土壤重金属污染的危害及其治理

土壤重金属污染的危害及其治理一些常见重金属对人体的危害Cr：铬的毒性与其存在的价态有关,六价铬比三价铬毒性高100倍,并易被人体吸收且在体内蓄积,铬的污染源有含铬矿石的加工、金属表面处理、皮革鞣制、印染等排放的污水。Cr对皮肤有刺激和过敏作用，造成呼吸系统的损害，可以在内脏富集，造成支气管癌变。Pb：铅是危害儿童智力，小孩铅中毒则出现发育迟缓、食欲不振、听觉障碍、注意不集中、智力低下等现象，铅进孕妇体内则会通过胎盘屏障，影响胎儿发育，造成畸形等。Cd：造成骨痛病，是因为cd代替了骨骼中的钙而使骨质变软，造成废用性萎缩，在人体内脏内能存在3到9年。As：所有as及as的化合物都是有毒的，三价比五价毒性强，有机比无机强，能在体内积累，致畸，致癌。Hg：水俣病是指人或其他动物食用了含有有机汞污染的鱼贝类，导致甲基汞中毒并侵入脑神经细胞而引起的一系列综合性疾病采矿等行业常用的重金属之一，汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入人体。汞的毒性是积累的，需要很长时间才能表现出来，食物链对于汞有极强的富集能力。有机汞比无机汞毒性大，能更快进入脂肪，伤害神经一.浅谈重金属的主要来源铅、镉、铬、汞、砷作为重金属污染的主要元素，其重点防控行业有：1.有色金属冶炼和含铅蓄电池制造业是主要的涉铅行业。其中有色金属冶炼铅尘产生量占铅尘产生总量的36.6%，电池制造铅尘产生量占总产生量的63.4%；2.废气中的镉主要由常用有色金属冶炼行业产生；3.皮革鞣制加工行业是废水中总铬产生及排放的主要行业，金属表面处理业是废水中六价铬产生及排放的主要行业。4.基础化学原料制造是废水中汞和砷产生及排放的主要行业。二.重金属污染对生态环境的影响重金属污染对土壤的影响来源：工业来源和农业来源，城市来源工业来源：工业能源大都以煤、石油类为主，它们是环境中汞、铅、镉、铬、砷等重金属污染的主要来源。在采矿、选矿、冶炼、锻造、加工、运输等工业生产过程中会产生大量的重金属污染。排放的废水、废渣等直接进入水体及土壤中，废气中的重金属经沉降也进入土壤等环境中，从而使得环境中重金属浓度严重超标。农业来源：在农业生产中，污水灌溉、农药、劣质化肥等的不合理使用是重金属污染的重要途径。以磷肥为例，生产磷肥的磷矿石成分复杂，含有较多的重金属如锌、铬、镍、铜、镉、铅等，因此如不合理的使用，劣质化肥中的重金属杂质会直接导致土壤被污染。城市来源：城市日益变成重金属污染的重要来源之一，污染过程主要包括污水处理中产生污泥的堆放、垃圾渗滤液的泄漏、含铅汽油的使用以及汽车交通等。污水处理厂产生的污泥中含有大量的重金属，如不经处理直接排放或者灌溉，会对土壤环境造成二次污染。含铅汽油，汽车轮胎添加剂中使用的锌，环境事故污染。对土壤的影响过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量。此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤污染。土壤重金属污染的特点1.隐蔽性特点重金属污染的土壤无色无味,很难被人的感觉器官而察觉,一般要通过植物进入食物链积累到一定程度时才能反映出来。2.表聚性特点土壤中重金属污染物大部分残留于土壤耕层,很少向土壤的下层移动。这是由于土壤中存在着有机胶体、无机胶体和有机—无机复合胶体,它们对重金属有较强的吸附和螯合能力,限制了重金属在土壤中的迁移能力。3.不可逆性特点由于重金属在土壤中积累到一定程度时,导致土壤结构与功能的发生变化,且由于重金属很难降解,因此,土壤一旦污染很难恢复。4.吸附性特点由于土壤具有以上性质，可经过水环境直接毒害植物，可最终通过食物链而危害人体健康，因此，治理难度和恢复难度较大，但又显现的极为急迫。对污染土壤的治理措施1.土壤中重金属污染物现行治理方法关于土壤重金属污染物的研究,国外始于20世纪60~70年代,如澳大利亚、美国、德国等国家对土壤重金属较深入,尤其澳大利亚。我国在1983年对主要类型的土壤环境容量作过初步研究,如提出研究土壤重金属的生态效应、临界含量地带性分异规律和分区等。当前,世界各国很重视对重金属污染治理方法研究,并开展广泛的研究工作[35~39]。