土壤中鎘污染現(xiàn)狀與防治

1、專業(yè)：應(yīng)用化學(xué) 班級：2009級 選題類別：鎘污染學(xué)號2009071916 姓名：張濤 成果:【題 目】：土壤中鎘污染現(xiàn)狀與防治【摘 要】：本文文章闡明白鎘污染的來源與現(xiàn)狀，同時對鎘污染治理的方法，做了系統(tǒng)的綜述。并提示人們要提高土壤質(zhì)量意識，愛護(hù)生態(tài)環(huán)境。 【關(guān)鍵詞】：土壤，鎘污染，防治方法 目前,我國受鎘、砷、鉛等重金屬污染的耕地面積 2.0×107hm2,約占總耕地面積的 1/5；其 中工業(yè)“三廢”污染耕地 1.0×107hm2；污水澆灌的農(nóng)田面積 3.3×106hm2。我國每年因重金屬 污染而減產(chǎn)糧食超過 1.0×107t，另外被重金屬污染的糧食

2、每年也多達(dá) 1.2×107t，由此造成的 經(jīng)濟(jì)損失合計至少為 200 億元。在全部重金屬污染，以鎘污染最為嚴(yán)峻。尤其是近年來 伴隨著采礦、冶金以及鎘處理等工業(yè)的進(jìn)展，我國農(nóng)業(yè)土壤受鎘污染也日趨嚴(yán)峻。鎘是毒性 最強(qiáng)的重金屬元素之一，危害極其嚴(yán)峻，土壤中過量的鎘會抑制植物的正常生長，在可食部 分的殘留還會通過食物鏈影響到人體的健康，因此對鎘污染土壤的治理已經(jīng)引起國內(nèi)外的 廣泛重視。一、土壤中鎘的來源人體積累的鎘的最主要的來源是通過食物即農(nóng)產(chǎn)品的攝取。而食物中的鎘主要來源于土壤。土壤環(huán)境中的鎘的來源包括自然和人為來源。(1)自然的鎘主要來源于巖石和礦物中的本底值。鎘與鉛鋅礦、煤礦、磷礦有最

3、親密的正相關(guān)關(guān)系，能在鉛鋅礦、含煤巖系、含磷地層四周形成鎘元素高值區(qū)。 (2)人為來源的鎘豐要來源于工業(yè)“三廢”和含鎘肥料大量施用。工業(yè)廢氣是造成空氣鎘污染的主要來源，在偏遠(yuǎn)地區(qū)的空氣中鎘的含量一般低于1OpgmL，但在工業(yè)區(qū)四周的大氣中鎘的含量較高。較高含量的鎘通過降雨或沉降進(jìn)入土壤，在土壤中積累。工業(yè)廢水澆灌：鎘在電鍍、顏料、鎳鎘電池工業(yè)、電視顯像管制造中的應(yīng)用格外廣泛，隨著采礦、冶煉和電鍍工業(yè)的不斷進(jìn)展，大量的含鎘廢水排入河流中，用于澆灌必污染土壤。大量的工業(yè)固體廢棄物的積累、農(nóng)田施用污染的污泥、長期施用一些含鎘的農(nóng)用化肥也必定會造成鎘在土壤中的大量沉積，造成土壤中鎘的總帚增加。二、鎘污

4、染的危害 由于鎘不能被土壤中微生物降解，半衰期超過20年，其污染為不行逆的積累過程；鎘又是生物遷移性很強(qiáng)的重金屬，極易被植物吸取并累積，超過肯定限度不僅嚴(yán)峻影響作物的產(chǎn)量、品質(zhì)，而且可食部分極易通過食物鏈在人體內(nèi)積累并危害人體健康。鎘是植物生長的非必需元素，當(dāng)鎘進(jìn)入植物體內(nèi)并積累達(dá)到肯定程度時，植物就會表現(xiàn)出毒害癥狀，通常會消滅生長遲緩、植株矮小、退綠、產(chǎn)量下降、質(zhì)量下降等。對人類而言，鎘對人體健康的危害主要是污染土壤中的鎘可以通過食物鏈進(jìn)入人體造成嚴(yán)峻的危害。鎘被人體吸取后主要分布在肝與腎中，與低分子蛋白質(zhì)結(jié)合成金屬蛋白。鎘中毒主要表現(xiàn)為腎臟功能的損害和肺部的損傷，導(dǎo)致腎皮質(zhì)壞死、腎小管損害

