化工行业引起的土壤重金属污染及防治措施.doc

化工行业引起的土壤重金属污染及防治措施土壤是人类赖以生存的主要资源之一，也是人类生态坏境重要的组成部分。在科学技术迅速发展的当今时代，化工行业也迅猛的发展着，同时也伴随着严重的坏境污染，土壤重金属污染就是严重的环境污染之一。土壤重金属污染指由于人类活动采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素将重金属加入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于其自然背景含量，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。重金属在土壤中一般不易随水淋滤，不能被土壤微生物分解；相反，生物体可以富集重金属。使重金属在土壤环境中富集，甚至某些重金属转化为毒性更大的甲基化合物。由于土壤重金属污染的隐蔽性，使人们不易觉察或注意，并且一旦其毒害作用表现出来就难以消除。因此，土壤重金属污染的有效控制便成为环境保护工作中十分重要的内容。污染土壤环境的重金属主要指生物毒性显著的汞、镉、铅以及类金属砷，其次是指毒性一般的重金属锌、铜、镍、钴、锡等。当前最引起人类注意的是汞、镉、铅、砷等。一、土壤重金属的来源、种类土壤是环境要素的重要组成部分，承担着环境中大约90%的来自各方面的污染物。土壤重金属来源广泛，主要包括有大气降尘、污水灌溉、工业废弃物得不当堆置、矿业活动、农药和化肥等。1、 随大气中重金属沉降进入土壤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。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，而大气中的大多数重金属经自然沉降和雨淋沉降进入土壤。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。 例如：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，污染以车间烟囱为中心，范围达1.5 k，污染范围最大延伸下限1.38 km。还有19861988年期间甘肃白银有色金属基地降水和降尘输入到农田的重金属为Cd 10.8g/(h.a)，其中铅、砷均高于灌溉水的输入量。土壤大气沉降循环图2、 随污水灌溉进入土壤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，现有的污水处理设施的处理效率低下，多污水处理厂刚刚建成运行，又面临着技术改造的迫切需要，否则不能满负荷地运行，处理费用昂贵。因此，大量未经处理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。污灌在我国北方比较严重，因为北方比较干旱，缺水严重，而许多大城市都是重工业大城市，所以农业用水更加紧张，污灌在这些地区比较普遍。北方旱作地区污灌约占全国污灌面积的90%以上。南方地区的污灌面积仅占6%，其余在西北和青藏。污灌导致土壤重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加。淮阳污灌区自污灌以来，金属Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐渐增高，19951997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。 污灌是解决干旱地区作物需水问题的一条可行途径。然而，污灌所导致的土壤污染特别是重金属污染必须引起足够的重视，污灌废水的质量必须严格控制在国家灌溉水质标准内。3、 随肥料和农药的施用进入土壤施用含有铅、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。从化肥的原料开采到加工生产，总是给化肥带一些重金属元素或有毒物质，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，但氮肥中铅含量较高，其中As和Cd污染严重。我国目前施用的肥中，磷肥约占20，磷肥的生产原料为磷矿石，含有大量有害元素F和As，同时磷矿石的加工过程会带进其他重金属Cd、Hg、As、F，特别是Cd。据统计，按照我国缺磷面积(7.510hm2)和施磷量(107kghm。2)计算，我国每年过磷酸钙(养为P20s10)施用量为669kghm-2，带入土壤中Ni，cu，Co和cr的量分别为200、11,3、2123ghm。通过新西兰50 a前和现今同一地点58个土样分析，自施用磷肥后，镉从0.39 mg/kg升至0.85 mg/kg。在阿根廷由于传统无机磷肥的施入,进而导致土壤重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的污染。 大量使用含有重金属的农药也是造成土壤金属污染的一个重要原因，例如果园土壤中Cu的累积主要来自于长期使用含Cu农药的后果。 4、 随采矿和冶炼的废弃物进入土壤矿产开采、冶炼是导致土壤重金属污染的另一重要原因，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（如河流等）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。这在我国南方地区表现的尤为突出。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 t27。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。而在同一个地区，土壤中重金属污染物的来源可能是单一的也可能是多样的。江西德兴铜矿富含重金属的酸碱废矿水的超负荷排放，严重破坏了乐安江生态系统的平衡，某些河段中cu、Pb、zn等重金属含量严重超标，导致上与沉积物质量的衰退和恶化。贵州兴仁县滥木厂汞镉条矿区是世界上首例铊的独立矿床，开发中同样造成了当地土壤Tl元素的严重污染，并引起当地居民铊中毒。攀枝花矿业基地采矿产生的富含Fe、Ti、V、Cr、Sc、Ni、Cu等多种金属元素的废石和尾矿、煤矸石的堆放，使当地土壤受到污染。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。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。5、其他来源同体废弃物的农用是导致农作物重金属污染的另一因素。未经处理的工矿企业的废弃物与城市生活垃圾含有大量未经处理的重金属。因此，将它们用于农业，会直接或问接造成土壤重金属污染。此外，废气飘尘也是引起农作物重金属污染的重要原冈。例如，公路和铁路两侧农田的Pb、cd污染是造成部分蔬菜重金属污染的重要原因。这主要是由于汽车废气的铅污染与铁路沿线抛弃的垃圾污染造成的。此外，冶炼厂、热电厂也是重要的飘尘污染源。二、土壤重金属污染的污染现状土壤是我们人类赖以生存的主要资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着科学技术的发展，化工行业也获得了巨大的成就，工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重，目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu340万吨，Pb500万吨，Mn1500万吨，Ni100万吨。