土壤中汞污染及其修复技术

土壤中汞污染及其修复技术

引言：土壤汞污染已经严重危害到人类健康和生态环境，成为一个世界性问题，对其治理的各种修复措施也成为当前研究的一个热点。本文对土壤汞污染的来源、危害和修复措施等方面进行综述，指出了当前存在的问题，并对今后治理的研究方向提出了相关建议。

关键词：汞；危害；来源；修复方法

1引言

随着现代工农业的迅速发展，人口急剧增长，粮食的需求量也相应变大，越来越多种类的农药被广泛应用。此外，工矿企业的发展导致对矿产资源的过度开采使得重金属土壤污染日趋严重，一些地方生产的粮食，蔬菜，水果等食物中的重金属含量超标或接近临界值。这些农产品的重金属能够通过食物链在人或动物体内富集，成为人类生命健康的潜在威胁。2014年4月18日，环保部、国土部两部门联合发布土壤污染状况调查公报。公报显示，全国土壤总的超标率为16.1%，污染类型以无机型为主，其中排名前三的无机污染物依次为镉、汞、砷。其中汞具有很强的神经毒性和致畸作用，且积累效应和遗传毒性明显，已被EPA （美国环保署）列为优先控制污染物之一。土壤一旦被汞污染后可通过食物链在人体内富，并对周边环境安全造成严重危险(葛芳芳 and 周鸣, 2014)。因此，找到合适的汞污染土壤修复技术已成为当前的研究热点。

2汞的危害

汞是生物体的非必需的有害元素，通常情况下呈液态，常温即可能蒸发，其中金属离子在0.01～0.001mg/L就会产生毒性。一般来讲，低含量的汞一定程度上可以促进植物的生长，但是，当汞含量过高时便会在植物体内富集，对植物体产生毒害作用(何江华 et al., 2001)，主要影响植物根部对营养物质的吸收功能，进而影响地上部分的生长发育，严重的导致枯萎死亡(牟树森 and 青长乐, 1997)。

土壤中的汞如果通过食物链进入人体，会对人体机能产生损害作用，其中主要对人体产生毒害作用的是无机汞和有机汞。常见的无机汞有HgS，HgCl等，可通过食物或者呼吸进入体，虽然不易被吸收，但是对消化道有腐蚀作用，也会造成肾脏损伤。而有机汞容易被消化系统吸收，可侵入人体，与SH基结合而形成硫醇盐，使含SH基的酶失去活性，从而破坏细胞的基本代谢功能。尤其是甲基汞，可以改变细胞的通透性，破坏了细胞与外界正常的物质交换功能，造成细胞坏死。此外，甲基汞还能引起神经系统的损伤，其造成的损伤功能具有遗传性。有机汞中毒的潜伏期较长，病情发展也较为缓慢，日本水俣病就是甲基汞中毒的一个病例。

3土壤中汞的来源

自20世纪50年代在日本熊本县发现首例甲基汞中毒事件以来,不同研究领域的学者都对汞污染问题给予了高度关注(Schroeder et al., 1989)。土壤中汞的来源是多方面的。首先是土壤母质本身含汞。不同母质、母岩形成的土壤其含

汞量存在很大差异。另一方面，由于人类工农业生产活动，使汞进入环境，污染大气、水体、土壤。如有机汞农药的施用曾一度是造成大面积农田土壤含汞量普遍增加的一个重要原因。虽然近几十年限制含汞农药的生产与使用，由含汞农药带来的土壤汞污染已大大减轻。而由污水灌溉，污泥施肥等引起的局部地区的土壤汞污染却在逐渐增加。此外近些年的研究表明，大气汞的沉降也是土壤中汞的一个来源。

3.1土壤母质

汞在地壳中自然形成。汞具有亲硫性、易形成络合离子等特性，常以硫化物等形式存在于岩石中。地表岩石经过风化作用，形成土壤母质，岩石中的汞部分残留在土壤母质中，构成了土壤中汞最基本来源(王立辉 et al., 2015)。研究表明，全球不同类型土壤中汞的背景含量有所不同，一般介于0.58～1.8mg/kg，平均值估计为 1.1mg/kg，并且，有机质土和新成土中汞含量偏高(Xu et al., 2015)。土壤母质中汞的来源复杂多样，形成周期长，且容易受到自然环境的影响，因此目前很难精确估算出此来源汞的释放量。

