重金屬鎘的遷移轉(zhuǎn)化(精美版)

1、重金屬鎘的遷移轉(zhuǎn)化王東浩 515102001540引言刊登在美國(guó)移民與難民研究雜志上的一份關(guān)于“紐約健康和營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)調(diào)查報(bào)告”顯示，來(lái)自中國(guó)大陸的移民血液中鉛、鎘、汞等重金屬含量高于來(lái)自其他亞洲地區(qū)的移民。鉛比其他亞洲新移民高出44%。重金屬的定義密度大于4.5g/cm3的金屬稱為重金屬汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬人體毒害最大的有5種：鉛、汞、鉻、 砷、鎘汞，常溫常壓下唯一以液態(tài)存在的金屬鈀，銀白色金屬（面心立方結(jié)晶）重金屬的形態(tài)鎘，銀白色有光澤的金屬，晶胞為六方晶胞鉻，銀白色金屬體心立方晶體砷，非金屬，灰白色，有金屬光澤的結(jié)晶塊可怕的重金屬重金屬污染特點(diǎn)來(lái)源廣、殘留時(shí)間長(zhǎng)、

2、能沿著食物鏈轉(zhuǎn)移富集，有放大作用。重金屬離子在自然環(huán)境中不能被破壞。水體中某些重金屬在微生物作用下轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬化合物。123只要有微量重金屬即可產(chǎn)生毒性效應(yīng)。4 重金屬鎘的定義重金屬鎘的定義12重金屬鎘的來(lái)源重金屬鎘的來(lái)源3重金屬鎘的危害重金屬鎘的危害4重金屬（鎘）的遷移轉(zhuǎn)化重金屬（鎘）的遷移轉(zhuǎn)化5總結(jié)和展望總結(jié)和展望1.重金屬鎘的定義是元素周期表，位于第五周期與鋅汞組成的IIB族（鋅分族）屬親硫元素，自然界主要以硫化物形式存在于閃鋅礦中。鎘作為原料或催化劑用于生產(chǎn)塑料、塑料、顏料和試劑顏料和試劑；用于鎘的抗腐蝕性及耐摩擦性，也是制造原子核反應(yīng)堆用控制棒材料之一。鎘不是人體必須元素，對(duì)

3、人體有害，在自然界中含量很低，。鎘對(duì)環(huán)境的污染主要是對(duì)土壤的污染。1.重金屬鎘的定義鎘是，熔點(diǎn)320.9，沸點(diǎn)765，密度8650 kg/m3。鎘在潮濕空氣中緩慢氧化并失去金屬光澤，加熱時(shí)表面形成棕色的氧化物層。高溫下鎘與鹵素反應(yīng)激烈，形成鹵化鎘。2.重金屬鎘的來(lái)源鎘在自然界中相當(dāng)稀少，常伴生于硫化鉛、鋅礦特別是閃鋅礦（ZnS）之中。金屬礦的開(kāi)采和冶煉、電鍍、顏料等是鎘的主要人為來(lái)源。2.1重金屬鎘的自然來(lái)源鎘在自然界為分散元素，并非礦元素。常伴生于其他有色金屬礦物中，尤其是含鋅礦物中，鎘以雜質(zhì)狀態(tài)存在。 鎘的自然污染來(lái)源主要有火山、泥石流等自然地質(zhì)運(yùn)動(dòng) 。 2.2重金屬鎘的人為來(lái)源鎘的人為污

4、染源主要是來(lái)自工業(yè)上采礦、選礦、有色金屬冶煉、電鍍等排放的“三廢”；農(nóng)業(yè)上的含鎘污水的灌溉以及含鎘污泥施用等以及交通運(yùn)輸業(yè)汽車排放的尾氣也含有鎘。土壤、水體中的鎘污染主要來(lái)自工業(yè)、農(nóng)業(yè)所排放的含有鎘廢水及廢渣；空氣中的鎘污染主要來(lái)自含鎘礦的開(kāi)采和冶煉，煤、石油的燃燒以及城市垃圾、廢棄物的燃燒、汽車尾氣等均可造成大氣鎘污染。3.重金屬鎘的危害表1 污染區(qū)和非污染區(qū)居民亞健康狀況比較 根據(jù)所測(cè)土壤和水源中鎘含量，選取重金屬污染區(qū)的兩個(gè)村，其平均地面水鎘含量為0.01170mg/L，農(nóng)田土壤鎘含量為0.8291mg/kg;在非污染區(qū)抽取1個(gè)與污染區(qū)自然地理情況，生活習(xí)慣相近的自然村作為對(duì)照，其平均地

