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e-ISSN: 2319 - 9849

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水污染对生命的影响、未来前景及对策综述

Jeevan Kunwar Chouhan＊， Shipra Bhardwaj

印度拉贾斯坦邦乌代普尔市MLS大学化学系

*通讯作者:
Jeevan Kunwar Chouhan
化学系，
MLS大学，乌代普尔，拉贾斯坦邦，
印度,
电话:9079374938;
电子邮件:j (电子邮件保护)

收到:2022年4月19日，稿件编号:jchem - 22 - 61259;编辑分配:2022年4月22日，Pre QCjchem - 22 - 61259 (PQ);综述:09-5-2022, QC号jchem - 22 - 61259;修改后:2022年6月20日，稿件编号:jchem - 22 - 61259 (R);发表:2022年6月28日，DOI: 10.4172/2319-9849.11.7.007

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摘要

作为人类，我们有幸拥有许多自然资源来生存在地球上。水就是这样一种资源，它对生命是非常重要的。水污染是一个世界性的新问题。它受到各种来源的污染，如过度拥挤、污水、工业化、城市化等。近年来，控制和管理水污染已成为必要，以便我们和子孙后代能够获得清洁的水。污水处理有多种方法，如混凝法、沉淀法、过滤法、离子交换法、光催化法等。光催化法属于高级氧化法，专门用于去除废水中的有机物。本文讨论了以铅金属原子为一组分，以氧化物为另一组分的各种光催化剂。

关键字

染料;光催化剂;污染源;水污染;水污染处理方法

简介

水是全球生命的重要自然资源。水污染可定义为改变水的物理、化学和生物特性，可能对人类和水生生物造成有害影响。近80%的废水被倾倒——大部分未经处理——重新排入环境，污染了河流、湖泊和海洋。Varjani等人指出，过去几年工业化的快速发展增加了污染物排放到环境中。向水体中倾倒废物造成了大规模的水污染。测量水污染有多种方法，如BOD, COD, DO, pH等。Owa开展了一项题为“水污染:来源、影响、控制和管理”的研究。他说，农业做法和工业化等因素造成了水污染，并对水的质量产生了不利影响。论述了水污染的来源、影响、控制和水污染管理。水污染是由各种因素造成的，例如:人口密度高、污水泄漏、工业化、农业废物、杀虫剂、除草剂和化肥、动物粪便、管理不善、森林砍伐、石油泄漏等[1］．

因此，本综述考虑了上述因素。对造成污染的因素一一进行了描述，并广泛研究了各种传统的和先进的方法，这些方法可能有助于去除水、空气、土壤等环境中的污染物，使全球免于污染，这是当务之急。2］．

材料与方法

造成污染的因素

人口密度高:水污染通常是由各种人类活动引起的，人口密度加剧了它。随着人口的增长，消费的增加导致饮用水的短缺。此外，各种各样的人类活动向环境中添加了不需要的物质，从而给自然资源，特别是水增加了不需要的物质。3.］．埃瓜巴尔解释说，城市地区过度拥挤导致水污染恶化。Chamara等人评价了流域人口增长率与河流生态系统水质参数影响之间的相关性。他们量化了一个分水岭的理想人口密度范围，以保持水的质量在一个适当的水平。他们选择了斯里兰卡的科拉尼河进行调查和研究。生化需氧量(BOD)、溶解氧(DO)和总大肠菌群(TC)与流域种群的相关系数最高，分别为0.7、0.69、0.69 (p <0.01)。他们的结论是，该流域的种群密度应约少于2375个，以保持可供洗澡和饮用的水质，而鱼类和其他水生生物的种群密度应约少于2672个[4］．

