农田土壤重金属汞的污染

本科毕业论文第页学校代码14199学号分类号密级本科毕业论文（设计）农田土壤重金属汞污染的现状及防治措施进展教学部专业名称年级学生姓名指导教师年月日

农田土壤重金属汞污染的现状及防治措施进展摘要随着我国的工业化和现代化的进程加快，环境问题日益显著，重金属污染进一步的加剧。其中汞的毒性是最强的，汞污染对于土壤、农作物、人体和经济都有严重的影响。尤其是对于土壤的危害根治严重。本文在综述国内外相关文献的基础上，对目前农田汞污染的现状和防治进行了综述，该篇文章主要对汞污染的来源和防治做了简要的说明，进一步的说明土壤中汞金属的防治的紧迫性和实际意义，总结分析了目前我国汞污染的现状和防治措施，同时对汞污染的防治技术发展动态作了一定的评述。关键词：农田土壤，汞，污染，防治

AbstractWiththeprocessofindustrializationandmodernizationofourcountry,theenvironmentalproblemsarebecomingmoreandmoreobvious,andtheheavymetalpollutionisfurtherintensified.Mercurytoxicityisthestrongest,andmercurypollutionhasaseriousimpactonsoil,crops,thehumanbodyandtheeconomy.Especiallyfortheseriousharmtothesoil.Basedonrelatedliteraturereviewathomeandabroadonthebasisof,onthecurrentsituationandpreventionandcontrolofmercurypollutioninfarmlandwerereviewed,thearticlemainlyonmercurypollutionsourcesandcontroldobriefdescription,furtherillustratethepreventionandcureofsoilmercurymetalurgencyandpracticalsignificance,summarizesandanalyzesthecurrentmercurypollutioninourcountrythestatusandcontrolmeasures,alsoonmercurypollutionpreventionandcontroltechnologydevelopmentmadesomecomments.Keywords：farmlandsoil,mercury,contaminated,preventionandcure目录摘要 1Abstract 2前言 2第一章农田土壤中汞污染的来源 31.1土壤母质释放 31.2工农业生产及含汞废弃物排放 31.3大气干湿沉降 3第二章农田土壤重金属汞的存在形态 5第三章农田土壤重金属汞的危害 63.1汞对土壤的污染 63.3汞对人体的危害 7第四章农田土壤重金属汞的防治与治理 84.1土壤中进入污染源控 84.2土壤中汞金属污染的治理措施 8第五章结论与展望 10致谢 11参考文献 12

前言汞，尤其是有机汞，由于具有极强的毒性和高度的生物富集性，会对人类健康和生态环境造成很大危害。与其他重金属不同，汞能够在大气中长期滞留，并进行远距离迁移，最终通过干湿沉降等方式进入水陆生态系统。汞进入土壤之后，在硫酸盐还原菌(SRB)、铁还原菌等变形菌作用下，Hg2+能被转化成毒性更强的甲基汞，并通过迁移等方式，最终通过食物链放大进入人体[1]。土壤中汞的来源十分广泛，包括土壤母质、大气汞的干湿沉降、含汞废水排放、含汞固体废弃物堆积等[2]。土壤通过物理净化、化学净化、生物净化等方式，对进入土壤中的汞污染物有一定自净能力，但在很多情况下，土壤净化能力十分有限，要想去除土壤中的汞污染，必须依靠相应的措施。本文中简介了土壤中汞的来源，并对目前国内外土壤汞污染修复技术进行概述，以期为后续进行该类研究提供参考与借鉴。

