化工行业引起的土壤重金属污染及其防治措施_土壤重金属污染和处理
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化工行业引起的土壤重金属污染及其防治措施
班级：09级化学工程与工艺3班 学号：P092013710 姓名：郭真（化工学院 化学工程与工艺，西北民族大学，兰州 730030）[摘要]由于化工行业“三废”的排放，使土壤遭受不同程度的重金属污染。重金属通过在作物体内富集进入食物链，对人畜健康造成危害。本文对土壤污染的危害、土壤重金属污染的来源、土壤重金属污染的现状、土壤的防治及治理措施作了概述。
[关键词]土壤污染 重金属 防治 治理措施 土壤修复技术
Chemical industry of soil heavy metal pollution caused and preventive measures
Guo Zhen(Department of Chemical and Chemical engineering and technology, Northwest University for Nationalities, Lanzhou730030, China)
Abstract: Heavy metal contamination of soils as a result of Chemical industry discharge is a serious threat to human and animals’ health because bioaccumulation in the food chain.The harm of soil pollution,the main source of soil heavy metals pollutant, current situation of heavy metal pollution, the prevention and control of soil and management measures were reviewed in this paper.Key words: soil contamination;heavy metal;Prevention and control;Management measures;remediation technique;㈠土壤污染的危害
土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层。土壤不但为植物生长发育提供有力的机械支撑，而且为植物生长发育提供水、肥、气、热等肥力要素。随着人口快速增长、工业生产规模不断扩大、城镇化的快速发展、农业生产大量施用化肥农药以及污水灌溉等，使得许多有害物质进入土壤系统，土壤重金属污染已成为全球面临的一个严重环境问题。特别是化工行业引起的土壤重金属污染对人类社会的生存和发展构成了严重的威胁。土壤重金属污染是指由于人类活动致使土壤中的重金属含量过高(密度大于5g/m3)并造成生态环境质量恶化的现象常见的能对土壤造成污染的重金属包括 Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg等元素它们不仅导致土壤退化农作物产量和品质降低还会通过径流和淋洗作用污
染地表水和地下水。土壤重金属污染会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或分解产物在土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物→人体”，或通过“土壤→水→人体”间接被人体吸收，危害人体健康。人们最终会发现攻克环境污染这个世纪难题，最后的堡垒就在自己的脚下。土壤的物理特性决定土壤极易被污染，虽然土壤对污染物的容纳能力相对大气和水体要大很多，但土壤一旦被污染，就很难清除。可以说，以现有的科学技术水平，土壤污染过程是不可逆的，一旦发展成生态灾难，其危害和损失将难以估量。
土壤污染会改变土壤的组成结构，损害植物，使农作物和果实的含毒量增加，最终影响人们的健康。土壤的酸碱性与植物生长关系很大，因为植物吸收养分主要是通过离子交换，而离子的溶解或沉淀与PH值有关。土壤溶液的PH值一般在8之间。PH值高时，土壤溶液中的钙、镁、铁、铝、锰、磷酸根等离子会发生化学沉淀，使这些有效养分无效化。PH值太低时，这些元素大量释出以至选到损害植物的程度，也易于流失。并可使一些有益的生物如蚯蚓害死。当PH