5、面水鎘含量為0.007mg/L，農(nóng)田土壤鎘含0.0115mg/L,以各村中年齡15歲的全部村民作為調(diào)查對(duì)象。3.重金屬鎘的危害表2污染區(qū)、非污染區(qū)年齡性別死亡率()3.重金屬鎘的危害表3污染區(qū)主要死因/死亡率及死因構(gòu)成鎘大米事件鎘是一種重金屬污染物,鎘可通過(guò)土壤、水體、肥料、工礦粉塵等途徑進(jìn)入農(nóng)作物及農(nóng)作物的可食部分，進(jìn)而進(jìn)入食物鏈，可能威脅消費(fèi)者健康。鎘在腎中一旦累積到一定量，就可腎中一旦累積到一定量，就可能損害泌尿系統(tǒng)能損害泌尿系統(tǒng)。主要表現(xiàn)為近端腎小管功能障礙為主的腎損害，這并不致命，但可能會(huì)略微影響預(yù)期壽命4.重金屬鎘的遷移轉(zhuǎn)化遷移轉(zhuǎn)化一般規(guī)律：遷移轉(zhuǎn)化一般規(guī)律：含鎘廢水，廢氣被排入環(huán)

6、境；鎘污染水體及土壤；鎘被莊稼作物吸收；鎘分布在莊稼作物各部分；人攝入高鎘莊稼作物；危害腎功能和骨密度及生殖系統(tǒng)人大氣大氣水水土壤土壤4.1土法煉鋅大氣中鎘的遷移研究4.3杭州西湖水中Cd的形態(tài)分布和交換過(guò)程研究4.5鎘在土壤中的遷移及形態(tài)分布研究4.2重金屬鎘大氣排放污染及遷移特征研究4.4深港西部通道填海區(qū)地下鎘遷移的實(shí)驗(yàn)研究4.6工業(yè)污染土壤中 Cd 的分布特征及化學(xué)形態(tài)分析4.重金屬鎘的遷移轉(zhuǎn)化4.1土法煉鋅大氣中鎘的遷移研究為了揭示上世紀(jì)80-90 年代一些土法煉鋅區(qū)域大氣環(huán)境中鎘的遷移影響和空間變化特征，運(yùn)用監(jiān)測(cè)研究鎘在土法煉鋅廠附近的遷移性。塑料罩覆蓋的Moss Bag 接收的是

7、干沉降累積，暴露于大氣中Moss Bag 接收的是總沉降累積。結(jié)果表明，土法煉鋅區(qū)域100m 內(nèi)大氣TSP 中鎘含量達(dá)129.4 mgkg-1，Moss Bag 監(jiān)測(cè)鎘總沉降速率達(dá)到47.2mgm2mon-1，在其下風(fēng)方向10km 處TSP 中鎘含量仍達(dá)到27.3 mgkg-1。4.1土法煉鋅大氣中鎘的遷移研究4.1土法煉鋅大氣中鎘的遷移研究從Moss Bag 監(jiān)測(cè)鎘干沉降速率占總沉降速率的比例來(lái)看，其變化范圍為5879%，平均為69%，從大氣向地面沉降的鎘總量中與降水量無(wú)關(guān)的鎘沉降占了相當(dāng)大的比例，4.2重金屬鎘大氣排放污染及遷移特征研究本研究選取北京市主城區(qū)(北師大校園)、交通源(北四環(huán)中

