重金屬傳播特征講解

1、重金屬傳播特征重金屬原義是指比重大于5的金屬，包括金、銀、銅、鐵、鉛等，重金屬在人體 中累積達到一定程度，會造成慢性中毒。對什么是重金屬目前尚無嚴格的定義，化學 上跟據(jù)金屬的密度把金屬分成重金屬和輕金屬，常把密度大于4.5g/cm3的金屬稱 為重金屬。如:金、銀、銅、鉛、鋅、鍥、鉆、銘、汞、鎘等大約45種。從環(huán)境污染方面所說的重金屬是指：汞、鎘、鉛、銘以及類金屬種等 生物毒性 顯著的重金屬。對人體毒害最大的有5種:鉛、汞、銘、神、鎘。這些重金屬在水中 不能被分 解，人飲用后毒性放大，與水中的其他毒素結(jié)合生成毒性更大的 有機物 或無機物。在領域中，重金屬主要是指對生物有明顯毒性的金屬元素或類金屬

2、元素，如汞、鎘、鉛、銘、鋅、銅、鉆、鍥、錫、神等，此類污染物不易被微生物 降解。隨著全球經(jīng)濟化的迅速發(fā)展，含重金屬的污染物通過各種途徑進入土壤，造成土 壤嚴重污染。土壤重金屬污染可影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降，并可通過食物鏈危 害人類的健康，也可以導致大氣和水環(huán)境質(zhì)量的進一步惡化。因此引起世界各國的廣泛重視。目前，世界各國土壤存在不同程度的重金屬污染，全世界平均每年排放 Hg 約 1.5 萬 t、 Cu 為 340 萬 t、 Pb 為 500 萬 t、 Mn 為 1500 萬 t、 Ni 為 100 萬 t 0中國北方大城市的蔬菜基地和部分商品糧基地也存在著不同程度的重金屬污 染，如北京、天津、

3、西安、沈陽、濟南、長春、鄭州等地；。南方相對較輕，如 福州、寧波、上海、武漢、成都等地。土壤重金屬污染將會造成生態(tài)系統(tǒng)的嚴重破壞。從中國土壤資源狀況看，到2000年底中國人均耕地僅為0.1 hm2,而且隨著 今后中國經(jīng)濟社會的發(fā)展如生態(tài)退耕、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及自然災害損毀等，土壤資源 將進一步減少。因而如何有效地控制及治理土壤重金屬的污染，改良土壤質(zhì)量，將成為生態(tài)環(huán)境 保護工作中十分重要的一項內(nèi)容。重金屬污染原理重金屬，特別是汞、鎘、鉛、銘等具有顯著和生物毒性。它們在水體中不能被 微生物降 解，而只能發(fā)生各種形態(tài)相互轉(zhuǎn)化和分散、富集過程 （即遷移。重金屬污 染的特點是：（1除被懸浮物帶走的外，會因

4、吸附沉淀 作用而富集于排污口附近的底泥 中，成為長期的次生 污染源；（2水中各種無機配位體（氯離子、硫酸離子、氫氧離 子等和有機配位體（腐蝕質(zhì)等會與其生成絡合物或螯合物，導致重金屬有更大的水 溶解度而使已進入底泥的重金屬又可能 重新釋放出來；（3重金屬的價態(tài)不同，其活 性與毒性不同。其形態(tài)又隨pH和氧化還原條件而轉(zhuǎn)化。（4在其危害環(huán)境方面的 特點是:微量濃度即可產(chǎn)生毒性（一般為110毫克/升，汞、鎘為0.010.001毫克/ 升；在微生物作用會轉(zhuǎn)化為毒性更強的有機金屬化合物（如洋-甲基汞；可被生物富集,通過食物鏈進入人體，造成慢性路線。親硫重金屬元素（汞、鎘、鉛、鋅、硒、 銅、神等 與人體組織

