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重金屬污染

含有汞、鎘、鉻、鉛及砷等生物毒性顯著的重金屬元素及其化合物對環(huán)境的污染。

簡介

  重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染。主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。因人類活動(dòng)導(dǎo)致環(huán)境中的重金屬含量增加,超出正常范圍,并導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量惡化。2011年4月初,我國首個(gè)“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃——《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》獲得國務(wù)院正式批復(fù),防治規(guī)劃力求控制5種重金屬。

主要特點(diǎn)

  重金屬污染與其他有機(jī)化合物的污染不同。不少有機(jī)化合物可以通過自然界本身物理的、化學(xué)的或生物的凈化,使有害性降低或解除。而重金屬具有富集性,很難在環(huán)境中降解。目前中國由于在重金屬的開采、冶煉、加工過程中,造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進(jìn)入大氣、水、土壤引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。

  水排出的重金屬,即使?jié)舛刃?,也可在藻類和底泥中積累,被魚和貝類體表吸附,產(chǎn)生食物鏈濃縮,從而造成公害。水體中金屬有利或有害不僅取決于金屬的種類、理化性質(zhì),而且還取決于金屬的濃度及存在的價(jià)態(tài)和形態(tài),即使有益的金屬元素濃度超過某一數(shù)值也會(huì)有劇烈的毒性,使動(dòng)植物中毒,甚至死亡。金屬有機(jī)化合物(如有機(jī)汞、有機(jī)鉛、有機(jī)砷、有機(jī)錫等)比相應(yīng)的金屬無機(jī)化合物毒性要強(qiáng)得多;可溶態(tài)的金屬又比顆粒態(tài)金屬的毒性要大;六價(jià)鉻比三價(jià)鉻毒性要大等等。

  重金屬在人體內(nèi)能和蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用,使它們失去活性,也可能在人體的某些器官中富集,如果超過人體所能耐受的限度,會(huì)造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等,對人體會(huì)造成很大的危害,例如,日本發(fā)生的水俁?。ü廴荆┖凸峭床。ㄦk污染,等公害病,都是由重金屬污染引起的。

  重金屬在大氣、水體、土壤、生物體中廣泛分布,而底泥往往是重金屬的儲(chǔ)存庫和最后的歸宿。當(dāng)環(huán)境變化時(shí),底泥中的重金屬形態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)化并釋放造成污染。重金屬不能被生物降解,但具有生物累積性,可以直接威脅高等生物包括人類,有關(guān)專家指出,重金屬對土壤的污染具有不可逆轉(zhuǎn)性,已受污染土壤沒有治理價(jià)值,只能調(diào)整種植品種來加以回避。因此,底泥重金屬污染問題日益受到人們的重視。
 

污染分類

  鉛污染
  是可在人體和動(dòng)物組織中積蓄的有毒金屬。主要來源于各種油漆、涂料、蓄電池、冶煉、五金、機(jī)械、電鍍、化妝品、染發(fā)劑、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自來水管等。它是通過皮膚、消化道、呼吸道進(jìn)入體內(nèi)與多種器官親和,主要毒性效應(yīng)是貧血癥、神經(jīng)機(jī)能失調(diào)和腎損傷,易受害的人群有兒童、老人、免疫低下人群。鉛對水生生物的安全濃度為0.16mg/L,用含鉛0.1~4.4mg/L的水灌溉水稻和小麥時(shí),作物中鉛含量明顯增加。人體內(nèi)正常的鉛含量應(yīng)該在0.1毫克/升,如果含量超標(biāo),容易引起貧血,損害神經(jīng)系統(tǒng)。而幼兒大腦受鉛的損害要比成人敏感得多,一旦血鉛含量超標(biāo),應(yīng)該采取積極的排鉛毒措施。兒童可服用排鉛口服液或借助其他產(chǎn)品進(jìn)行排鉛。

