重金属污染及其防治措施

重金属污染及其防治措施,基本定义,重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，直接危害人体健康，并导致环境质量恶化。,二、重金属的来源,1、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。采矿、冶炼、锻造、加工、运输等工业生产过程废水、废渣、废气的直接排放废弃尾矿随意堆放,2、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的重要污染来源。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Zn、Cr、Ni、Cu、Cd、Pb等，因此如不合理地使用，则劣质化肥中的重金属杂质会直接导致土壤被污染。,3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：,含有大量的重金属，不经处理直接排放，造成二次污染,垃圾燃烧的飞灰及堆埋过程中产生的渗滤液中重金属量严重超标,交通密集公路带土壤中重金属的含量显著高于交通非密集区域土壤中的含量，交通主干道两侧土壤中重金属元素的含量显著高于公园土壤,4、突发事件来源,近年来突发性的重金属污染事件骤增，它会导致重金属在短时间内高浓度地进入环境，从而产生严重的污染。近年来，我国相继发生了贵州独山县、湖南辰溪县、广西河池等多起砷污染事件，陕西凤翔儿童血铅超标、湖南浏阳镉污染及山东临沂砷污染事件。这些重金属污染事件有些是由于管理不当、交通事故等人为原因导致的，有些则是环境长期受到污染、污染物含量超过环境容量而突然爆发的结果。,主要特点,重金属原义是指比重大于5的金属（密度大于4.5克每立方厘米的金属），包括金、银、铜、铁、铅,汞，镉，铬等。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。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前中国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。,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，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。,毒性,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。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。,重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，而底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解，但具有生物累积性，可以直接威胁高等生物包括人类，有关专家指出，重金属对土壤的污染具有不可逆转性，已受污染土壤没有治理价值，只能调整种植品种来加以回避。因此，底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。,铅污染,铅污染是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属。主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等。它是通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，易受害的人群有儿童、老人、免疫低下人群。人体内正常的铅含量应该在0.1毫克/升，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，一旦血铅含量超标，应该采取积极的排铅毒措施。儿童可服用排铅口服液或借助其他产品进行排铅。,镉污染,镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉主要来源有电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水；废旧电池中镉含量较高、也存在于水果和蔬菜中，尤其是蘑菇，在奶制品和谷物中也有少量存在，镉能够取代骨中钙，使骨骼严重软化，骨头寸断，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内锌的酶系统，导致高血压症上升。用含镉0.04Mg/L的水进行灌溉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉0.007mg/L时，即可造成污染。,汞污染,汞及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、化妆品、照明用灯、齿科材料、燃煤、水生生物等。血液中的金属汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏。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；如果急性汞中毒，会诱发肝炎和血尿。,铬污染,主要来源于劣质化妆品原料、皮革制剂、金属部件镀铬部分，工业颜料以及鞣革、橡胶和陶瓷原料等；如误食饮用，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。,事件回放,1956年，水俣湾附近发现了一种奇怪的病。这种病症最初出现在猫身上，被称为“猫舞蹈症”。病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被称为“自杀猫”。随后不久，此地也发现了患这种病症的人。患者由于脑中枢神经和末梢神经被侵害，症状如上。当时这种病由于病因不明而被叫做“怪病”。这种“怪病”就是日后轰动世界的“水俣病”，是最早出现的由于工业废水排放污染造成的公害病。,“水俣病”的罪魁祸首是当时处于世界化工业尖端技术的氮（N）生产企业。氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞（Hg）的催化剂，这使排放的废水含有大量的汞。当汞在水中被水生物食用后，会转化成甲基汞（CH3HgCl）。,这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命，而当时由于氮的持续生产已使水俣湾的甲基汞含量达到了足以毒死日本全国人口2次都有余的程度。水俣湾由于常年的工业废水排放而被严重污染了，水俣湾里的鱼虾类也由此被污染了。这些被污染的鱼虾通过食物链又进入了动物和人类的体内。甲基汞通过鱼虾进入人体，被肠胃吸收，侵害脑部和身体其他部分。进入脑部的甲基汞会使脑萎缩，侵害神经细胞，破坏掌握身体平衡的小脑和知觉系统。据统计，有数十万人食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾。,日本痛痛病,20世纪初期开始，人们发现该地区的水稻普遍生长不良。1931年又出现了一种怪病，患者大多是妇女，病症表现为腰、手、脚等关节疼痛。病症持续几年后，患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象，行动困难，甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。到了患病后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，就连咳嗽都能引起骨折。患者不能进食，疼痛无比，因无法忍受痛苦而自杀。这种病由此得名为“骨癌病”或“痛痛病”（ItaiItaiDisease）。,“骨痛病”正是由于炼锌厂排放的含镉废水污染了周围的耕地和水源而引起的。,生物富集作用,生物富集作用又叫生物浓缩，是指生物将环境中低浓度的化学物质，通过食物链的转运和蓄积达到高浓度的能力。化学物质在沿着食物链转移的过程中产生生物富集作用，即每经过一种生物体，其浓度就有一次明显的提高。所以，位于食物链最高端的人体，接触的污染物最多，对其危害也最大。,重金属污染的治理,1、土壤重金属污染的修复方法土壤重金属污染的修复方法主要有物理化学法、化学修复法、植物修复法和微生物修复法等。,物化修复技术物化修复技术主要包括化学固化、土壤淋冼等。化学固化即在土壤中加入固化剂，使重金属被吸附在土壤中或者形成沉淀，从而使其毒性降低。土壤淋洗主要是用能提高置金属可溶性试剂，如有机或无机态酸、碱、盐和螯台剂等，将土壤固相中的重金属转移到液相中从而修复污染土壤。,化学修复技术,化学修复技术主要包括化学改良和有机质改良。通过向土壤中添加一些改良剂，使土壤的pH值改变从而减轻重金属污染程度。常用的改良剂有石灰、磷酸盐、硅酸盐等。,植物修复技术,植物修复技术主要指利用植物使重金属固定、挥发及提取。植物在土壤重金属修复中有着重要的作用。例如汞污染稻田改种苎麻后土壤汞的年净化率高达41%，土壤的自净恢复年限是种植水稻的2/17倍。,微生物修复技术,微生物修复技术是利用细菌可以通过多种直接或间接作用影响环境中重金属的活性，如细菌可以通过电性吸附将重金属离子富集于细胞表面，降低重金属在环境中的生物有效性。细菌的氧化还原作用可以改变变价重金属离子的价态，降低其在环境中的毒性等。细菌的这些作用，可以有效进行环境重金属污染的生物修复。,2、水体重金属污染的修复方法,水体重金属污染的修复方法主要有物化法和生态修复法。,物化法,沉淀法：使重金属以氢氧化物或碳酸盐的形式从水中分离出来絮凝法：常采用铁盐、铝盐及其改性材料作絮凝剂吸附法：利用多孔性固态物质吸附水中污染物。常用吸附剂：活性炭、粉煤灰、壳聚糖、竹炭等,生态修复法,生态修复法是利用水生植物、水生动物对重金属离子进行吸收、容纳