5、某些酶的琉基（-SH有特別大的親合力，能抑制酶的 活性，親鐵 元素（鐵、鍥可在人體的腎、脾、肝內(nèi)累積，抑制精氨酶的活性。六價銘可能是 蛋 白質(zhì)和核酸的沉淀劑，可抑制細胞內(nèi)谷胱甘肽還原酶，導致高鐵血紅蛋白，可能致癌, 過量的鈾和鉆（親巖元素則能損害神經(jīng)系統(tǒng)的機能。本文主要從土壤中重金屬污染物來源與分布、土壤中重金屬污染物的現(xiàn)行治理方法入 手,提出土壤中重金屬污染物防治的環(huán)境礦物學新方法。旨在保護環(huán)境，提高土壤的環(huán)境質(zhì)量。1土壤中重金屬污染物來源與分布土壤中重金屬的來源是多途徑的，首先是成土母質(zhì)本身含有重金屬,不同的母 質(zhì)、成土過程所形成的土壤含有重金屬量差異很大。止匕外，人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，也造

6、成重金屬對大氣、水體和土壤的污染。1.1 大氣中重金屬沉降大氣中的重金屬主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量含重 金屬的有害氣體和粉塵等。 它們主要分布在工礦的周圍和公路、鐵路的 兩側(cè)。大氣中的大多 數(shù)重金屬是經(jīng)自然沉降2和雨淋沉降進入土壤的。如瑞典中 部Falun市區(qū)的鉛污染3,它主要來自于市區(qū)銅礦工業(yè)廠、硫酸廠、油漆廠、采礦和化學工業(yè)產(chǎn)生大量廢物，由于風的輸送，這些細微顆粒的鉛，從工業(yè)廢物堆擴散至 周圍地區(qū)。南京某生產(chǎn)銘的重工業(yè)廠4銘污染 疊加已超過當?shù)乇尘爸?.4倍，污染 以車間煙囪為中心，范圍達1.5 km2,污染范圍最大延 伸下限1.38 km。俄羅斯的一 個硫酸

7、生產(chǎn)廠也是由工廠煙囪排放造成 S、V、As的污染。公 路、鐵路兩側(cè)土 壤中的重金屬污染，主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染為主。它們 來 自于含鉛汽油的燃燒，汽車輪胎磨損產(chǎn)生的含鋅粉塵等。它們成條帶狀分布，以公路、鐵路為軸向兩側(cè)重金屬污染強度逐漸減弱；隨著時間的推移，公路、鐵路土壤 重金屬污染具有 很強的疊加性。在寧一杭公路南京段兩側(cè)的土壤形成 Pb、Cr、 Co污染暈帶，且沿公路延長 方向分布，自公路向兩側(cè)污染強度減弱。在寧 一連一級 公路淮陰段兩側(cè)的土壤鉛含量增高，向兩側(cè)含量逐漸降低，且在地表030 cm鉛的含 量較高。在法國索洛涅地區(qū) A71號高速公路8沿途嚴重污染重金屬Pb

8、、Zn、 Cd，具沉降粒子濃度超過當?shù)赝寥辣尘爸?28倍，而公路旁重金屬濃度比沉降粒子 中高726倍。在斯洛文尼亞9從居波加到扎各瑞波公路兩側(cè)，鉛除了分布在公路 兩側(cè)以外，還受階地地貌和盛行風的影響，高鉛出現(xiàn)在低地，公路順風一側(cè)鉛含量較 高。經(jīng)過自然沉降和雨淋沉降進入土壤的重金屬污染 ，主要以工礦煙囪、廢物 堆和 公路為中心晌四周及兩側(cè)擴散；由城市一郊區(qū)一農(nóng)區(qū),隨距城市的距離加大而降低， 特別是城市的郊區(qū)污染較為嚴重。此外，還與城市的人口密度、城市土地利用率、 機動車密度成正相關(guān)；重工業(yè)越發(fā)達，污染相對就越嚴重。此外,大氣汞的干濕沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。大氣汞通過干濕沉降進入土壤后，