  鎘污染
  鎘不是人體的必要元素。鎘的毒性很大,可在人體內(nèi)積蓄,主要積蓄在腎臟,引起泌尿系統(tǒng)的功能變化;鎘主要來源有電鍍、采礦、冶煉、燃料、電池和化學(xué)工業(yè)等排放的廢水;廢舊電池中鎘含量較高、也存在于水果和蔬菜中,尤其是蘑菇,在奶制品和谷物中也有少量存在,鎘能夠取代骨中鈣,使骨骼嚴(yán)重軟化,骨頭寸斷,會(huì)引起胃臟功能失調(diào),干擾人體和生物體內(nèi)鋅的酶系統(tǒng),導(dǎo)致高血壓癥上升。易受害的人群是礦業(yè)工作者、免疫力低下人群。水中含鎘0.1mg/L時(shí),可輕度抑制地面水的自凈作用,鎘對白鰱魚的安全濃度為0.014mg/L,用含鎘0.04Mg/L的水進(jìn)行灌溉時(shí),土壤和稻米受到明顯污染,農(nóng)灌水中含鎘0.007mg/L時(shí),即可造成污染。正常人血液中的鎘濃度小于5微克/升,尿中小于1微克/升。鎘能夠干擾骨中鈣,如果長期攝入微量鎘,使骨骼嚴(yán)重軟化,骨頭寸斷,引起骨痛病,其還會(huì)引起胃臟功能失調(diào),并干擾人體和生物體內(nèi)鋅的酶系統(tǒng),導(dǎo)致高血壓癥上升。

  汞污染
  汞及其化合物屬于劇毒物質(zhì),可在人體內(nèi)蓄積。主要來源于儀表廠、食鹽電解、貴金屬冶煉、化妝品、照明用燈、齒科材料、燃煤、水生生物等。血液中的金屬汞進(jìn)入腦組織后,逐漸在腦組織中積累,達(dá)到一定的量時(shí)就會(huì)對腦組織造成損害,另外一部分汞離子轉(zhuǎn)移到腎臟。進(jìn)入水體的無機(jī)汞離子可轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿蟮挠袡C(jī)汞,由食物鏈進(jìn)入人體,引起全身中毒作用;易受害的人群有女性,尤其是準(zhǔn)媽媽、嗜好海鮮人士;天然水中含汞極少,一般不超過0.1μg/L。正常人血液中的汞小于5-10微克/升,尿液中的汞濃度小于20微克/升。如果急性汞中毒,會(huì)誘發(fā)肝炎和血尿。

  砷污染
  是人體的非必需元素,元素砷的毒性極低,而砷的化合物均有劇毒,三價(jià)砷化合物比其它砷化合物毒性更強(qiáng)。砷通過呼吸道、消化道和皮膚接觸進(jìn)入人體,如攝入量超過排泄量,砷就會(huì)在人體的肝、腎、肺、子宮、胎盤、骨骼、肌肉等部位蓄積,與細(xì)胞中的酶系統(tǒng)結(jié)合,使酶的生物作用受到抑制失去活性,特別是在毛發(fā)、指甲中蓄積,從而引起慢性砷中毒,潛伏期可達(dá)幾年甚至幾十年,慢性中毒有消化系統(tǒng)癥狀、神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和皮膚病變等。砷還有致癌作用,能引起皮膚癌,在一般情況下,土壤、水、空氣、植物和人體都含有微量的砷,對人體不會(huì)構(gòu)成危害。主要來源于采礦、冶金、化化學(xué)制藥、玻璃工業(yè)中的脫色劑、各種殺蟲劑、殺鼠劑、砷酸鹽藥物、化肥、硬質(zhì)合金、皮革、農(nóng)藥等;危害的人群有農(nóng)民、家庭主婦、特殊職業(yè)工人群體。地面水中含砷量因水源和地理?xiàng)l件不同而有很大差異,淡水為0.2~230μm/L,平均為0.5μm/L,海水為3.7μm/L。如果24小時(shí)內(nèi)尿液中的砷含量大于100微克/升就使中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生紊亂,并有致癌的可能。而且如果孕婦體內(nèi)砷超標(biāo)還會(huì)誘發(fā)畸胎。

