和系统集成，开发具有自主知识产权的燃煤电站、燃煤工业锅炉、燃煤炉窑等利于发展循环经济、资源综合利用的烟气和废气污染控制技术与设备，加快节能减排工程建设。我国是世界产煤大国，煤炭产量占世界的37%，同时也是一个燃煤大国，能源消耗主要以煤炭为主，能源结构中煤的比例高达75%，燃煤产生的污染物SOx和NOx早已引起人们的广泛关注。现在燃煤造成的痕量元素(如Hg、Pb、As、Se等)污染问题也正在引起人们的重视，特别是燃煤造成的汞污染。在世界范围内，由于人类活动造成的汞排放占汞排放总量的10%30%，燃煤电厂汞的排放占

9、主要地位。据美国环境保护机构估计，1994年至1995年，美国由于人类活动排出的汞达150t，其中约87%是由燃烧源排出的。我国1978年至1995年，燃煤造成的汞排放量累计达到2500t，每年增速为14.8%，2000年燃煤造成的汞排放量估算为273t。汞作为煤中一种痕量元素，在燃煤过程中，大部分随烟气排入大气，进入生态环境的汞会对环境、人体产生长期危害。烟气中的汞主要以两种形式存在：单质汞和二价汞的化合物。单质汞具有熔点低、平衡蒸气压高、不易溶于水等特点，与二价汞化合物相比更难从烟气中除去。汞的毒性以有机化合物的毒性最大，大量的汞通过干沉降或湿性沉降使甲基汞侵入沉降污染水体。生物反应后形成

10、剧毒的甲基汞，与-SH基结合形成硫醇盐，使一系列含-SH某酶的活性受到抑制，从而破坏细胞的基本功能和代谢。甲基汞能使细胞的通透性发生变化，破坏细胞离子平衡，抑制营养物质进入细胞，导致细胞坏死。汞能在鱼类和其他生物体内富集后循环进入人体，对人类造成极大危害，并对植物产生毒害，导致植物叶片脱落、枯萎。由于汞在大气中的停留时间很长，毒性也大，因此对于汞的排放控制研究已成为研究热点。汞是一种地方性、区域性和全球性的污染物，危害人体健康。研究表明，汞与胎儿中枢神经系统先天缺陷、儿童语言和运动能力发育迟缓、儿童自闭症、成年人心血管疾病，包括心脏病发作等有关联。减少汞排放有利于人类健康和环境。 汞可以通过多

11、种渠道进入大气，包括自然过程（如火山爆发）和人为活动（如电厂燃煤），现在电厂燃煤已经成为美国最大的人为汞污染源。美国及欧洲国家对工业汞排放控制经验表明，减少汞的排放会迅速和有效地降低食物链中的汞量，进而减少人类对汞的摄入，防止由此而产生的病变和危害。通过控制燃煤电厂汞排放将显著地降低生物群中汞，增强公众的健康。二、大气污染防治技术发展现状在脱硫除尘技术领域，已发展了以石灰石-石膏法烟气脱硫技术为主流的包括石灰石-石膏法、烟气循环流化床法、海水脱硫法、脱硫除尘一体化、半干法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部烟气增湿活化法、活性焦吸附法、电子束法等十多种烟气脱硫工艺技术，并解决了主流工艺中关键设备的自

12、主研发和制造问题。在袋式除尘技术领域，主机、滤料和自动控制的质量和技术水平都有很大的提高，对于烟气以及粉尘适应性有更大的提高，并且在加强清灰，提高效率，降低消耗，减少故障，方便维修等方面达到了更高水平，耐高温，耐腐蚀滤料和特种纤维的研究、开发，生产等方面有了重大突破。在电除尘技术领域，经过引进国外电除尘本体及电源加工、制造技术的消化吸收，完成了高效电除尘技术的研制，已达到了一定水平。在机动车污染治理技术领域，随着各项机动车标准的实施，加速了跨国公司在国内的合资、独资企业的建设步伐以及新技术的转移速度，也加快了国内科研单位的技术产业化进程。我国在细微粉尘控制技术、脱硫新工艺开发、脱硝技术开发应用

