1、1重金属污染与生态修复问题研究摘 要目前，重金属污染被国际上公认为是对人类危害最大的污染形式之一。在我国，自 20 世纪晚期以来，不少地方的重金属污染问题也日趋严重，并引起有关部门的高度重视。本文首先对重金属污染进行界定，并分析了重金属污染给人类带来的危害；接着，对我国重金属污染的现状进行描述，考察其来源并分析其类型；最后，则以江西省新余市为例，对重金属污染的治理及其生态修复问题提出相应的对策，以期给其他受重金属污染的地区提供借鉴。 关键词重金属污染；水体污染；土壤污染；生态修复 中图分类号X71/799 文献标识码A 文章编号1674-6848（2013）03-0005-11 一、重金属污染
2、及其危害 目前，对于什么是重金属尚无严格的、被大家一致认可的定义。化学上一般根据金属的密度把金属分成重金属和轻金属。所谓重金属，是指相对密度在 4.5g/cm3 以上的金属。在金属元素中，原子序数从23（V）至 92（U）的天然金属元素共有 60 种，除其中的 6 种外，其余54 种的相对密度都大于 4.5g/cm3，因此，从相对密度的意义上讲，这 54种金属都应该属于重金属。但是，在进行元素分类时，由于其中有的元素属于稀土金属，有的元素则被划归为难熔金属，所以，最终在工业上真正划入重金属的共有 10 种金属元素，即：铜（Cu） 、铅（Pb） 、锌2（Zn） 、锡（Sn） 、镍（Ni） 、钴（
3、Co） 、锑（Sb） 、汞（Hg） 、镉（Cd）和铋（Bi） 。在环境污染方面，我们所说的重金属，主要是指生物毒性显著的汞（Hg） 、镉（Cd） 、铅（Pb） 、铬（Cr） 、锌（Zn） 、铜（Cu） 、钴（Co） 、镍（Ni） 、锡（Sn） 、钒（V） 、铍（Be） 、铝（Al）以及类金属砷（As）等等。 在受污染的环境中，无论是在空气、泥土甚至饮用水中，都可能含有重金属，如引起衰老的自由基、对肌肤有伤害的微粒、空气中的尘埃、汽车尾气等，有些护肤品如润肤乳也可能重金属超标，甚至一些大米、小麦或水产品中也存在重金属过量的问题。这些重金属在化学上各有各的特性，在工业上各有各的用处，但它们都具有一
4、个共性：当它们被吸入人体，并在人体中累积达到一定程度时，会造成慢性中毒。比如，汞被食入人体后，会直接沉入肝脏并对它造成伤害，而且汞对大脑视力神经的破坏也极大；含有微量汞的饮用水，长期食用会引起蓄积性中毒，如果每升水中汞的含量达到 0.01 毫克的话，则会引起强烈中毒。镉进入人体后会导致高血压，引起心脑血管疾病，并会破坏骨钙、引起肾功能失调。铅一旦进入人体就很难排除，会直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经板，从而造成先天大脑沟回浅，智力低下；对老年人则会造成痴呆、脑死亡等。总之，这些重金属中的任何一种进入人体并达到一定指标后，都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛，并引发结石、癌
5、症、乌脚病、白血病等多种疾病，从而给身体带来极大的危害。其中，一些重金属（如汞、铅、砷等）只要在人体内蓄积就会产生潜在的毒性，而另一些则通过氧、硫化物或氯化物形成化合物而具3有毒性。 由于重金属污染的特殊性，其危害的严重性，以及重金属污染的难以排除和修复，所以，目前重金属污染被国际上公认为是对人类危害最大的污染形式之一。在界定重金属污染时，我们必须明白：虽然铜、锌等重金属元素是植物生长和代谢必需的微量元素，但当它们进入环境中的量超过环境的自净能力时，则具有相当的毒性，就会对生态系统造成污染、危害和破坏。此外，还应该知道的是：重金属污染并不只是近代才发生的现象，对距今 7000 年前格陵兰冰中铜