大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降
水进入土壤。据Lisk报道，煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，石油中含有相当量的Hg（0.02~30mg/kg），这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中10%~30%沉降在距排放源十几公里的范围内，据估计全世界每年约有1600吨的汞是通过煤和其它化石燃料燃烧而排放到大气中区的。例如比利时每年从大气进入每公顷土壤的重金属就有Pb250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750g。运输，特别是汽车运输对大气和土壤造成严重污染。主要以Pb、Cd、Zn、Cr、Cu等的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘，据有关材料报道，汽车排放的尾气中含Pb量多达20~50ug/l，它们成条带状分布，因距公路、铁路、城市中心的远近及交通量的大小有明显的差异。进入环境的强度顺序为：Cu、Pb、Co、Fe和Zn。⑵随污水进入土壤的重金属
利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术，主要是把污水作为灌溉水源来利用。污水按来源和数量可分为城市污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。生活污水中重金属含量很少，但是，由于我国工业迅速发展，工矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混合排放，从而造成污灌区重金属Hg、Cr、Pb、Cd等含量逐年增加。⑶随固体废弃物进入土壤的重金属
固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染。如随着我国畜牧生产的发展，产生大量的家畜粪便及动物加工产生的废弃物，这类农业固体废弃物中含有植物所需N、P、K和有机质，同时由于饲料中添加一定含量的重金属盐类。因此作为肥料施入土壤增加了土壤Zn、Mn。等重金属元素的含量。许多研究指出，污泥的施用可使土壤重金属含量有不同程度的增加。其增加的幅度与污泥中的重金属含量、污泥的施用量及土壤管理有关。固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大，土壤中重金属的含量随距污染源的距离增大而降低。如大冶冶炼厂，每年排放数千吨的粉尘，引起大冶县广大农田的污染，直径20km范围内的土壤Cr、Zn、Pb、Cd含量均大大高于背景值。
⑷随农用物质进入土壤的重金属
农、化肥和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化合物，少量为有机-无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。如随着西力生消毒种子进入每公顷土壤的Hg为6~9g；在农业地区，特别是在西方国家的家庭园林中，由于经常施用含As农药，土壤中As含量的残留量明显增加。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，氮、钾肥料中重金属含量较低，磷肥中喊又叫较多的有害重金属，复合肥的重金属主要来源于母料及加工流程所带入。肥料中重金属含量一般是磷肥>复合肥>钾肥>氮肥。Cd是土壤环境中重要的污染元素，随磷肥进入土壤的Cd一直受到人们的关注。许多研究表明，随着磷肥及复合肥的大量施用，土壤有效Cd的含量不断增加，作物吸收Cd量也相应增加。㈢土壤重金属污染现状
