化工工业引起的土壤重金属污染及防治措施精.docx

1、化工工业引起的土壤重金属污染及防治措施精化工工业引起的土壤重金属污染及防治措施单位:姓名:摘要本文阐述了污染土壤的重金属种类及其相应特性,及近年来我国土壤污染的主要污染因子(重金属。本文写出了重金属污染土壤的情况,也提出了相应的解决方法,提醒人们要提高对土壤的保护意识,从而让生态环境得到保护。关键词 土壤 重金属 污染 防治前言在我国经济高度发展的同时,化工工业生产也对我国环境产生了很多不好的影响。据有关报告,土壤中汞(Hg、镉(Cd富集明显,是主要污染因子;郊区农田转变为城市用地后,土壤重金属污染程度有加重趋势,而城市土地利用强度下降及管理水平提高可有效减轻土壤重金属污染,同一宗地的权属变化

2、也会导致土壤重金属污染程度的变化;随着城市经济的快速发展,城市土壤重金属的污染状况总体上呈加重趋势。以上使得我国10%耕地重金属超标突出。我国重金属污染正由大气、水体向土壤污染转移,土壤重金属污染已进入一个“集中多发期”,对居民身体健康和农产品安全构成严重威胁。我们需要研究土壤中重金属种类、危害、含量及其相应的防治措施,使土壤中的重金属含量得到控制,以至降低。使我国在建设经济的同时,环境也得到保持。1 土壤重金属污染定义 (42 土壤中重金属的来源及其现状 (42.1土壤中重金属的来源 (42.1.1 大气中重金属沉降 (42.1.2 农药、化肥和塑料薄膜使用 (52.1.3 污水灌溉 (52

3、.1.4 污泥施肥 (62.1.5 含重金属废弃物堆积 (62.1.6 金属矿山酸性废水污染 (62.2土壤中重金属的现状 (73 土壤中重金属防治措施 (83.1控制中的土壤污染源 (93.1.1 控制与消除工业“三废”排放 (93.1.2 加强土壤污灌区的监测与管理 (93.1.3 合理施用化肥与农药 (93.1.4 增加土壤容量与提高土壤净化能力 (93.2对重金属污染的土壤进行处理 (103.2.1 客土深翻 (103.2.2 改变耕作制度 (103.2.3 施加改良剂 (113.2.4 施加抑制剂 (113.2.5 生物治理 (114 总结 (111 土壤重金属污染定义土壤重金属污染

4、是指由于人类活动,土壤中的微量有害元素在土壤中的含量超过背景值,过量沉积而引起的含量过高,统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞(Hg、镉(Cd、铅(Pb、铬(Cr和类金属砷(As等生物毒性显著的元素,以及有一定毒性的锌(Zn、铜(Cu、镍(Ni等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等,如汞主要来自含汞废水,镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降,砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。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

5、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的污染。2 土壤中重金属的来源及其现状2.1 土壤中重金属的来源2.1.1 大气中重金属沉降大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损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。大气中的大多数重金属是经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。如瑞典中部Falun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、采矿和化学工业生产所产生的大量废物,由于风的输送,这些含铅的细微颗粒,从工业废物堆扩散至周围地区。南京

6、某生产铬的重工业厂铬污染叠加已超过当地背景值的4.4倍,污染以车间烟囱为中心,范围广达1.5 km2,污染范围最大延伸下限1.38 km。公路、铁路两侧土壤中的重金属污染,主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧,汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等。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。在宁杭公路南京段两侧的土壤形成Pb、Cr、Co污染晕带,且沿公路延长方向分布,自公路向两侧污染强度减弱。在宁连一级公路淮阴段两侧的土壤铅含量增高,向两侧含量逐渐降低,且在地表以下30 cm铅的含量较

7、高。在法国索洛涅地区A71号高速公路沿途严重污染重金属Pb、Zn、Cd,其沉降粒子浓度超过当地土壤背景值2到8倍,而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高7到26倍。在斯洛文尼亚从居波加到扎各瑞波公路两侧,铅除了分布在公路两侧以外,还受阶地地貌和盛行风的影响,高铅出现在低地,公路顺风一侧铅含量较高。 经过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;由城市郊区农区,随距城市的距离加大而降低,特别是城市的郊区污染较为严重。此外,还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关;重工业越发达,污染相对就越严重。此外,大气汞的干湿沉降也可以引起土壤中汞的

