重金属镉的迁移转化

引言刊登在美国《移民与难民研究》杂志上的一份关于“纽约健康和营养检测调查报告”显示，来自中国大陆的移民血液中铅、镉、汞等重金属含量高于来自其他亚洲地区的移民。铅比其他亚洲新移民高出44%。重金属的定义密度大于4.5g/cm3的金属称为重金属汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属人体毒害最大的有5种：铅、汞、铬、砷、镉汞，常温常压下唯一以液态存在的金属钯，银白色金属（面心立方结晶）重金属的形态镉，银白色有光泽的金属，晶胞为六方晶胞铬，银白色金属体心立方晶体砷，非金属，灰白色，有金属光泽的结晶块可怕的重金属重金属污染特点来源广、残留时间长、能沿着食物链转移富集，有放大作用。重金属离子在自然环境中不能被破坏。水体中某些重金属在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物。123只要有微量重金属即可产生毒性效应。4目录重金属镉的定义12重金属镉的来源3重金属镉的危害4重金属（镉）的迁移转化5总结和展望1.重金属镉的定义镉（Cd）是元素周期表第48号元素，位于第五周期与锌汞组成的IIB族（锌分族）属亲硫元素，自然界主要以硫化物形式存在于闪锌矿中。镉作为原料或催化剂用于生产塑料、颜料和试剂；用于镉的抗腐蚀性及耐摩擦性，也是制造原子核反应堆用控制棒材料之一。镉不是人体必须元素，对人体有害，在自然界中含量很低，大气中镉含量一般不超过0.003µg/m3,水中不超过10µg/L，土壤中不超过0.5mg/kg。镉对环境的污染主要是对土壤的污染。1.重金属镉的定义镉是银白色有光泽的金属，熔点320.9℃，沸点765℃，密度8650kg/m3。有韧性和延展性。镉在潮湿空气中缓慢氧化并失去金属光泽，加热时表面形成棕色的氧化物层。高温下镉与卤素反应激烈，形成卤化镉。2.重金属镉的来源镉的来源自然来源人为来源镉在自然界中相当稀少，常伴生于硫化铅、锌矿特别是闪锌矿（ZnS）之中。金属矿的开采和冶炼、电镀、颜料等是镉的主要人为来源。2.1重金属镉的自然来源镉在自然界为分散元素，并非矿元素。常伴生于其他有色金属矿物中，尤其是含锌矿物中，镉以杂质状态存在。镉的自然污染来源主要有火山、泥石流等自然地质运动。2.2重金属镉的人为来源镉的人为污染源主要是来自工业上采矿、选矿、有色金属冶炼、电镀等排放的“三废”；农业上的含镉污水的灌溉以及含镉污泥施用等以及交通运输业汽车排放的尾气也含有镉。土壤、水体中的镉污染主要来自工业、农业所排放的含有镉废水及废渣；空气中的镉污染主要来自含镉矿的开采和冶炼，煤、石油的燃烧以及城市垃圾、废弃物的燃烧、汽车尾气等均可造成大气镉污染。3.重金属镉的危害表1污染区和非污染区居民亚健康状况比较根据所测土壤和水源中镉含量，选取重金属污染区的两个村，其平均地面水镉含量为0.01170mg/L，农田土壤镉含量为0.8291mg/kg;在非污染区抽取1个与污染区自然地理情况，生活习惯相近的自然村作为对照，其平均地面水镉含量为0.007mg/L，农田土壤镉含0.0115mg/L,以各村中年龄≧15岁的全部村民作为调查对象。3.重金属镉的危害表2污染区、非污染区年龄性别死亡率(‰)年龄组(岁)污染区非污染区男女合计男女合计0～33.98188.37261.7513.23315.89814.5121～0.3880.4220.4040.7570.7610.7595～1.8650.0000.9750.7770.2240.52010～0.418010000.2160.3480.2940.32315～0.7450.7780.7610.7750.0850.44720～0.4010.4110.4061.5040.8101.17025～2.1691.6081.8871.6951.2921.49730～2.7126.2334.4542.1181.9742.04935～3.5842.9483.2702.9860.9692.01740～1.9