城市表层土壤重金属污染分析—重金属传播特性.doc

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（NO3）2 外，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1～8 的范围内时，其吸附量随着pH值的增大而逐渐增大；当pH＞8 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，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+、CdCl+、CdSO4，石灰性土壤中还有CdHCO3+。非水溶性镉主要为CdS、CdCO3 及胶体吸附态镉等。其中，镉在旱地土壤中以CdCO3、Cd3 （ PO4）2 和Cd（OH）2 的形态存在，并以CdCO3 为主，尤其是在pH 值＞7 的石灰性土壤中更以CdCO3 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（OH