9、被土壤中的粘土礦物和有機物的吸附或固定，富集于土壤表層，或為 植物吸收而轉(zhuǎn)入土壤,造成土壤汞的濃度的升高。1.2 農(nóng)藥、化肥和塑料薄膜使用施用含有鉛、汞、鎘、種等的農(nóng)藥和不合理地施用化肥，都可以導致土壤中重 金屬的污染。一般過磷酸鹽中含有較多的重金屬 Hg、Cd、As、Zn、Pb，磷肥 次之一氮肥和鉀肥 含量較低，但氮肥中鉛含量較高，其中As和Cd污染嚴重。經(jīng)過 對上海地區(qū)菜園土地、糧 棉地的研究，施肥后，Cd的含量從0.134 mg/kg升到0.316 mg/kg, Hg的含量從0.22 mg/kg升到0.39 mg/kg, Cu、Zn增長2/3。通過新西蘭50 a前和現(xiàn)今同一地點58個土樣

10、分析，自施用磷肥后，鎘從0.39 mg/kg升至0.85mg/kg。在阿根廷由于傳統(tǒng)無機磷肥的施入 ，進而導致土壤重金屬Cd、Cr、 Cu、Zn、 Ni、 Pb 的污染。農(nóng)用塑料薄膜生產(chǎn)應用的熱穩(wěn)定劑中含有Cd、Pb在大量使用塑料大棚和地膜過程中都可以造成土壤重金屬的污染。1.3 污水灌溉污水灌溉一般指使用經(jīng)過一定處理的城市污水灌溉農(nóng)田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商業(yè)污水和工業(yè)廢水。由于城市工業(yè)化的迅速發(fā)展，大量的工業(yè)廢 水涌入河道，使城市污水中含有的許多重金屬離子，隨著污水灌溉而進入土壤。在分布上，往往是靠近污 染源頭和城市工業(yè)區(qū)土壤污染嚴重，遠離污染源頭和城市工業(yè) 區(qū)，土壤幾乎不污

11、染17。近年來污水灌溉已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分，中國自60年代至今，污灌面積迅速擴 大，以北方旱作地區(qū)污灌最為普遍，約占全國污灌 面積的90%以上。南方地區(qū)的污灌面積 僅占6%,其余在西北和青藏18。污灌導 致土壤重金屬Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加。 淮陽污灌區(qū) 自污灌以來，金屬Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐漸增高，19951997年已超過警 戒級。太原污灌區(qū)的重金屬 Pb、Cd、Cr含量遠遠超過其當?shù)乇尘爸?，且積累量 逐年增高。1.4 污泥施肥污泥中含有大量的有機質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，但同時污泥中也含有大量的重金 屬,隨著大量的市政污泥進入農(nóng)田，使農(nóng)田

12、中的重金屬的含量在不斷增高。 污泥施肥可導致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加，且污泥 施用越多，污染就越嚴重，Cd、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染；Cd、Hg可引 起小麥、玉米的污染；污泥增加，青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也增力口。Anthony研究表明，用城市污水、污泥改良土壤，重金屬Hg、Cd、Pb等的含量也 明顯增加。1.5 含重金屬廢棄物堆積含重金屬廢棄物種類繁多，不同種類其危害方式和污染程度都不一樣。 污染的 范圍一般以廢棄堆為中心向四周擴散。通過對武漢市垃圾堆放場23、杭州某銘渣堆存區(qū)、城市生活垃圾場25及車輛廢棄場26附近土壤中的重金屬污染的研 究

13、，這些區(qū)域的重金屬 Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、 Co、Mn的含量高于當?shù)赝寥辣尘爸担亟饘僭谕寥乐械暮亢托螒B(tài)分布特征受其 垃圾中釋放率的影響，且隨距離的加大重金屬的含量而降低。由于廢棄物種類不同各重金屬污染程度也不盡相同，如銘渣堆存區(qū)的Cd、Hg、Pb為重度污染,Zn為 中度污染，Cr、Cu為輕度污染。1.6 金屬礦山酸性廢水污染金屬礦山的開采、冶煉、重金屬尾礦、冶煉廢渣和礦渣堆放等，可以被酸溶 出含重金 屬離子的礦山酸性廢水，隨著礦山排水和降雨使之帶入水環(huán)境 （如河流等 或直接進入土壤，都可以間接或直接地造成土壤重金屬污染。1989年我國有色冶金工業(yè)向環(huán)境中