总的来说,目前大致有以下四种治理措施:（.1）工程治理方法工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。主要有:客土是在污染的土壤上加入未污染的新土;换土是将以污染的土壤移去,换上未污染的新土;翻土是将污染的表土翻至下层;去表土是将污染的表土移去等。如日本富士县神通川流域的痛痛病发源地,就是由于长期食用含镉的稻米而引发的,他们通过研究,去表土15cm,并压实心土,在连续淹水的条件下,稻米中镉的含量小于0.4mg/kg;去表土后再客土20cm,间歇灌溉稻米中镉的含量也不超标,客土超过30cm,其效果更佳。此外淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤;热处理法是将污染土壤加热,使土壤中的挥发性污染物(Hg)挥发并收集起来进行回收或处理;电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。以上措施具有效果彻底、稳定等优点,但实施复杂、治理费用高和易引起土壤肥力降低等缺点。.2生物治理方法生物治理是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。主要有:动物治理是利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属;微生物治理是利用土壤中的某些微生物等对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用,降低土壤中重金属的毒性如Citrobactersp产生的酶能使U、Pb、Cd形成难溶磷酸盐;原核生物(细菌、放线菌)比真核生物(真菌)对重金属更敏感,格兰氏阳性菌可吸收Cd、Cu、Ni、Pb等[44]。植物治理是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重金属;超积累植物可吸收积累大量的重金属,目前已发现400多种,超积累植物积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上,积累Mn、Zn含量一般在1%以上[40];印度芥菜(Brassicajuncea)可吸收Zn、Cd、Cu、Pb等,在Cu为250mg/kg,Pb为500mg/kg、Zn为500mg/kg条件下能生长,在Cd为200mg/kg出现黄化现象[42];印度芥菜(Brassicajuncea)可对Cr6+、Cd、Ni、Zn、Cu富集分别为58,52,31,17和7倍[45];高杆牧草(Agropyronelongatum)能吸收Cu等[43];英国的高山莹属类等,可吸收高浓度的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd、Zn等。生物治理措施的优点是实施较简便、投资较少和对环境破坏小,缺点是治理效过不显著。3化学治理方法化学治理就是向污染土壤投入改良剂、抑制剂,增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量,改变pH、Eh和电导等理化性质,使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用,以降低重金属的生物有效性。其中沉淀法是指土壤溶液中金属阳离子在介质发生改变(pH值、OH-、SO42-等)时,形成金属沉淀物而降低土壤重金属的污染;如向土壤中投放钢渣,它在土壤中易被氧化成铁的氧化物,对Cd、Ni、Zn的离子有吸附和共沉淀作用,从而使金属固定。在沈阳张士污灌区进行的大面积石灰改良实验表明,每公顷施石灰1500~1875kg籽实含镉量下降50%[18]。有机质法是指有机质中的腐殖酸能络合重金属离子生成难溶的络合物,而减轻土壤重金属的污染;吸附法是指重金属离子能被膨润土、沸石、粘土矿物等吸附固定,从而降低土壤重金属的污染。