重金属在环境中的迁移转化(李兵)

4.1 重金属在土壤中的迁移转化
在天然土壤中含有一定的金属背景值，这称为土壤金属元素的基 线含量。重金属一旦进入土壤就难以除去，它难以被生物降解， 并不断积累，为生物富集，通过食物链危害人类健康。例如日本 的“痛痛病”，我国沈阳郊区张士灌区的“镉米”时间等
金属离子的配 位作用
生物体系中进 行迁移和转化
CH3As (OH)2
(CH3)3As
(CH3)3As O
(CH3)2As (OH)
(CH3)2AsO (OH)
4.3 重金属在水体中的迁移转化
4.3 重金属在水体中的迁移转化
1. 机械迁移
机械迁移是指重金属离子以溶解态或颗粒态 的形式被水流机械搬运。迁移过程服从水力 学原理。
影响因素：水文条件、排放浓度和距离排放 口距离的远近等。
环境污染
• 汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著 的重金属
对人体的 毒害
• 铅、汞、铬、 砷、镉
有毒非金 属物质
• 砷、氟、氰等
2.重金属来源
地球的地壳（earth crust） 运动造成重金 属在环境中的背景值(back ground level )
人类活动（human activities ）如：工业生 产，农业生产，城市生活，突发状况等
例如目前常用的的治理有电解法处理含铬废水、化学还原法处理含镉 废水、活性炭法处理电镀废水、三床离子交换法处理含铜、镉、锌、 镍和氰（不含六价铬）等方法。
5. 结论
十二五规划是一个新起点，在此期间我们应当继续研究重金属 在环境中的迁移转化规律，建立更加完善的模型，以利于研究。
我们也应该注重减量化、资源化、无害化的原则，对重金属的 各种来源进行分析，从源头减少重金属进入环境中（如：回收 废旧电池，该进工业生产工艺等），然后将这些含有重金属的 物质资源化、无害化处理。
4.3 重金属在水体中的迁移转化
3. 生物迁移
生物迁移是指重金属通过生物体的新陈代谢、 生长、死亡等过程所进行的迁移。这种迁移过 程比较复杂，它既是物理化学问题，也服从生 物学规律。所有重金属都能通过生物体迁移， 并由此使重金属在某些有机体中富集起来，经 食物链的放大作用，构成对人体危害。主要与 生物累积、生物浓缩和生物放大有关。
2. 重金属来源
污水灌溉、农药、 劣质化肥等
城市污水处理后 的污泥、垃圾渗 滤液、含铅汽油 的燃烧等
采矿、选矿、冶 炼、锻造、加工、 运输等工业生产， 以及工业废水、 废渣、废气的排 放等
Heavy metals
环境突发事件： 南京紫金矿业污 水泄露、益阳八 三锑品冶炼厂高 浓度含砷废水直 排等
3. 重金属的危害
5. 结论
通过对重金属物质在环境中的迁移转化的规律的研究，建立相关的模 型，可以研究重金属污染的防治对策，一满足国家发展的需要。 除重金属方法一：是使废水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的金属 化合物或元素，经沉淀和上浮从废水中去除．可应用方法如中和沉淀 法、硫化物沉淀法、上浮分离法、电解沉淀(或上浮)法、隔膜电解法 等废水处理法； 除重金属方法二：是将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件 下进行浓缩和分离，可应用方法有反渗透法、电渗析法、蒸发法和离 子交换法等。
被污染的蘑菇
被污染的土壤
被污染的马铃薯
被污染的河流
受伤害的小孩
3. 重金属的危害
铅：伤害人的脑细胞，致癌致突变等。影响儿童智力正常发育，主要使其脑回变浅， 智力低下。 汞：食入后直接沉入肝脏，对大脑视力神经破坏极大。天然水每升水中含0.01毫克， 就会强烈中毒。含有微量的汞饮用水，长期食用会引起蓄积性中毒。 铬：会造成四肢麻木，精神异常。 砷：会使皮肤色素沉着，导致异常角质化。
在水体中，污染物转化主要通过氧化还原、络合水解和生物降解 等作用。 环境中的重金属在一定的氧化还原条件下，很容易发生接受电 子或失去电子的过程，而出现价态的变化。其结果不仅是化学 性质（如毒性）发生变化，而且迁移能力也会发生变化。例如： 环境中的三价铬和六价铬，三价砷和五价砷就是比较突出的例 子。水解是有害物质（盐类）同水发生反应，不仅使有害物的 性质发生变化，而且也促使这些物质进一步分解和转化。 在水体底泥中的厌氧性细菌作用下，无机汞会转化为一甲基汞 或二甲基汞。
土壤胶体的吸 附作用
在土壤中的沉 淀和溶解作用
4.2 重金属在土壤中的迁移转化
1.土壤胶体对重金属的吸附
土壤中通常含有一些有机胶体物质，它们属于无定形胶体，比表 面积大吸附量可达到150-700meq/100g土，对重金属的吸附的顺序 为： Pb>Cu>Cd>Zn>Hg 影响因素：土壤胶体对重金属的吸附与被吸附金属的阳离子价态， 以及土壤胶体的性质（矿物类型、化学组成、阳离子交换量、比 表面积等）有关。
4.3 重金属在水体中的迁移转化
2. 物理化学迁移
