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土壤重金属汞的污染与防治

2018年04月04日 13:22   来源:北京诚驿恒仪科技有限公司
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劳达贸易(上海)有限公司

    随着我国的工业化和现代化的进程加快,环境问题日益显著,重金属污染进一步的加剧。其中汞的毒性是最强的,汞污染对于土壤、农作物、人体和经济都有严重的影响。尤其是对于土壤的危害根治严重,该篇文章主要对汞污染的来源和防治做了简要的说明,进一步的说明土壤中汞金属的防治的紧迫性和实际意义。

    重金属是指比重大于5.0g/cm3的重金属元素,在自然界中大约存在45种。其中包括环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷,还包括具有毒性的重金属锌、铜、钻、镍、锡、钒等污染物。由于人们生产生活所造成的重金属对土壤的污染日趋严重,在2014年4月17日,环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国耕地土壤环境质量堪忧,点位超标率为19.4%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,由此可见重金属污染问题比较突出。汞金属作为土壤重污染物之一,其存在形式多重多样,汞在自然界中以金属汞、无机汞和有机汞形态存在,有机汞的毒性远远地高于无机态和原子态的汞。汞在地壳中的丰度很低,平均含量为7.0ug/kg。土壤的类型对汞的背景值也有明显的影响。水稻土及石灰(岩)土中的汞的背景值含量较高,前者显然是认为影响,后者主要是成母质和成土过程所致。因而如何有效地控制及治理土壤金属汞的污染,改良土壤质量,将成为生态环境?;すぷ髦惺种匾囊幌钅谌?。

   一、土壤中汞金属污染的主要来源

   1.大气干湿沉降

    全世界每年生产的汞在7000t以上,约有25~50%被排入环境中。散发到大气中的汞经过一定距离的传输,大约有93.7%回降于陆地,土壤是大气汞的最大受体。大气中汞的降落是土壤中汞的一个十分重要的来源,Manson(1994)等估算了北半球不同纬度地区大气汞对陆地汞的贡献:在北纬300~700地区,汞的沉降量为15.8μgm-2a-1,我国北京东郊污水灌溉区调查表明,大气沉降输入到农田中的汞为3.54gha-1a-1,大气中的汞通过干湿沉降进入土壤环境中,由于土壤中的黏土矿物和有机质的吸附作用,使得绝大部分汞迅速被土壤固定,富集于土壤表层,造成土壤汞含量增加。刘如海(2002)认为大气沉降是三江平原湿地土壤汞的主要来源。

    2.含汞污染水引入农田会导致局部的区土壤被汞污染

    由于我国北方地区比较干旱,缺水严重,而许多大城市都是重工业城市,耗水量大,所以农业用水更加紧张,污灌在这些地区比较普遍,比如沈阳、西安、太原、郑州、北京、天津、兰州、石家庄、哈尔滨等均存在比较严重的因污灌引起的农田土壤和农作物的重金属累积或者污染问题,而我国规定农田灌溉水质标准为含汞不超过0.001mgkg-1,根据统计目前被汞污染的耕地面积3.2×104ha,涉及15个省21个地区。天津常年污灌区土壤汞含量高达0.292mgkg-1,已经超过土壤环境质量一级标准(0.15mgkg-1),北京东郊灌区土壤中汞含量达0.076~4.55mgkg-1,造成汞在土壤中的积累。

    3.污泥的施用

    污染泥土有许多有机质和氮、磷、钾等营养元素,所以作为肥料施入农田很受到欢迎,但还含有多种污染物质,施用不当会引起局部地区土v壤汞含量增高。Anthony研究表明,污染泥土使表层土壤汞的浓度明显增加,土壤汞含量为0.08-1.1mgkg-1,因此美国规定作为肥料的污染泥土含汞不准超1.0mgkg-1,污染泥土中污染物质控制标准,对酸性土(pH<6.5)5mgkg-1,中性和偏碱性土(pH>6.5)15mgkg-1。

