城市表层土壤重金属污染分析―重金属传播特性[1]解析

1、土壤中主要重金属污染物的迁移特性由于重金属一般不易随水淋滤，土壤微生物不能分解，但能吸附于土壤胶体、被土壤微生物和植物所吸收，通过食物链或其它方式转化为毒性更强的物质，对人体健康的危害严重，所以土 壤中重金属的污染问题比较突出。重金属在土壤中积累的初期，不容易被人们觉察和关注，属于潜在危害，但土壤一旦被重金属污染，就很难彻底消除。重金属在土壤中的迁移转化受金属的化学特性、土壤的物理特性、生物特性和环境条件等因素影响。土壤环境中重金属的迁移转化过程分为物理迁移、化学迁移、物理化学迁移和生物迁移。其迁移转化形式复杂多样，是多种形 式的错综结合 1-4。1 土壤中主要重金属污染物的迁移转化1.1汞的

2、迁移转化汞是一种对动植物及人体无生物学作用的有毒元素。土壤中汞的重要特点是能以零价(单质汞形式存在，还有无机化合态汞和有机化合态汞。除甲基汞、HgCl2、Hg (N(3) 2夕卜，大多数为难溶化合物。甲基汞和乙基汞的毒性在含汞化合物中最强5-6 。土壤中汞的迁移转化比较复杂，主要有如下几种途径。1.1.1 土壤中汞的氧化-还原土壤中的汞有三种价态形式：Hg Hg2+和Hg2+2汞的3种价态在一定的条件下可以相互转化。二价汞和有机汞在还原条件下的土壤中可以被还原为零价的金属汞。土壤中金属汞的含量甚微，但可从土壤中挥发进入大气环境，而且会随着土壤温度的升高，其挥发的速度加快。土壤中的金属汞可被植物

3、的根系和叶片吸收。1.1.2 土壤胶体对汞的吸附土壤中的胶体对汞有强烈的表面吸附(物理吸附)和离子交换吸附作用。从而使汞及其他微量重金属从被污染的水体中转入土壤固相 。土壤对汞的吸附还受土壤的 pH值及土壤中汞的浓度影 响。当土壤pH值在18的范围内时，其吸附量随着 pH值的增大而逐渐增大；当 pH8时， 吸附的汞量基本不变。1.1.3配位体对汞的配合-螯合作用土壤中配位体与汞的配合 -螯合作用对汞的迁移转化有较大的影响。OH、C1-对汞的配合作用可大大提高汞化合物的溶解度。土壤中的腐殖质对汞离子有很强的螯合能力及吸附能力。通过生物小循环及土壤上层腐殖质的形成，并借助腐殖质对汞的螯合及吸附作用

4、，将使土壤中的汞在 土壤上层累积。1.1.4汞的甲基化作用在土壤中的嫌气细菌的作用下，无机汞化合物可转化为甲基汞(CH3Hg+ )和二甲基汞(CH3) 2Hg。当无机汞转化为甲基汞后，随水迁移的能力就会增大。由于二甲基汞(CH3)2Hg的挥发性较强，而被土壤胶体吸附的能力相对较弱，因此二甲基汞较易进行气迁移和水迁 移。汞的甲基化作用还可在非生物的因素作用下进行，只要有甲基给予体，汞就可以被甲基化。1.2镉的迁移转化镉的污染主要来源于铅、锌、铜的矿山和冶炼厂的废水、尘埃和废渣，电镀、电池、颜料、塑 料稳定剂和涂料工业的废水、农业上施用磷肥等。1.2.1镉在土壤环境中的存在形态镉在土壤中以水溶性镉

5、和非水溶性镉两种形式存在。水溶性镉常以简单离子或简单配离子的形式存在，如 Cd2+、CdCI+、CdS04，石灰性土壤中还有 CdHC03+。非水溶性镉主要为 CdS、 CdC03及胶体吸附态镉等。其中，镉在旱地土壤中以CdC03、Cd3 ( P04)2和Cd(OH)2的形态存在，并以 CdC03为主，尤其是在pH值 7的石灰性土壤中更以 CdC03居多；而镉 在淹水土壤中则多以 CdS的形态存在。由于土壤对镉的吸附能力很强，土壤中呈吸附交换态的 镉所占比例较大。但土壤胶体吸附的镉一般随pH值的下降其溶出率增加，当pH = 4时，溶出率超过50%，而当pH = 7.5时，交换吸附态的镉则很难被

6、溶出。1.2.2镉的迁移转化由于土壤的强吸附作用，镉很少发生向下的再迁移而累积于土壤表层。在降水的影响下，土壤表层的镉的可溶态部分随水流动就可能发生水平迁移，进入界面土壤和附近的河流或湖泊 而造成次生污染。土壤中水溶性镉和非水溶镉在一定的条件下可相互转化，其主要影响因素为 土壤的酸碱度、氧化-还原条件和碳酸盐的含量。1.2.3镉的生物迁移土壤中的镉非常容易被植物所吸收。土壤中镉的含量稍有增加，就会使植物体内镉的含量相应增高。在被镉污染的水田中种植的水稻其各器官对镉的浓缩系数按根杆枝叶鞘叶身稻壳糙米的顺序递减。镉在植物体内可取代锌，破坏参与呼吸和其他生理过程的含锌 酶的功能，从而抑制植物生长并导