8、路)和郊區(qū)(大興區(qū)采育鎮(zhèn)),并以密云區(qū)(黑山寺村)為區(qū)域空氣質(zhì)量背景點(diǎn),比較系統(tǒng)地開(kāi)展了北京市不同城市功能區(qū)不同粒徑范圍。研究結(jié)果表明北京市大氣氣溶膠中Cd的平均濃度分別約為0.0056g/m3,其中郊區(qū)的濃度較其他功能區(qū)明顯偏高,整體季節(jié)變化趨勢(shì)表現(xiàn)為:。通過(guò)對(duì)氣溶膠樣品中各種元素進(jìn)行因子分析氣溶膠樣品中各種元素進(jìn)行因子分析得出,北京市氣溶膠中重金屬元素主要來(lái)自土壤和建筑及交通相關(guān)的揚(yáng)塵。對(duì)重金屬元素在氣溶膠中的賦存形態(tài)和生物活性進(jìn)行了測(cè)試分析發(fā)現(xiàn),4.2重金屬鎘大氣排放污染及遷移特征研究通過(guò)對(duì)北京市不同城市功能區(qū)開(kāi)展,分析研究了北京地區(qū)有害重金屬元素的大氣干濕沉降通量。其中Cd的大氣干沉降

9、通量分別約為0.49mg(m2a),年均大氣濕沉降通量分別約為0.85mg/(m2a)。經(jīng)估算,北京市區(qū)每年大氣Cd、Pb和Cr的沉降量分別約為1.00t，表明。4.重金屬鎘的遷移轉(zhuǎn)化（大氣）空氣中的鎘污染主要來(lái)自含鎘礦的開(kāi)采和冶煉，煤、石油的燃燒以及城市垃圾、廢棄物的燃燒等。鎘在大氣中主要以；其化學(xué)形態(tài)主要是（CdCl2、CdSO4、CdS等）。鎘可通過(guò)等作用，進(jìn)入土壤和水體。另外鎘也可由呼吸進(jìn)入人體，造成急慢性中毒癥狀。4.3杭州西湖水中Cd的形態(tài)分布和交換過(guò)程研究西湖各采樣點(diǎn)示意圖1995 .6 1996.6 西湖水中重金屬Cd的總量及各形態(tài)含量的月變化動(dòng)態(tài)4.3杭州西湖水中Cd的形態(tài)分

10、布和交換過(guò)程研究1995 .6 1996.6 西湖各湖區(qū)重金屬總量及各形態(tài)年平均濃度的變化表中可以看出，鎘在5 湖區(qū)的分布較均勻, 總量、溶解態(tài)和顆粒態(tài)的含量均是岳湖略高些, 由此可見(jiàn), 。4.3杭州西湖水中Cd的形態(tài)分布和交換過(guò)程研究在重金屬水平方向的遷移交換的試驗(yàn)中，研究了溶解態(tài)與顆粒態(tài)的轉(zhuǎn)溶解態(tài)與顆粒態(tài)的轉(zhuǎn)化以及顆粒態(tài)化以及顆粒態(tài)和顆粒態(tài)和顆粒態(tài)的轉(zhuǎn)化。的轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)得出因不同季節(jié)引水量、降水量及溪澗水流入量不同, 湖水滯留時(shí)間不一, 游船活動(dòng)頻率不同等, 故影響鎘水平方向的遷移轉(zhuǎn)化因素是復(fù)雜的, 但從總體分析, 。4.4深港西部通道填海區(qū)地下鎘遷移的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)室模擬填海區(qū)條件變化, 進(jìn)