5、、肺氣腫、肺水腫，還可以引起心臟擴(kuò)張和高血壓，長期攝入鎘將會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、脆化、腰病、脊柱畸形。三、土壤中鎘的賦存形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)化1、Cd有兩種常見價態(tài)，0價和+2價，鎘在土壤中只能以二價簡潔離子或簡潔配位離子的形式存在于土壤溶液中，如Cd2+、CdOH+、Cd(OH)、CdCl+、CdOHCl、CdS04、CdHC03+等，以難溶態(tài)Cd(OH)2、CdC03、Cd3(PO4)2、CdS等存在于土壤中。Cd與有機(jī)配體形成協(xié)作物的力量很弱，故土壤中有機(jī)結(jié)合態(tài)的鎘較少。2、土壤中鎘的分布集中于土壤表層，一般在015 cm，15 cm以下含量明顯削減。各剖面不同深度上，元素含量隨土壤質(zhì)地不同而有明顯不

6、同，一般重金屬元素隨土壤粘性增大其含量上升。Cd元素在水稻土中遷移力量最強(qiáng)。Cd遷出率隨土壤質(zhì)地變而增大，隨pH值和土壤有機(jī)質(zhì)含量增大而降低。水溶性有機(jī)質(zhì)(DOM)對土壤中Cd的吸附行為具有明顯的抑制作用，這種抑制作用與土壤類型和DOM種類有關(guān)。四、土壤中鎘污染治理方法關(guān)于土壤鎘污染的治理，世界各國都在爭辯，總的來說，目前大致有以下六種治理措施：1、 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法農(nóng)業(yè)生態(tài)法是通過轉(zhuǎn)變耕作制度、調(diào)整作物品種以及轉(zhuǎn)變土壤的水肥條件等方法來解決土壤污染的問題。（1）、把握土壤水分把握土壤的 Eh 及土壤的水分狀況，使土壤作物有一個較為穩(wěn)定的滯水期，可以削減鎘進(jìn)入植物體內(nèi)的含量，即削減進(jìn)入果實(shí)和莖實(shí)

7、中的含量。據(jù)爭辯，在水稻抽穗期到成熟期，削減落干，保持淹水，可明顯削減稻籽實(shí)中的鎘!鋅等金屬的含量。 （2）、施用有機(jī)肥通過施用有機(jī)肥（堆肥、廄肥、植物秸桿等有機(jī)肥），增加土壤有機(jī)質(zhì)有利于改良土壤 結(jié)構(gòu)，可增加土壤膠體對重金屬的吸附力量，為土壤供應(yīng)絡(luò)合、螯合劑，而且有機(jī)質(zhì)也是良 好的還原劑，可以促進(jìn)土壤中鎘形成硫化鎘。張亞麗等爭辯表明，有機(jī)肥的施用可以明 顯地降低土壤中有效性鎘的含量，其中豬糞的效果優(yōu)于秸桿類。與此同時還應(yīng)把握常用化肥 的施用，由于化肥中的 Cl-，SO42-，H+可以活化土壤中的鎘，提高土壤中的交換態(tài)鎘的含量（3）、選用抗污染的作物由于作物種間和種內(nèi)對鎘吸取的差異，在土壤鎘污

8、染地區(qū)選種一些抗鎘污染性強(qiáng)的植 物，以降低鎘污染的危害。爭辯表明，菠菜、小麥、大豆對鎘的吸取量較高，不宜種植；而 玉米、水稻等較低，可以種植。云南農(nóng)業(yè)高校與法國卡賽里克高校里爾高級農(nóng)學(xué)院合作，經(jīng) 過多年的共同努力，在云南篩選出對鎘吸取力量較強(qiáng)的超累積植物種類，如小花南芥、續(xù)斷 菊、巖生紫堇、中華山蓼、紅葉芨芨草等，這些植物的根系能直接把污染元素從土壤中吸走， 從而修復(fù)被污染的土壤。在含鎘 100mg/kg 的土壤上種植蓖麻，五年后，土壤鎘平均降低27.6%。柳（Salix）屬的某些植物能大量富集鎘，瑞典的 Tommy Landberg 等對不同土壤 中不同無性系的 Salix 富集鎘的狀況進(jìn)行

9、了爭辯，發(fā)覺 Salix 的不同 clones 對鎘的吸取狀況 不同，而且土壤的物理化學(xué)性質(zhì)（pH、有機(jī)質(zhì)含量、CEC 等）對富集也有重要的因素。 東南景天是我國鏡內(nèi)新發(fā)覺的一種鎘超積累植物這種植物不僅生物量較大，對鎘超積累， 而且具有多年生、無性繁殖和適于刈割的特點(diǎn)，是實(shí)施植物修復(fù)和爭辯超積累機(jī)制的良好材料。另外，在污染區(qū)大路兩側(cè)盡可能種樹、種花、種草，不但可以美化環(huán)境，還可凈化 土壤。（4）、 轉(zhuǎn)變耕作制度為了盡可能的削減鎘污染，盡可量削減受鎘污染的產(chǎn)品進(jìn)入食物鏈，可以在中、重度污 染地區(qū)改種非食用植物，改種一些觀賞性作物或經(jīng)濟(jì)作物。如：花卉、苗木、棉花、桑麻等。 王凱榮等爭辯表明，污染農(nóng)