13、、VOC控制、柴油车污染物控制高温滤料产生等技术设备领域，还处于应用前期，在重金属污染控制方面还是空白。1.2.3中国城市土壤重金属污染研究现状及对策中国城市土壤重金属污染的主要来源是工业“三废”排放，金属采矿和冶炼，家庭燃煤，生活垃圾，汽车尾气排放。重金属在城市土壤中的分布规律表现为城市土壤重金属含量高于郊区，人类活动密集区和交通拥挤区重金属含量较高；人类活动的干扰导致土壤剖面重金属污染特征不明显。应采取预防与治理相结合的措施综合控制土壤重金属污染，并加紧制定我国的城市土壤健康评价标准。城市工业发达，污染源众多，重金属污染源不仅数量多，而且种类繁多。加上城市人口集中，人类活动频繁，与土壤直接

14、或间接接触的几率很高，相比于自然土壤或农用土壤而言，这类土壤的重金属污染更容易对人体健康造成危害。城市土壤的重金属污染已成为国际研究的热点，我国学者对城市土壤的重金属污染研究起步较晚，系统而深入的工作还不多，但也初步积累了一些资料。一、中国城市的重金属污染特点1、 空间分布特征总体来说，城市土壤中重金属含量要明显高于郊区及远离城市的农田土壤的含量，城市是郊区土壤重金属污染的源。随蔬菜地与城市距离的增加，南京市郊菜地土壤中重金属含量从城区到郊区这一距离上呈下降趋势，郊区到农区则基本不变4。成都市区主要污染元素为Hg、Pb、Zn和Cu，其污染状况市区及工厂区比城郊严重，且表现出一环路二环路三环路的

15、趋势5。全国煤炭之乡、能源重化工基地山西太原市区土壤中Cu、Cd、Cr、Zn、Mn等5种元素的含量均高于郊区6。市区内部土壤重金属分布呈现一定的规律，表现为交通干线两侧，人类活动密集的闹市区、广场，老工业区，居民区污染较为严重，而公园、风景区等受人为活动影响较少的功能区，污染则较轻。南京市矿冶区、开发区、商业区、城市广场、风景区和老居民区等6大功能区重金属综合污染指数分别为5.4、4.9、3.4、1.6、2.4和2.37，这与其它地区的研究结论相类似8。对六朝古都开封城区土壤的研究也表现出了相类似的结果9。城市公园是人群与土壤直接接触较多的地方，其土壤质量的好坏对人体健康尤其是儿童生长发育会有

16、直接影响。北京城区三十多个公园土壤Pb质量分数调查表明，虽然污染程度轻的公园占大多数，但以故宫、颐和园、北海为代表的著名公园污染指数远远高于其它公园，且这些公园客流量大，对人健康造成的影响也大10。中国目前还没有制定针对城市居民健康的土壤环境标准，应用Mielke等（1999）提出的城市儿童临界血铅浓度的土壤Pb总质量分数为80 mg/kg11，北京市区公园超标率达30%。重金属在土壤剖面特征不同于自然土壤或表层耕作的农业土壤，城市土壤受人为扰动较大，挖掘、搬运、堆积、混合、和大量的废弃物填充，使自然土壤发生层被破坏，土壤结构与剖面发育层次十分混乱。部分研究对城市土壤重金属剖面特征做了分析，卢

17、瑛等12研究表明，南京市Pb在土壤剖面中分布无规律，底土层含量仍然很高。2、 形态特征城市生态系统中，城市土壤为城市绿化植物提供生长基础，供应营养物质。活性态金属易在土壤中迁移和被植物吸收而影响植物的生长，非残渣态总量可以作为活性态重金属的一种指标13。与农业土壤相比，城市土壤重金属可移动态比例增大，生物有效性提高14。南京市土壤重金属形态分析表明，活性态比例大小为MnPbZnCuCoNiV CrFe，与非城区相比，其主要来源为人为输入的Mn、Cu、Zn、Pb残渣态所占比例低，活性态比例大15。二、城市土壤重金属多介质污染及对人体健康危害1、食物链传递城市（郊）蔬菜是城市居民重金属污染暴露的主

