环境中重金属污染源分析.docx

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环境中重金属污染源分析

环境中重金属污染源分析

农学院

13级环境科学

徐琳桢

2134122463

摘要：

环境污染日益严重的今天，由于重金属对人体独特的危害性，重金属污染引起了全社会的广泛关注。

重金属具有显著的生物毒性，在环境中不会降解、消失，且能蓄积在生物体内，通过食物链对人体健康造成危害。

本文全面分析了环境中重金属污染的几种主要来源途径，如大气中重金属沉降，农用物资的不合理使用，污水灌溉，含重金属的矿业、工业废弃物的堆积，金属矿山酸性废水污染等。

同时，本文综合论述了重金属污染的修复对策，如工程治理方法、化学治理方法、生物修复对策、农业治理措施以及一些新技术等，针对不同的污染源，应采用不同的修复对策，以达到控制或缓解重金属污染的目的。

关键词：

重金属污染源修复对策

环境中重金属污染源分析

随着现代经济的高速发展，环境污染物的排放量与日俱增，环境污染和生态破坏越来越严重，给人类赖以生存的土壤、水、空气带来了严重的污染。

其中，由于工业“三废”的排放、污水灌溉、农用物资的不合理使用以及矿业的发展等因素，使得重金属在环境中大量的累积，这对人类健康造成了极大的威胁，从而引起了全社会的广泛重视。

20世纪60年代至今，世界各地已频繁爆发重金属污染事件，例如1955—1977年发生在日本的由镉污染引起的“痛痛病”事件导致207人死亡[1]，2009年开始我国各地相继爆发的大规模的血铅事件等，无一不带给我们血的教训，这不仅为我们敲响了环保的警钟，其背后的诱因更值得我们深入地探究和深思。

针对重金属污染的高发态势，我国通过了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，把重金属污染的防治确定为我国现阶段环保工作的重点内容[2]。

与此同时，环境中重金属污染源的分析，也一直是国内外学者研究的一大热点，对比科学研究成果，相信一定能找到修复环境中重金属污染的有效方式，使重金属污染得到有效的控制和缓解。

1重金属的定义及其污染特征

1.1重金属的定义

重金属的定义到目前还没有严格统一的提法，但一般是指密度在4.0mg/m3以上的约60种元素或密度在5.0mg/m3以上的约45种元素。

在环境污染研究中所指的重金属主要是指生物毒性显著的Hg、Cd、Pb、Cr以及类金属As、Se等生物毒性显著的元素，还包括具有一定毒性的一般重金属Zn、Cu、Co、Ni、Sn等元素[3]。

重金属是一种有色金属，是构成地壳的元素，在自然界中分布广泛，遍布于土壤、大气、水体和各种生物中。

重金属大多属于过渡性元素，在自然环境中具有不同的活性、价态和毒性效应，可通过水解反应生成沉淀物，也可以与无机、有机配位体反应，生成络合物和螯合物。

与其他污染物相比，重金属在环境中不会降解、消失，它不但不能被微生物分解，反而能够通过迁移、转化富集于农作物或其他植物体内，并通过食物链进入人体，对人体健康造成危害[4]。

1.2重金属污染的特征

所谓重金属污染，是指由重金属及其化合物引起的环境污染，这主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致[3]。

重金属污染主要表现在水污染、土壤污染中，还有一部分是表现在大气和固体废物中。

例如日本的水俣病和痛痛病分别由汞污染和镉污染所引起，其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。

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、化学的或生物的作用进行净化，使其有害性降低或解除，而重金属具有富集性，很难在环境中降解。

如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，成为长期的次生污染源，或者被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害[5]微量浓度的重金属即可产生毒性（一般为1～10毫克/升，Hg、Cd为0.01～0.001毫克升），并且某些重金属在微生物的作用下可转化为毒性更强的有机金属化合物，从而对人体健康产生更大的威胁[5]。

另外，重金属化合物的毒性差异较大，与其化合物形态、价态等有关，如金属有机化合物（如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等）比相应的金属无机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大；六价铬比三价铬毒性要大等等。