物理化学迁移是指重金属以简单离子、络离子 或可溶性分子，在环境中通过一系列物理化学 作用（水解、氧化、还原、沉淀、溶解、络合、 螯合、吸附作用等）所实现的迁移与转化过程。 这是重金属在水环境中的最重要迁移转化形式。 这种迁移转化的结果决定了重金属在水环境中 的存在形式、富集状况和潜在生态危害程度。
0.01 0.005 0.05 0.01 0.001 0.1 1.0 0.005 0.7 0.002 0.5 0.07 0.02 0.05 0.0001
3.重金属的危害
这些重金属中任何一种超标，它们就会在水体中 不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转 化和分散、富集过程(即迁移)。都能引起人的头痛、 头晕、失眠、健忘、神精错乱、关节疼痛、结石、 癌症（如肝癌、胃癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、 前列腺癌及乌脚病和畸形儿）等；尤其对消化系 统、泌尿系统的细胞、脏器、皮肤、骨骼、神精 破坏及为严重。所以重金属对人体的危害巨大！
4.重金属的迁移转化
重金属迁移:指的是重金属在自然环境中随着时间 的改变而发生的空间位置的改变。 重金属的转化:指的是随着介质条件的改变而使重 金属的存在状态发生变化。 根据重金属在环境中的分布，这里简单讲解重金 属在大气、土壤、水体中的迁移转化。
4.1 重金属在大气中的迁移转化
大气中的重金属物质主要是通过风力输送进 行迁移，然后通过干湿作用在土壤和水体中 富集，通过食物链作用危害人类健康。例如： 城市垃圾焚烧飞灰是在城市生活垃圾焚烧处 置过程中产生的二次污染物，其中富含Cd、 Pd、Zn、Cu、Cr等多种重金属、二噁英类剧 毒有机污染物，这些物质均具有生物毒性并 能在生物体内富集，最终通过食物链对人体 造成危害；飞灰中的重金属在环境中遇水浸 出，污染土壤、水体和大气，对生态环境造 成严重的破坏。
从十一五到十二五
目录
1.重金属定义（Heavy metal definition）
什么是重金属目前尚无严格的定义，化学上跟据金属的密度把金属分成重金 属和轻金属，常把密度大于4.0g/cm3的金属称为重金属。 如：金、银、铜、 铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等。 （Transition metals, some metalloids, lanthanides, and actinides）（Toxic, persistent and / or bioaccumulative）
4.2 重金属在土壤中的迁移转化
2. 金属的配位作用
土壤中的重金属进入土壤可以与无机或有机 配体发生配体作用。
Hg（OH）2或HgCl2中的羟基配体和氯配体作 用，提高了重金属的溶解度，减弱了胶体的 吸附作用。
4.2 重金属在土壤中的迁移转化
3. 金属的的沉淀和溶解作用
在高氧化的条件下，Eh较高，如V、Cr等具有氧化 还原性质的重金属常呈氧化态，形成矾酸盐、铬 酸盐等具有极强的迁移能力，而Fe、Mn等却相反， 形成高价态的难溶盐沉淀，阻碍了迁移转化。
国家应当加大对环境污染的犯罪成本提高，增强人们环保意识， 努力在十二五期间营造一个宜居中国。
镉：导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨钙，引起肾功能失调。
钴：能对皮肤有放射性损伤。 锰：超量时会使人甲状腺机能亢进。 锌：过量时会得锌热病。
3.重金属的危害
Tabel 1. 生活饮用水中各种重金属的指标（《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)）
砷（mg/L） 镉（mg/L） 铬（六价，mg/L） 铅（mg/L） 汞（mg/L） 锰（mg/L） 铜（mg/L） 锑（mg/L） 钡（mg/L） 铍（mg/L） 硼（mg/L） 钼（mg/L） 镍（mg/L） 银（mg/L） 铊（mg/L）
土壤的pH 是影响重金属的迁移转化的重要因素：
Cd（OH）2==Cd2++2OH-，在酸性土壤中，pH降 低，土壤中的Cd2+就溶解出来，作物受到伤害。
4.2 重金属在土壤中的迁移转化
4. 金属的的生物体系的迁移转化
土壤中的重金属通过植物的根系的细胞作用积累于茎、叶和果实部分。
被动迁移（一般是通过细胞膜的 被动扩散由高浓度向低浓度扩散， 一般不消耗能量，不需要载体。） 主动迁移（通过消耗能量，并与 特异性蛋白质载体结合，通过生 物膜由低浓度向高浓度迁移
4.3 重金属在水体中的迁移转化
汞循环(mercury cycle)
火山活动
降水 农药喷洒
化石 燃烧
挥发
挥发
水鸟 (中性pH) (CH3)2Hg CH3Hg (酸性pH) 沉积物
农田风化径流 工厂 捕鱼 鱼 和淋溶作 汞的废物 Hg2＋ 用 水生植物 由河水带走
地壳运动
4.3 重金属在水体中的迁移转化
4.2 重金属在土壤中的迁移转化
砷的在生物体系中的 循环
有机态砷
在生长旺盛的 器官中富集
被植物吸收
通过根系、叶 片的吸收
体内降解为无 机态
4.2 重金属在土壤中的迁移转化的辅酶S-腺苷甲硫氨酸，他起着传递甲 基的作用。