土壤中金属汞的污染与防治

土壤中金属汞的污染与防治重金属汞是构成地壳的物质, 在自然界中分布非常的广泛。

重金属汞在自然环境的各部分均存在着最低含量,如果其含量超过标准, 就会对水体、土壤、人体造成不可估量的污染与危害。

一．土壤中重金属汞的来源正如同学们所知道的，土壤中的汞归根结底是来自于大自然的，然而人类的生产活动打破了汞在自然界中的平衡，于是就有了土壤中汞的人为来源1 汞的自然形态来源天然土壤中汞主要来源于母岩和母质。

岩石中平均含汞量0.08mg/kg, 其中页岩含汞量最高(0.4mg/kg), 花岗岩含汞量最低(0.1mg/kg)。

2 土壤中汞的人为来源与众多的重金属一样，汞来到土壤中也有多种多样的方式，而这些方式同时也是重金属的共性，总的来说这些方式有：2.1 大气中重金属沉降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。

大气中的大多数重金属是经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。

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。

此外，大气汞的干湿沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。

大气汞通过干湿沉降进入土壤后，被土壤中的粘土矿物和有机物的吸附或固定，富集于土壤表层，或为植物吸收而转入土壤，造成土壤汞的浓度的升高。

2.2 农药、化肥和塑料薄膜使用施用含有汞的农药和不合理地施用化肥，都可以导致土壤中重金属汞的污染。

2.3 污水灌溉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，大量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。

2.4 污泥施肥污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属,随着大量的市政污泥进入农田，使农田中的重金属的含量在不断增高。

2.5 含重金属废弃物堆积含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度都不一样。

污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散2.6 金属矿山酸性废水污染金属矿山的开采、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。

3 土壤中汞的存在形态汞是在常温状态下以液态存在的唯一金属,并且也是一个很容易挥发到空气中的金属,温度愈高,挥发愈快。

20℃时空气汞饱和浓度为15mg m- 3。

它不溶于水,能溶于类脂质,易溶于硝酸及硫酸,不与碱液反应。

汞是有毒的,它的流动性,它的易挥发性,使其成为控制起来最具挑战性的毒性物质之一。

土壤中的汞可分为金属汞、无机化合态汞和有机化合态汞,其中单质汞是主要形态,占总汞量的90%以上,在一定的条件下他们可以相互转化。

在正常的Eh和pH范围内,能以零价状态存在是土壤中汞的重要特点,这是因为汞具有很高的电离势( I =10. 437cv) ,已接近惰性气体氡( I = 10. 748) 。

常用的无机汞化合物有硝酸汞[ Hg (NO3 ) 2 ]、升汞(HgCl2 ) 、甘汞(HgCl) 、溴化汞(HgBr2 ) 、砷酸汞(HgAsO4 ) 、硫化汞(HgS) 、硫酸汞(HgSO4 ) 、氧化汞(HgO) 、氰化汞(Hg (CN) 2 )等,常用于汞化合物的合成或作为催化剂、颜料、涂料等;有的还作为药物,口服、过量吸入其粉尘及在皮肤涂布时均可引起中毒。

此外,雷汞[ Hg (CNO) 2 ·1 /2H2O ]用于制造雷管等。

在以上多种无机汞化合物中,以升汞为主要存在形式。

甲基汞是有机汞最为主要的存在形式,此外,还有二甲基汞和苯基汞等。

二．金属汞的危害1 重金属汞对土壤的污染与危害前面已经说过，在正常的土壤Eh和pH范围内, 汞能以零价(单质)汞形态存在于土壤中, 是土壤中汞的重要特点。

这是由于汞具有很高的电离势, 转化为离子的倾向小于其他金属。

Hg二价离子在含有硫化氢的还原条件下, 将生成难溶性的硫化汞, 所以有人把硫化汞看作土壤汞化物的最终产物。

当土壤溶液中氯离子浓度较高时,由于形成HgCl2、HgCl3-络离子而使粘土矿物对汞离子的吸附减弱, 使得土壤中汞浓度增大。

还有当土壤中有有机配位体也能使汞浓度增大, 如腐殖质的轻基和梭基对汞有很强的赘合能力, 加上腐殖质对汞离子有很强的吸附交换能力, 致使土壤腐殖质部分的含汞量远高于矿物质部分的含汞量。

在还原性条件及嫌气微生物作用下, 可将无机汞转化为甲基汞和二甲基汞。

只要存在甲基络合体, 在非生物作用下,汞也可被甲基化。

汞的甲基化不但大大加强了汞的毒性, 而且加强了汞的迁移能力。

如甲基汞特别是二甲基汞较易发生大气和水迁移。

由于汞是农作物生产的非必需元素, 但易被农作物所吸收, 土壤中汞的含量稍有增加,就会人人彤响农作物的生长和发育, 从而影响到农作物的产量和质量。

其次通过食物链危害人类的健康, 重金属汞及其化合物的污染物之所以对人体健康威胁较大, 是由于它不仅不能被土壤微生物所降解, 还可以通过食物链不断地在生物体内富集, 甚至可将其转化为毒害性更大的甲基化合物, 对食物链中某些生物达到有害水平, 最终在人休内蓄积而危害健康,再者由于汞化合物的高度挥发性, 所以它可以通过植物的蒸腾作用而被释放到大气中去,事实上, 空气中的汞就足匕汞的化合物挥发产生的, 而且空气中汞含量的大部分吸附在颗粒物上, 最后归趋是进入海底沉积物, 使得大气、水环境中汞含量增多, 使环境进一步恶化。