6、浓度的检测表明，大约自2500 年前开始水， （冰）中铜含量已超过自然水平，这种北半球早期的重金属污染是由于古罗马和中世纪原始的高污染炼铜技术所致，特别是在欧洲和中国，伴随着其“青铜时代”文明而来的则是难以避免的重金属污染。但是，古代的重金属污染毕竟范围有限、程度不深，其危害性也并不明显，真正对人类造成重大危害的重金属污染还是发生在工业革命之后，尤其是自 20 世纪后期以来，随着工业化进程的步步深入，重金属污染才真正成为一个危害人类、困扰人类的严重问题。在我国，自 20世纪晚期以来，不少地方的重金属污染问题也日趋严重，并引起有关部门的高度重视。 本文试图在对我国重金属污染现状进行描述的基础上，
7、以江西省新余市的有关做法为例，对重金属污染的治理及其生态修复问题略陈管见，以期给其他受重金属污染的地区提供借鉴。 二、我国重金属污染的现状 要明白某一地区之所以会造成重金属污染，知道其污染源是问题的4关键。所以，要考察某一地区重金属污染的现状，我们首先必须考察其来源。 （一）重金属污染的来源 重金属的来源非常广泛，传统上可以分为工业来源和农业来源。其中，工业生产中的重金属污染，随着人们对金属矿产品需求量的不断增大而逐步加深；而重金属矿山的开采及其产品的利用是重金属污染的重灾区，也是全球重金属污染的源头所在。在采矿、选矿、冶炼、锻造、加工、运输等工业生产过程中，会产生大量的重金属污染，这是国内国
8、外都遭遇过的一个残酷现实。排放的废水、废渣等直接进入水体及土壤中，废气中的重金属经沉降作用也进入土壤等环境中，从而使得环境中重金属浓度严重超标。如作为“有色金属之乡”的湖南，采选、冶炼、化工等企业多分布于湘江流域，1966 年，湘江水体中检测出铬、铅、锰、锌、砷等重金属；1978 年，湘江已成国内污染最为严重的河流之一；20世纪 90 年代之后，湘江水质呈恶化趋势，工业污染导致的重金属污染日益严重。废弃尾矿也是重金属污染的一个重要来源。矿区堆放的尾渣是一个普遍存在的环境污染源。尾矿中的重金属含量通常很高，在迁移转化过程中往往会带来严重的环境污染问题。 由于重金属的难以分解性，重金属被排入环境后
9、具有永久性，且具有明显的累积效应，由此引发的环境问题日趋严重。以云南铅锌矿为例，云南拥有国内储量最大的兰坪铅锌矿和国内品位最富的会泽铅锌矿，它的开采量日益增大，而产生的环境问题也随之日益增多。由于云南铅锌矿山布局分散、规模偏小、工艺技术落后、装备水平低，并且有相5当一部分乡镇和个体私营企业没有专门的尾矿坝，尾矿、废水随意排放了，加之由于当地开发无序，滥采滥挖，环保投入不足，导致矿山特别是铅锌矿山老化，品位下降，开采难度增大，造成一定的环境污染，并使得生态环境的修复、改造和维护难以进行。 在农业生产中，污水灌溉、农药、劣质化肥等的不合理使用，也是重金属重要污染的重要来源。以磷肥为例，生产磷肥的磷
10、矿石成分复杂，含有较多的重金属如锌、铬、镍、铜、镉、铅等，对其不合理使用，则劣质化肥中的重金属杂质会直接导致土壤的被污染。 随着城市化进程的加快，一些有别于以往的为城市所特有的污染来源亦随之产生，城市正在日益变成重金属污染的重要来源之一，污染过程主要包括污水处理中产生污泥的堆放、垃圾渗滤液的泄漏、含铅汽油的使用以及汽车交通等。污水处理厂产生的污泥中含有大量的重金属，如不经处理直接排放，会对土壤环境造成二次污染。城市垃圾在焚烧过程中产生的飞灰及堆放填埋过程中产生的渗滤液中的重金属量通常也会严重超标。含铅汽油的燃烧是城市铅污染的一个重要来源，汽车轮胎添加剂中使用的锌也导致城市土壤的锌污染。研究发现