2重金属对人体健康的危害

在日常生活中，人体可通过饮水、食物、生产生活等活动接触和摄入重金属元素。

进入人体的重金属元素有些是人体新陈代谢所必需的，一般情况下不会对人体健康产生危害，但Hg、Cd、Pb、As等重金属元素对人体有明确的毒害作用，Cu、Zn、Cr等重金属元素过量摄入也会对机体产生危害。

2.1Hg的危害

Hg及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。

以低分子烷基汞的代表甲基汞为例，它属于高神经毒性物，具有很强的毒性。

甲基汞既可直接进入血液，与红细胞血红蛋白的巯基（-SH）结合，随血液分布于人体各组织部位；也可透过血脑屏障侵入脑组织，严重损害小脑和大脑两半球。

甲基汞易在大脑的感觉区和运动区蓄积，致使患者产生视觉、听觉障碍；另外，它还可引起肝、肾损害和致畸效应[3]。

2.2Cd的危害

金属Cd不是人体的必需元素，一般不具有毒性，其化合物毒性与其种类有关。

Cd可在人体内蓄积，对人体的危害主要表现在四个方面：

一是，Cd主要是积蓄在肾脏，可以引起人体泌尿系统的肾功能发生变化；二是，Cd可抑制机体免疫功能、干扰免疫球蛋白的生成与正常的排列结构；三是，Cd能使红细胞脆性增加，大量破坏红细胞而引起贫血；四是，Cd还能导致机体钙代谢失调与骨软化症，如日本发生的痛痛病[3]。

2.3Pb的危害

Pb可在人体和动物组织中蓄积，其化合物的毒性差异较大。

Pb主要通过皮肤、消化道、呼吸道进入人体，与体内多种器官产生亲和反应，主要毒性效应是损害造血系统、神经系统和肾脏，引发贫血、神经机能失调、肾损伤等症状，此外，慢性Pb中毒还可以导致免疫功能低下。

无机铅和有机铅均有致畸作用，可影响胚胎发育，导致胎儿肢体畸形[3]。

2.4As的危害

As是人体的非必需元素，基本无毒，但As的化合物具有不同的毒性，毒性大小取决于As在体内蓄积的程度和化合物形态。

如摄入量超过排泄量，As就会在人体的各组织部位蓄积，与细胞中的酶系统结合，使酶的生物作用受到抑制失去活性，从而引起慢性As中毒。

As还有致癌作用，长期摄入无机砷可引起肺癌和皮肤癌。

此外，无机砷化物不仅可以引起基因突变、染色体损伤和染色体畸变，还可以抑制酶和DNA修复[3]。

3我国重金属污染现状

新中国成立以来，由于社会经济发展的需要，重金属矿产的开发利用得以飞速发展。

重金属资源的开发是国民经济发展的基础和重要组成部分，为我国社会经济的快速发展做出了巨大的贡献，但大量的重金属资源开发活动势必造成严重的重金属污染，尤其是乡镇、个体矿山的开发，由于技术落后、设备简陋，环保意识缺乏等原因，对环境造成了严重的破坏和污染，甚至引发了严重的环境污染事件，直接威胁到人类的生命安全。