  鉻污染
  主要來源于劣質(zhì)化妝品原料、皮革制劑、金屬部件鍍鉻部分,工業(yè)顏料以及鞣革、橡膠和陶瓷原料等;如誤食飲用,可致腹部不適及腹瀉等中毒癥狀,引起過敏性皮炎或濕疹,呼吸進(jìn)入,對呼吸道有刺激和腐蝕作用,引起咽炎、支氣管炎等。水污染嚴(yán)重地區(qū)居民,經(jīng)常接觸或過量攝入者,易得鼻炎、結(jié)核病、腹瀉、支氣管炎、皮炎等。

  銅污染
  指銅(Cu)及其化合物在環(huán)境中所造成的污染。主要污染來源是銅鋅礦的開采和冶煉、金屬加工、機(jī)械制造、鋼鐵生產(chǎn)等。冶煉排放的煙塵是大氣銅污染的主要來源。

  鎳污染
  是由鎳及其化合物所引起的環(huán)境污染。冶煉鎳礦石及冶煉鋼鐵時(shí),部分礦粉會(huì)隨氣流進(jìn)入大氣。在焙燒過程中也有鎳及其化合物排出,主要為不溶于水的硫化鎳(NiS),氧化鎳(NiO)、金屬鎳粉塵等,成為大氣中的顆粒物。燃燒生成的鎳粉塵遇到熱的一氧化碳,會(huì)生成易揮發(fā)的、劇毒的致癌物羰基鎳[Ni(CO)4]。精煉鎳的作業(yè)工人,患鼻腔癌和肺癌的發(fā)病率較高。鍍鎳工業(yè)、機(jī)器制造業(yè)、金屬加工業(yè)的廢水中常含有鎳,常用堿法處理工業(yè)廢水,使其生成氫氧化鎳[Ni(OH)2]沉淀而清除掉。鎳可在土壤中富集,含鎳的大氣顆粒物沉降、含鎳廢水灌溉、動(dòng)植物殘?bào)w腐爛、巖石風(fēng)化等都是土壤中鎳的來源。植物生長會(huì)吸收土壤中的鎳。鎳含量最高的植物是綠色蔬菜和煙草,可達(dá)1.5-3ppm。鎳對水稻產(chǎn)生毒性的臨界濃度是20ppm。中國規(guī)定車間空氣中羰基鎳的最高容許濃度為0.001mg/m3,地面水中鎳的最高容許濃度為0.5mg/L。

  鋅污染
  是指鋅及化合物所引起的環(huán)境污染。主要污染源有鋅礦開采、冶煉加工、機(jī)械制造以及鍍鋅、儀器儀表、有機(jī)物合成和造紙等工業(yè)的排放。汽車輪胎磨損以及煤燃燒產(chǎn)生的粉塵、煙塵中均含有鋅及化合物,工業(yè)廢水中鋅常以鋅的羥基絡(luò)合物存在。
 

污染來源

  重金屬的污染主要來源工業(yè)污染,其次是交通污染和生活垃圾污染。工業(yè)污染大多通過廢渣、廢水、廢氣排入環(huán)境,在人和動(dòng)物、植物中富集,從而對環(huán)境和人的健康造成很大的危害,工業(yè)污染的治理可以通過一些技術(shù)方法、管理措施來降低它的污染,最終達(dá)到國家的污染物排放標(biāo)準(zhǔn);交通污染主要是汽車尾氣的排放,國家制定了一系列的管理辦法,例如:使用乙醇汽油、安裝汽車尾氣凈化器等;生活污染主要是一些生活垃圾的污染,廢舊電池、破碎的照明燈、沒有用完的化妝品、上彩釉的碗碟等,對于重金屬的污染只要我們從其來源加以控制,就多多少少可以減少重金屬污染。