11、行了填海區(qū)淤泥和地下水相互作用中重金屬遷移的實(shí)驗(yàn)隨著上覆水pH、EC增大, 鎘在水溶液中的濃度逐漸增大鎘在水溶液中的濃度逐漸增大，經(jīng)過(guò)自然氧化風(fēng)干的經(jīng)過(guò)自然氧化風(fēng)干的淤泥中釋放出的鎘始終小于經(jīng)過(guò)常規(guī)處理的淤泥。淤泥中釋放出的鎘始終小于經(jīng)過(guò)常規(guī)處理的淤泥。說(shuō)明淤泥氧化過(guò)程有利于鎘元素的穩(wěn)定, 而且隨著上覆水的淡化, 這種釋放量逐漸減少直到低于儀器的檢測(cè)限。4.4深港西部通道填海區(qū)地下鎘遷移的實(shí)驗(yàn)研究通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn), 填?；顒?dòng)中, 填海區(qū)地下水淡化、淤泥暴露, 以及填料都對(duì)地下水中金屬元素的含量有一定影響： 隨著填海區(qū)地下水的淡化, pH的降低, 鎘由淤泥進(jìn)入地下水的量減小; 隨著EC和

12、pH的減少, 鎘金屬元素從淤泥進(jìn)入水體的量減少。經(jīng)過(guò)自然晾曬過(guò)程的淤泥中, 這Cd元素釋放到水體的量則比常規(guī)處理的淤泥更少, 表明淤泥在空氣中的氧化過(guò)程有助于增加Cd元素的在環(huán)境中穩(wěn)定性。填海區(qū)在受填?；顒?dòng)的影響下, 地下水中鎘濃度確實(shí)在發(fā)生變化,鎘含量升高則主要與與填料風(fēng)化釋放有關(guān)。4.鎘的遷移轉(zhuǎn)化（水）水體中膠體物質(zhì)對(duì)Cd的吸附作用 (1) 一種是離子交換吸附機(jī)制離子交換吸附機(jī)制，即黏土礦物的微粒通過(guò)層狀結(jié)構(gòu)邊緣的羥基氫和OM基中M+離子以及層狀結(jié)構(gòu)之間的M+離子，與水中的重金屬離子交換而將其吸附。這個(gè)過(guò)程也可用下式示意：AOH + Me2+ AOMe + H+ (或M+)4.鎘的遷移轉(zhuǎn)化

13、（水）另一種機(jī)理是重金屬離子先水解，然后奪重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦物微粒表面的羥基，形成羥取黏土礦物微粒表面的羥基，形成羥基配合物而被吸附：基配合物而被吸附：Me2+ + n H2O Me(OH)n(2-n)+ n H+AOH + Me(OH)n(2-n)+ AMe(OH)n+1(1-n)+ 4.鎘的遷移轉(zhuǎn)化（水）(2) 一般認(rèn)為，水合金屬氧化物對(duì)重金屬離子的吸附過(guò)程是重金屬離子在這些顆粒表面發(fā)生配位化合過(guò)程，可用下式表示：nAOH + Men+ (AO)n Me + n H+(3) 腐殖質(zhì)對(duì)腐殖質(zhì)對(duì)Cd離子的吸附離子的吸附 腐殖質(zhì)（Hum）微粒對(duì)重金屬離子的吸附，主要是通過(guò)它對(duì)金屬離

14、子的螯合作用和離子交換作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。腐殖質(zhì)的離子交換機(jī)理可用下式表示：4.鎘的遷移轉(zhuǎn)化（水）2. Cd的溶解和沉淀反應(yīng)的溶解和沉淀反應(yīng) 水體中Cd離子與相應(yīng)的陰離子生成硫化物、碳酸鹽等難溶化合物，大大限制了Cd污染物在水體中的擴(kuò)散范圍，使Cd主要富集于排污口附近的底泥中，降低了Cd離子在水中的遷移能力，在某種程度上可以。3. (1)羥基對(duì)Cd離子的配合作用 (2)氯離子對(duì)Cd離子的配合作用 (3)有機(jī)配位體與Cd離子的配合作用4.5重金屬鎘在土壤中的遷移及形態(tài)分布研究1）.動(dòng)態(tài)淋溶實(shí)驗(yàn)首先用去離子水淋溶土壤柱離子水淋溶土壤柱（土樣為背景點(diǎn)040cm 混合樣） 達(dá)吸附飽和，至淋濾液中沒(méi)有重金屬為止