8、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的吸附或固定,富集于土壤表层,或为植物吸收而转入土壤,造成土壤汞的浓度的升高。2.1.2 农药、化肥和塑料薄膜使用施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用化肥,都可以导致土壤中重金属的污染。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,但氮肥中铅含量较高,其中As和Cd污染严重。经过对上海地区菜园土地、粮棉地的研究,施肥后,Cd的含量从0.134 mg/kg升到0.316 mg/kg, Hg的含量从0.22 mg/kg升到0.39 mg/kg,Cu、Zn 增长2/3。农用塑料薄膜生

9、产应用的热稳定剂中含有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。2.1.3 污水灌溉污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展,大量的工业废水涌入河道,使城市污水中含有的许多重金属离子,随着污水灌溉而进入土壤。在分布上,往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重,远离污染源头和城市工业区,土壤几乎不污染。近年来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分,中国自60年代至今,污灌面积迅速扩大,以北方旱作地区污灌最为普遍,约占全国污灌面积的90%以上。南方地区的污灌面积仅占6%,其余在西

10、北和青藏。污灌导致了土壤中Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等重金属含量的增加。淮阳污灌区自污灌以来,金属Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐渐增高,1995年到1997年已超过警戒级。太原污灌区的重金属Pb、Cd、Cr含量远远超过其当地背景值,且积累量逐年增高。2.1.4 污泥施肥污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素,但同时污泥中也含有大量的重金属,随着大量的市政污泥进入农田,使农田中的重金属的含量在不断增高。污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加,且污泥施用越多,污染就越严重,Cd、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染;Cd、Hg可引起小麦、玉米的污染

11、;污泥增加,青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也增加。Anthony研究表明,用城市污水、污泥改良土壤,重金属Hg、Cd、Pb等的含量也明显增加。2.1.5 含重金属废弃物堆积含重金属废弃物种类繁多,不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃圾堆放场、杭州某铬渣堆存区、城市生活垃圾场及车辆废弃场附近土壤中的重金属污染的研究,这些区域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于当地土壤背景值,重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响,且随距离的加大重金属的含量而降低。由于废弃物种类不同,

12、各重金属污染程度也不尽相同,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。2.1.6 金属矿山酸性废水污染金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等,可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水,随着矿山排水和降雨使之带入水环境或直接进入土壤,都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。1989年我国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56 t,Cd为88 t,As为173 t,Pb为226 t。矿山酸性废水重金属污染的范围一般在矿山的周围或河流的下游,在河流中不同河段的重金属污染往往受污染源(矿山控制,河流同一污染源的下段自上游到下游,由于金属元素迁移能力减

13、弱和水体自净化能力的适度恢复,金属化学污染强度逐渐降低。美国科罗拉多州罗拉多流域受采矿的影响,重金属元素Cd、Zn、Pb、As的浓度,以污染源为最高,之后随着与污染源距离延长而逐渐降低。莱安河重金属污染,来自一个大型铜矿,导致重金属浓度远远超过当地背景值。流域重金属污染随季节变化而异,枯水期重金属的含量明显高于丰水期。河流流速减缓可以导致该流段重金属含量增加。同一区域土壤中重金属污染物的来源途径可以是单一的,也可以是多途径的。胡永定通过研究徐州荆马河区域土壤重金属污染的成因中指出:Cr、Cu、Zn、Pb是由垃圾施用引起的,As是由农灌引起的,Cd是由农灌和垃圾施用引起的,Hg是各种途径都具备。

14、王文祥通过对山东省耕地重金属元素污染状况的研究说明,工业快速发展地区铅高于农业环境,铅与距公路远近有关。乡镇企业技术、设备落后,原材料利用率低,造成其周边土壤重金属污染相当严重。据贵州1986年的统计,全省乡镇排放汞147 t,土壤中有的地方达56.64 mg/kg,超过未污染土壤的84.5倍。要引起高度重视。2.2 土壤中重金属的现状土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一,因此我们要了解我们土壤的情况,以保护好我们我们的土地。随着工业和城市的污染,农田化学物质种类和数量的增加,土壤重金属污染日益严重。下表是全世界每年重金属排放的种类和排量:种类 排放量(万吨/年汞(Hg 1.5铜(Cu 340