10、田種桑樹后土壤鎘的含量普遍下降，下降幅度在 8.1%83.9%， 平均為 37.1%，同時通過農(nóng)田桑蠶生產(chǎn)模式取得了良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、和社會效益。此外， 還可以在鎘污染區(qū)作為良種繁育基地，張士灌區(qū)污染嚴(yán)峻地塊改做水稻、玉米良種基地，收 獲的稻米不作為直接食用的商品糧，做種子，秋后糙米中含鎘量小于 0.1mg/kg，每公頃產(chǎn) 量達(dá) 5000kg 以上，效益顯著。2、 生物修復(fù)方法生物修復(fù)是利用某些特定的動、植物和微生物較快的吸走或降解土壤中的污染物質(zhì)以達(dá) 到凈化土壤的目的。對于土壤鎘污染，也同樣可以應(yīng)用動植物和微生物體系進(jìn)行生物修復(fù)治 理。經(jīng)爭辯蚯蚓及某些鼠類可以降解土壤中的一些農(nóng)藥、吸取走土壤

11、或污染物中的重金屬。KU-MAR 等發(fā)覺不同的土壤中某些柳屬的無性系客隆對鎘離子具有較強(qiáng)的吸取力量。 目前的生物修復(fù)的爭辯中以植物修復(fù)爭辯的較為廣泛。比如：羊齒類鐵角蕨屬植物及富鎘莧 科植物（特殊是野生莧）等對土壤鎘的吸取力量很強(qiáng)。蘇德純在油菜對土壤鎘污染的修復(fù)力量的爭辯得油菜溪口花籽有較強(qiáng)的耐鎘特性和吸取鎘的力量，是可以用于修復(fù)鎘污染土壤的超積累物種資源。此外，劉云國 爭辯表明，象月季等花卉作物對重金屬鎘具有很強(qiáng)的富集作用，在試驗(yàn)觀測期間，植物平均每天吸取 1.7576mg/L 且生長發(fā)育良好，也可以作為鎘污染生物整治的植物，而且不進(jìn)入食物鏈不會對人體產(chǎn)生危害。 對土壤鎘污染進(jìn)行生物修復(fù)具有

12、良好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價值,結(jié)合現(xiàn)代分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和基因工程等新興理論，培育對污染土壤鎘具有很強(qiáng)吸取力量的動物、植物和微生物是目前爭辯土壤鎘污染治理的一個重要方向。 3、 化學(xué)治理方法 化學(xué)治理就是向污染土壤中投入改良劑、抑制劑、增加土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量和粘粒的含量，轉(zhuǎn)變 pH和電導(dǎo)等理化性質(zhì)，使土壤中鎘發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低鎘的生物有效性。 對于土壤鎘污染，目前用的比較廣泛的方法是向土壤添加改良劑、表面活性劑、金屬拮抗劑等，如磷酸鹽、石灰、硅酸鹽被認(rèn)為是處理土壤鎘污染的常用試劑。沈陽張士污灌區(qū)進(jìn)行的大面積石灰改良試驗(yàn)表明，每公頃施石灰 1500-1875k

13、g，鎘含量下降 50% 。楊景輝爭辯表明，施用磷酸鹽類物質(zhì)可使重金屬形成難溶性的磷酸鹽。BARBAM GWOREK用膨潤土合成沸石等硅鋁酸鹽作為添加劑鈍化土壤中重金屬，顯著的降低了受鎘污染土壤中的鎘的作用濃度。土壤鎘濃度 49.5mg/kg 時，加入量為土重的 1%2%中，萵苣葉中鎘的濃度降低量達(dá) 60%80%。通過離子之間的拮抗作用來降低植物對鎘污染土壤中鎘的吸取，依據(jù)法國農(nóng)科院波爾多試驗(yàn)站的爭辯結(jié)果表明在污染土壤上施加鐵豐富的物資，鐵渣、廢鐵礦等，能明顯降低植物中鎘、鋅的含量。 4、 物理方法 現(xiàn)在常用的物理方法有電化法、提取法、玻璃化法；電化法是美國路易斯安那州立高校爭辯的一種凈化土壤環(huán)