491.2421.6384.2614.0874.18745～7.3088.9137.9597.3554.6896.30650～2.3536.4834.0904.6524.9704.78255～10.4999.0589.89312.0195.5569.38460～18.81317.35418.22921.39219.49620.65765～35.01124.24230.49633.74434.48334.04570～72.84861.72867.89074.53447.70562.89175～89.04164.10376.159119.31874.23096.61580～134.32889.744110.345177.019120.448147.27585～352.941233.333276.596387.500223.022283.1053.重金属镉的危害表3污染区主要死因/死亡率及死因构成疾病分类死亡率(1/10万)标化死亡率(1/10万)构成比(%)顺位恶性肿瘤105.52117.8418.901呼吸系病89.11164.4516.032脑血管病79.73139.3014.353损伤和中毒72.6974.8213.084新生儿病49.9098.348.445心脏病39.8650.687.176消化系病23.4541.254.227镉大米事件镉是一种重金属污染物,镉可通过土壤、水体、肥料、工矿粉尘等途径进入农作物及农作物的可食部分，进而进入食物链，可能威胁消费者健康。镉在肾中一旦累积到一定量，就可能损害泌尿系统。主要表现为近端肾小管功能障碍为主的肾损害，这并不致命，但可能会略微影响预期寿命4.重金属镉的迁移转化迁移转化一般规律：含镉废水，废气被排入环境；镉污染水体及土壤；镉被庄稼作物吸收；镉分布在庄稼作物各部分；人摄入高镉庄稼作物；危害肾功能和骨密度及生殖系统人大气大气水水土壤土壤4.1土法炼锌大气中镉的迁移研究4.3杭州西湖水中Cd的形态分布和交换过程研究4.5镉在土壤中的迁移及形态分布研究4.2重金属镉大气排放污染及迁移特征研究4.4深港西部通道填海区地下镉迁移的实验研究4.6工业污染土壤中Cd的分布特征及化学形态分析4.重金属镉的迁移转化4.1土法炼锌大气中镉的迁移研究为了揭示上世纪80-90年代一些土法炼锌区域大气环境中镉的迁移影响和空间变化特征，运用苔藓口袋（MossBag）和总悬浮颗粒物（TSP）监测研究镉在土法炼锌厂附近的迁移性。塑料罩覆盖的MossBag接收的是干沉降累积，暴露于大气中MossBag接收的是总沉降累积。结果表明，土法炼锌区域100m内大气TSP中镉含量达129.4mg·kg-1，MossBag监测镉总沉降速率达到47.2mg•m2•mon-1，在其下风方向10km处TSP中镉含量仍达到27.3mg·kg-1。4.1土法炼锌大气中镉的迁移研究4.1土法炼锌大气中镉的迁移研究从MossBag监测镉干沉降速率占总沉降速率的比例来看，其变化范围为58～79%，平均为69%，从大气向地面沉降的镉总量中与降水量无关的镉沉降占了相当大的比例，大气是炼锌厂附近镉传输的途径和通道。4.2重金属镉大气排放污染及迁移特征研究本研究选取北京市主城区(北师大校园)、交通源(北四环中路)和郊区(大兴区采育镇),并以密云区(黑山寺村)为区域空气质量背景点,比较系统地开展了北京市不同城市功能区不同粒径范围大气气溶胶(TSP/PM10/PM2.5)采样及测试分析。研究结果表明北京市大气气溶胶中Cd的平均浓度分别约为0.0056μg/m3,其中郊区的浓度较其他功能区明显偏高,整体季节变化趋势表现为:冬季＞秋季＞春季＞夏季。通过对气溶胶样品中各种元素进行因子分析得出,北京市气溶胶中重金属元素主要来自土壤和建筑及交通相关的扬尘。对重金属元素在气溶胶中的赋存形态和生物活性进行了测试分析发现,Cd主要以酸可溶态存在。4.2重金属镉大气排放污染及迁移特征研究通过对北京市不同城市功能区开展大气干湿沉降采样测试,分析研究了北京地区有害重金属元素的大气干湿沉降通量。