15、锰(Mn 1500镍(Ni 100土壤中重金属含量过多一定会对植物和动物有着不良影响。以下本文浅谈一下几种重金属对人体的不良影响。铅是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属,人体内正常的铅含量应该在0.1 mg/L,如果含量超标,容易引起贫血,损害神经系统,而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多。镉不是人体的必要元素,正常人血液中的镉浓度小于5g/L,尿中小于1g/L。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。汞及其化合物属于剧毒物质,可在人体内蓄积;进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞,由食物链进入人体,引起全身中毒作用;易受害的人群有女性,尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士;天然水中含汞极少,一般不超过

16、0.1g/L。 正常人血液中的汞小于5至10g/L,尿液中的汞浓度小于20g/L。如果急性汞中毒,会诱发肝炎和血尿。铬误食饮用,可致腹部不适及腹泻等中毒症状,引起过敏性皮炎或湿疹,呼吸进入,对呼吸道有刺激和腐蚀作用,引起咽炎、支气管炎等。水污染严重地区居民,经常接触或过量摄入者,易得鼻炎、结核病、腹泻、支气管炎、皮炎等。3 土壤中重金属防治措施土壤中重金属的污染大多数是人为造成的污染,只有通过人类自身行为改变这一状况,首先,从思想上重视了解重金属对人类及环境造成的危害,提高环境保护意识,只有保护好生存环境,才能保护人类自己;从行为上,要从个人做起,配合国家法律、法规的环境保护的规定,企业要加强

17、管理,并且做好监督管理机制,使措施落到实处,不能只以人为本,还要考虑动植物及环境所能承受的压力,这样,人类才有立足之地。总之,只要以保护环境为出发点,重金属污染问题就能降到最低点。针对目前的污染现状,首先,政府要重视。我国的污染土壤修复的标准及其相关的政策制度还是个空白,修复植物及低吸收植物的产业化也未能实现。政府甚至学界对土壤污染的认识远不如大气污染或水污染,因此宣传力度应该加大。其次,要继续开发新技术对污染土壤进行修复,包括植物修复、生物修复、物理修复、化学修复等技术。3.1 控制中的土壤污染源控制与消除土壤污染源,是防止污染的根本措施。土壤对污染物所具有的净化能力相当于一定的处理能力。控

18、制土壤污染源,即控制进入土壤中的污染物的数量与速度,通过其自然净化作用而不致引起土壤污染。3.1.1 控制与消除工业“三废”排放大力推广闭路循环,无毒工艺,以减少或消除污染物的排放。对工业“三废”进行回收处理,化害为利。对所排放的“三废”要进行净化处理,并严格控制污染物排放量与浓度,使之符合排放标准。我们在运用产品时,养成良好习惯,尽量不用含重金属物质的物品。3.1.2 加强土壤污灌区的监测与管理对污水进行灌溉的污灌区,要加强对灌溉污水的水质监测,了解水中污染物质的成分、含量及其动态,避免带有不易降解的高残留的污染物随水进入土壤,引起土壤污染。3.1.3 合理施用化肥与农药禁止或限制使用剧毒,

19、高残留性农药,大力发展高效、低毒、低残留农药,发展生物防治措施。例如禁止使用虽是低残留,但急性、毒性大的农药。禁止使用高残留的有机氯农药。根据农药特性,合理施用,制订使用农药的安全间隔期。采用综合防治措施,既要防治病虫害对农作物的威胁,又要把农药对环境与人体健康的危害限制在最低程度。3.1.4 增加土壤容量与提高土壤净化能力增加土壤有机质含量、砂掺粘改良性土壤,以增加与改善土壤胶体的种类与数量,增加土壤对有害物质的吸附能力与吸附量,从而减少污染物在土壤中的活性。发现、分离与培养新的微生物品种,以增强生物降解作用,是提高土壤净化能力的极为重要的一环。3.2 对重金属污染的土壤进行处理对土壤重金属

20、污染严重的地段,依靠切断污染源的方法则往往很难恢复。有时要靠深拼客土、林洗土壤等方法才能解决间题,必要时可进行功能调整,栽种非食用高经济性花卉、苗木等。另外开展直物修复技术的研究及培养抗性微生物等。其他治理技术见效较慢、成本较高、治理周期较长。3.2.1 客土深翻此方法就是用物理或化学反应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。污染土壤的排除,特别是重金属的土壤污染,在土壤中产生积累,阻碍作物的生长发育。防治的根本办法是彻底挖去污染土层,换上新土的排土与客土法,