14、境污染的方法。該法是在飽和的粘土中插入石磨電極，通過低強(qiáng)度直流電（15mA）后，使金屬陽離子流向陰極，然后實(shí)行措施回收。該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于清除土壤中鎘的污染 。提取法分為沖洗法、洗土法和浸濾法等。這幾種方法的原理相同，都是利用試劑和土壤中的鎘作用，形成溶解性的鎘離子試劑絡(luò)合物，最終從提取液中回收鎘，并循環(huán)利用提取液 。玻璃化技術(shù)是利用電極加熱將污染的土壤溶化，冷卻后形成比較穩(wěn)定的玻璃物質(zhì)。玻璃化技術(shù)比較簡單，實(shí)地應(yīng)用中會以達(dá)到統(tǒng)一的溶化以及地下水的滲透等問題。此外，熔化過程需要消耗大量的電能，這使得玻璃化技術(shù)成本很高，限制了它的使用 。 5、 工程治理方法 工程治理是指用物理或物理化學(xué)的原理來

15、治理鎘污染。對于鎘污染土壤常用排土客地法、清洗法、電泳法等。 （1）、 排土客地法 排土客地法也稱客土法，就是向污染土壤加入大量的潔凈土壤，掩蓋在表層或混勻，使污染物濃度下降到臨界危害濃度以下或削減污染物與根系的接觸從而達(dá)到減輕危害的目的。這種方法被認(rèn)為是改良土壤的根本措施，吳燕玉 等在張士灌區(qū)調(diào)查土壤中鎘的含量，發(fā)覺 77%86.6%土壤鎘累積在 30cm 以上的土層，尤其在 05cm，510cm 內(nèi)含量很高，去表層土 1530cm 可使米鎘下降 50%左右。但是這種方法耗費(fèi)大量的資金、人力、物力，排出的污染土壤又很簡潔引起污染，而且土壤肥力會有所下降，所以對換出的土壤應(yīng)妥當(dāng)處理同時還應(yīng)對土

16、壤多施肥以補(bǔ)充土壤肥力 。 （2）、 清洗法 清洗法就是用清水或含有能增加金屬水溶性的某些化學(xué)物質(zhì)的水把污染物沖至根部外層，再用含有肯定配位體化合物或陰離子與金屬形成比較穩(wěn)定的絡(luò)合物或生成沉淀以防止污染地下水。日本用稀鹽酸或 EDTA(450kg/hm )撒在稻田或旱地(土壤含鎘量分別為 10.4，27.98mg/kg)淹水或小雨淋洗，清洗 12 次,水量以能到達(dá)根層以外而未達(dá)到地下水為宜。試驗(yàn)表明清洗 次可使耕層鎘降低 50%，2 次使米鎘削減 80%，但蔣先軍等 爭辯得，EDTA加入土壤僅 1周,水溶態(tài)的鎘增加數(shù)百倍,交換態(tài)的鎘增加了數(shù)十倍，可能由于 EDTA提高了土壤鎘的移動性，增加了對

17、植物的毒害，而且還會由于水溶態(tài)和交換態(tài)鎘劇增帶來了地下水污染的風(fēng)險，因此，使用 EDTA或其它絡(luò)合劑時要慎重。 （3）、 電泳法 電泳法是目前新興的重金屬處理方法，即在土壤中插入兩個石墨電極,在穩(wěn)定的電流作用下，金屬離子在電壓的驅(qū)動下向兩極移動積聚，然后再進(jìn)行處理 。 6 、微波輻照技術(shù) 微波輻照技術(shù)是通過加熱土壤，使其中的鎘得以收集破壞或固定，從而達(dá)到治理的目的，該項(xiàng)技術(shù)目前僅處于試驗(yàn)室爭辯階段。ABRAMOVITCH 等 對質(zhì)量濃度為 11.40mg/kg 的鎘污染土壤進(jìn)行了間歇式的微波照射。配制好的土壤樣品在經(jīng)微波輻照前先將一小段鉛筆芯插入其中，但勿插至土壤底部，并保證約有 0.5cm的

18、鉛筆芯露出土壤表面，然后鋪置一層松散的玻璃絲，在微波間歇輻照過程中發(fā)覺土壤變紅并間或發(fā)出火花，照射結(jié)束后，測其質(zhì)量濃度為 4.59mg/kg。 五、總結(jié) 綜上所述，國內(nèi)外對于土壤鎘的污染現(xiàn)狀與治理，取得了肯定成果，也存在一些理論上和技術(shù)上的問題，如土壤中鎘與土壤中礦物之間的吸附與解吸。固定與釋放的平衡關(guān)系的研究，土壤中鎘的形態(tài)特征、轉(zhuǎn)化與遷移規(guī)律的系統(tǒng)爭辯，土壤中二次污染的準(zhǔn)時處理等?？偠灾寥乐墟k的污染問題，應(yīng)從源頭抓起，把握污染源。對于我國這樣一個人多地少的農(nóng)業(yè)大國，開展綜合治理措施，顯得更為必要和迫切。 參考文獻(xiàn)1 崔德杰，張玉龍土壤重金屬污染現(xiàn)狀與修復(fù)技術(shù)爭辯進(jìn)展J 西安：土壤通報， 20