18、要途径，对于其形态及其在土壤蔬菜中的转化特征，国内外已做了深入而系统地研究。中国的郊区为市区蔬菜的主要供应基地，其土壤重金属含量将对城市人群健康城市直接影响，目前的很多研究表明，中国的城市郊区菜地土壤已受到了不同程度的重金属污染1618，许多向大城市供应的蔬菜中，重金属含量都已超过相应标准。2、地面扬尘在城区内部，由于城市土壤中主要种植花草树木等观赏或净化空气类植物，因此通过植物累积，食物链传递对人体健康造成危害的几率不大。城市土壤对人类的危害途径主要是通过人体直接接触（如公园土壤与游人直接接触、儿童摄取等）、风起扬尘被人体直接吸入。颗粒物来源分析表明，重庆城区道路土壤尘土对大气TSP贡献比重

19、为5%13% 19，长春大气颗粒物来源中土壤占36.7%20。因此周围土壤的污染物浓度将对长期居住和活动于城区的较固定的人群（如儿童）产生较大危害。中国北方春季易刮大风，沙尘暴天气时有发生。研究21, 22发现沙尘暴时，来源于土壤的离子和元素浓度迅速增加，污染元素Pb，Zn，Cd，Cu在沙尘暴期间的浓度比平常高出312倍，并且TSP（总悬浮颗粒物100 m）和PM10（可吸入颗粒物10 m）的质量浓度极高，表现出明显的污染特征，这大大增加了人体吸入重金属的量。3、影响城市土壤微生物活性城市土壤重金属污染还会导致土壤中的微生物特性发生显著变化，相对于农村土壤来讲其土壤中微生物群落在结构上产生明显

20、的差异，微生物基底呼吸作用明显增强，但微生物生物量却显著降低，Biolog数据显示城市土壤对能源碳的消耗量和速度也明显提高23，主成分分析显示土壤中的重金属的积累，特别是有效态重金属Pb、Zn和Cu的积累是导致这种差异的主要原因。4、污染城市水体城市土壤的多介质污染还表现在对城市地表径流、地表水以及地下水的污染。城区内存在广泛的地表封闭和土壤压实现象，使得城市土壤短期蓄存缓冲能力和入渗功能下降或消失，地表径流系数增加，加上城市土壤绿地覆盖不足，大雨时很容易产生短期城市洪涝灾害，径流会携带重金属物质，从而造成城市地表水污染。而地面积水土壤污染物的富集还会对地下水造成威胁。三、城市土壤重金属来源1

21、、工业“三废”排放，采矿和冶炼，家庭燃煤，生活垃圾渗出，汽车尾气排放，是中国城市重金属污染的主要来源。2、矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要工业源，它们以“三废”形式不断向城市土壤排放重金属，在某些工厂企业的周围有些土壤的Zn、Pb质量分数甚至高达3000 mg/kg。3、燃煤释放也是土壤重金属重要来源之一，王起超等24研究得出1995年中国燃煤排放汞302.9 t，其中向大气排放量为213.8 t，北京、上海、天津等超大城市排汞强度较高。虽然近些年城市的供暖供气都已有了很大的改善，煤气的使用和冬天集中供暖使冬季空气污染情况大大改善，但过去的燃煤所释放的重金属已经沉降

22、至城市土壤中，这会对城市生态系统、环境及人体健康产生长期效应。 4、机动车尾气排放既是城市大气的主要污染源，也显著引起公路两侧土壤的重金属污染，汽车汽油、发动机、轮胎、润滑油和镀金部分都能燃烧或磨损而释放出Pb、Cd、Cu、Zn等重金属25。对乌鲁木齐、西宁市的研究26, 27都证明了这点。据估计，中国到2010年将形成600万辆的汽车年产量，汽车保有量达到4800万辆，而大部分将在城市，这必然会进一步增加城市环境压力，我们必须重视这一问题。市区内的垃圾堆放，也会使重金属渗漏释放到土壤中，使城市土壤局部重金属含量增加。城市生活垃圾中部分重金属元素含量超标28。堆放垃圾在雨水淋洗下会向土壤中释放