第一章农田土壤中汞污染的来源1.1土壤母质释放汞在地壳中自然形成，具有亲硫性、易形成络合离子等特性，常以硫化物等形式存在于岩石中。地表岩石经过风化作用，形成土壤母质，岩石中的汞部分残留在土壤母质中，构成了土壤中汞最基本来源。研究表明，全球不同类型土壤中汞的背景含量有所不同，一般介于0.58—1.8mg/kg，平均值估计为1.1mg/kg[3]，并且，有机质土和新成土中汞含量偏高。土壤母质中汞的来源复杂多样，形成周期长，且容易受到自然环境的影响，因此目前很难精确估算出此来源汞的释放量。1.2工农业生产及含汞废弃物排放随着科学技术的发展，人类在创造自身文明的同时，也对自然环境造成破坏。汞在自然界中分布广泛，几乎所有的矿物都含有汞，大规模的矿山开采和金属冶炼必然产生大量含汞废矿渣和冶炼炉渣，侵占周边耕地，进而对矿区土壤产生污染。随着人类城市化进程的加剧，城市产生了大量的含汞固体废弃物，包括温度计、血压计、电池、荧光灯泡以及一些废弃电子产品，这些废弃物大多进入垃圾填埋场进行处理，从而导致填埋场周围土壤遭受汞的污染。Li等对贵阳等城市垃圾填埋场废弃物含汞浓度进行研究。研究发现，废弃物中汞浓度为0.17—46.22mg/kg，平均值为0.57mg/kg[3]。Cheng等对我国31个大城市土壤汞含量进行分析研究。研究发现，中国北部和西北部城市表层土壤汞含量较低，东部和东南沿海地区城市土壤汞含量偏高，一些城市表层土汞含量高于深层土汞含量，这说明人类在进行工农业生产时，的确造成了周围土壤汞的污染。目前，针对工农业生产及固废堆积土壤汞污染问题，欧美等西方发达国家己经采取措施控制人为因素对土壤汞的排放，但广大发展中国家由于资金、技术缺失等因素，在控制汞排放源方面落后于发达国家。2014年中央发布《国家新型城镇化规划(2014-2020)》指出，我国到2020年城镇化率将达到60%，届时城市必将产生大量含汞垃圾，势必给我国汞污染控制带来巨大压力[4]。1.3大气干湿沉降自工业革命以来，随着人类活动的加剧，大气中的汞含量己经增加了3倍左右，当前，人每年约向大气中排放1960t汞。大气中的汞通过干湿沉降方式进入地表土壤，可以被有机质吸附，从而在土壤表层富集。目前，己经有许多学者对大气汞干湿沉降进行研究。研究表明，与气态单质汞相比，活性气态汞与颗粒汞具有更高的水溶性和沉降速率，它们往往是大气汞干沉降主要来源。Lynam等对美国伊利诺伊州中部大气汞沉降进行研究，发现大气汞湿沉降量是干沉降量的3.4倍[5]，说明湿沉降占大气汞沉降的主体部分;汞的湿沉降在夏天表现更为显著，这是因为夏天大气中的Hg。更易被氧化成Hg2+，加上夏天雨量较大，汞更易于进入地表部分，这些发现与Sheu等在台湾彭佳屿研究结果具有一致性。

第二章农田土壤重金属汞的存在形态1.汞以多种形态广泛存在于自然界中，在土壤中的汞主要以0、+1、+2价存在，土壤中的汞形态比较复杂，有机质含量、土壤类型、温度、Eh、Ph等均会影响汞形态转化、一般可根据其形态分为：金属汞、无机结合态汞和有机结合态汞，其中有机结合态汞的毒性远远地大于无机汞，土壤中任何形式的汞（包括金属汞、无机汞和其他的有机汞）均可以在一定的条件下转化成剧毒的甲基汞。因此，汞的甲基化最受人的关注，首先无机汞可以在微生物的作用下转化成有机汞，即无机汞在厌氧条件下主要形成二甲基汞，介质呈微酸性时，二甲基汞进一步转化为脂溶性的甲基汞，可被微生物吸收、积累，并进入食物链造成人体危害：而在好样条件下，则主要形成甲基汞2.由于汞金属的在土壤中的存在形态多变，所以随着环境的Eh、Ph、配位体的不同常有不同的价态化合态和结合态，而且形态不同汞金属的稳定性和毒性也不同，离子态的毒性常常大于结合态；汞金属的有机态的毒性大于金属无机态；汞金属在环境中的迁移转化几乎包括水体中已知的所有物理化学过程。其参与的化学反应有水合、水解、溶解、中和、沉淀、络合、解离、氧化、还原、有机化等，胶体化学过程有机离子交换、表面络合、吸附、解吸、吸收、聚合、凝聚、絮凝等，生物过程有生物摄取、生物富集、生物甲基化等，物理过程有分子扩散、湍流扩散、混合、稀释、沉积、底部推移、再悬浮等。生物摄取汞金属是积累性的，各种生物，尤其是海洋生物，对汞金属都有较强的吸附能力，其吸附系数课高达几十倍至几十万倍[6]。因此，即微量重金属的存在也可能构成污染。

