土壤重金屬汞的污染與防治

土壤重金屬汞的污染與防治環(huán)科121李恩德2012011757【摘要】隨著我國的工業(yè)化和現(xiàn)代化的進(jìn)程加快，環(huán)境問題日益顯著，重金屬污染進(jìn)一步的加劇。其中汞的毒性是最強(qiáng)的，汞污染對(duì)于土壤、農(nóng)作物、人體和經(jīng)濟(jì)都有嚴(yán)重的影響。尤其是對(duì)于土壤的危害根治嚴(yán)重，該篇文章主要對(duì)汞污染的來源和防治做了簡(jiǎn)要的說明，進(jìn)一步的說明土壤中汞金屬的防治的緊迫性和實(shí)際意義?！娟P(guān)鍵詞】土壤；重金屬污染；汞污染；治理；防治方法重金屬是指比重大于5.0g/cm3的重金屬元素，在自然界中大約存在45種。其中包括環(huán)境污染方面所指的重金屬主要是指生物毒性顯著的汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷，還包括具有毒性的重金屬鋅、銅、鉆、鎳、錫、釩等污染物。由于人們生產(chǎn)生活所造成的重金屬對(duì)土壤的污染日趨嚴(yán)重，在2014年4月17日，環(huán)保部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，由此可見重金屬污染問題比較突出。汞金屬作為土壤重污染物之一，其存在形式多重多樣，汞在自然界中以金屬汞、無機(jī)汞和有機(jī)汞形態(tài)存在，有機(jī)汞的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高于無機(jī)態(tài)和原子態(tài)的汞。汞在地殼中的豐度很低，平均含量為7.0ug/kg。土壤的類型對(duì)汞的背景值也有明顯的影響。水稻土及石灰(巖)土中的汞的背景值含量較高，前者顯然是認(rèn)為影響，后者主要是成母質(zhì)和成土過程所致。因而如何有效地控制及治理土壤金屬汞的污染改良土壤質(zhì)量，將成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容。一、土壤中汞金屬污染的主要來源大氣干濕沉降全世界每年生產(chǎn)的汞在7000t以上，約有25?50%被排入環(huán)境中。散發(fā)到大氣中的汞經(jīng)過一定距離的傳輸，大約有93.7%回降于陸地，土壤是大氣汞的最大受體。大氣中汞的降落是土壤中汞的一個(gè)十分重要的來源，Manson(1994)等估算了北半球不同緯度地區(qū)大氣汞對(duì)陸地汞的貢獻(xiàn):在北緯300?700地區(qū)，汞的沉降量為15.8rgm-2a-1，我國北京東郊污水灌溉區(qū)調(diào)查表明，大氣沉降輸入到農(nóng)田中的汞為3.54gha-1a-1，大氣中的汞通過干濕沉降進(jìn)入土壤環(huán)境中，由于土壤中的黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的吸附作用，使得絕大部分汞迅速被土壤固定，富集于土壤表層，造成土壤汞含量增加。劉如海(2002)認(rèn)為大氣沉降是三江平原濕地土壤汞的主要來源。含汞污染水引入農(nóng)田會(huì)導(dǎo)致局部的區(qū)土壤被汞污染由于我國北方地區(qū)比較干旱，缺水嚴(yán)重，而許多大城市都是重工業(yè)城市，耗水量大，所以農(nóng)業(yè)用水更加緊張，污灌在這些地區(qū)比較普遍，比如沈陽、西安、太原、鄭州、北京、天津、蘭州、石家莊、哈爾濱等均存在比較嚴(yán)重的因污灌引起的農(nóng)田土壤和農(nóng)作物的重金屬累積或者污染問題，而我國規(guī)定農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為含汞不超過0.001mgkg-1,根據(jù)統(tǒng)計(jì)目前被汞污染的耕地面積3.2X104ha,涉及15個(gè)省21個(gè)地區(qū)。天津常年污灌區(qū)土壤汞含量高達(dá)0.292mgkg-1,已經(jīng)超過土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.15mgkg-1),北京東郊灌區(qū)土壤中汞含量達(dá)0.076?4.55mgkg-1,造成汞在土壤中的積累。污泥的施用污染泥土有許多有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，所以作為肥料施入農(nóng)田很受到歡迎，但還含有多種污染物質(zhì),施用不當(dāng)會(huì)引起局部地區(qū)土v壤汞含量增高。Anthony研究表明，污染泥土使表層土壤汞的濃度明顯增加,土壤汞含量為0.08-1.1mgkg-1，因此美國規(guī)定作為