    4.含汞化肥和农药的使用

    施用含汞农药是造成大面积农田土壤含汞量普遍增加的一个原因。根据统计,仅仅1965年全世界就施用含汞农药达到2100t。从1953~1965年,日本用汞制剂防止稻瘟病,每年投入水田的汞共达到2300t。虽然现在包括中国在内的许多国家已经停止了含汞药的施用,但是已经受到汞污染的土壤对生态系统的影响将是长期的。农田施用的肥料也含有一定数量的汞,大多数肥料中含汞小于15mgkg-1,因此,施肥的过程也可将肥料中的汞带入到土壤中。

    5.电子生产过程中所排放或者泄露的汞

    如今的IT行业的迅猛发展中,电子制造行业也跟紧了节奏快速的发展了起来,电子电工的过程会使用到重金属汞,比如一些电池、荧光灯的制造和使用的过程中,在人们的日常生活中更是有大量的废旧电池处置不当,导致电池中的汞金属泄露到了土壤中,使得土壤中的汞含量遭到了累积。

    二、土壤中的汞的存在形态和污染特征

    汞以多种形态广泛存在于自然界中,在土壤中汞主要以0,+1、+2价存在,土壤中的汞形态比较复杂,有机质含量、土壤类型、温度、Eh、Ph等均会影响汞形态转化、一般可根据其形态分为:金属汞、无机结合态汞和有机结合态汞,其中有机结合态汞的毒性远远地大于无机汞,土壤中任何形式的汞(包括金属汞、无机汞和其他的有机汞)均可以在一定的条件下转化成剧毒的甲基汞。因此,汞的甲基化最受人的关注,首先无机汞可以在微生物的作用下转化成有机汞,转化模式如下:

    即无机汞在厌氧条件下主要形成二甲基汞,介质呈微酸性时,二甲基汞进一步转化为脂溶性的甲基汞,可被微生物吸收、积累,并进入食物链造成人体危害:而在好样条件下,则主要形成甲基汞。

    由于汞金属的在土壤中的存在形态多变,所以随着环境的Eh、Ph、配位体的不同常有不同的价态化合态和结合态,而且形态不同汞金属的稳定性和毒性也不同,离子态的毒性常常大于结合态;汞金属的有机态的毒性大于金属无机态;汞金属在环境中的迁移转化几乎包括水体中已知的所有物理化学过程。其参与的化学反应有水合、水解、溶解、中和、沉淀、络合、解离、氧化、还原、有机化等,胶体化学过程有机离子交换、表面络合、吸附、解吸、吸收、聚合、凝聚、絮凝等,生物过程有生物摄取、生物富集、生物甲基化等,物理过程有分子扩散、湍流扩散、混合、稀释、沉积、底部推移、再悬浮等。生物摄取汞金属是积累性的,各种生物,尤其是海洋生物,对汞金属都有较强的吸附能力,其吸附系数课高达几十倍至几十万倍。因此,即微量重金属的存在也可能构成污染。

    三、土壤中的汞污染的危害

    1.汞对农作物的危害

    植物在吸收土壤汞的同时也会吸收大气汞,当植物汞源于大气汞中时其地上部分汞的含量高于根部,而源于土壤汞时,则根汞高于地上部,因此在研究土壤中的汞的植物效应时,汞污染源区分很重要。土壤中的汞含量过高,不但引起汞在植物体内的积累,还会对植物产生毒素,其症状主要为:根系发育不良,植株矮小,叶片、茎可能变成棕色或者黑色,甚至死亡。汞抑制植物生长有许多的生理因素,如汞抑制硝酸还原酶活性,影响无机氮转化成有机氮的速率;抑制叶绿素合成,破坏叶绿素结构,降低光合速率等。

    2.汞对人体的危害

    重金属中以汞的毒性最大,无机汞盐引起的急性中度症状主要为急性肠胃炎症状,如恶心、呕吐、腹泻、腹痛等。急性中毒表现为多梦、失眠、易兴奋、手指震颤等。汞的毒性以有机汞化合物的毒性最大(甲基汞),日本水俣病的致病物质即为甲基汞。甲基汞可以引起神经系统的损伤及运动失调,严重时疯狂痉挛死亡。此外,汞与细胞膜的疏基结合,改变膜通透性,导致细胞膜功能障碍。