3.2大气中汞的干湿沉降

由于汞具有挥发性，它随大气飘散迁移的范围很广。20世纪90年代，就有北欧和美国的学者研究表明，大气沉降是土壤中汞含量增加的重要原因。自工业革命以来，随着人类活动的加剧，大气中的汞含量已经增加了3倍左右(冯新斌and 洪业汤, 1997)，当前，人为源每年约向大气中排放1960t汞(Xu et al., 2015)。大气中的汞通过干湿沉降进入地表土壤，可以被有机质吸附，从而在土壤表层富集(Wang et al., 2012)。目前，已经有许多学者对大气汞干湿沉降进行研究。研究表明，与气态单质汞相比，活性气态汞与颗粒汞具有更高的水溶性和沉降速率，它们往往是大气汞干沉降主要来源。Lynam等(Lynam et al., 2014)对美国伊利诺伊州中部大气汞沉降进行研究，发现大气汞湿沉降量是干沉降量的3.4倍，说明湿沉降占大气汞沉降的主体部分;汞的湿沉降在夏天表现更为显著，这是因为夏天大气中的Hg0更易被氧化成Hg2+，加上夏天雨量较大，汞更易于进入地表部分，这些发现与Sheu等(Sheu and Lin, 2013)在台湾彭佳屿研究结果具有一致性。

3.3工业污染源

汞在许多工业生产中都被广泛应用，很多排放源如燃煤，氯碱工业，电池厂，冶炼，造纸等工业都在向环境中排放汞，且占有较大比重(葛芳芳and 周鸣, 2014)。另外，汞在自然界中分布广泛，几乎所有的矿物都含有汞，大规模的矿山开采和金属冶炼必然产生大量含汞废矿渣和冶炼炉渣，侵占周边耕地，进而对矿区土壤产生污染(张超et al., 2011)。

3 汞在土壤中的形态、迁移转化及其影响因素

3.1汞在土壤中的形态

土壤中的汞按其化学形态可分为金属汞、无机结合态汞和有机结合态汞。按结合方式分为可溶态,非专性吸附态,专性吸附态,螯合态和沉淀态。按TESSIER(Tessier et al., 1979)的连续提取分离法分为水溶态、交换态(碳酸盐结合态)、铁锰氧化态、有机结合态和残渣态。在许多含汞土壤中,汞主要以HgO或HgS

无机形式存在,土壤中具有致命毒性的汞形态是形态分析的重点。

3.2土壤中汞的迁移转化

土壤中的汞可以0,+1,+2价存在。在正常的土壤Eh和pH范围内,汞以零价(单质汞)存在于土壤中。在适宜的土壤Eh和pH下,汞的3种价态间可相互转化,转化反应如下:

当土壤处于还原条件时,汞以单质形态存在。Hg2+在含有H2S的还原条件下,生成极难溶的HgS,以HgS的状态残留于土壤中。当土壤中氧气充足时,HgS又可氧化成HgSO3和HgSO4(夏立江, 2001)。

4土壤中汞的修复技术

汞污染具有持久性和易挥发性，可造成区域性或局地性的污染，更能通过大气输送到世界各地，是一种显著的全球性污染物。在20世纪60年代，人们就意识到汞污染的严重性，并通过控制汞的使用量和排放量来减少汞污染的危害(张银玲et al., 2012)，也研究了大量技术方法来治理和修复已被污染的土壤，包括物理法、物化法、生物法等。

4.1物化法

物化法是最先发展的修复技术之一，是采用一定的工程手段对受Hg污染土壤进行修复的一种方式。

4.1.1客土法

客土法就是将已污染的土壤进行翻土、换土等,将已经污染的土壤深埋,换上新鲜的土壤,从而达到减轻危害的目的(李永涛 and 吴启堂, 1997)。这种方法被认为是改良土壤的根本措施。它具有彻底、稳定的优点,但工程量大,投资费用高,且在换土过程中,存在着占用土地、渗漏、污染环境等不良因素的影响,会破坏土体结构,易导致土壤肥力下降,所以不宜进行大面积的推广(崔雯雯 et al., 2011)。

4.1.2热处理修复技术

热处理技术主要是针对挥发性或半挥发性的土壤污染物，如Hg、As、杀虫剂等。热处理法是通过加热或者向污染土壤中通入热蒸气，将土壤中的污染物质移出土壤，集中收集处理的技术。土壤中的无机汞一般以元素汞或HgS、HgO、HgCO3等化合态的形式存在，当温度达到600～800℃时，化合物就会分解，释放出元素态的汞蒸气，从而实现汞污染土壤的修复(梁英教, 1993)。万山汞矿区土