重金属矿产开采和使用的整个过程及其所产生的“三废”（废气、废渣、废水）给周边生态环境造成了严重的污染。

首先，在矿石的开采、冶炼、加工的过程中，会产生大量的扬尘、废气等污染物，这些污染物往往含有大量的有害物质，严重污染大气。

其次，重金属矿产的开发可通过不同途径对土壤造成污染，例如矿渣和尾矿的堆放、大气沉降、农田灌溉等。

最后，由于大多数矿区所处的地区生态环境较好，矿体和矿渣中的有害重金属，在洗矿等过程中产生的大量废水直接排入周边水体，造成水源的污染。

此外，更为严重的是在自然过程（大气沉降、地表径流等）和人为作用农田灌溉等下，重金属污染物在不同环境介质中不断进行着迁移转化，从而造成严重的二次污染[6]。

近年来，我国重金属矿业的飞速发展导致大量的重金属被排入环境中，尤其是因企业违法排污和各种事故而引发的重大重金属污染事件也是接连发生。

这些通过5人为、自然等多种途径进入环境中的重金属严重危害人类的健康。

自2009年以来，中国已连续发生30多起重特大重金属污染事件，2010年相继发生了江苏大丰、四川隆昌、湖南嘉禾、甘肃瓜州、湖北崇阳等多起血铅事件。

同时，作为“有色金属之乡”的湖南，采选、冶炼、化工等企业多分布于湘江流域，造成湘江流域重金属污染日益严重。

另外，据调查显示，化工、冶炼、皮革、IT等行业较为集中的珠三角和长三角等沿海地区，其重金属污染现状也是触目惊心的[4]。

2011年2月，《重金属污染综合防治“十二五”规划》（以下简称《规划》获国务院通过，成为我国第一个“十二五”国家规划。

《规划》列出了14个重金属污染综合防治重点省份、138个重点防治区域和4452家重点防控企业，提出了“十二五”期间重金属污染防治的具体目标，即到2015年，重点区域的重点重金属污染排放量比2007年减少15%，非重点区域的重点重金属污染排放量不超过2007年的水平，重金属污染得到有效控制。

环保部部长周生贤也做了重要讲话，强调了重金属污染的治理问题[2]。

实际上，由于重金属污染治理耗资巨大，其监管和资金投入将成为目标实现的最大障碍。

对于重金属污染的高发态势，虽然国家给予了高度的重视，并设立了相关的试点，但由于技术相对落后，也没有足够的受过专业训练的检测员分布到全国各地进行检测，所以即使有了资金也达不到好的效果，这就造成了我国重金属污染治理现状的困局，还需要国家投入更多的精力进行整治，以期能用较短的时间使重金属污染得到有效的控制和缓解[7]。

4重金属污染源分析

造成环境污染的重金属有多种来源途径，首先是成土母质本身含有一定量的重金属，且不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。

其次，人类频繁的工农业生产活动，也能造成重金属对大气、水体和土壤等环境的污染，其中重金属最主要的几种来源途径是大气中重金属沉降，农用物资如农药、化肥、塑料薄膜等的不合理使用，污水灌溉，污泥施肥，含重金属的矿业、工业废弃物的堆积，金属矿山酸性废水污染等[8]。

4.1大气中重金属沉降

大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料等工业生产、汽车尾气的排放及汽车轮胎磨损所产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。

它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。

除Hg以外，大多数重金属基本上是以气溶胶的形式进入大气，然后通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤[8]。

据相关报道，煤含Cr、Pb、Hg、Ti等重金属，石油中含有相当量的Hg（0.02～30mg/kg），这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中大多数会沉降在距排放源十几公里的范围内，据估计全世界每年约有1600吨的Hg是通过煤和其它石化燃料燃烧而排放到大气中去的。

又如瑞典中部某市区的铅污染，它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生的大量废物，由于风的输送，这些细微颗粒的铅，从工业废物堆扩散至周围地区；南京某生产铬的重工业厂，铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍；俄罗斯的一个硫酸生产厂也是由工厂烟囱排放造成S、V、As的污染[9]。

汽车运输可对大气和土壤造成严重污染，主要以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等的污染为主，它们主要来自于含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘等。

它们成条带状分布，以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；随着时间的推移，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性。

例如在宁—杭公路南京段两侧的土壤形成的Pb、Cr、Co污染带，沿公路延长方向分布，自公路两侧污染强度逐渐减弱[10]。

经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心，向四周及两侧扩散，并且它与重工业发达程度、城市的人口密度、土地利用率、交通发达程度有直接关系，由城市—郊区—农村，距城市越近，污染的程度就越严重。

此外，重工业越发达，污染相对就越严重[11]。

此外，大气汞的干湿沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。

大气汞通过干湿沉降进入土壤后，被土壤中的粘土矿物和有机物吸附或固定，富集于土壤表层，或被植物吸收而转入土壤，造成土壤汞的浓度升高[8]。

4.2农用物资的不合理使用

在农业生产中，农药、化肥和塑料薄膜是重要的农用物资，它们对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理地施用含有Pb、Hg、Cd、As等的农药和化肥、塑料薄膜等产品，也可以导致环境中土壤重金属的污染。