肥料的污染泥土含汞不準(zhǔn)超1.0mgkg-i,污染泥土中污染物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)酸性土（pH<6.5）5mgkg-i,中性和偏堿性土（pH〉6.5）15mgkg-i。含汞化肥和農(nóng)藥的使用施用含汞農(nóng)藥是造成大面積農(nóng)田土壤含汞量普遍增加的一個(gè)原因。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅僅1965年全世界就施用含汞農(nóng)藥達(dá)到2100t。從1953?1965年，日本用汞制劑防止稻瘟病,每年投入水田的汞共達(dá)到2300t。雖然現(xiàn)在包括中國在內(nèi)的許多國家已經(jīng)停止了含汞藥的施用，但是已經(jīng)受到汞污染的土壤對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響將是長期的。農(nóng)田施用的肥料也含有一定數(shù)量的汞，大多數(shù)肥料中含汞小于15mgkg-1，因此，施肥的過程也可將肥料中的汞帶入到土壤中。電子生產(chǎn)過程中所排放或者泄露的汞在如今的IT行業(yè)的迅猛發(fā)展中，電子制造行業(yè)也跟緊了節(jié)奏快速的發(fā)展了起來，電子電工的過程會(huì)使用到重金屬汞，比如一些電池、熒光燈的制造和使用的過程中，在人們的日常生活中更是有大量的廢舊電池處置不當(dāng)，導(dǎo)致電池中的汞金屬泄露到了土壤中，使得土壤中的汞含量遭到了累積。二、土壤中的汞的存在形態(tài)和污染特征汞以多種形態(tài)廣泛存在于自然界中，在土壤中汞主要以0，+1、+2價(jià)存在，土壤中的汞形態(tài)比較復(fù)雜，有機(jī)質(zhì)含量、土壤類型、溫度、Eh、Ph等均會(huì)影響汞形態(tài)轉(zhuǎn)化、一般可根據(jù)其形態(tài)分為：金屬汞、無機(jī)結(jié)合態(tài)汞和有機(jī)結(jié)合態(tài)汞，其中有機(jī)結(jié)合態(tài)汞的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于無機(jī)汞，土壤中任何形式的汞（包括金屬汞、無機(jī)汞和其他的有機(jī)汞）均可以在一定的條件下轉(zhuǎn)化成劇毒的甲基汞。因此，汞的甲基化最受人的關(guān)注，首先無機(jī)汞可以在微生物的作用下轉(zhuǎn)化成有機(jī)汞，轉(zhuǎn)化模式如下：Hg2++2R-CHHg2++2R-CH3Hg2++R-CH3即無機(jī)汞在厭氧條件下主要形成二甲基汞，介質(zhì)呈微酸性時(shí)，二甲基汞進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為脂溶性的甲基汞，可被微生物吸收、積累，并進(jìn)入食物鏈造成人體危害：而在好樣條件下，則主要形成甲基汞。由于汞金屬的在土壤中的存在形態(tài)多變，所以隨著環(huán)境的Eh、Ph、配位體的不同常有不同的價(jià)態(tài)化合態(tài)和結(jié)合態(tài)，而且形態(tài)不同汞金屬的穩(wěn)定性和毒性也不同，離子態(tài)的毒性常常大于結(jié)合態(tài)；汞金屬的有機(jī)態(tài)的毒性大于金屬無機(jī)態(tài)；汞金屬在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化幾乎包括水體中已知的所有物理化學(xué)過程。其參與的化學(xué)反應(yīng)有水合、水解、溶解、中和、沉淀、絡(luò)合、解離、氧化、還原、有機(jī)化等，膠體化學(xué)過程有機(jī)離子交換、表面絡(luò)合、吸附、解吸、吸收、聚合、凝聚、絮凝等，生物過程有生物攝取、生物富集、生物甲基化等，物理過程有分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散、混合、稀釋、沉積、底部推移、再懸浮等。生物攝取汞金屬是積累性的，各種生物，尤其是海洋生物，對(duì)汞金屬都有較強(qiáng)的吸附能力，其吸附系數(shù)課高達(dá)幾十倍至幾十萬倍。因此，即微量重金屬的存在也可能構(gòu)成污染。三、土壤中的汞污染的危害汞對(duì)農(nóng)作物的危害植物在吸收土壤汞的同時(shí)也會(huì)吸收大氣汞，當(dāng)植物汞源于大氣汞中時(shí)其地上部分汞的含量高于根部，而源于土壤汞時(shí)，則根汞高于地上部，因此在研究土壤中的汞的植物效應(yīng)時(shí)，汞污染源區(qū)分很重要。土壤中的汞含量過高，不但引起汞在植物體內(nèi)的積累，還會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒素，其癥狀主要為：根系發(fā)育不良，植株矮小，葉片、莖可能變成棕色或者黑色，甚至死亡。汞抑制植物生長有許多的生理因素，如汞抑制硝酸還原酶活性，影響無機(jī)氮轉(zhuǎn)化成有機(jī)氮的速率；抑制葉綠素合成，破壞葉綠素結(jié)構(gòu)，降低光合速率等。汞對(duì)人體的危害重金屬中以汞的毒性最大，無機(jī)汞鹽引起的急性中度癥狀主要為急性腸胃炎癥狀，如惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛等。