7、致其死亡。与铅、铜、锌、砷及铬等相比较，土壤中镉的环境容量要小得多，这是土壤镉污染的一个重要特点1.3铅的迁移转化铅是人体的非必需元素。土壤中铅的污染主要来自大气污染中的铅沉降和铅应用工业的三废”排放。土壤中铅的污染主要是通过空气、水等介质形成的二次污染。铅在土壤中主要以二价态的无机化合物形式存在，极少数为四价态。多以Pb (0H) 2、PbC03或Pb3 ( P04)2等难溶态形式存在，故铅的移动性和被作物吸收的作用都大大降低。在酸性土壤中可溶性铅含量一般较 高，因为酸性土壤中的H +可将铅从不溶的铅化合物中溶解出来。植物吸收的铅是土壤溶液中的可溶性铅。绝大多数积累于植物根部，转移到茎叶、种

8、子中的很少。植物除通过根系吸收土 壤中的铅以外，还可以通过叶片上的气孔吸收污染空气中的铅。1.4铬的迁移转化铬是人类和动物的必需元素，但其浓度较高时对生物有害。土壤中铬的污染主要来源于 铁、铬、电镀、金属酸洗、皮革鞣制、耐火材料、铬酸盐和三氧化铬工业的三废”排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。土壤中铬通常以四种化合形态存在，两种三价铬离子Cr3+和Cr02-,两种六价铬阴离子 Cr2072-和Cr042-。其中Cr (OH 3的溶解性较小，是铬最稳 定的存在形式，而水溶性六价铬的含量一般较低，但六价铬的毒性远大于三价铬的毒性。土壤中的有机质如腐殖质具有很强的还原能力，能很快地把六价铬还原为三价铬

9、，一般当土壤有机 质含量大于2 %时，六价铬就几乎全部被还原为三价铬7-9。由于土壤中的铬多为难溶性化合物，其迁移能力一般较弱，而含铬废水中的铬进人土壤后，也多转变为难溶性铬，故通过 污染进入土壤中的铬主要残留积累于土壤表层。铬在土壤中多以难溶性且不能被植物所吸收利 用的形式存在，因而铬的生物迁移作用较小，故铬对植物的危害不像Cd、Hg等重金属那么严重。有研究结果表明，植物从土壤溶液中吸收的铬，绝大多数保留在根部，而转移到种子或果 实中的铬则很少10-12。1.5砷的迁移转化砷是类金属元素，不是重金属。但从它的环境污染效应来看，常把它作为重金属来研 究。土壤中砷的污染主要来自化工、冶金、炼焦、

10、火力发电、造纸、玻璃、皮革及电子等工业 排放的三废”冶金与化学工业、含砷农药的使用。砷主要以正三价和正五价存在于土壤环境 中。其存在形式可分为水溶性砷，吸附态砷和难溶性砷。三者之间在一定的条件下可以相互转 化。当土壤中含硫量较高且在还原性条件下，可以形成稳定的难溶性As2S3。在土壤嫌气条件下，砷与汞相似，可经微生物的甲基化过程转化为二甲基砷(cH3) 2as H之类的化合物。由于土壤中砷主要以非水溶性形式存在，因而土壤中的砷，特别是排污进入土壤的砷，主要累 积于土壤表层，难于向下移动。一般认为，砷不是植物、动物和人体的必需元素。植物对砷有 强烈的吸收积累作用，其吸收作用与土壤中砷的含量、植物

11、品种等有关。砷在植物中主要分布 在根部。在浸水土壤中生长的作物，砷含量较高13-15。2 土壤中主要重金属污染的治理治理土壤重金属污染的途径主要有两种：一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定从而 降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属16。2.1汞污染的防治对土壤进行灌溉和施肥时，要严格控制使用含汞量高的污水和污泥。对已受汞污染的土壤，可施用石灰-硫磺合剂。在施入硫以后，汞即被牢固地固定在土壤中；用石灰以中和土壤的酸 性，可降低作物根系对汞的吸收；施硝酸盐或磷肥，可减少汞向作物体内的迁移，降低土壤中 汞化合物的毒害作用。2.2镉污染的防治土壤镉污染的防治对策重点在于防

12、，而不在于治。因为土壤对镉的强吸附作用，镉常常累积于土壤表层，而很少发生输出迁移，也不可能像有机污染那样可能发生降解作用。对于小面积严重污染土壤的治理常用客土法或换土法；在旱田土壤中加入石灰性物质或使用促进还原的 有机物，使镉生成不易被植物吸收的Cd (OH) 3、CdCO3或CdS沉淀；水田土壤中可施加磷酸盐类物质，使之生成磷酸镉沉淀或种植富集镉的植物如苋科植物，以吸收污染土壤中的 镉，但此法应注意植物残体的处理。2.3铅污染的防治土壤环境中铅的迁移性较差，因而铅主要累积于土壤表层。对于已污染的土壤，可用客土法或种植某些非食用但可富集铅的植物例如苔藓，以消除或改善铅污染或提高土壤的pH值、施

13、用钙、镁及磷肥等改良剂，以降低土壤中铅的活性，减少作物对铅的吸收2.4铬污染的防治实行水旱轮作是轻度铬污染的有效改良措施。水旱轮作使土壤 pH值增高，E值下降，有利于铬的吸附固定，从而降低土壤中铬的含量；在被Cr3+污染的土壤中，施用石灰石、硅酸钙或磷肥等调节土壤呈微碱性，使铬形成Cr（OH） 3状态而加以固定，可减少铬对作物的危害；用有机肥，使土壤处于还原环境，有效减轻或消除六价铬对植物的危害。另外，有机肥能够通过吸附作用，降低六价铬对植物的毒害；种植非食用植物，利用植物累积铬的作用净化污 染的土壤。2.5砷污染的防治在土壤中施加各种铁、铝、钙、镁的化合物，可使砷生成不溶性物质而加以固定，例 如，施加MgCl2可使土壤污染性砷形成 Mg （NHJ AsO4沉淀，从而降低砷的活性；土壤中施 加硫粉，可提高土壤固砷的能力；降低土壤pH值，加强土壤排水，可降低砷的活性；加砷的吸附剂。