污水泄漏:有时水是由于污水泄漏污染，这可能是由任何事故，低质量的工作或任何自然灾害造成的。不同地区的城市化对污水管理提出了要求。于是就有了各种各样的制造材料。由于在制造过程中存在空隙，在这些材料中可以多次观察到泄漏。Dwivedi等人解释说，在所有的水污染来源中，城市污水是污染恒河的困境的主要贡献者。恒河覆盖了近29个人口超过100万的大城市[5］．这些人将污水排入河流，污染了河水，导致水质变差。根据2009年中央污染控制委员会的报告，饮用水和洗澡水中的微生物数量较高。

产业化:随着人口的增加，城市化和发展的需要，一个新的工业化时代开始了，并逐渐成为当务之急。然后开始将垃圾添加到环境中。Rajput等人指出，未经处理的工业废物不加控制地处置对当地自然资源造成了不良影响。农药、化学品、废油和重金属经常被排入水中，这在很大程度上污染了水。Karunasagr提请人们注意印度Kodaikkanal一家温度计工厂的废水所造成的汞污染[6］．这项研究评估了水、沉积物和鱼类样本中的汞含量，并将其与来自贝里贾姆湖和库卡尔湖的值进行了比较。总汞含量(HgT)为356-465 ngl−150 NGL−1在Kodai水中发现了甲基汞。Kodai沉积物中甲基汞含量为276 ~ 350 mg/kg HgT，约6%。Berijam和Kukkal沉积物的HgT分别为189 ~ 226 mg/kg和85 ~ 91 mg/kg，甲基化程度分别为3 ~ 4%和2%。Rajaram等人指出了一些像Tiruppur和Plachimada这样的案例，并得出结论，具体的排放标准是解决方案，当地社区必须为保护他们的资源做出贡献。

农业废弃物:自从地球上出现生命以来，农业和种植作物一直是所有生物的基本活动。随着人口的增长，对植被和作物的需求也增加了。这迫使人们使用合成方法，如肥料、农药等，而过度使用这些方法会导致自然资源，尤其是水的释放。Agamuthu研究认为，农业废弃物是指农作物、家禽、水果、蔬菜等农产品的残渣，其经济价值低于加工使用的成本[7］．因此，从环境资源中清除这些残留物变得更加困难。农业废弃物取决于所进行的农业活动的类型。Dien等人报告说，将农药的空瓶和包装扔进水中，是造成水污染的原因之一。植物保护部门估计，大约1.8%的化学物质残留在这些包装材料中。库马尔等人研究了农业燃烧造成的污染以及作物残茬的可能替代用途。他们解释说，秸秆碳、氮和硫完全燃烧后，在燃烧过程中释放到大气中，产生烟雾，如果加入到空气中的甲烷、氮氧化物和氨等气体中，就会造成严重的大气污染[8］．他们得出的结论是，如果作物秸秆被烧毁，土壤中现有的矿物质就会被破坏，对下一作物的种植产生不利影响。图1）.

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图1:水污染的原因。

水污染的影响:被污染的水在使用时对人类、植物和动物的健康有许多不利影响。水生生物无法在污染的水中生存。此外，它对于家庭用途也没有用处(图2）.

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图2:水污染的影响。

Haldar等报道称，图拉格河附近的当地社区正遭受各种健康问题的困扰，这可能与河水被污染有关。研究结果表明，饮用孟加拉国图拉格河污染水会导致腹泻、痢疾、皮肤疾病、呼吸道疾病、贫血、黄热病、霍乱、登革热、妊娠并发症等健康问题[9］．

因此，当务之急是使水免受污染，为此正在采取一系列措施。在确定水体中存在的污染物类型后，需要从水体中消除这些污染因素。对于这种情况，优先采用易于实施、成本低、操作简单、效果好、不排放二次污染物的处理方法。

从水体中去除污染物的一些常规方法

通常情况下，一些溶解的、悬浮的或凝固的杂质通过常规方法从水中去除，并一直使用到今天。这些方法包括:

•混凝/絮凝

•降水

•过滤

•吸附

•溶剂萃取

•膜分离

•离子交换

•光催化等

在这项研究中，试图审查从水中去除污染物的方法，特别是有颜色的污染物，即通常由纺织工业释放到水污染中的染料。

大部分水体都有悬浮的胶体颗粒，使水体浑浊，这是造成污染的原因之一[10］．Bratby提出了混凝法处理此类水源的种种优点。据称，该工艺的优点在于它价格低廉，处理迅速，对不溶性污染物有效。这种方法也是首选的，因为广泛的化学物质可用来处理受污染的水。此外，该过程不会向水中添加任何其他物质。

yen - yee等报道了在二氧化硅组分为主的红土上采用混凝法降解亚甲基蓝和甲基橙染料。在脱色反应中采用电荷中和、电双层压缩和横扫絮凝机理。本研究报告了亚甲基蓝和甲基橙在形成半半氧烷的同时降解成较小分子的碳氢化合物[11］．

Moghaddam等人研究了通过降低pH值增强的染料降解，如果污泥量增加，染料降解不会重新建立。他们得出结论，将氯化铁污泥作为一种低成本的材料重新用于污水处理厂的混凝/絮凝过程，可以提供一些优势，如高效去除酸性红119染料和经济节省整个处理厂的运行成本。

另一种将任何化合物的饱和溶液处理成固体的简单过程称为沉淀[12］．Silva等人研究了氧化剂Mn对亚甲基蓝的降解3.O4．他们合成了离散的锰3.O4粒子和锰3.O4/铁3.O4纳米复合材料分别通过使用空气作为氧化剂，在不存在和存在之前合成的磁铁矿纳米颗粒的情况下进行共沉淀。他们将这种纳米复合材料应用于亚甲基蓝的氧化脱色，并催化亚甲基蓝的n -去甲基化，形成硫氨酸作为最终产物[13，14］．

Chen等人指出，沉淀法被认为是一种更便宜、简单的方法，可以将水中的COD降低到显著水平。他们得出结论，所制备的光催化膜在可见光下降解染料分子并分离油水乳液。该膜具有良好的防污能力和可循环利用性。Zhu等提出酸蓝80的降解。采用碱性白泥处理，降解效率可达95%。根据Chakraborty等人的说法，过滤是一种简单有效的方法。目前有许多过滤技术，如微滤、超滤、纳滤等。Cheng等人指出，还原氧化石墨烯- tio2纳米材料是通过简单的真空过滤来降解染料的。该复合材料具有表面积大、结构灵活、载流子迁移率高、电导率高等特点。

在微过滤中，被污染的流体通过一个特殊的孔大小的膜来分离微生物和悬浮颗粒。它是一种压力驱动的分离过程，广泛用于从溶液中浓缩、纯化或分离大分子、胶体和悬浮颗粒。此外，超滤可以解释为各种膜过滤，其中压力或浓度梯度等力导致通过半透膜分离[15］．它类似于反渗透，是一种有效的方法，可以降低水的淤泥密度指数和去除颗粒，可以污染反渗透膜。纳滤是另一种压力驱动膜过滤工艺。该技术是去除大型水体中有机物、颜色、气味、消毒剂残留量和微量除草剂的常用方法[16］．

纺织工业的废水含有污染物，主要是染料。这种污染物可以用吸附法处理。Henze等人解释说，水中的染料可以通过生物降解去除。活性微生物用于此目的，具有两个功能:

•在物质表面的吸附

•通过这些微生物产生的酶来降解染料。

Pirok等人讨论了该工艺的一些优点，如大众接受度高、品种多、价格便宜等。

溶剂萃取技术可以根据化合物在两种不同溶剂中的相对溶解度将其从水中分离出来。两种溶剂——极性溶剂和非极性溶剂用于此目的。Crini解释了使用DMSO和乙腈(非极性溶剂)和水(极性溶剂)从污染水中去除伊红和胭脂酸染料。Pandit等人提出了一种基于反胶束液/液萃取的新技术，从而可以回收溶剂和重复使用染料。他们解释说，去除染料所需的溶剂与水相体积之比随着表面活性剂浓度的增加而减小[17］．他们得出结论，与苯甲醇和苯甲酸甲酯相比，戊醇的水相与水相溶剂的分离更快(图3）.