14、排放重金屬 Hg為56 t, Cd為88 t, As為173 t, Pb為226 t。礦山酸性 廢水重金屬污染的范圍一般在礦山的周圍或河流的下游，在河流中不同河段的重金 屬污染往往受污染源（礦山控制，河流同一污染源的下段自上游到下游，由于金屬 元素遷移能力減弱和水體自凈化能力的適度恢復,金屬化學污染強度逐漸降低。江西樂安江沽口一中洲由于遭受德興銅礦的污染，水體及土壤中的重金屬Cu、Pb、 Zn、Cr含量增高,至鄱陽湖段重金屬含量逐漸降低。美國科羅拉多州羅拉多流域受采礦的影響，重金屬元素Cd、Zn、Pb、As的濃度，以污染源為最高，之后隨著 與污染源距離延長而逐漸降低。萊安河30重金屬污染，來自

15、一個大型銅礦，導致重金屬濃度遠遠超過當?shù)乇尘爸?。流域重金屬污染隨季節(jié)變化而異，枯水期重金屬的 含量明顯 高于豐水期。河流流速減緩可以導致該流段重金屬含量增加。同一區(qū)域土壤中重金屬污染物的來源途徑可以是單一的，也可以是多途徑的。胡永定通過研究徐州荊馬河區(qū)域土壤重金屬污染的成因中指出：Cr、Cu、Zn、Pb是由垃圾施用引 起的，As是由農(nóng)灌引起的，Cd是由農(nóng)灌和垃圾施用引起的,Hg 是各種途徑都具備。王文 祥通過對山東省耕地重金屬元素污染狀況的研究說明，工業(yè)快速發(fā)展地區(qū)鉛高于農(nóng)業(yè)環(huán)境，鉛與距公路遠近有關(guān)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)技術(shù)、設備落后 ， 原材料利用率低，造成其周邊土壤重金屬 污染相當嚴重。據(jù)貴州1986

16、年的統(tǒng)計，全 省鄉(xiāng)鎮(zhèn)排放汞14.7萬kg , 土壤中有的地方達56.64 mg/kg,超過未污染土壤的84.5 倍。要引起局度重視?？偟膩碚f：工業(yè)化程度越高的地區(qū)污染越嚴重，市區(qū)高于遠郊和農(nóng)村，地表高于 地下，污染區(qū)污染時間越長重金屬積累就越多，以大氣傳播媒介土壤重金屬污染土壤 的具有很強的 疊加性，熟化程度越高重金屬含量越高。2 土壤中重金屬污染物現(xiàn)行治理方法關(guān)于土壤重金屬污染物的研究，國外始于20世紀6070年代,如澳大利亞、美 國、德國等國家對土壤重金屬較深入，尤其澳大利亞。我國在1983年對主要類型的 土壤環(huán)境容量作過初步研究，如提出研究土壤重金屬的生態(tài)效應、臨界含量地帶性 分異規(guī)律和

17、分區(qū)等。當前,世界各國很重視對重金屬污染治理方法研究，并開展廣 泛的研究工作?？偟膩碚f，目前大致有以下四種治理措施：2.1 工程治理方法工程治理是指用物理或物理化學的原理來治理土壤重金屬污染。主要有:客土是在污 染的土壤上加入未污染的新土 ；換土是將以污染的土壤移去，換上未污染的 新土 ；翻土是將 污染的表土翻至下層；去表土是將污染的表土移去等。如日本富士縣神通川流域的痛痛病發(fā) 源地，就是由于長期食用含鎘的稻米而引發(fā)的，他們通過 研究,去表土 15 cm,并壓實心土，在連續(xù)淹水的條件下，稻米中鎘的含量小于0.4 mg/kg;去表土后再客土 20 cm,間歇灌溉稻 米中鎘的含量也不超標，客土超過