23、有毒元素，释放到土壤中的主要是其有效态部分29，且由于在表生条件下以有效态形式存在的金属元素几乎不可能再结合到残渣态去30，这会使重金属在土壤中迁移能力增加，污染地下水。5、大气的干湿沉降是城市中土壤重金属积累的主要途径，目前国内的学者对大气的汞沉降研究较多31, 32，而其它重金属的干湿沉降研究较少，张乃明得出太原市重金属Hg、Cd、Pb沉降量分别为：4.48、6.34、349.4 g/(hm2a)33。今后应多开展城市大气重金属沉降方面的研究。四、控制城市土壤重金属污染的对策1、减少或切断重金属污染源对于工矿企业，应该严格控制生产过程中有毒元素的排放及泄漏，废弃物的排放、堆放采取物理化学措

24、施处理，减少它们对环境污染；禁止对废渣任意堆放，防止废渣中的重金属物质下渗至土壤或挥发到大气。由于大气干湿沉降是土壤重金属的重要来源，所以减少大气重金属含量也就有效地减少了城市重金属的污染源。继续推行无铅汽油的使用，机动车Pb排放的减少使城市大气中重金属含量减少，从而也会有效地减少土壤重金属污染。调整能源结构及能源供给方式。据统计，80年代我国耗煤量为每年6108 t左右，每年有1.2107 t颗粒物及有害物质排入大气，这些颗粒物常常富集大量的重金属，而城市土壤成为重金属的汇。所以减少煤的使用量，使用煤气或天然气等污染物释放较少的能源也是减少城市土壤重金属污染的有效措施。采用集中供暖的方式，对

25、烟气灰尘排放进行集中治理，积极发展新技术，减少燃煤向大气排放重金属。城市生活垃圾分类收集，将尘土、塑料包装物、印刷制品与其它垃圾分开存放，储运和处理垃圾时，应将含重金属元素的垃圾与其它垃圾分开。只有在垃圾重金属元素不超标的情况下，才能进行填埋、堆肥和焚烧处理。2、控制污染土壤，减轻对人体的危害城市人口高度密集，土壤污染可以通过扬尘和土壤直接接触而对人体产生危害。采用核探针研究大气颗粒物的指纹特征，结果表明上海市大气颗粒物中大约有31%来自土壤扬尘34。随汽车尾气排放的控制和能源结构的调整，可以预计土壤扬尘会继续成为城市大气重金属的主要来源。因此，减少土壤暴露面积，增加绿地面积，对城市土壤加以植

26、物覆盖，应该成为当前较为迫切的任务。在人群与土壤直接接触较多的地方（如公园），应进行土壤重金属污染的检测与评价，加强方便易行的检测手段的研究与实施，如卢瑛等35采用测定土壤磁化率的方法对城市土壤Cu、Zn、Pb污染状况进行检测。对重金属污染的土壤应进行相应的治理，植树种草，减少直接暴露；对污染严重的土壤应进行表土填埋或移除，减少儿童与重金属污染土壤的直接接触。我国目前尚没有制定出城市土壤重金属健康评价标准，今后应结合人体健康评估和土地利用方式而制定相应的法规和标准，这将会有利于城市土壤的评价和保护。不同的土地利用方式，对环境的要求不同，在进行城市建设时应进行相应的重金属污染评价，在不同的土壤上

27、进行不同的功能区建设，避免人群与重金属污染的土壤发生接触.1.2.4 水体重金属污染现状及其治理技术一、国内水环境污染现状及危害 1、我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1 %1。太湖底泥中TCu、TPb、TCd含量均处于轻度污染水平2；黄浦江干流表层沉积物中，Cd超背景值2倍、Pb超1倍；苏州河中，Pb全部超标、Cd为75%超标、Hg为62.5%超标3。此外，由于矿山开采、金属冶炼废水排放、污水灌溉等人为因素的影响，导致重金属污染物在土壤中累积，使农产品的产量和质量下降。从第二次污水灌区环境质量状况调查及往年有关调查结果看，广西某些农产品已受到一定程度的重金属污染，

28、其中以稻谷受污染最为严重。根据作者对桂北某电镀厂附近水体、土壤和植物的调查结果表明，水体中Cu、Ni超标分别达到9.6倍、531.5倍，受纳水体底泥中重金属含量超过农用污泥标准(GB4284-84)允许限值，由于附近农田采用受污染的河水灌溉，农田土壤中重金属含量逐年上升，污灌区水稻重金属含量超标，其中铬超标达45.1倍，对人体健康造成严重威胁4。2、重金属在水体中积累到一定的限度就会对水体-水生植物-水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接地影响到人类的自身健康，例如日本由于汞污染引发的“水俣病”和由镉污染造成的“骨痛病”就是典型例证。因此可以说水体重金属污染已经成为当今世界上最严