绝大多数的农药为有机化合物，少数为有机—无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。

在农业地区，由于经常施用含As农药，土壤中As的残留量明显增加。

杀真菌农药被大量地用于果树和温室作物，因其常含有Cu和Zn，所以常常会造成土壤中Cu、Zn的累积，甚至达到有毒的浓度。

如在莫尔达维亚，葡萄生长季节要喷5～12次波尔多液或类似的制剂，每年约有6000～8000吨的铜施入土壤。

重金属元素是肥料中报道最多的污染物质。

一般过磷酸盐中含有较多的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb，磷肥次之，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中Pb含量较高，其中As和Cd污染严重。

Cd是土壤环境中重要的污染元素，随磷肥进入土壤的Cd一直受到人们的关注。

许多研究表明，随着磷肥及复合肥的大量施用，土壤有效Cd的含量不断增加，作物吸收Cd量也相应增加，如此通过食物链进入人体的Cd量也随着增加，对人体健康也就造成更大的危害。

农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有重金属元素Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中，都可以造成土壤重金属的污染。

4.3含重金属的固体废弃物堆积

含重金属的固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度都不一样，如铬渣堆存区的Cd、Hg、Pb为重度污染，Zn为中度污染，Cr、Cu为轻度污染[6]。

其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重，这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等因素，致使其中的重金属元素以废弃堆为中心以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。

有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染。

如随着我国畜牧生产的发展，产生了大量的家畜粪便及动物加工产生的废弃物，这类农业固体废弃物中含有植物所需的N、P、K和有机质，同时由于饲料中添加了一定量的重金属盐类，因此作为肥料施入土壤中增加了土壤Zn、Mn等重金属元素的含量。

又如化肥工业废物之一的磷石膏，由于它含有一定量的正磷酸以及不同形态的含磷化合物，并可以改良酸性土壤，从而被大量施入土壤，造成了土壤中Cr、Pb、Mn、As含量增加[6]。

5重金属污染修复对策

重金属对生态环境具有极大的危害，在土壤中的残留时间长，很难被植物或微生物降解，且重金属在作物的可食部位过量累积后容易通过食物链进入人体，给人类健康带来严重的危害。

面对当今重金属污染的高发态势，如何消除环境中的重金属污染物已成为国际性难题，目前，被广泛采用的重金属污染修复技术主要有物理、化学和生物修复方法及一些新技术。

5.1化学治理方法

化学治理方法主要是指向污染土壤投入改良剂、抑制剂等，调节土壤酸碱度与化学组分，增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量，控制反应条件，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，使重金属能以生物有效性较低、毒害程度较弱的形态存在的方法[5]。

适合重金属污染的化学修复方法主要有有机质法、沉淀法、吸附法、氧化还原电位法、化学试剂法等[1]。

例如在某些污染土壤中加入石灰性物质，能提高土壤酸碱度，使重金属生成氢氧化物沉淀；施用有机物等促还原物质，改变土壤氧化还原状态，使重金属生成硫化物沉淀。

沉淀法是指土壤溶液中的金属阳离子在介质发生改变时能形成金属沉淀物，从而降低土壤重金属的污染，如向钢渣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。

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。

有机质法是指有机质中的腐殖酸能与重金属离子反应，生成难溶的络合物，从而减轻土壤重金属的污染。

这些方法治理效果和费用适中，适用于中度污染区的改良，但如若处理不当，容易再度活化，会造成二次污染。

5.2农业治理措施

农业治理是指因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害，例如在污染土壤上种植一些不进入食物链的植物，如在含Cd的土壤上改种苎麻；控制土壤水分来调节某些重金属的氧化还原电位，达到降低重金属污染的目的；选择最能降低土壤重金属污染的化肥，增施有机肥等。