    四、土壤中汞污染的防治和治理

    1.土壤中进入污染源控

    切断汞金属污染源是消减、消除汞金属污染的有效措施。尽可能避免工矿企业汞金属污染物的任意排放,尽量避免重金属输入土壤环境。这是防止土壤环境遭受汞金属污染的最根本性的也是最重要的原则。

    (1).控制含有汞金属的有害气体和粉尘的超标排放

    土壤环境是一个开放的生态系统,与大气环境紧密相连,排入大气的污染物通过降水,降尘最终会进入一土壤环境,许多的汞金属就是通过工业排放的有害气体和粉尘,以及燃煤和汽车尾气进入土壤环境的。因此,大力推广先进的无污染和少污染的生产工艺和生产设备,使有害气体和粉尘不进入大气,并严格执行工艺行业大气有害物质排放那个标准。

    (2).严格执行污灌水质标准和控制污水排放标准

    工业废水和生活污水的排放必须执行国家相应的污水排放标准,对含有汞金属的工业废水应在厂内或者车间内就地进行处理。减少汞金属对水体和土壤环境的污染。

    (3).控制污泥、垃圾等固体废弃物的排放和使用

    防止土壤环境的汞金属污染,还必须严格控制农田施用污泥中的汞金属含量和施用量,严格执行城市垃圾、污泥农田施用的污染物排放控制标准。

    (4).发展清洁工艺

    发展清洁工艺,是消减、控制和消除重金属污染源的最有效措施,也是消除汞金属的最有效的措施。所谓清洁工艺就是会不断地、全面地采用环境?;さ恼铰砸越档蜕毯蜕范匀死嗪突肪车奈:?。发展清洁工艺技术包括节约原料、能源、消除有毒原料、减少所有排放物的数量和毒性。

    2.土壤汞金属污染的工程治理措施

    土壤重金属污染的主要工程治理措施为客土法、换土法、水洗法、电动力学法、热解吸法、淋溶法等,同时,这些方法对于汞金属的治理同样适用。

    (1).客土法、换土法

    客土法是指在被污染的土壤上覆盖上非污染的土壤,换土法是部分或全部挖除污染土壤而换上非污染土壤。实践证明,这是治理农田重金属严重污染的切实有效的方法??屯练ê突煌练ǖ牟蛔阍谟谛杌ǚ汛罅康娜肆筒屏?,因此,只适用于小面积严重污染的土壤的治理。

    (2).水洗法

    水洗法是采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子,使重金属离子迁移至较深的土层中,以减少表土重金属离子的浓度;或者将含有重金属离子的水排出田外。此法只适用于小面积严重污染土壤的治理。

    (3).热解吸法

    对于挥发性的金属汞,采用加热的方法能将汞从土壤中解吸出来,然后再回收利用。此种汞去除与回收技术包括以下几个方面的程序:①将被污染的土壤和废弃物从现场挖掘后进行破碎。②往土壤中施加具有特定性质的添加剂,此添加剂有利于有机汞的分解,又能吸收处理过程所产生的有机气体。

    五、结论

    土壤汞金属污染影响广泛,且重金属汞的毒性也是潜在的,我国的汞污染形势严峻,政府部门应该积极采取可行措施,制定相关法律法规,带领生产者、消费者肩负起减少汞排放这一个重大的责任。

    参考书目

    [1]张乃明主编.环境土壤学[M].中国农业大学出版社,2013

    [2]薛美香.土壤重金属污染现状与修复技术[J].广东化工.2007(08)

    [3]冀玉良.农业生态环境中的重金属污染及其防控对策[J].陕西农业科学.2004(04)

    [4]方凤满,王起超.土壤汞污染研究进展[J].土壤与环境.2000(04)

    [5]丁园.重金属污染土壤的治理方法[J].环境与开发.2000(02)

    [6]郑喜珅.土壤中重金属污染现状与防治方法[J].土壤与化学。2002(01)

    [7]蔡美芳.我国耕地土壤重金属污染现状与防治对策研究[J].环境科学与技术2014(02)

    (内容源于中汞网)


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