2 过量汞对植物的影响土壤中汞的含量不同,植物对汞的吸收、积累不一样。

另外,不同种类植物及同一种植物的不同器官、生长阶段对汞的吸收、积累也不尽相同。

因此,汞对植物的危害因作物的种类和生育期而异。

不同植物对汞吸收能力是:针叶植物>落叶植物,水稻>玉米>高粱>小麦,叶菜类>根菜类>果菜类,植物根系和叶子可以吸收汞,比较容易吸收的汞有金属汞、Hg2 + 、乙基汞和甲基汞。

汞作为植物的有害元素,影响到种子的发芽和植物的形态建成。

汞含量较低时,对植物的生长发育影响甚微,但超过一定浓度,植物的生长就会完全被抑制。

土培实验表明,汞浓度为0. 074mg kg- 1时,水稻根系受害,秕谷率增加,水稻产量下降,汞对作物生长发育的影响主要有抑制光合作用、根系生长和养分吸收、酶的活性、根瘤菌的固氮作用等。

虽然一般食品中不会积累过多的汞,但我国发生作物含汞量增高、并引起中毒的事故并不少见。

因为,被汞污染过的食品,虽经加工处理,也不能将汞除净。

3汞对人类健康的危害及其作用机制3.1汞的毒性概述汞是一种对生物体毒性很高的元素,是对人体健康危害极为严重的一种重金属污染物,属于积累性毒物。

汞的所有自然组成———元素、无机和有机化合物,都可以使健康受到有害的影响。

汞之所以能对人类健康造成极大的危害,是因为:汞易与体内大分子发生共价结合。

Hg2 + 由于具有高度亲电子性,故对体内含有硫、氧、氮等电子供体的基团如巯基、羰基、羧基、羟基、氨基、磷酰基等均具很强的攻击力。

上述基团均是体内最重要的活性基团,与Hg2 +共价结合后即失去活性,而对机体生理生化功能产生巨大影响。

Hg2 +尤其对巯基具有高度亲合力,这也是汞的毒性机制的核心,因巯基不仅是氧化还原酶类、转移酶类最重要的功能基团,也是膜结构蛋白中最主要基团,是许多受体结构的重要成分,且处于膜结构的最表层,最易受到攻击。

Hg2 + 除与酶、结构蛋白等大分子物质发生共价结合,造成功能和结构损伤外, 它的亲电子性还决定它对DNA也有明显攻击性,可造成DNA单链断裂,其结果颇似X线照射,此可能与其在体内产生超氧阴离子自由基有关。

汞与体内蛋白结合后可由半抗原成为抗原,引起变态反应,出现肾病综合症;高浓度的汞还可直接引起肾小球免疫损伤。

此外,Bapu实验证明,汞可使机体内的Na、K、Mn、Cu、Cr、Ni含量下降,对各种必需微量金属元素在体内平衡状态的影响,会引起金属酶活性的改变及体内代谢的紊乱。

3.2 汞蒸气对人类健康的危害汞在常温下的蒸发量已大大超过了空气中最大允许量(国家标准规定允许浓度是0. 01mgm- 3 ) ,已严重超标1300倍。

在保管和使用不当时,汞常以蒸气形式存在于空气中,金属汞中毒常以汞蒸气的形式引起。

由于汞蒸气具有高度的扩散性和较大的脂溶性,通过呼吸道进入肺泡,经血液循环运至全身。

血液中的金属汞进入脑组织后,被氧化成汞离子,逐渐在脑组织中积累,达到一定的量时,就会对脑组织造成损害。

另外一部分汞离子则转移到肾脏。

汞蒸气中毒多为职业性中毒,因短期内吸入高浓度汞蒸气所致。

常见于通风不良、温度较高、汞蒸气积聚的环境中。

尤在对金属汞加热时,可吸入大量高浓度汞蒸气而发病。

也可因发生汞蒸气意外泄漏事故或大量水银洒落等意外情况,导致意外中毒发生。

受污染的地下水是汞蒸气的广泛的源泉,它可扩散到人类生活和工作的建筑物中。

由于汞蒸气无色、无味、无刺激性,故最初吸入后,除仅感觉口中有金属味外,一般无甚不适。

在连续吸入数小时后,即可出现全身症状。

吸入不甚高浓度汞蒸气引起的亚急性汞中毒,多在2～3d,甚至1～4周后发病。

吸入汞蒸气伤害肺,但其最大的伤害影响则是中枢神经系统。

汞蒸气可侵犯中枢神经、损害肾脏,严重者死亡。

3.3 无机汞中毒无机汞中毒是以消化道和肾脏损害为主要表现,常见毒物为氯化汞,其致死量约为1g。

人们可能从受污染的土壤或沉积物中摄取无机汞盐,例如氯化汞,其伤害肠胃部,甚或更伤害肾脏。

无机汞对消化道粘膜有强烈的腐蚀作用,并能随血液分布到全身各组织,但不易侵入中枢神经系统。

急性中毒:造成腐蚀性气管炎、支气管炎、毛细支气管炎和间质性肺炎。

表现为剧烈咳嗽,呼吸急促,发热,伴有神经系统症状,如头痛、头晕、多梦、失眠,还有口腔病变。

慢性中毒主要是职业性汞接触者汞中毒表现。

口腔炎为早期症状之一,口中有金属味牙龈肿胀出血,牙齿脱落,伴有酸痛、腹泻、神经衰弱、肌肉震颤等症状。

3.4 有机汞中毒元素和无机汞不是很容易被吸收到消化系统的,最容易被吸收的是汞的有机化合态。

甲基汞(CH3Hg+ )是汞的有机物的主要形式,呈白粉末状,味道类似温泉中硫磺发出的味道。

甲基汞通常是由厌氧细菌在缺氧的情况下,例如,在湿地中合成的。