  專家分析指出:目前中國塑料生產(chǎn)企業(yè)的工藝、設(shè)備、技術(shù)研發(fā)較落后,是造成污染嚴(yán)重的主要原因,而管理不善、地方保護(hù)及人們環(huán)保意識(shí)淡薄,加劇了污染,強(qiáng)化治理迫在眉睫。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)放眼未來,倡導(dǎo)環(huán)保,使用環(huán)保型助劑才能使PVC行業(yè)健康長遠(yuǎn)發(fā)展。
 

主要危害

  環(huán)境污染
  從環(huán)境污染方面,重金屬是指汞、鎘、鉛以及“類金屬”-----砷等生物毒性顯著的重金屬。對人體毒害最大的有5種:鉛、汞、砷、鎘。這些重金屬在水中不能被分解,人飲用后毒性放大,與水中的其他毒素結(jié)合生成毒性更大的有機(jī)物。
  土壤污染,可以用耐重金屬的植物修復(fù),可以用來做游樂園等,非農(nóng)業(yè)耕地,美國有這樣的例子,安徽銅陵銅尾礦與澳大利亞合作,進(jìn)行植物修復(fù),效果已初見端倪。
  重金屬一般以天然濃度廣泛存在于自然界中,但由于人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)日益增多,造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進(jìn)入大氣、水、土壤中,引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。

  人體傷害
  以各種化學(xué)狀態(tài)或化學(xué)形態(tài)存在的重金屬,在進(jìn)入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后就會(huì)存留、積累和遷移,造成危害。如隨廢水排出的重金屬,即使?jié)舛刃?,也可在藻類和底泥中積累,被魚和貝的體表吸附,產(chǎn)生食物鏈濃縮,從而造成公害。如日本的水俁病,就是因?yàn)闊龎A制造工業(yè)排放的廢水中含有汞,在經(jīng)生物作用變成有機(jī)汞后造成的;又如痛痛病,是由煉鋅工業(yè)和鎘電鍍工業(yè)所排放的鎘所致。汽車尾氣排放的鉛經(jīng)大氣擴(kuò)散等過程進(jìn)入環(huán)境中,造成目前地表鉛的濃度已有顯著提高,致使近代人體內(nèi)鉛的吸收量比原始人增加了約100倍,損害了人體健康。重金屬對人體的傷害極大。常見的有:
  汞:食入后直接沉入肝臟,對大腦、神經(jīng)、視力破壞極大。天然水每升水中含0.01毫克,就會(huì)導(dǎo)致人中毒。
  鎘:導(dǎo)致高血壓,引起心腦血管疾??;破壞骨骼和肝腎,并引起腎衰竭。
  鉛:是重金屬污染中毒性較大的一種,一旦進(jìn)入人體將很難排除。能直接傷害人的腦細(xì)胞,特別是胎兒的神經(jīng)系統(tǒng),可造成先天智力低下。
  鈷:能對皮膚有放射性損傷。
  釩:傷人的心、肺,導(dǎo)致膽固醇代謝異常。
  銻:與砷能使銀手飾變成磚紅色,對皮膚有放射性損傷。
  鉈:會(huì)使人多發(fā)性神經(jīng)炎。
  錳:超量時(shí)會(huì)使人甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)。也能傷害重要器官。
  砷:是砒霜的組分之一,有劇毒,會(huì)致人迅速死亡。長期接觸少量,會(huì)導(dǎo)致慢性中毒。另外還有致癌性。
  這些重金屬中任何一種都能引起人的頭痛、頭暈、失眠、健忘、神精錯(cuò)亂、關(guān)節(jié)疼痛、結(jié)石、癌癥。
 

污染防范治理

  既然重金屬污染危害這么大,那么那些受到重金屬污染的蔬菜水果我們能不能通過多浸泡、多清洗或多煮來去除重金屬呢?這些效果都不大,因?yàn)橹亟饘傥廴臼菑闹参锔抵猩蟻淼?,它存在于植物的體內(nèi),不像農(nóng)藥那樣大部分都噴灑在農(nóng)作物外表,多洗就可以清除干凈?!?/p>