29、重的环境问题之一，而如何科学有效地解决重金属对水体的污染已经成为世界各国政府以及广大环保工作者研究的热点。二、水体重金属污染的治理方法总的来说，水体重金属污染修复治理采用以下两条基本途径，一是降低重金属在水体中的迁移能力和生物可利用性；二是将重金属从被污染水体中彻底清除。1、物理化学方法1）稀释法稀释法就是把被重金属污染的水混入未污染的水体中，从而降低重金属污染物浓度，减轻重金属污染的程度。此法适于受重金属污染程度较轻的水体的治理，这种方法不能减少排入环境中的重金属污染物的总量，又因为重金属有累积作用，当重金属污染物在这些水体中的浓度达到一定程度时，生活在其中的生物就会受到重金属的影响，发生病

30、变和死亡等现象，所以这种处理方法目前渐渐被否定。2）混凝沉淀法许多重金属在水体溶液中主要以阳离子存在，加入碱性物质，使水体pH值升高，能使大多数重金属生成氢氧化物沉淀。另外，其它众多的阴离子也可以使相应的重金属离子形成沉淀。所以，向重金属污染的水体施加石灰、NaOH、Na2S等物质，能使很多重金属形成沉淀去除，降低重金属对水体的危害程度。这是目前国内处理重金属污染普遍采用的方法。例如黄明等5，采用化学分类法对含铬、铜、镍的电镀废水,废水进行处理，取得良好效果。3）离子还原法和交换法离子还原法是利用一些容易得到的还原剂将水体中的重金属还原，形成无污染或污染程度较轻的化合物，从而降低重金属在水体中

31、的迁移性和生物可利用性，以减轻重金属对水体的污染。例如，电镀污水中常含有六价铬离子（Cr6+），它以铬酸离子（Cr2O72-）的形式存在，在碱性条件下不易沉淀且毒性很高，而三价铬毒性远低于六价铬，但六价铬在酸性条件下易被还原为三价铬。因此，常采用硫酸亚铁及三氧化硫将六价铬还原为三价铬。离子交换法是利用重金属离子交换剂与污染水体中的重金属物质发生交换作用，从水体中把重金属交换出来，达到治理目的。经离子交换处理后，废水中的重金属离子转移到离子交换树脂上，经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中。这类方法费用较低，操作人员不直接接触重金属污染物，但适用范围有限，并且容易造成二次污染。4）电动力学修

32、复技术电修复法是20世纪90年代后期发展起来的水体重金属污染修复技术，其基本原理是给受重金属污染的水体两端加上直流电场，利用电场迁移力将重金属迁移出水体。Ridha等6提出，在一个碳的毡状电极上，用电沉积法从工业废水中除去铜、铬和镍的技术。另外，可以用电浮选法净化含有铜、镍、铬和锌等重金属的工业污水。此外，近年来还有人把电渗析薄膜分离技术应用到污水重金属处理实践当中7。2、生物修复法目前国内外利用生物修复水体重金属污染的研究很多，根据所用的生物对象不同，可分为以下三种。1）植物修复法植物修复(Phytoremediation)是指利用特定植物实施污染环境治理的技术统称，通过植物对重金属元素或有

33、机物质的特殊富集和降解能力来去除环境中的污染物，或消除污染物的毒性，达到污染治理与生态修复的目的。自从美国科学家Chaney8在1983年首先提出利用植物来清除重金属污染的设想以来，很多国家开展了植物修复技术的研究和应用工作，并取得了长足进展。制约植物修复技术发展的一个关键问题，是要筛选出既能耐受重金属污染又能大量富集重金属的植物种类。迄今为止，国内外已有较多学者开展了利用植物修复重金属污染水体的研究, 并得到了诸多有价值的成果，所采用的比较常见的植物有向日葵、燕麦、大麦、豌豆、烟草、印度芥菜、莴苣等。Salt等9研究指出，印度葵能从污水中积累不同的重金属。陈俊等10研究指出，李氏禾适宜于湿生