18、30 cm, 其效果更佳。此外淋洗法是用淋洗液來淋洗污染的土壤;熱處理法是將污染土壤加 熱，使土壤中的揮發(fā)性污染物（Hg揮發(fā)并收集起來進 行回收或處理；電解法是使土壤 中重金屬在電解、電遷移、電滲和電泳等的作用下在陽極或 陰極被移走。以上措施具有效果徹底、穩(wěn)定等優(yōu)點，但實施復雜、治理費用高和易引起土壤 肥力降低等缺點。2.2 生物治理方法生物治理是指利用生物的某些習性來適應、抑制和改良重金屬污染。主要有:動物治理是利用土壤中的某些低等動物蚯蚓、鼠類等吸收土壤中的重金屬；微生物治理是利用土壤中的某些微生物等對重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用，降低土壤中重金屬的毒性 如Citrobacter

19、 sp產(chǎn)生的酶能使U、Pb、Cd形成難 溶磷酸鹽;原核生物（細菌、放線菌比 真核生物（真菌對重金屬更敏感，格蘭氏陽性菌 可吸收Cd、Cu、Ni、Pb等。植物治理是利用某些植物能忍耐和超量積累某種 重金屬的特性來清除土壤中的重金屬;重金屬的植物吸 收、淋溶和無效態(tài)數(shù)量將 只依賴于它們的有效態(tài)的多少，重金屬溶液濃度和它們的土壤的有 效態(tài)之間關(guān)系遵 循Freundlich吸附方程41;超積累植物可吸收積累大量的重金屬，目前已發(fā)現(xiàn)400 多種，超積累植物積累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上，積累 Mn、Zn 含量一般在 1% 以上;ER度芥菜（Brassica junceM吸收 Z

20、n、Cd、Cu、 Pb 等，在 Cu 為 250 mg/kg, Pb 為 500 mg/kg、Zn 為 500 mg/kg 條件下能生長，在 Cd 為200 mg/kg出現(xiàn)黃化 現(xiàn)象42;印度芥菜（Brassica juncea可對Cr6+、Cd、Ni、 Zn、Cu富集分別為58, 52, 31, 17和7倍;高桿牧草（Agropyron elongatum能吸收 Cu等;英國的高山瑩屬類等，可吸收高濃度的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd、 Zn等。生物治理措施的優(yōu)點是實施較簡便、投資較少和對環(huán)境破壞小，缺點是治理效 果不顯著。2.3 化學治理方法化學治理就是向污染土壤投入改良劑、抑制劑，增

21、加土壤有機質(zhì)、陽離子代換 量和粘粒的含量，改變pH、Eh和電導等理化性質(zhì)，使土壤重金屬發(fā)生氧化、還 原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金屬的生物有效性。其中沉淀法是指土壤溶液中金屬陽離子在 介質(zhì)發(fā)生改變（pH值、OH-、SO42-等時，形成金屬沉 淀物而降低土壤重金屬的污染；如向土壤中投放鋼渣，它在土壤中易被氧化成鐵的氧化物，對Cd、Ni、Zn的離 子有吸附和共沉淀作用，從而使金屬固定。在沈陽張士污灌區(qū)進行的大面積石灰改 良實驗表明，每公頃施石灰15001875 kg籽實含鎘量下降50%18。有機質(zhì)法是 指有機質(zhì)中的腐殖酸能絡合重金屬離子生成難溶的絡合物，而減輕土壤重金屬的污 染;吸附