合理的利用农业生态系统工程措施，也可以保持土壤的肥力，改良和防治土壤重金属污染，提高土壤质量，并能与自然生态循环和系统协调运作。

农业治理措施的优点是易操作、费用较低，但具有周期长、效果不显著的缺点。

6结论

在世界上许多国家，尤其是中国，重金属污染越来越严重，重金属污染事件更是呈现出高发态势，给人类和社会经济带来了严重的影响。

在我国，随着工农业生产和乡镇企业及农村城镇化的迅速发展，环境污染问题已越来越严重，尤其是土壤及水资源的重金属污染，可直接通过食物链危害人体健康。

研究表明，造成环境污染的重金属主要有以下几种来源途径，例如大气中重金属沉降，大多数重金属（除Hg以外）基本上是以气溶胶的形式进入大气，然后通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤，从而造成环境污染；农业生活中，农用物资如农药、化肥、塑料薄膜等的不合理使用，可以导致环境中土壤重金属Pb、Hg、Cd、As等的污染；污水灌溉，主要是把生活污水和工矿企业污水作为灌溉水源这可致使污灌区土壤重金属Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、As等含量逐年增加，造成严重的土壤重金属污染；污泥施肥，一般来说，污泥中Cr、Pb、Cu、Zn、As含量极易超过控制标准；含重金属的矿业、工业废弃物的堆积，含重金属的固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度都不一样；金属矿山酸性废水污染等。

除了这些主要的来源途径外，可能还有其他的未被我们发现的隐性来源，并且这些来源途径并不是单一的，而是错综复杂的，它们既可以单独作用，也可以共同对环境造成污染。

总的来说，工业化程度越高的地区污染越严重，市区高于远郊和农村，地表高于地下，污染区污染时间越长重金属积累就越多。

环境质量问题是经济可持续发展和社会全面进步的战略问题，它直接影响的生活质量和人体健康。

重金属污染首先应从源头抓起，控制污染源，现今世界各国已经采取多种措施对重金属污染进行防治和修复，例如工程治理（如淋洗法、客土深翻法、电解法、热处理技术等）、化学治理（如有机质法、沉淀法、吸附法、氧化还原电位法、化学试剂法等）、生物修复（主要包括植物修复、动物修复、微生物修复）、农业修复以及一些新技术等修复措施。

但由于重金属污染的长期性、隐匿性、不可逆性以及不能完全被分解或消逝的特点，治理效果不容乐观，还需要更多的专业人才针对重金属污染进行更系统、更全面、更专业、更深入的研究。

7展望

新中国成立以来，我国的经济得到了快速的发展，人们的生活水平有了很大的提高，但是随之而来的负面效应也引起了人们的广泛重视，其中最为严重的就是环境中重金属的污染。

面对我国重金属污染事件的高发态势，国务院于2011年2月通过了我国第一个“十二五”国家规划《重金属污染综合防治“十二五”规划》，确定了“十二五”期间的重金属污染防治的具体目标，环保部部长周生贤也做出了重要讲话，强调了重金属污染治理的重要性及迫切性。

但是，由于治理工作耗资巨大，其监管和资金投入成为重金属污染治理的最大障碍，同时技术跟不上，专业人员不足，这些问题就造成了我国重金属污染的困局。

对污染环境相关技术现状进行剖析表明，无论是物理、化学修复，还是植物修复，甚至是微生物修复，都存在着许多技术上难以克服的问题，需要从技术的现有进展和技术构想进行整体意义上的创新，即如何把现有的技术进行参数优化、改造后进行最佳组合与综合，才能取得该技术领域的重大突破。

要解决上述技术难题，推动重金属污染修复技术的进一步发展，特别是使修复技术得到实际应用，就必须处理好研究与发展、市场定位和技术实施三者之间的相互关系。

研究表明，技术再造和技术综合构建是现今重金属污染修复需要解决的重大技术难题[5]。

重金属污染修复的研究已成为国际环境科学与工程研究的热点科学问题和前沿领域之一。

目前，在重金属污染的物理修复、化学修复、生物修复等方面均取得了较大的发展，国际国内一大批科研人员从事此项工作。

大家比较一致的观点是：

对重金属污染环境以植物修复为主。

尽管在重金属污染修复方面已取得了许多成果，但仍有许多问题有待探索。

结合当前该领域的研究现状和发展趋势，力求在我国重金属污染的根治和国家层面上的生态安全提供科学依据，在已有的研究基础上，研究污染环境修复的新原理，为建立新的修复工艺与技术打下基础，从而适应污染环境修复日益增加的需要。

参考文献

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