11、，交通密集公路带土壤中铅、铜、锌、镍、锰、钴的含量均显著高于交通非密集区域土壤中的重金属含量，交通主干道两侧土壤中重金属元素的含量显著高于公园土壤，这表明交通运输过程中产生的重金属污染是相当严重的。 （二）我国重金属污染的总体状况 我国是一个重金属开发历史悠久的国家。早在商代，我国就已经很好地掌握了炼铜技术，并凭此进入到文明化程度很高的“青铜时代” 。到6了春秋战国时代，则很好地掌握了炼铁技术。新中国成立后，由于社会经济发展的需要，重金属矿产的开发利用更是得以飞速发展，尤其是近几年，我国重金属产量和对矿产品需求量快速增长。目前，为了满足日益扩大的需求量，我国还在建立 190 万 t 新铅产能以
12、及 290 万 t 锌产能。由此可见，重金属资源是国民经济发展的基础和重要的组成部分。当然，就像一把双刃剑，重金属在促进国民经济发展的同时，也产生了种种环境污染问题：一方面，重金属资源的开发为我国社会经济的快速发展作出了巨大的贡献，另一方面，大量重金属资源的不良开发活动势必会造成严重的重金属污染，尤其是乡镇、个体矿山的开发，由于其各方面的技术、设备简陋，环保意识缺乏等原因，对土壤、水源的破坏和污染均非常严重。 据统计，目前全国不同程度遭受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积已接近 2000 万 hm2，约占耕地面积的 l/5，且绝大部分未得到合理治理。据农业部环境监测系统近年的调查，我国 24
13、 个省（市）城郊、污水灌溉区、工矿等经济发展较快地区的 320 个重点污染区中，污染超标的大田农作物种植面积为 60 万 hm2，占监测调查总面积的 20%；其中重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的 80%以上，铅、镉、汞、铜及其复合污染尤为明显。如天津近郊因污水灌溉导致 0.23103km2 农田受到污染；广州近郊因为污水灌溉污染农田 27.0km2，因施用含污染物的底泥造成 13.3km2 的土壤被污染，污染面积占郊区耕地面积的 46%；20 世纪 80 年代中期对北京某污灌区进行的抽样调查表明，大约 60%的土壤和 36%的糙米存在污染问题。又据我国7农业部
14、所作的全国污水灌区调查结果显示，我国目前污水灌区面积约 140万 hm2，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的 64.8%，其中轻度污染的占 46.7%，中度污染的占 9.7%，严重污染的占 8.4%，并且以汞和镉的污染面积最大。此外，据统计，我国约有 3 万多公顷土地受汞的污染，有 1 万多公顷土地受镉的污染，每年仅生产镉米就达 5 万 t 以上，而每年因污染而损失的粮食约 1200 万 t，严重影响了我国的粮食生产和食物安全。江西大余县污灌引起的 Cd 污染面积达 5500 万 hm2，青岛市2.7-9%的农田土壤分别受到 Cr、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn 等 7 种重金属的轻
15、污染，沈阳张士污灌区多年使用沈阳市重工业部门排放的污水灌溉，有 2533hm2 土地遭受镉的污染，其中严重污染占 13%，污水灌区人尿中镉的含量增高，癌症、风湿性关节炎、肾炎等平均患病率均高于清水灌区。 （三）重金属污染的主要类型 与世界上其他许多被重金属污染的国家和地区一样，我国的重金属污染也是主要存在水体污染和土壤污染两种类型。 1.水体重金属污染 重金属污染已成为水环境面临的重要污染问题之一，著名的“公害病”水俣病和骨痛病就分别是由重金属汞和镉污染引起的。重金属具有高毒性、持久性、难降解性等特点。一般而言，通过自然途径进入水体中的重金属一般不会对水体造成污染，但由于人类活动导致的大量含有