34、环境中生长，且能对多种重金属产生较强的富集作用，在Cr、Cu、Ni 等重金属污染水体的修复中表现出广阔的应用前景。凤眼莲、水芹能很好地除掉污水中的Cd、Cr和Cu等重金属11。2）动物修复法应用一些优选的鱼类以及其它水生动物品种在水体中吸收、富集重金属，然后把它们从水体中驱出，以达到水体重金属污染修复的目的。水体底栖动物中的贝类、甲壳类、环节动物等也对重金属具有一定富集作用。如三角帆蚌、河蚌对重金属(Pb2+、Cu2+、Cr2+等)具有明显自然净化能力。但此法处理周期长，费用高，因此目前水生动物主要用作环境重金属污染的指示生物，用于污染治理的不多。牛明芬12发现蚯蚓对河流底泥中的Cd有明显富集

35、现象。蚯蚓还能影响土壤微生物存在的种类、数量和活性13，而微生物与重金属之间也存在着复杂的相互作用关系，影响着重金属存在的种类和有效性，因此可以改变植物对重金属的吸收和转移。Lasat认为研究土壤动物、微生物和植物之间的交互作用，对植物修复技术的进一步发展有重大意义14。3）微生物修复法重金属污染水体的生物修复机理主要包括微生物对重金属的固定和形态的转化。前者是微生物通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属富集在细胞表面或内部；后者是通过微生物的生命活动改变重金属的形态或降低重金属的生物有效性，从而减轻重金属污染，如Cr6+转变成Cr3+而毒性降

36、低，As、Hg、Se等还原成单质态而挥发，微生物分泌物对重金属产生钝化作用等7。研究表明，氰细菌和藻类的菌绒可有效除去污水中的重金属。硫酸还原细菌产生H2S,将重金属离子还原为ZnS、CdS和CuS等水溶性极低的硫化物沉淀下来，达到治理重金属污染的目的15。重金属多为非降解型有毒物质，不具备自然净化能力，一旦进入环境就很难从环境中去除。目前重金属污染的治理方法以物理化学方法为主，生物修复技术作为经济、高效、环保的治理技术也受到广泛关注。利用超富集植物从水体中将重金属提取到植物上部，人工收获转移，焚烧后用于提取重金属，使其变废为宝。因此生物修复技术的可行性和有效性将逐渐加强，在治理和防治重金属污

37、染方面将发挥更大作用,具有良好的应用前景。第二部分 燃煤电厂重金属、超细颗粒等新污染治理技术的研究和发展2.1燃煤电厂汞的排放、危害及控制对策2.1.1 燃煤电厂汞污染现状一、大气汞污染和控制研究已经逐渐成为环境科学研究的重点和热点之一。1、燃煤是最大的汞排放源，因此开展电厂燃煤汞的研究对于控制我国汞排放污染具有重要意义。燃煤锅炉烟气中汞主要以气态元素态汞（Hg0）、气态二价汞（Hg2+）和颗粒态汞（Hgp）三种形态存在。燃烧过程烟气中碳、飞灰、NO/NO2、Cl2等的存在对汞在燃烧后的形态分布都有直接的影响。电厂除尘器能够去除烟气中颗粒态汞，脱硫设备能对Hg2+进行氧化去除，其去除率直接与燃

38、烧过程中汞的形态比例有关。因此，研究燃烧过程中汞的形成机理，探讨现有环保净化设备对汞的去除效果，将具有实际意义。2、汞作为一种非常重要的全球性的污染物而倍受关注。它即使在浓度很低的情况下对人类和野生动植物也具有很大的危害。全球每年排放到大气中的汞总量约为5 000 t，其中4 000 t是人为的结果，而燃煤过程中汞的排放占相当大的比重。汞及其化合物通过呼吸道、皮肤和消化道等不同途径侵入人体，造成神经性中毒和深部组织病变，而且汞毒性具有积累性，往往需几年或十几年才有表现。二、汞的排放量1、美国每年汞排放量在150 t左右。1997年11月美国EPA提交给国会的汞研究报告称燃煤电厂是最大的汞排放源