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万公顷的污水灌溉区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌溉面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%。土壤中金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，并可经水、植物等介质最终影响人类健康。因此，治理和恢复的难度很大。三、土壤中金属污染的防治措施1、对土壤重金属污染的预防控制和消除土壤污染源，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。控制土壤污染源，即控制进入土壤中的污染物的数量和速度，通过其自然净化，而不致引起土壤污染。 控制和消除工业“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”进行回收收理，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和浓度，使之符合排放标准。 加强土壤污灌区的监测和管理对用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、含量及其动态变化，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。 合理施用化肥和农药禁止或限制使用剧毒，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。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，又要做到既高效又经济地把农药对环境和人体健康的影响限制在最低程度。同时，为保证农业的增产，合理施用化学肥料是必需的，但施用过量也会造成土壤或地下水的污染。 增加土壤容量和提高土壤净化能力增加土壤有机质含量、砂掺粘改良砂性土壤，以增加和改善土壤胶体的种类和数量，增加土壤对有害物质的吸附能力和吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性。发现、分离和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。 建立监测系统网络，定期对辖区土壤环境质量进行检查，建立系统的档案资料，要规定优先检测的土壤污染物与检测标准方法，这方面可参照有关参照国际组织的建议与我国国情来编制土壤环境污染的目标，按照优先次序进行调查、研究及实施对策。2、对土壤中金属污染的治理 工程治理方法工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。主要包括热处理技术、淋滤法、洗土法、客土深翻法及电解法等。热处理法是将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物（Hg）挥发并收集起来进行回收或处理；淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤；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；电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。 以上措施具有效果彻底、稳定等优点，但实施复杂、治理费用高和易引起土壤肥力降低等缺点。 生物修复方法 生物修复是指针对土壤中重金属的生物迁移而提出的一项净化措施，即利用某些特定的动植物和微生物能够较快地吸走或降低土壤中的重金属污染物而达到净化土壤的目的。主要包括植物修复、微生物修复及动物修复等。植物修复主要包括含量植物提取、植物转化、植物挥发、植物固定及植物促进，运用最广泛，主要通过寻找超高量累积重金属的植物进行播种，将土壤中的重金属元素吸收转移至植物中清除污染。微生物修复则是利用微生物对某些重金属的吸收、沉积、氧化和还原等作用，减少植物摄取，从而降低重金属的毒性。动物修复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。动物修复的典型例子是蚯蚓，利用蚯蚓事前处理含金属的废渣，具有良好的除去金属的效果，蚯蚓本身具有富集重金属的能力，从而使它作用的基质中重金属浓度显著下降，而且，随着蚯蚓的繁植，其净化量越大。生物修复措施的优点是实施较简便、投资较少和对环境破坏小，缺点是治理效果不显著。 化学治理方法化学治理就是向污染土壤投入改良剂、抑制剂，增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量，改变pH、Eh和电导等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金属的生物有效性。其中沉淀法是指土壤溶液中金属阳离子在介质发生改变（pH值、OH-、SO42-等）时，形成金属沉淀物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络合重金属离子生成难溶的络合物，而减轻土壤重金属的污染；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，而降低土壤重金属的污染。该技术关键在于选择经济有效的改良剂，用的改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质，同改良剂对重金属的作用机理不同。施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值，使土壤中 Cd、Cu、Hg、Zn 等元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。如当土壤pH 6.5 时，Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。在低石灰水平下，壤有机质的羟基和羧基与氢氧根离子反应，使土壤可变电荷增加，机结合态的重金属增多，且Cd离子与碳酸根离子结合生成难溶于水的CdCO3。沸石是碱金属或碱土金属的水化铝硅酸盐晶体，含有大量的三维晶体结构和很强的离子交换能力，从而能通过离子交换吸附和专性吸附降低土壤中重金属的有效性。有机物可促使重金属以硫化物的形式沉淀，时有机物中的腐殖酸能与重金属离子形成络合或螯合物以降低其活性。化学治理是在土壤原位上进行的，简单易行。但并不是一种永久的修复措施，因为它只改变了重金属在土壤中存在的形态，金属元素仍保留在土壤中，容易再度活化危害植物。 农业治理方法 农业治理是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。如在含镉100 mg/kg的土壤上改种苎麻，五年后，土壤镉含镉平均降低27