随着工农业的发展，重金属对土壤和农作物的污染问题越来越突出，部分地区土壤重金属污染现象已经非常严重，多数集中在经济较发达的地区。我国土壤重金属污染物主要来源于污水灌溉、工业废渣、城市垃圾、工业废弃物堆放及大气沉降[1]。污水中占较大比例的工业废水成分比较复杂,都不同程度的含有生物难以降解的多种重金属,是土壤重金属污染物的主要来源。我国土壤污染除 Cd、Hg污染外, Pb、A s、Cr和 Cu的污染也比较严重[2]。目前我国农药、重金属等污染的土壤面积已达上千万公顷,污染的耕地约0.1亿hm2,占耕地总面积的 10%以上,多数集中在经济较发达的地区。全国每年受重金属污染的粮食多达 1200万t,因重金属污染而导致粮食减产高达1 000多万t,合计经济损失至少 200亿元 [3]。华南地区部分城市有50%的农地遭受Cd、A s、Hg等重金属污染。广州近郊因污水灌溉而污染农田 2700 hm2,因施用污染底泥造成1333hm2土壤被污染,污染面积占郊区耕地面积的 46%[4]。上海农田耕层土壤Hg、Cd含量增加了50%，天津近郊因污水灌溉导致2.3万hm2农田受重金属污染,沈阳张士灌区重金属污染面积达2500多hm2[5]。国内蔬菜重金属污染调查显示,我国菜地土壤重金属污染形势更为严峻。珠三角地区近40%菜地重金属污染超标,其中10%属“严重”超标 [6]。重庆蔬菜重金属污染程度为Cd > Pb > Hg,近郊蔬菜基地土壤重金属
Hg和Cd出现超标,超标率分别为6.7% 和36.17%[7].广州市蔬菜地铅污染最为普遍,砷污染次之 [8]。保定市污灌区土壤Pb、Cd、Cu和 Zn的检出超标率分别为50.1%、87.5%、27.5%和 100.0% ,蔬菜中 Cd的检出超标率为89.3%[9]。㈣防治措施——确立“预防为主”的形式
在世界范围内，由于工矿业“三废”的任意排放和农用化学品的过量使用，造成工矿区周围土壤和农业土壤中有毒重金属过量累积，带来严重的环境问题和人类健康的风险。因此，土壤重金属污染的预防与治理显得尤为必要。由于土壤重金属累积的不断加剧和重金属的相对稳定性，使得土壤重金属污染清除困难重重。解决土壤重金属污染的问题，主要从两个方面着手，一是防，二是治。相对于水污染、大气污染的治理，土壤污染治理难度更大、成本更高、周期更长。亡羊补牢不如未雨绸缪，从源头上预防污染，控制和消除污染源，是最适合中国国情的土壤污染防治根本措施，也是最经济可行的措施。“防”的关键在于控制污染源，应通过调整其产业结构、促进企业技术设备改造和推进清洁生产等途径控制污染排放量。“治”则主要是对目前已造成的重金属污染进行治理。传统土壤重金属污染治理的方法有淋滤法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物还原法、络合浸提法等化学方法。这些传统的修复方法虽然治理效果较好，历时短，但也存在许多缺陷，如成本高，难于管理，易造成二次污染，对环境扰动大。因此，我们应以“预防为主”，积极做好土壤的保护工作。
土壤污染的防护要采取综合措施，首先要控制和消除土壤的污染源，同时对已经污染的土壤采取措施，消除土壤中的污染物或控制污染物迁移转化，使其不能进入食物链。生物防治土壤污染物质可通过生物降解或植物吸收而净化土壤。如羊齿铁角蕨属的一种植物，有较强的吸收土壤重金属能力，对土壤中镉的吸收率可达到10%，连种多年可使土壤镉含量降低50%。施加抑制剂轻度污染的土壤，施加某种抑制剂，可改变污染物在土壤中的迁移转化，减少作物吸收，如使用石灰可增加土壤PH，使铜、锌、汞、镉等金属或氢氧化物沉淀。据实验，施用石灰后稻米含镉量可降低30%。碱性磷酸盐可与土壤中的镉形成磷酸镉沉淀，对消除镉污染具有重要意义。增施有机肥、有机胶体和粘土矿物胶体, 对土壤中重金属和农药有一定吸附力。因此增加土壤有机质，改良砂性土壤，能促进土壤对土壤有毒物的吸附作用，增加土壤容量，提高土壤的自净能力。加强水浆管理水稻
土壤的氧化还原状态可影响水稻土中重金属的迁移转化。淹水可明显抑制水稻对镉、铜、铅、锌的吸收，落干将促进水稻的吸收。客土、深翻被重金属严重污染的土壤，若面积不大，可用客土换土法，对换出土壤要妥善处理，防止次生污染。亦可将污染土壤翻到下层，深埋程度以不污染作物而定。㈤土壤污染的修复 ⒈植物修复技术
土壤重金属污染的植物修复是指通过种植对土壤重金属元素有特殊富集能力的植物,将植物收获并进行妥善处理（如灰化回收）后,可将该重金属移出土体，达到清除土壤重金属污染物的目的。由于应用此方法不需把污染物质转移处理，因此可节省大量治理费用，且可实现废物资源化。植物修复通常包括植物萃取作用，即植物对重金属的吸收；植物挥发作用，即通过植物使土壤中的某些重金（如Hg2＋）转化为气态（如Hg0）而从土壤中挥发出去；根际滤除作用，即利用植物根孔通过水流移出土壤重金属；植物钝化作用，即利用植物将土壤重金属转变成无毒或毒性较低的形态。与常规的土壤重金属清除方法相比，植物修复具有如下优势：一是土壤的物理结构不会被破坏，生物功能保存完好。二是不产生废物残留的产品和能量。