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图3:溶剂萃取装置。

膜分离技术和另一种技术，对于处理后的废水的回收和再利用是有用的和众所周知的。这里使用不同材料和不同筛尺寸的膜来过滤水。这些筛网的尺寸可以以微米为单位。Choi等人指出，该技术在选择性分离各种粒径和分子质量的组分方面表现突出。可以指定某些膜对材料具有选择性，因此允许某些材料通过。Santos等人研究了Cr3+嵌在土工聚合物膜上并原位结晶。然后作为混合光催化剂处理染料废水。Prihodko等研究了催化剂制备技术控制的表面酸度、性质和铁的分散对Fe-ZSM-5上罗丹明G染料催化湿式过氧化氧化的影响。

离子交换技术是污染物去除技术中的一种，是将不需要的离子替换为其他无污染离子的方法。Ansari等人研究了聚苯胺- cl -聚苯胺- clo的有效性4−聚苯胺- so42- cloo - on去除硝酸盐在双电池反应器和为安全措施，采用电开关离子交换方法。Vithal等制备了纳米Cu2 +和Ag)+掺杂Na2“透明国际”3.O7在室温的水溶液中，采用一种简便的无酸离子交换法。然后进一步用于降解废水中的蓝色染料。他们还研究了亚甲基蓝(MB)染料的可见光诱导光催化氧化[18］．

除了这些净化和清洗方法外，高级氧化法在去除污染物方面具有巨大的潜力。它还有其他一些好处，比如它不会向环境中添加任何其他化学物质，自由基链式反应的形成会自发地进一步进行，不需要任何其他努力等。在光和催化剂的存在下加速反应被称为光催化。这是通过吸收光子并将污染物转化为无害物质来实现的。光催化被认为是一种先进的氧化工艺，目前被广泛应用于环境因子净化、制氢、污染物降解、太阳能电池等领域。因此，还考虑去除工业废水中的有色污染物，以获得清洁和无污染物的水，用于清洁、洗涤、冷却等其他目的。处理后水的可饮用性是另一个有待研究的方面。Mohammad等人提出用纯铜光降解刚果红染料2O,铜2O / TiO2和铜2O /氧化锌。他们描述了一种简便的一锅溶剂热法合成这些化合物作为溶剂和还原剂。

Mohammad等人探索了漂浮光催化剂作为废水处理的潜在候选。他们进一步补充说，该系统可以克服悬浮TiO带来的缺点2光催化系统。采用TiO对亚甲基蓝染料进行降解2和聚乙烯醇在可见光下1:8的比例。Grao等使用固定化TiO2在不锈钢网上作为光催化剂。他们研究了5个自变量——紫外光强度、TiO数量2-被涂网层数、涂层厚度、水流速率和初始染料浓度。

结果与讨论

Roonasi合成了钡铁氧体/活性炭复合材料作为一种有效的太阳能光催化剂，用于废水中有机染料污染物的变色。本研究考虑了影响有机染料变色的温度、催化剂用量、辐照强度、光催化剂的重复使用等因素。

研究发现，任何光催化剂的合成方法都对其对任何污染物的活性和效率起着重要作用。为了制备适合降解有机染料的光催化剂，人们开发了各种技术和方法。采用溶胶-凝胶自动燃烧法、均相水解法、超声技术、共沉淀法等多种方法。一些掺杂材料也被用于降解，如Mn掺杂和PVP包封的ZnO纳米颗粒，铱掺杂的ZnO, 3D花像F掺杂二氧化钛青铜(F- TiO2(B))、f掺杂二氧化钛青铜富勒烯(F-TiO .2(B)/富勒烯)、钴掺杂纳米二氧化钛光催化体系等。Nihalani等用钨酸钡作光催化剂对p -玫瑰碱盐酸盐进行了降解。