第三章农田土壤重金属汞的危害3.1汞对土壤的污染前面已经说过，在正常的土壤Eh和pH范围内，汞能以零价(单质)汞形态存在于土壤中，是土壤中汞的重要特点。这是由于汞具有很高的电离势，转化为离子的倾向小于其他金属。Hg二价离子在含有硫化氢的还原条件下，将生成难溶性的硫化汞，所以有人把硫化汞看作土壤汞化物的最终产物。当土壤溶液中氯离子浓度较高时，由于形成HgCl2、HgCl3-络离子而使粘土矿物对汞离子的吸附减弱[7]，使得土壤中汞浓度增大。还有当土壤中有有机配位体也能使汞浓度增大，腐殖质对汞离子有很强的吸附交换能力，致使土壤腐殖质部分的含汞量远高于矿物质部分的含汞量。在还原性条件及嫌气微生物作用下，可将无机汞转化为甲基汞和二甲基汞。只要存在甲基络合体，在非生物作用下，汞也可被甲基化。汞的甲基化不但大大加强了汞的毒性，而且加强了汞的迁移能力。如甲基汞特别是二甲基汞较易发生大气和水迁移。由于汞是农作物生产的非必需元素，但易被农作物所吸收，土壤中汞的含量稍有增加，就会影响农作物的生长和发育，从而影响到农作物的产量和质量。其次通过食物链危害人类的健康，重金属汞及其化合物的污染物之所以对人体健康威胁较大，是由于它不仅不能被土壤微生物所降解，还可以通过食物链不断地在生物体内富集，甚至可将其转化为毒害性更大的甲基化合物，对食物链中某些生物达到有害水平，最终在人休内积累而危害健康，再者由于汞化合物的高度挥发性，所以它可以通过植物的蒸腾作用而被释放到大气中去，事实上，空气中的汞就足汞的化合物挥发产生的，而且空气中汞含量的大部分吸附在颗粒物上，最后归趋是进入海底沉积物，使得大气、水环境中汞含量增多，使环境进一步恶化[8]。3.2汞对农作物的危害植物在吸收土壤汞的同时也会吸收大气汞，当植物汞源于大气汞中时其地上部分汞的含量高于根部，而源于土壤汞时，则根部汞高于地上部，因此在研究土壤中的汞的植物效应时，汞污染源区分很重要。土壤中的汞含量过高，不但引起汞在植物体内的积累，还会对植物产生毒素，其症状主要为：根系发育不良，植株矮小，叶片、茎都有可能变成棕色或者黑色，甚至死亡。汞抑制植物生长有许多的生理因素，如汞抑制硝酸还原酶活性，影响无机氮转化成有机氮的速率；抑制叶绿素合成，破坏叶绿素结构，降低光合速率等[8-12]。3.3汞对人体的危害重金属中以汞的毒性最大，无机汞盐引起的急性中度症状主要为急性肠胃炎症状，如恶心、呕吐、腹泻、腹痛等。急性中毒表现为多梦、失眠、易兴奋、手指震颤等。汞的毒性以有机汞化合物的毒性最大（甲基汞），日本水俣病的致病物质即为甲基汞。甲基汞能够引起神经系统的损伤及运动失调，严重时疯狂痉挛死亡。此外，汞与细胞膜的疏基结合，改变膜通透性，导致细胞膜功能障碍。