化学治理措施优点是治理效果和费用都适中,缺点是容易再度活化。.4农业治理方主要有:控制土壤水分是指通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位(Eh),达到降低重金属污染的目的;选择化肥是指在不影响土壤供肥的情况下,选择最能降低土壤重金属污染的化肥;增施有机肥是指有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤重金属污染的措施;选择农作物品种是指选择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入食物链的植物;如在含镉100mg/kg的土壤上改种苎麻,五年后,土壤镉含镉平均降低27.6%[46];因地制宜地种植玉米、水稻、大豆、小麦等,水稻根系吸收重金属的含量占整个作物吸收量的[35]58%~99%,玉米茎叶吸收重金属的含量占整个作物吸收量的20%~40%,玉米籽实吸收量最少,重金属在作物体内分配规律是根茎叶籽实[47]。农业治理措施的优点是易操作、费用较低,缺点是周期长、效果不显著。重金属污染对水体影响来源：重金属的污染主要来源工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染，污染源主要有金属矿山、电池厂、仪表厂、颜料厂等。随着污染物的排放，重金属以单质或离子形态进入水体，由于重金属难以降解，通过食物链或者饮水进入生物体内，并在生物体中富集，在一定的部位或者特定的组织器官中达到一定浓度，造成对人体健康的危害危害：重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染，等公害病，都是由重金属污染引起的。所以重金属污染是水质污染的重点防对象。重金属中毒机理重金属中毒机理重金属进入人体，会和人体内的某些酶结合，抑制人体必须的蛋白质的合成，影响人体正常生理活动;或是抑制酶活性，影响人体内离子调节，改变蛋白质的结构，使蛋白质凝固、变形、失去活性；有些重金属还能影响神经系统，抑制和干扰神经系统功能。例如铅能硬气血红蛋白合成的障碍；汞可与蛋白质及酶系统中的巯基结合，抑制其功能，甚至使其失用于红细。治理方法化学法：化学沉淀、电解、离子交换等。物理法：膜分离、活性碳和硅胶吸附等。生物法：生物絮凝、生物吸附、植物整治等投加化学沉淀剂发生化学放映，生成难容物质，如氧化钙,。通过凝聚，沉降，浮选，过滤，吸附等方法分离（生物絮凝剂NOC-1,铁氧体)调节ph离子交换树脂法许多重金属在水体溶液中主要以阳离子的形态存在，升高水体pH值，能使大多数重金属生成氢氧化物沉淀或其它离子沉淀。因此，向被重金属污染的水体中施加石灰、碳酸钙等物质，均能降低重金属对水体的危害程度。1.活性炭法活性炭法吸附法与金属存在形式，废水ph有关，主要用电镀行业。2.腐殖酸树脂吸附法具有螯合，吸附两种功能，吸附率达到90-99%取材容易。斜发沸石吸附法，麦饭石吸附法腐殖酸是一组芳香结构，性质相似的酸性物质复合而成，其上面一些基团决定了吸附作用。植物物修复：是利用植物发达的根须和微生物对重金属离子进行富集、积累及亲合作用把重金属转化为毒较低的物质，以达到治理污染、修复环境的目的。利用植物处理重金属，主要由三部分组成：①从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属；②降低有毒金属活，从而可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散；③将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分，通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度反渗透技术膜分离用于处理重金属废水，由于去除率高，选择强；在常温下操作无相态变化；能耗低、污染小自动化程度高等优点，已经受到了人们的广泛重视并产生了很高的经济效益。反渗透是渗透作用的逆过程，一般指借助外界压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某种或某些溶质的过程。实现反渗透有两个条件：（1）操作压力必须大于溶液的渗透压；（2）必须有一种高选择、高透水的半透膜。重金属污染对大气的影响•重金属对健康的影响PM2.5可吸入颗粒物中富含有汞、镉、铬、铅及砷等毒性显著的重金属元素及其化合物。重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富