39、，占总排放量的1/3，在50 t左右1。目前，虽然尚无针对电厂汞排放的环保法规，但美国1990年制订的清洁空气法修正案(简称为CAAA)的第三款规定，应在技术上可能情况下最大限度地控制空气中的有毒物质，并在1995年单独提出了有关汞排放量报告。2000年12月颁布的法律明确规定，美国环保局对燃煤发电和燃油发电厂均需进一步控制汞排放。美国和加拿大新的法律即将付诸实施，要求电厂改造设备控制汞排放。其中美国已明确将在2007年立法，要求燃煤电厂实现汞的排放控制。全球范围总体趋势是汞的排放将越来越严格。2、我国是世界第三大汞矿区，汞的开采和使用量居世界前列。煤炭是我国的主要燃料能源，燃煤不仅排放二氧化

40、硫，还排放汞和其它污染物。研究报道，1995年我国燃煤汞排放量为302.9 t，其中向大气排放213.8 t。1978年1995年全国燃煤大气汞排放量的年均增长速度为4.8。我国燃煤汞排放量已经超过了美国，而且增长速度较快，对生态和全民健康构成了极大的威胁，对我国的生态环境保护和环境外交也带来新的挑战。2.1.2 大气中汞的来源和危害一、大气中汞的主要来源1、大气中主要汞污染源为燃煤电厂、水泥厂以及有关矿物材料的开采和加工。甲基汞同时可从城市废物充填和污水处理厂直接排出。燃煤电厂是汞向大气排入的最主要来源。上海市对空气中细粒径颗粒态汞的分析2表明，大气中汞的颗粒物来源燃煤约占80左右。2、 燃

41、煤电厂生产过程汞的迁移转化电厂燃煤中的汞经燃烧通过烟气、飞灰和灰渣以及冲灰水的排放进入大气、土壤和水体。由于汞具有挥发性，电厂用煤在粉碎过程中已有部分挥发。煤粉进入炉内，随着温度升高，挥发出的气态汞随着烟气排放。烟气进入除尘设备后，部分汞被灰颗粒吸附随同残留在灰渣中的汞一块被排入灰场。进入大气的汞通过干湿沉降进入土壤和水体。灰渣和冲灰水中的汞进入环境后，其中零价汞比重大，不易溶于水，在靠近排放口处沉淀下来。二价汞离子在迁移过程中，被底泥和悬浮物中颗粒吸附，渐渐沉降下来。其它形态的汞在水或沉降物中也可以转化成二价汞。二价汞在微生物作用下，生成毒性更大的甲基汞和二甲基汞。火电厂灰场的粉煤灰也会对土

42、壤和地下水造成影响。陈德放3通过模拟试验表明土壤渗透系数不同时，粉煤灰堆放对浅层地下水会造成不同程度的影响。二、汞的危害1、汞是有剧毒性的微量元素，它具有挥发性和累积性。汞在空气中传输扩散，最后沉降到水和土壤中，从而对环境和人体健康构成极大隐患。2、大气中汞的浓度往往较低，一般不为人们所重视。如果汞直接或通过大气沉降进入水体，它将以毒性更大的形态甲基汞在鱼和动物组织中累积。甲基汞和二甲基汞也可富集于藻类、鱼类和其它水生生物中。生物累积导致处在食物链顶端的食肉动物体内的汞浓度数千倍甚至数百万倍于水中的汞浓度，从而在整个食物链中富集。3、人体汞接触主要通过食用被污染的鱼。高水平的汞接触将对人的神经

43、系统和生长发育产生影响。根据汞的接触剂量，它的健康影响依次是：感觉和认知能力的轻微损失、颤抖、不能行走、抽搐和死亡。长期吃大量从同一汞污染区域捕获的鱼的人汞中毒的风险最大。尤其对于育龄妇女风险更大，因为胎儿的神经系统对汞更敏感，比成人更容易受到汞的危害。2.1.3 燃煤中汞的去除研究一、燃煤汞的形态1、锅炉燃烧过程中，煤中汞受热挥发以汞蒸汽的形式存在于烟气中，在炉内高温条件下，几乎所有煤中的汞（包括无机汞和有机汞）转变成元素汞并以气态形式停留于烟气中。据估计，残留在底灰中的汞含量一般小于总汞的2。研究认为，粉煤炉底灰中的汞含量应略高一些，大约占到7。但是，绝大部分汞随烟气排放进入大气中。因此，