此外，还确定了整个降解过程的机理，以获得改善和提高光催化剂对污染物作用的速度和质量的途径。米尔斯等人。研究了光催化染料降解是一种光诱导反应，光催化剂的存在可以加速光催化染料的降解。Carp等报道了这些反应是通过吸收能量等于或高于光催化剂能带能的光子来激活的。有人指出，在光催化过程中，羟基自由基的持续消耗需要补充，这是维持催化活性所必需的。据报道，光催化氧化比焚烧或生物过滤更具成本效益，其流量可达20,000立方厘米(立方英尺/分钟)，用于处理含500 ppm挥发性有机化合物的废水(图4）.

chemistry-semiconductor

图4:光子作用在半导体上引发光催化过程的示意图。

Konstantinou等解释了电子从半导体的价带加速到导带，在价带中产生空穴。光产生的空穴可以氧化有机分子形成R+，或与OH−或H反应2O将它们氧化成OH•自由基。生成的OH•自由基是一种非常强的氧化剂(标准氧化还原电位+2.8 V)，可以将大多数偶氮染料氧化为矿物最终产物。

Liu等采用循环伏安法和本体电解研究了双掺杂二氧化铅阳极在酸性介质上对邻硝基苯酚(o-NP)、间硝基苯酚(m-NP)和对硝基苯酚(p-NP)的电催化氧化。

水污染的控制与管理

通过综述发现，所有的污染物都能直接或间接地污染水。在此基础上，对水污染控制与管理进行了调查。控制和管理水污染可以采用多种方法，如预防、调节和监测控制措施，启动项目或计划等。

Alguraja等报道了印度泰米尔纳德邦Tiruchirappali Taluk水污染和管理的遥感和GIS方法。他们说，必须利用IRS-1D LISS 111卫星图像和SRTM数据进行遥感研究，通过在区块内准备各种主题层来划分研究区域的行政区划。

Sing等人研究了水污染及其来源、影响和控制。他们列出了政府和非政府组织采取的所有控制措施。Olmstead等人回顾了发展中国家的水污染控制、政策工具和经验证据。他们描述了一系列指令性和标记性的法规、自愿计划和其他控制水污染的政策工具。Manjula等人研究了印度的地下水污染及其相关法律。他们解释了控制水污染的1974年法案，其范围有限，缺乏共识。该法律对于实施一些简单的解决方案，如反渗透等，是不够的。

结论

这里得出的结论是，地球表面约71%被水覆盖，96.5%被海洋覆盖。地球上只有3%的水是可饮用的。大约70%的工业废物被倾倒到水中，80%的水污染是由生活污水造成的。人类的各种活动大规模地污染了水。水污染对人类健康和水生生物有不良影响。如今，科学家们已经开始将他们的研究方向转向这个问题。因此开发了许多处理方法，如过滤。通过凝固、离子交换、沉淀、吸附、光催化等方法来解决这一问题。这些方法有助于清洁和净化水，处理后的水可用于工业、农业等领域。此外，需要更多的处理才能使水用于饮用目的。 Photocatalysts that are being used to degrade pollutants present in water are considered as best pollution removing agents. Some dye molecules get adsorbed onto the surface of photocatalyst by electrostatic attraction and get mineralized by non-selective free radicals. Therefore, the adsorption of the target molecule on photocatalyst surface may be regarded as a critical step toward efficient photocatalysis and may remove the pollutants completely leaving behind clean water for further use.

宣言

这项研究没有得到任何资助。

没有收到任何资金、赠款或其他支持。

作者没有相关的经济或非经济利益需要披露。

参考文献

全球科技峰会