15、，然后土樣上放入0.05 g 氯化鎘（CdCl22.5H2O），用pH=2.0 的鹽酸水溶液進(jìn)行淋溶，每100 mL 收集一次，直至水樣中沒(méi)有重金屬淋溶出。用pH=6.4 的鹽酸水溶液 重復(fù)以上步驟。淋溶后每節(jié)土樣烘干，研磨后采用HCl-HNO3-HF- HClO3 法法消解分析。 4.5重金屬鎘在土壤中的遷移及形態(tài)分布研究2）結(jié)果分析圖2可以看出，添加外源重金屬鎘經(jīng)不同pH 的水樣淋溶后，淋出液的濃度變化趨勢(shì)是不同的。pH=2.0 的水樣進(jìn)行的水樣進(jìn)行淋溶時(shí)，鎘快速遷出，在淋溶時(shí)，鎘快速遷出，在500 mL時(shí)出時(shí)出現(xiàn)最大值，現(xiàn)最大值，1 600 mL 后下降趨勢(shì)開(kāi)始后下降趨勢(shì)開(kāi)始變緩。變緩。

16、pH=6.0 的水樣進(jìn)行淋溶時(shí)，鎘的水樣進(jìn)行淋溶時(shí)，鎘遷出緩慢，遷出緩慢，1 300 mL 時(shí)才達(dá)到最大值。時(shí)才達(dá)到最大值。圖3可以看出，隨著淋溶夜酸性不同，土壤中鎘含量不同，pH=2.0 的水樣進(jìn)的水樣進(jìn)行淋溶后，各土層中重金屬鎘含量幾乎行淋溶后，各土層中重金屬鎘含量幾乎無(wú)變化。無(wú)變化。pH=6.0 的水樣進(jìn)行淋溶時(shí)，的水樣進(jìn)行淋溶時(shí)，重金屬鎘主要在重金屬鎘主要在010 土層顯著增土層顯著增。4.5重金屬鎘在土壤中的遷移及形態(tài)分布研究3）土壤鎘的形態(tài)分布鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量的增加趕不上負(fù)荷水平增加的程度鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量的增加趕不上負(fù)荷水平增加的程度, 土壤中重金屬的有效性有隨重金

17、屬負(fù)荷增加而提高的趨勢(shì)。黃石土壤受到重金屬鎘的污染，土壤中鎘引入的強(qiáng)度和容量增加, 使重金屬鎘的存在形態(tài)發(fā)生了改變，有效性增強(qiáng),對(duì)生態(tài)環(huán)境的威脅增大。4.6工業(yè)污染土壤中 Cd 的分布特征及化學(xué)形態(tài)分析在沈陽(yáng)張士灌區(qū)Cd 污染的農(nóng)田取樣，在進(jìn)行樣本消化，定容在100ml容量瓶中。選用去離子水、稀鹽酸、不同濃度的氯化鎂和EDTA溶液為浸提劑, 分別對(duì)土壤中不同化學(xué)形態(tài)的Cd 進(jìn)行分離分析。 表1上表表明，污染土壤中污染土壤中cd 主要集中在主要集中在0 3 0c m 土層厚度中土層厚度中, 并隨土層并隨土層加深濃度逐漸降低。加深濃度逐漸降低。4.6工業(yè)污染土壤中 Cd 的分布特征及化學(xué)形態(tài)分析

18、表2水溶態(tài)的水溶態(tài)的Cd 含量很低, 約為0.68% , 通常是以, 體現(xiàn)為Cd2+的活度與植物吸收Cd的關(guān)系; 中性鹽中性鹽MgcL2浸提出的浸提出的Cd 約為12.7%,主要來(lái)自于土壤中交換態(tài)的土壤中交換態(tài)的Cd, 由于其含量受土壤PH影響較小因而能真實(shí)反映土壤自然PH 下Cd 的有效性; 絡(luò)合劑絡(luò)合劑EDTA 對(duì)土壤中絡(luò)合態(tài)對(duì)土壤中絡(luò)合態(tài)Cd (如有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)) 有較強(qiáng)的浸提能力, 土壤中絡(luò)合態(tài)絡(luò)合態(tài)Cd 占總占總Cd 含量的含量的12.4%。中性介質(zhì)中中性介質(zhì)中, 顆粒態(tài)顆粒態(tài)Cd 含量較高含量較高,約為74.4% 。從稀鹽酸溶液的浸提結(jié)果可知: 樣品在其中包括一部分絡(luò)合態(tài)Cd 和水溶