44、煤燃烧过程中汞的排放研究应以烟气中汞的形态转化规律为重点。2、锅炉燃烧烟气中汞的形态主要有气态元素态汞（Hg0）、气态二价汞（Hg2+）和颗粒态汞（Hgp）三种形态存在。不同形态的汞在大气中物理和化学性质有很大差异。在锅炉燃烧过程中，煤中的汞几乎全部以HgO的形式进入烟气中，部分Hg0在烟气冷却过程中被氧化，其中以HgCL2为主，另外还有HgO、HgSO4和Hg(NO3)2?2H2O。颗粒态的固相汞容易被飞灰吸附，经过除尘装置时能被除尘器去除，转化到灰渣中。Hg2+化学性质不稳定，在烟气中易被氧化，这部分汞所占比例较高且相对较容易被去除。而元素汞Hg0具有较高的蒸汽压且难溶于水,是相对比较稳定

45、的形态，难以被污染控制设备收集而直接排入大气，所以提高Hg0氧化成Hg2+的比例,可有效控制燃煤电厂汞的排放量。二、烟气中汞的去除研究1、目前电厂尚无单独针对汞的有效去除设备，与常规除尘、脱硫等设备结合加强对汞的去除，一直是国内外研究的重点，也最具有实际意义。2、的去除率与汞形态有很大关系。不同烟气处理方式和煤种的差异性是影响汞去除率的主要因素。3、电厂燃煤过程中汞大部分以气态形式存在，而电除尘器只能去除被飞灰吸附的颗粒态汞，这部分汞占烟气中汞的比例较小，因此传统的电除尘器对汞的去除效果并不明显。美国V.M.Fthenakis6等人对燃煤电厂汞排放和对健康风险评价表明，电除尘器仅能去除烟气中小

46、于20的汞。日本Takahisa Yokoyama7等人通过三种不同的煤在日本700MW燃煤电厂试验研究表明，电除尘器对烟气中汞去除率分别为55.2、8.3和16.8。4、湿法或干法脱硫设施能够有效去除Hg2+。由于HgCl2在湿法中较容易溶解，Hg2+能有效被去除，从而使汞的去除效率大大增强。美国V.M.Fthenakis6等人研究中表明，含汞烟气通过脱硫设备时，氧化态汞中大于90的HgCl2能够被去除，同时非常少量的Hg0也能被去除。此外研究还表明，喷射活性炭进行吸附对烟气中汞的去除效果较好，但其成本太高，在实际应用中较少。4、研究表明，不同煤种燃烧过程中汞氧化为Hg2+的比例有很大不同，

47、大致约在20到95之间。其反应机理中Cl原子与Hg0的反应是汞被氧化的主要反应，当煤中Cl-含量高时燃烧过程中氧化态汞的比例也较高。而当煤灰中钙和碱性成分含量高时，能降低汞的氧化。研究表明是由于燃烧过程中Cl-与碱性烟气反应，降低了烟气中Cl-的含量。煤中硫含量过高时也能抑制汞的氧化。美国B.Hall等人研究发现烟气中SO2浓度高时也能降低活性炭对汞的吸附。此外W.H.Gibb等人通过两个500 MW锅炉对煤燃烧过程中汞的转化机理研究发现，汞在灰分中的固留与灰分中C的含量有很大关系。灰分中C约占5时，汞的固留较高，约在80到100之间；当C含量一定，随着温度降低（450 150 ）汞的固留线性

48、增加。研究还发现低氮燃烧器比传统燃烧方式产生较高含量的C，因此导致排放的汞比例降低。5、燃烧过程中一些气体的存在也对汞的去除有影响。烟气中SO2和NO2相互作用时能降低活性炭对元素态汞的吸附，而HCl、NO和NO2单独或相互存在时能增加汞的去除和氧化。Dennis L.Laudal等人对不同气体存在条件下汞的氧化进行了研究，给出了不同气体存在时氧化态汞与元素汞比例。表1 不同气体组分存在时汞的分布形态序号各种气体组分氧化态汞/元素态汞/1Cl284.815.22飞灰1993SO20.799.34飞灰、Cl2、SO228.571.55HCl0.399.76飞灰、HCl、Cl288.511.57SO2、HCl、Cl21.998.18飞灰、HCl、SO21.398.79NO/NO