22、法是指重金屬離子能被膨潤土、沸石、粘土礦物等吸附固定，從而降低土壤重金屬的污染?；瘜W治理措施優(yōu)點是治理效果和費用都適中，缺點是容易再度活化。2.4 農(nóng)業(yè)治理方法農(nóng)業(yè)治理是因地制宜的改變一些耕作管理制度來減輕重金屬的危害，在污染土壤上種 植不進入食物鏈的植物。 主要有:控制土壤水分是指通過控制土壤水分來調(diào) 節(jié)其氧化還原電 位（Eh，達到降低重金屬污染的目的；選擇化肥是指在不影響土壤供 肥的情況下，選擇最能降低土壤重金屬污染的化肥；增施有機肥是指有機肥能夠固 定土壤中多種重金屬以降低土壤重金屬污染的措施；選擇農(nóng)作物品種是指選擇抗污 染的植物和不要在重金屬污染的土壤上種植進入食物鏈的植物；如在含鎘1

23、00 mg/kg的土壤上改種芒麻，五年后，土壤鎘含鎘平均 降低27.6%;因地制宜地種植玉 米、水稻、大豆、小麥等，水稻根系吸收重金屬的含量占整 個作物吸收量的 58%99%,玉米莖葉吸收重金屬的含量占整個作物吸收量的20%40%,玉米籽實吸收量最少，重金屬在作物體內(nèi)分配規(guī)律是根 莖葉 籽實。土壤重金屬污染也是導 致生態(tài)系統(tǒng)破壞的重要因素。合理的利用農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)工程措施，也可以保持土壤 的肥力，改良和防治土壤重金屬污染，提高土壤質(zhì)量，并能與自然生態(tài)循環(huán)和系統(tǒng)協(xié)調(diào)運作。如可以在污染區(qū)公路兩側(cè)盡可能種樹、種花、種草或經(jīng)濟作物 （如篦麻, 種植草皮或觀賞樹木，移栽繁殖，不但可以美化環(huán)境，還可以凈化土

24、壤；篦麻可用作 肥皂的原料。也可以進行農(nóng)業(yè) 改良,即在污染區(qū)繁育種子（水稻、玉米，之后在非污 染區(qū)種植；或種植非食用作物（高梁、玉米，收獲后從秸稈提取酒精，殘渣壓制纖維板， 并提取糠醛，或?qū)堅谱髡託庾髂茉?。農(nóng)業(yè)治理措施的優(yōu)點是易操作、費用較低，缺點是周期長、效果不顯著。3 土壤中天然礦物治理重金屬污染物新方法土壤的主要礦物組成除粘土礦物外，還存在大量的天然鐵鉆鋁氧化物及氫氧化 物、硅氧化物、碳酸鹽、有機質(zhì)硫化物等天然礦物。 在國內(nèi)外關(guān)于土壤重金屬 污染物防治途徑研究 中，人們一直強調(diào)土壤自身的凈化能力，但土壤自凈化能力離 不開土壤中礦物種對重金屬的吸附與解吸作用、固定與釋放作用，土壤中具體

25、礦物 的凈化能力才真正體現(xiàn)土壤自身的凈化 能力和容納能力。土壤中有毒有害元素含 量的高低，并不是直接判定土壤環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣乃至 土壤生態(tài)效應的唯一標志，關(guān)鍵 問題是要揭示這些重金屬在土壤中與各種無機物之間具有怎樣的環(huán)境平衡關(guān)系。在國內(nèi)外為尋求地下水和土壤有機污染的修復方法而直接對土壤中多種粘土礦物進行改性研究，即利用有機表面活性劑去置換天然粘土礦物中存在著的大量可交換 的無機陽離子，以形成有機粘土礦物，可有效截住或固定有機污染物，阻止地下水的 進一步污染，限制有機污染物在土壤環(huán)境中遷移擴散。但特別需要指出的是，在粘土礦物改性過程 中，其中的固定態(tài)重金屬也一并被置換出來，導致土壤系統(tǒng)中業(yè)已 建立環(huán)境平衡被打破，使得土壤環(huán)境中解吸釋放態(tài)重金屬污染物總量大大增加。至此，土壤中重金屬污染物既來源于 土壤中活動態(tài)的重金屬,又來源于改性粘土礦物 時被置換釋放出來的重金屬。以本實驗室正在開展研究的環(huán)境礦物材料一天然鐵 鉆鋁氧化物及氫氧化物為例,其中磁鐵礦、赤鐵礦