21、以根除污染物。但如果是地区性的污染,实际采用客土法是不现实的。3.2.2 改变耕作制度因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害,在污染土壤上种植不进入食物链的植物。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。壤重金属污染也是导致生态系统破坏的重要因素。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

22、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。如可以在污染区公路两侧尽可能种树、种花、种草或经济作物(如蓖麻,种植草皮或观赏树木,移栽繁殖,不但可以美化环境,还可以净化土壤;蓖麻可用作肥皂的原料。也可以进行农业改良,即在污染区繁育种子(水稻、玉米,之后在非污染区种植;或种植非食用作物(高梁、玉米，收获后从秸秆提取酒精，残渣压制纤维板，并提取糠醛，或将残 渣制作沼气作能源。 3.2.3 施加改良剂 改良剂的加入使土壤中发生物理、化学反应，从而使重金属的量减少。这种 方法起到临时性的抑制作用，时间过长会引起污染物的积累，并在条件变化时重 金属又转成可溶性，因而只在污染较轻地区尚能

23、使用。其目的是加速有机物的分 解与使重金属固定在土壤中，如添加有机质可加速土壤中农药的降解，减少农药 的残留量。 3.2.4 施加抑制剂 抑制剂就是控制土壤氧化-还原条件，也是减轻重金属污染危害的重要措施。 例如，在水稻抽穗到成熟期，无机成分大量向穗部转移，淹水可明显地抑制水稻 对镉的吸收，落干则促进水稻对镉的吸收。但砷相反，随着土壤氧化-还原电位 的降低而毒性增加。 3.2.5 生物治理 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。

24、4 总结 国内外对土壤重金属污染现状与治理，取得了一定的成绩，同时存在一些理论上 和技术上的问题，如土壤中重金属与土壤中矿物之间的吸附与解吸、固定与释放的平 衡关系的研究，土壤中重金属形态特征、转化与迁移规律的系统研究，土壤中二次污 染物的及时处理等。 土壤质量问题是经济可持续发展和社会全面进步的战略问题， 它直接影响土壤质 11 别、水质状况、作物生长、农业产量、农产品品质等，并通过食物链对人体健康造成 危害。对工业生产中排放的污染物尚未得到较彻底控制，尤其在农业生产中大量而盲 目使用化学肥料和农药的今天，江河湖海、地下水及陆地中无机和有机污染物积累总 量与日俱增，使土地环境质量变得极其脆弱

25、。一旦土壤对这些污染物尤其是重金属的 消纳容量达到饱和，这些污染物对耕地生产能力的潜在毁灭性破坏便有可能一触即 发，有人已形象地称之为农业生产中的“定时炸弹”。从这个意义上来讲，土地管理 与保护工作不仅是对耕地总量的监管，还应该加强对耕地质量的保护与改善。对土壤 质量的保护便是对耕地生产能力的保护，更是提高土地利用效率的强有力措施之一。 对于我国这样一个人口众多的农业大国，开展国土质量调查评价，对土壤重金属污染 物进行试验研究，开发耕地污染的治理方法和技术，显得更为必要和迫切。 治理土壤重金属污染首先应从源头抓起，控制污染源，土壤重金属的污染已经达 到相当严重的程度,要充分认识土壤重金属污染的

26、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。 土壤植物系统是地球生态系统中与人类生存和健康关 系最密切的系统。鉴于土壤污染难于治理，醚壤污染问题的产生又具有明显的隐蔽性 和滞后性等特点，因此土壤污染问题一般都不太容易受到重视。本文探讨土壤重金属 的污染来源和防治措施，改善土壤环境，发展高效、优质农业，保障人体健康.具有 科学价值和实用意义。 12 参考文献 1 董开军谈谈农田污水灌溉问题J农业环保,1995(4；25-28. 2 陈玉成污水灌溉对我国生态系统的影响及其对策 J 四川环境.1991.10(2； 56-59. 3沈景文化肥农药和污灌对地下水的污染J农业环境保护.1992.11(3； 34-37. 4郭淑满污灌对农业生态环境的影响C北京；中国科协 2002 年学术年会， 2002；477 5赵微化学工业对水源和大气的污杂及预防措施；天中学刊2003 年第 18 卷 第2期 6林大仪主编土壤学；中国林业出版社 7马麒麟化工环境污染与防治；民族出版社 2000.7 13