砷污染土壤的危害与修复技术

砷污染土壤的危害与修复技术研究

摘要本文简要的论述了土壤中As 污染的主要来源，土壤中砷及其化合物对生物和人类的危害，探讨了土壤砷污染的不同修复技术研究现状及特点。最后展望了As 污染土壤生物挥发研究的未来。

关键词砷污染土壤修复技术

引言

砷（As）是亲S 元素，在地壳中以硫砷矿（雌黄As2S3，雄黄As4S4，砷硫铁矿FeAsS）存在或者伴生于Cu、Pb、Zn 等硫化物。由于As 在许多行业的广为应用，通过开采、加工、使用、废弃等过程使其大量残留到土壤中，造成世界范围内土壤中As 污染普遍存在[1-2] 。据统计, 目前世界上有19 个国家发生较大区域的砷污染。在孟加拉国、印度的西孟加拉邦、阿根廷和越南,由于地下水污染导致3900 万以上的人口受到不同程度的砷毒害,700 万人口受到严重伤害[3-4],由于饮用高砷井水,在我国的内蒙古、山西、新疆等地居民发生了不同程度的砷中毒,导致皮肤病理损害[5-6]。. 随着工农业的发展和含砷化学物质的不断应用,砷污染已成为一个世界性的严重问题。土壤、大气和水体中的砷污染也正危胁着作物生产和人类的健康。因此,研究砷的污染和修复技术具有重要的现实意义,减少或者消除砷的污染和毒害也是一个亟待解决的重要课题。本文就土壤中As 污染的来源和土壤中砷及其化合物污染对生物和人类的危害，探讨了土壤砷污染的不同修复技术研究。

1 土壤砷污染的来源

土壤中As的本底主要来源于成土母质，其浓度大小和分布由成土过程的环境因素所决定；虽然相对于成土母质有了明显的富集，但一般不会超过15 mg/kg （除一些特殊的富As地区外）[7-8]。造成土壤污染的高浓度As主要来源：来自于大气中的砷：大气中的重金属含量变化对土壤中砷含量具有明显的影响。比利时每年从大气进入土壤中的砷为15g/ha[9]。在湖南省石门县雄黄矿附近的 3 个村调查发现, 土壤含砷量为84～296mg/kg[10], 超过我国一级土壤环境质量标

准( 15mg/kg) 的6～19 倍。在我国贵州省某些地区, 煤中砷含量高达100～9000mg/kg [11]。煤的燃烧可向大气中排放大量的砷，煤炭中含As 2 ~ 82 mg/kg，但褐煤中可高达1500 mg/kg，一方面它们在露天堆放中会直接释放一部分到大气中；另一方面在使用中产生As污染，如火电厂燃煤产生的飞灰和灰渣中含有大量的As，特别是粒径较小的飞灰[12-14]。随农药和化肥进入土壤中的砷：砷化物曾经或正被广泛用于农业中做杀虫剂、消毒液、杀菌剂和除草剂；另外一些化肥中也含有一定量的As。无机砷化物被用作广谱的土壤杀菌剂和除草剂，由于难降解和毒性，现已被有机As除草剂如甲基胂酸取代，虽然它们对哺乳动物毒性较少，但能在土壤中持久存在并且可为植物所利用[15]。在农业地区, 特别是在西方国家的家庭园林中由于经常施用含砷农药, 使得土壤中砷的残留量明显增加, 个别情况下土壤砷含量达到112mg/kg[9]。据估计[16]在美国新泽西州, 1900～1980 年, 大约有6840t 的砷以农药的形式进入土壤中, 未施过含砷农药的土壤砷含量极少超过10mg/kg, 而重复施用含砷农药的土壤, 砷含量可高达2000mg/kg 以上。磷肥中砷含量一般在20～50mg/kg, 高的可达几百

mg/kg[17]，若长期大量施用可使土壤中的砷不断积累,造成土壤砷严重污染。随污水进入土壤中的砷：砷化物可作为某些工业生产中的添加剂、脱毛剂、防腐剂、脱色剂, 在生产过程中砷主要以废水形式向环境中释放, 亚砷酸钠曾被用来作为动物皮毛处理的杀虫剂，使用后的废弃液排放到土地上，可造成表层土和亚表层土分别高达435和1010 mg/kg的污染[18]

2土壤中砷对植物和人类的危害

2.1土壤中砷的价态和形态

As 主要有-3、0、+3、+5 等4 种价态，形成AsO2-、AsO43-、HAsO42-、H2AsO3这四种形态[19－20]，以及硫化物、甲基化的As 化合物等。砷在土壤中的存在形态决定着砷对生物的有效性和毒性[21 ]. 土壤中砷以无机态为主,而无机

态砷又以As ( Ⅴ)为主,土壤中的As ( Ⅴ)和As ( Ⅲ)之间可以通过氧化- 还原反应而发生价态转变,二者之间保持动态平衡[22-23 ]. 进入土壤的砷, 通过径流

机械作用、物理化学作用和生物作用, 部分水溶性砷和粘土颗粒吸附砷随径流

进入水体; 但是绝大部分砷通过吸附- 沉淀、离子交换、络合、氧化还原反应等作用滞留在土壤中[ 24 ]。

2.2砷及其化合物对植物的危害

砷是植物强烈累积的元素，同时砷是生物生长过程中的有害元素。由于土壤中含有砷, 所以植物生长过程中都吸收了一定数量的砷。砷对作物毒害的外观症状十分明显,表现为根条数减少,根系发褐、发黑,根重量、根体积下降,植株矮小,叶片失绿发黄,植株长势弱,生长发育延迟,严重时不能开花结实,甚至死亡[25-26]。植物吸收As 主要通过根系，通过共质体途径进人体内的[27]过量的砷可降低伤流和蒸腾速率抑制根系的活性、阻碍对水分、氮、磷、钾、镁、钙等养分的吸收和运输植物表现为叶片脱落根部伸长受阻,直至植物枯死不同种类植物对土壤中砷污染的抗性不同,早生植物抗性大于水生植物禾谷类植物抗性大于豆类、黄瓜等蔬菜。

2.3砷及其化合物对人体的危害

砷对人类健康的危害很大, 高浓度时可立即杀死细胞, 一次误服0 . 1 克AS2O 3; 可危及生命。因此美国环境保护机构己于2001 年1 月将饮用水砷限量从50 个pp b 降低到10 个pp b。通常人体平均含砷量小于0 . 1 克或小于干重的1 . 4×10- 4 % 。人体平均每日交换砷0 . 5 毫克, 其中随食物摄取0 . 3 毫克, 随水摄入0 . 2 毫克。如果摄入量超标(每日平均交换砷0 . 5mg)砷就会在人体内蓄积, 过量的砷对人有明显的危害或产生中毒。砷化物的毒性作用, 主要是与人体细胞中酶系统的流基相结合, 致使细胞酶系统作用障碍, 从而影响细胞的正常代谢, 砷进入血循环后, 还可直接损害毛细血管, 同时可使心、肝、肾等实质性器官发生脂肪性变。急性中毒症状初期为恶心、呕吐、腹泻、继之出现中毒性神经炎和肾炎等症状。砷有致癌作用, 接触砷的人常有肺癌和皮肤癌发生。

3砷污染土壤的修复技术

3.1工程措施法

工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等。换土就是把污染土壤取走, 换入新的干净土壤。客土法是向污染土壤内加入大量的干净土壤, 覆盖在表层或混