三是治理费用低，据王松良等 [10] 对某5年期植物修复项目与同期常规治理的费用比较，植物修复总费用为250000美元，而常规的治理需要660000美元，比植物修复高出1.6倍。四是可长期、大面积的田间应用。五是可回收重金属元素，并加以循环利用。因此，研究重金属的植物修复措施，并将该技术应用于土壤重金属污染的治理中，对于提高人们的生产、生活质量具有重要作用。在防治重金属污染土壤的同时，对于已经造成重金属污染的土壤采取 有效的修复措施也是非常必要的。针对东莞地区特有的土壤重金属污染特点，系统地研究出适合东莞地区的植物修复措施，例如植物修复方案的选择，植物修复种类，植物修复实施细则等。这些都是重金属污染中植物修复措施实施的关键，也是减少重金属污染对环境和人类健康威胁的重要所在。⒉农业生态修复
农业生态修复包括农艺修复和生态修复。前者改变耕作制度，调整作物品种，种植不进入食物链的植物，选择能降低土壤重金属污染的化肥，或增施能够固定重金属的有机肥等来降低土壤重金属污染；后者调节土壤水分、养分、PH值和
土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因素，调控污染物所处环境介质。但该技术修复周期长，效果不明显。⒊微生物修复技术
微生物修复是利用土壤中某些微生物对重金属的吸收、沉淀、氧化还原等作用降低土壤重金属毒性的技术。微生物活动可以通过改变土壤溶液的 pH 值和土壤结构，影响植物的根系分泌等过程，进而影响土壤对重金属的吸附和重金属的形态，降低重金属的生物有效性[11-12].微生物修复技术具有修复效果好，成本低、操作简单、无二次污染等优点，因而日益受到人们的重视。同时微生物修复的专一性强，其活性与温度水分氧气、PH 值等土壤环境条件紧密相关，因此，通过现代生物技术培育具有强适应性、广谱性的微生物并应用于污染治理已成为环境科学研究的热点之一。⒋电动修复
通过电流使土壤中的重金属离子(如Pb、Cd、Cr、Zn等)和无机离子以电透渗和电迁移的方式向电极运输，再集中收集处理。该方法适用于低渗透的粘土和淤泥土，可以控制污染物的流动方向。在沙土上的实验，土壤中Pb2+、Cr3+等重金属离子的除去率也可达90%以上。电动修复不搅动土层，修复时间短，是一种经济可行的原位修复技术。⒌电热修复
利用高频电压产生的电磁波对土壤进行加热，使污染物从土壤颗粒内解吸出来，加快一些易挥发性重金属从土壤中分离，从而达到修复的目的。该技术可以修复被Hg和Se等重金属污染的土壤。⒍土壤淋洗
利用淋洗液将土壤固相中的重金属转移至液相中，再把富含重金属的废水进一步回收处理。用于淋洗土壤的淋洗液很多，包括有机或无机酸、碱、盐和螯合剂，用于提取土壤重金属的主要有盐酸、硝酸、硫酸、柠檬酸、草酸、EDTA和DTPA等。吴龙华等对铜污染土壤修复的有机调控研究[13]发现：外加EDTA 可明显降低红壤对铜的吸收率，解吸率也随着EDTA加入量增大而降低，吸收率与解吸率与加入的 EDTA量的对数呈显著负相关。土壤淋洗以柱淋洗和堆积淋洗更为实际和经济，这对该修复技术的商业化具有一定的促进作用。
⒎化学修复
化学修复就是向土壤投入改良剂，将重金属吸附、氧化还原、拮抗或沉淀，降低重金属的生物有效性。常用改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质，不同改良剂对重金属的作用机理不同。化学修复简单易行，但它只改变了重金属在土壤中的存在形态，金属元素仍保留在土壤中，容易再度活化危害植物。⒏生物修复
生物修复是利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。该方法效果好，易于操作，受到人们的重视，日益成为修复污染土壤研究的热点。㈥展望
解决土壤重金属元素的污染问题，应加强重金属元素土壤生态化学行为和修复技术研究，特别是应用前景大的植物技术和微生物技术，寻求多种修复技术的综合运用。由于各种方法的作用和适用范围各不相同，但又互相联系，互相补充，应因地制宜，综合应用，研制一种投资小、周期短、见效快、稳定性强、副作用小、治理彻底和适用性广的土壤污染治理方法，是当前环境工作者的迫切任务。目前由化工行业引起的土壤重金属污染的是相当的严重，就目前解决土壤重金属污染光靠上面那几种措施是显然不够的，这就需要我们要进一步的去研究，治理土壤重金属污染的措施还有很大的提升空间。
参考文献
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