  有一種比較可行的辦法就是注意選購一些蔬菜品種,比如生菜、萵苣容易富集鎘,可以盡量少食。另外,葉類菜是所有蔬菜中最容易受重金屬污染的,最好也要少食用?!?/p>

  種堇菜、蜈蚣草可以有效治理土壤中的重金屬污染問題,目前治理土壤問題最有效的辦法還是植物修復(fù)法。也就是說在一些受重金屬污染嚴(yán)重的土壤里種那些能強(qiáng)烈吸收重金屬的植物。研究證明蕨類植物蜈蚣草對砷具有很強(qiáng)的超富集功能,其葉片含砷量高達(dá)8‰。蜈蚣草能通過根系吸收土壤中的砷,然后把它們存到葉片中。還有一種也是修復(fù)的能手,它就是堇菜,它的主要作用是除鉛、鎘。而且這種植物非常賴活,南方北方都能生長。假如人們在地里、自家花園里或居住的整個(gè)小區(qū)里種上一定量的蜈蚣草或堇菜等植物,一方面能美化環(huán)境,另一方面又能清除土壤內(nèi)的重金屬隱患,可謂一舉兩得。

  對于土壤污染,必須貫徹“以防為主,防治結(jié)合”的環(huán)保方針。首先要控制與消除污染源。同時(shí)看到土壤具有強(qiáng)大的凈化能力,在防治土壤污染時(shí)應(yīng)充分利用這一特點(diǎn)。

  控制與消除土壤污染源
  控制與消除土壤污染源,是防止污染的根本措施。土壤對污染物所具有的凈化能力相當(dāng)于一定的處理能力。控制土壤污染源,即控制進(jìn)入土壤中的污染物的數(shù)量與速度,通過其自然凈化作用而不致引起土壤污染。
  1)控制與消除工業(yè)“三廢”排放
  大力推廣閉路循環(huán),無毒工藝,以減少或消除污染物的排放。對工業(yè)“三廢”進(jìn)行回收處理,化害為利。對所排放的“三廢”要進(jìn)行凈化處理,并嚴(yán)格控制污染物排放量與濃度,使之符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
  2)加強(qiáng)土壤污灌區(qū)的監(jiān)測與管理
  對污水進(jìn)行灌溉的污灌區(qū),要加強(qiáng)對灌溉污水的水質(zhì)監(jiān)測,了解水中污染物質(zhì)的成分、含量及其動(dòng)態(tài),避免帶有不易降解的高殘留的污染物隨水進(jìn)入土壤,引起土壤污染。
  3)合理施用化肥與農(nóng)藥
  禁止或限制使用劇毒,高殘留性農(nóng)藥,大力發(fā)展高效、低毒、低殘留農(nóng)藥,發(fā)展生物防治措施。例如禁止使用雖是低殘留,但急性、毒性大的農(nóng)藥。禁止使用高殘留的有機(jī)氯農(nóng)藥。根據(jù)農(nóng)藥特性,合理施用,制訂使用農(nóng)藥的安全間隔期。采用綜合防治措施,既要防治病蟲害對農(nóng)作物的威脅,又要把農(nóng)藥對環(huán)境與人體健康的危害限制在最低程度。
  4)增加土壤容量與提高土壤凈化能力
  增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、砂摻粘改良性土壤,以增加與改善土壤膠體的種類與數(shù)量,增加土壤對有害物質(zhì)的吸附能力與吸附量,從而減少污染物在土壤中的活性。發(fā)現(xiàn)、分離與培養(yǎng)新的微生物品種,以增強(qiáng)生物降解作用,是提高土壤凈化能力的極為重要的一環(huán)。
  5)建立監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),定期對轄區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行檢查,建立系統(tǒng)的檔案資料,要規(guī)定優(yōu)先檢測的土壤污染物與檢測標(biāo)準(zhǔn)方法,這方面可參照有關(guān)參照國際組織的建議與中國國情來編制土壤環(huán)境污染的目標(biāo),按照優(yōu)先次序進(jìn)行調(diào)查、研究及實(shí)施對策。