急性中毒表現(xiàn)為多夢(mèng)、失眠、易興奮、手指震顫等。汞的毒性以有機(jī)汞化合物的毒性最大（甲基汞），日本水俁病的致病物質(zhì)即為甲基汞。甲基汞可以引起神經(jīng)系統(tǒng)的損傷及運(yùn)動(dòng)失調(diào)，嚴(yán)重時(shí)瘋狂痙攣死亡。此外，汞與細(xì)胞膜的疏基結(jié)合，改變膜通透性，導(dǎo)致細(xì)胞膜功能障礙。四、土壤中汞污染的防治和治理土壤中進(jìn)入污染源控切斷汞金屬污染源是消減、消除汞金屬污染的有效措施。盡可能避免工礦企業(yè)汞金屬污染物的任意排放，盡量避免重金屬輸入土壤環(huán)境。這是防止土壤環(huán)境遭受汞金屬污染的最根本性的也是最重要的原則。（1） .控制含有汞金屬的有害氣體和粉塵的超標(biāo)排放土壤環(huán)境是一個(gè)開放的生態(tài)系統(tǒng)，與大氣環(huán)境緊密相連，排入大氣的污染物通過降水，降塵最終會(huì)進(jìn)入一土壤環(huán)境，許多的汞金屬就是通過工業(yè)排放的有害氣體和粉塵，以及燃煤和汽車尾氣進(jìn)入土壤環(huán)境的。因此，大力推廣先進(jìn)的無污染和少污染的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備，使有害氣體和粉塵不進(jìn)入大氣，并嚴(yán)格執(zhí)行工藝行業(yè)大氣有害物質(zhì)排放那個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。（2） .嚴(yán)格執(zhí)行污灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和控制污水排放標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)廢水和生活污水的排放必須執(zhí)行國家相應(yīng)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)含有汞金屬的工業(yè)廢水應(yīng)在廠內(nèi)或者車間內(nèi)就地進(jìn)行處理。減少汞金屬對(duì)水體和土壤環(huán)境的污染。（4） .控制污泥、垃圾等固體廢棄物的排放和使用防止土壤環(huán)境的汞金屬污染，還必須嚴(yán)格控制農(nóng)田施用污泥中的汞金屬含量和施用量，嚴(yán)格執(zhí)行城市垃圾、污泥農(nóng)田施用的污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)。（5） .發(fā)展清潔工藝發(fā)展清潔工藝，是消減、控制和消除重金屬污染源的最有效措施，也是消除汞金屬的最有效的措施。所謂清潔工藝就是會(huì)不斷地、全面地采用環(huán)境保護(hù)的戰(zhàn)略以降低生產(chǎn)過程和生產(chǎn)產(chǎn)品對(duì)人類和環(huán)境的危害。發(fā)展清潔工藝技術(shù)包括節(jié)約原料、能源、消除有毒原料、減少所有排放物的數(shù)量和毒性。土壤汞金屬污染的工程治理措施土壤重金屬污染的主要工程治理措施為客土法、換土法、水洗法、電動(dòng)力學(xué)法、熱解吸法、淋溶法等，同時(shí)，這些方法對(duì)于汞金屬的治理同樣適用。（1） .客土法、換土法客土法是指在被污染的土壤上覆蓋上非污染的土壤，換土法是部分或全部挖除污染土壤而換上非污染土壤。實(shí)踐證明，這是治理農(nóng)田重金屬嚴(yán)重污染的切實(shí)有效的方法?？屯练ê蛽Q土法的不足在于需花費(fèi)大量的人力和財(cái)力，因此，只適用于小面積嚴(yán)重污染的土壤的治理。（2） .水洗法水洗法是采用清水灌溉稀釋或洗去重金屬離子，使重金屬離子遷移至較深的土層中，以減少表土重金屬離子的濃度；或者將含有重金屬離子的水排出田外。此法只適用于小面積嚴(yán)重污染土壤的治理。（3） .熱解吸法對(duì)于揮發(fā)性的金屬汞，采用加熱的方法能將汞從土壤中解吸出來，然后再回收利用。此種汞去除與回收技術(shù)包括以下幾個(gè)方面的程序:①將被污染的土壤和廢棄物從現(xiàn)場(chǎng)挖掘后進(jìn)行破碎。②往土壤中施加具有特定性質(zhì)的添加劑，此添加劑有利于有機(jī)汞的分解，又能吸收處理過程所產(chǎn)生的有機(jī)氣體。五、結(jié)論土壤汞金屬污染影響廣泛，且重金屬汞的毒性也是潛在的，我國的汞污染形勢(shì)嚴(yán)峻，政府部門應(yīng)該積極采取可行措施，制定相關(guān)法律法規(guī)，帶領(lǐng)生產(chǎn)者、消費(fèi)者肩負(fù)起減少汞排放這一個(gè)重大的責(zé)任。作為大學(xué)生的我們更應(yīng)該參與到減少汞排放的教育中，提高自己的環(huán)保意識(shí)，對(duì)我國的汞污染防治工作做一定的支持。參考書目張乃明主編.環(huán)境土壤學(xué)[M].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2013