19、態(tài)Cd,增加了Cd 在土壤中的生物活性和有效性。4.6工業(yè)污染土壤中 Cd 的分布特征及化學(xué)形態(tài)分析圖1 中性介質(zhì)中不同形態(tài)Cd 與總量 的關(guān)系 圖2 酸性介質(zhì)中可溶態(tài)Cd 與總量的關(guān)系結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果可知, 。針對(duì)張士重污染區(qū)土壤偏酸，鎘含量較高, 持水性較差等特點(diǎn), 可采用農(nóng)業(yè)生態(tài)工程法, 如繁育苗木、花草和草皮等。4.鎘的遷移轉(zhuǎn)化（土壤）農(nóng)田土壤是鎘循環(huán)的重要介質(zhì)農(nóng)田土壤是鎘循環(huán)的重要介質(zhì)。在土壤中，鎘以多種形態(tài)存在，可劃分為。水溶性鎘CdCl2等能為作物吸收，對(duì)生物危害大，而非水溶性鎘CdS、CdCO3等不易遷移，不易被作物吸收，但隨環(huán)境條件的改變二者可互相轉(zhuǎn)化，難溶態(tài)的鎘會(huì)轉(zhuǎn)入土

20、壤溶液中被植物吸收難溶態(tài)的鎘會(huì)轉(zhuǎn)入土壤溶液中被植物吸收。 鎘的吸附遷移還受相伴離子如Zn2+、Pb2+、Cu2+、Fe2+、Ca2+等的影響。土壤中4.鎘的遷移轉(zhuǎn)化（土壤）重金屬元素。由于它移由于它移動(dòng)緩慢，故一般不會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生污染動(dòng)緩慢，故一般不會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生污染。受鎘污染的農(nóng)田，鎘主要分布在土壤表層，越向下越少。在用含鎘污水灌溉的田塊中，進(jìn)水口附近土壤含鎘較多。 。旱地旱地通風(fēng)良好，鎘多呈可溶性，作物與土壤鎘含量呈正相關(guān)性呈正相關(guān)性；水田還原條件還原條件下，Cd2+轉(zhuǎn)化成難溶物，抑制土壤中鎘的活性。這時(shí)作物與土壤含鎘量不存在不存在相關(guān)性。相關(guān)性。這是由于Cd2+在灌水的還原條件下產(chǎn)生S2

21、-與Cd2+結(jié)合生成難溶CdS抑制Cd2+的遷移和作物對(duì)Cd2+的吸收。旱地通氣條件下， S2-氧化成SO42-，酸度增加，易溶態(tài)CdSO4易為作物所吸收。4.鎘的遷移轉(zhuǎn)化（生、人）鎘化合物可經(jīng)呼吸道和消化道吸收。鎘化合物可經(jīng)呼吸道和消化道吸收。如：小鼠吸入氯化鎘氣溶膠30min后，可透過(guò)肺泡吸收入血，血中鎘9095%存在于紅細(xì)胞中，并與血紅蛋白結(jié)合，它在血中濃度迅速下降，逐漸進(jìn)入組織細(xì)胞，主要分布于腎、肝、肺。經(jīng)口攝入鎘在腸道吸收率很低，一般在20%以下，吸收后主要分布于肝、腎，少量見(jiàn)于胰、甲狀腺、骨、睪丸等組織。，金屬硫蛋白是鎘在體內(nèi)運(yùn)輸和代謝的主要蛋白。鎘的排出很慢，在體內(nèi)存留時(shí)間長(zhǎng)鎘的排出很慢，在體內(nèi)存留時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)口攝入約有7080%從糞便排出，經(jīng)尿排出約占2