  防治土壤污染的措施
  1)施加改良劑
  施加改良劑的主要目的是加速有機(jī)物的分解與使重金屬固定在土壤中,如添加有機(jī)質(zhì)可加速土壤中農(nóng)藥的降解,減少農(nóng)藥的殘留量。
  施用重金屬吸收抑制劑(改良劑),即向土壤施加改良抑制物(如石灰、磷酸鹽、硅酸鈣等),使它與重金屬污染物作用生成難溶化合物,降低重金屬在土壤及土壤植物體內(nèi)的遷移能力。這種方法起到臨時(shí)性的抑制作用,時(shí)間過長會(huì)引起污染物的積累,并在條件變化時(shí)重金屬又轉(zhuǎn)成可溶性,因而只在污染較輕地區(qū)尚能使用。
  2)控制土壤氧化-還原狀況
  控制土壤氧化-還原條件,也是減輕重金屬污染危害的重要措施。據(jù)研究,在水稻抽穗到成熟期,無機(jī)成分大量向穗部轉(zhuǎn)移,淹水可明顯地抑制水稻對鎘的吸收,落干則促進(jìn)水稻對鎘的吸收。
  重金屬元素均能與土壤中的硫化氫反應(yīng)生成硫化物沉淀。因此,加強(qiáng)水漿管理,可有效地減少重金屬的危害。但砷相反,隨著土壤氧化-還原電位的降低而毒性增加。
  3)改變耕作制度
  通過土壤耕作改變土壤環(huán)境條件,可消除某些污染物的危害。旱田改水田,DDT與六六六在旱田中的降解速度慢,積累明顯;在水田中DDT的降解速度加快,利用這一性質(zhì)實(shí)行水旱輪作,是減輕或消除農(nóng)業(yè)污染的有效措施。
  4)客土深翻
  污染土壤的排除,特別是重金屬的土壤污染,在土壤中產(chǎn)生積累,阻礙作物的生長發(fā)育。防治的根本辦法是徹底挖去污染土層,換上新土的排土與客土法,以根除污染物。但如果是地區(qū)性的污染,實(shí)際采用客土法是不現(xiàn)實(shí)的。
  耕翻土層,即采用深耕,將上下土層翻動(dòng)混合,使表層土壤污染物含量減低。這種方法動(dòng)土量較少,但在嚴(yán)重污染的地區(qū)不宜采用。
  5)采用農(nóng)業(yè)生態(tài)工程措施
  在污染土壤上繁殖非食用的種子、種經(jīng)濟(jì)作物或種屬,從而減少污染物進(jìn)入食物鏈的途徑。或利用某些特定的動(dòng)植物與微生物較快地吸走或降解土壤中的污染物質(zhì),而達(dá)到凈化土壤的目的。
  6)工程治理
  利用物理(機(jī)械)、物理化學(xué)原理治理污染土壤,主要有隔離法,清洗法,熱處理,電化法等,是一種最為徹底、穩(wěn)定、治本的措施。但投資大,適于小面積的重度污染區(qū)。
  近年來,把其它工業(yè)領(lǐng)域,特別是污水、大氣污染治理技術(shù)引入土壤治理過程中,為土壤污染治理研究開辟了新途徑,如磁分離技術(shù)、陰陽離子膜代換法、生物反應(yīng)器等。雖然大多數(shù)處于試驗(yàn)探索階段,但積極吸收、轉(zhuǎn)化新技術(shù)、新材料,在保證治理效果的基礎(chǔ)上降低治理成本,提高工程實(shí)用性,有著重要的實(shí)際意義。
  7)制定農(nóng)藥的容許殘留量
  根據(jù)農(nóng)藥的“最大一日容許攝取量”(容許攝取量/(kg.d),用ADI值表示)乘以安全系數(shù)(一般定為1/100)。
  殘留容許量=ADI×體重(kg)/食品系數(shù)[kg/(人.d)]


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