第四章农田土壤重金属汞的防治与治理关于土壤重金属污染物的研究，国外始于20世纪60~70年代，如澳大利亚、美国、德国等国家对土壤重金属较深入，尤其澳大利亚。我国在1983年对主要类型的土壤环境容量作过初步研究，如提出研究土壤重金属的生态效应、临界含量地带性分布规律和分区等[13-15]。4.1土壤中进入污染源控切断汞金属污染源是消减、消除汞金属污染的有效措施。尽可能避免工矿企业汞金属污染物的任意排放，尽量避免重金属输入土壤环境。这是防止土壤环境遭受汞金属污染的最根本性的也是最重要的原则[16-18]。（1）控制含有汞金属的有害气体和粉尘的超标排放土壤环境是一个开放的生态系统，与大气环境紧密相连，排入大气的污染物通过降水，降尘最终会进入土壤环境，许多的汞金属就是通过工业排放的有害气体和粉尘，以及燃煤和汽车尾气进入土壤环境的。因此，大力推广先进的无污染和少污染的生产工艺和生产设备，使有害气体和粉尘不进入大气，并严格执行工艺行业大气有害物质排放那个标准。（2）严格执行污灌水质标准和控制污水排放标准工业废水和生活污水的排放必须执行国家相应的污水排放标准，对含有汞金属的工业废水应在厂内或者车间内就地进行处理。减少汞金属对水体和土壤环境的污染。（4）控制污泥、垃圾等固体废弃物的排放和使用防止土壤环境的汞金属污染，还必须严格控制农田施用污泥中的汞金属含量和施用量，严格执行城市垃圾、污泥农田施用的污染物排放控制标准。（5）发展清洁工艺发展清洁工艺，是消减、控制和消除重金属污染源的最有效措施，也是消除汞金属的最有效的措施。所谓清洁工艺就是会不断地、全面地采用环境保护的战略以降低生产过程和生产产品对人类和环境的危害。发展清洁工艺技术包括节约原料、能源、消除有毒原料、减少所有排放物的数量和毒性。4.2土壤中汞金属污染的治理措施土壤重金属污染的主要工程治理措施为客土法、换土法、水洗法、电动力学法、热解吸法、淋溶法等，同时，这些方法对于汞金属的治理同样适用[19-20]。（1）客土法、换土法客土法是指在被污染的土壤上覆盖上非污染的土壤，换土法是部分或全部挖除污染土壤而换上非污染土壤。实践证明，这是治理农田重金属严重污染的切实有效的方法。客土法和换土法的不足在于需花费大量的人力和财力，因此，只适用于小面积严重污染的土壤的治理。（2）水洗法水洗法是采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子，使重金属离子迁移至较深的土层中，以减少表土重金属离子的浓度；或者将含有重金属离子的水排出田外。此法只适用于小面积严重污染土壤的治理。（3）热解吸法对于挥发性的金属汞，采用加热的方法能将汞从土壤中解吸出来，然后再回收利用。此种汞去除与回收技术包括以下几个方面的程序：①将被污染的土壤和废弃物从现场挖掘后进行破碎。②往土壤中施加具有特定性质的添加剂，此添加剂有利于有机汞的分解，又能吸收处理过程所产生的有机气体。

第五章结论与展望重金属汞从各种污染源进入环境，破坏了生态平衡，使环境不断恶化，从而干扰了人类的正常生活条件，对人体的健康产生了直接和间接、或者潜在的不利影响，使人类和生态系统的健康遭受到不同程度的侵害。它不仅殃及我们自身，还要贻害子子孙孙。因此，汞的污染问题愈来愈引起人民的普遍关注，成为一个世界性的严重问题，引起国际环境、卫生界的极大关注。为此，我们应当加强土壤中汞的地球化学行为的调查工作，包括其在地形、母质影响下的中域和微域分布特点，可能形成CTB有害物质的来源、迁移途径及迁移形式。研究不同形态汞污染物在土壤中的吸附和解吸机理及影响污染物吸附和解吸的各种因素。与此同时，另一个较为重要的工作就是:有效地利用植物修复，选择合适的超积累植物，做好汞污染的植物修复工作。

致谢首先要感谢是我的导师王维!王维老师带领我走进了环境科学专业这个奇妙的领域，使我体会到了许多乐趣。他在科研和学习方面给了我大量的指导，让我学到了知识，掌握了科学研究的方法。本论文的最终定稿，是王维老师的启发和指导下完成的，没有王维老师的指导，我不可能对这个课题做深入的研究，更不会有这篇文章。王维老师认真负责的态度，为人师表的精神对我产生了深深的影响，使我终生受益。也要感谢土木工程与环境科学系的各位老师，尤其是王维老和宋文杰老师。他们在学习和工作中给予我极大的帮助。感谢他们传授给我知识，也为我创造了良好的学习、科研氛围。使我能顺利完成学业。还要感谢我的各位同学，感谢他们在学习和工作中给予我的帮助，使我在学习中感受到温暖和乐趣。在未来的学习和工作中，我愿以丰厚的成果来答谢所有帮助、关心和支持过的我的老师、同学。再次感谢各位老师、同学对我的关怀和帮助!

参考文献[1]樊霆,叶文玲,陈海燕,鲁洪娟,张颖慧,李定心,唐子阳,马友华.农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J].生态环境学报,2013,10:1727-1736.[2]陈涛,常庆瑞,刘京,刘钊,刘海飞.长期污灌农田土壤重金属污染及潜在环境风险评价[J].农业环境科学学报,2012,11:2152-2159.[3]张朝阳,彭平安,刘承帅,宋建中,毕新慧.华南电子垃圾回收区农田土壤重金属污染及其化学形态分布[J].生态环境学报,2012,10:1742-1748.[4]徐友宁,张江华,柯海玲,陈华清,乔冈,刘瑞平,史宇飞.某金矿区农田土壤重金属污染的人体健康风险[J].地质通报,2014,08:1239-1252.[5]王爽,李荣华