其中Cd的大气干沉降通量分别约为0.49mg(m2·a),年均大气湿沉降通量分别约为0.85mg/(m2·a)。经估算,北京市区每年大气Cd、Pb和Cr的沉降量分别约为1.00t，表明大气沉降是北京地区土壤中重金属的重要输入来源。4.重金属镉的迁移转化（大气）空气中的镉污染主要来自含镉矿的开采和冶炼，煤、石油的燃烧以及城市垃圾、废弃物的燃烧等。镉在大气中主要以气溶胶、镉蒸汽等形态存在；其化学形态主要是单质、氧化物、镉盐（CdCl2、CdSO4、CdS等）。镉可通过干沉降、湿沉降等作用，进入土壤和水体。另外镉也可由呼吸进入人体，造成急慢性中毒症状。4.3杭州西湖水中Cd的形态分布和交换过程研究西湖各采样点示意图1995.6—1996.6西湖水中重金属Cd的总量及各形态含量的月变化动态4.3杭州西湖水中Cd的形态分布和交换过程研究1995.6—1996.6西湖各湖区重金属总量及各形态年平均浓度的变化表中可以看出，镉在5湖区的分布较均匀,总量、溶解态和颗粒态Ⅱ的含量均是岳湖略高些,由此可见,各种流入水对西湖水中镉含量影响不大。4.3杭州西湖水中Cd的形态分布和交换过程研究在重金属水平方向的迁移交换的试验中，研究了溶解态与颗粒态的转化以及颗粒态Ⅰ和颗粒态Ⅱ的转化。实验得出因不同季节引水量、降水量及溪涧水流入量不同,湖水滞留时间不一,游船活动频率不同等,故影响镉水平方向的迁移转化因素是复杂的,但从总体分析,由入水断面→出水断面,金属均从溶解态向颗粒态转移,这与藻量增多、底泥搅动等因素有关。4.4深港西部通道填海区地下镉迁移的实验研究实验室模拟填海区条件变化,进行了填海区淤泥和地下水相互作用中重金属迁移的实验随着上覆水pH、EC增大,镉在水溶液中的浓度逐渐增大，经过自然氧化风干的淤泥中释放出的镉始终小于经过常规处理的淤泥。说明淤泥氧化过程有利于镉元素的稳定,而且随着上覆水的淡化,这种释放量逐渐减少直到低于仪器的检测限。4.4深港西部通道填海区地下镉迁移的实验研究通过模拟实验研究结果发现,填海活动中,填海区地下水淡化、淤泥暴露,以及填料都对地下水中金属元素的含量有一定影响：1)填海区地下水淡化对镉迁移的影响随着填海区地下水的淡化,pH的降低,镉由淤泥进入地下水的量减小;随着EC和pH的减少,镉金属元素从淤泥进入水体的量减少。2)填海过程排干海水暴露淤泥的过程对镉迁移的影响经过自然晾晒过程的淤泥中,这Cd元素释放到水体的量则比常规处理的淤泥更少,表明淤泥在空气中的氧化过程有助于增加Cd元素的在环境中稳定性。3)填料对地下水重金属浓度的影响填海区在受填海活动的影响下,地下水中镉浓度确实在发生变化,镉含量升高则主要与与填料风化释放有关。4.镉的迁移转化（水）1.水体中胶体物质对Cd的吸附作用(1)黏土矿物对Cd的吸附一种是离子交换吸附机制，即黏土矿物的微粒通过层状结构边缘的羟基氢和－OM基中M+离子以及层状结构之间的M+离子，与水中的重金属离子交换而将其吸附。这个过程也可用下式示意：AOH+Me2+＝AOMe+H+(或M+)4.镉的迁移转化（水）另一种机理是重金属离子先水解，然后夺取黏土矿物微粒表面的羟基，形成羟基配合物而被吸附：Me2++nH2O＝Me(OH)n(2-n)++nH+AOH+Me(OH)n(2-n)+＝AMe(OH)n+1(1-n)+4.镉的迁移转化（水）(2)水合金属氧化物对Cd离子的吸附一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸附过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位化合过程，可用下式表示：n≡AOH+Men+＝(≡AO)n→Me+nH+(3)腐殖质对Cd离子的吸附腐殖质（Hum）微粒对重金属离子的吸附，主要是通过它对金属离子的螯合作用和离子交换作用来实现。腐殖质的离子交换机理可用下式表示：4.镉的迁移转化（水）2.Cd的溶解和沉淀反应Cd(OH)2CdSCdSO4水体中Cd离子与相应的阴离子生成硫化物、