16、重金属的污染物在进入水体之后，却既可以直接通过饮用水或生活用水作用于人体，也可以为水生动植物富集吸收而进入食物链，从而危8害人畜安全。试验证明，镉质量浓度为 1.0mg/L 的溶液 24h 可使栅藻中毒，表现为细胞质萎缩以及叶绿体的被破坏。重金属对水生动物也有很强的毒害作用，短暂地暴露在高浓度的重金属溶液中的鱼类会产生应激反应，使鱼体的免疫能力降低。据研究，重金属铜、锌、锰的积累对鱼类的性别、体长都存在一定的影响。 城市生活污水、工业废水和矿山开采、金属冶炼等所产生的污染物通过不同方式进入水中，是造成水体重金属污染的主要原因。目前，我国各大江河湖库普遍受到不同程度的重金属污染，其底质的污染率高
17、达80.1%，而且已经开始影响到水体的质量。据调查，2003 年，黄河、淮河、花江、辽河等十大流域的流片，在不同程度上都遭受重金属污染，且都超标；2004 年，太湖底泥中总铜、铬、铅均处于轻度污染水平；黄浦江干流表面沉淀物中镉背景值是正常值的 2 倍，铅则是背景值的 1 倍，而汞的含量也有明显的增加；苏州河中的铅全部超标，镉超标 75%，汞则超标 62.5%。总之，现在我国城市河流中的铅总量均超过了标准值，全国近岸河域海水中铅、汞、镉、铜等重金属也存在严重超标现象。 2.土壤重金属污染 土壤是人类生态环境的重要组成部分，是人类赖以生存、生产、生活的主要自然资源之一，也是人类获取食物和其他再生资
18、源的物质基础。近几十年来，随着人类对自然资源的过度开发和利用，农用化学物质种类、数量逐年增加，工业、城市污染逐渐加剧，导致土壤重金属污染日益严重，并已成为一个危害全球环境质量的主要问题。 所谓土壤重金属污染，是指由于人类活动使重金属在土壤中的累计量明显高于9土壤环境背景值，致使土壤环境质量下降和生态恶化的现象。其中，尤其受人们关注的是毒害性较大的汞、镉、铅、铬以及类金属砷。重金属元素是一种潜在的污染物，很难被土壤微生物降解，它一旦污染土壤，便具有累积性、隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，治理起来将非常困难。因此，对重金属污染过的土壤进行改良和生态修复，已成为土壤学和环境科学领域的重要研究内容。
19、土壤重金属污染是影响人类健康和环境质量的主要问题之一。由于自然地理环境各组成要素之间是相互渗透、相互联系、相互作用的，介于无机与有机成分之间的土壤的质量恶化，必然会导致水圈、大气圈、生物圈也相应地发生变化。如土壤中的有害金属会通过雨水的冲刷、携带和下渗向水体中迁移或流失；附着在土壤颗粒表面的重金属容易在风力作用下进入大气；另外，土壤中的有害物质会影响到土壤表面的植物、土壤动物、微生物。总之，土壤中的有害金属最终会通过植物富集经食物链影响人体健康，还可能会通过饮用水或大气浮尘来危害人体健康。如广西某铅锌矿区的开发引发土壤的镉污染，当地居民有很多人出现腰背酸痛、尿镉增高等症状。另据美国学者统计表明
20、，城市儿童血铅与城市土壤铅含量呈显著的指数关系。另外，土壤重金属污染会抑制植物生长，进而影响农作物的产量和质量。如镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合引起氨基酸蛋白质的失活，甚至导致植物的死亡；镉通过形成过量的氧自由基，影响植物体内抗氧化酶活性，破坏细胞膜系统、蛋白、核酸等生物大分子，抑制水稻叶绿素合成和植株生长。土壤重金属污染，给国家带来严重的经济损失。据报道，中国每年因重金属污染而减10产粮食 1000 多万 t，被重金属污染的粮食每年也多达 1200 万 t，合计经济损失至少达到 200 亿元，这对于耕地资源有限、人口总量不断增加的中国来说，粮食的数量安全受到威胁；与此同时，由于重金属的污染，其
21、质量安全也无法保障，许多地方的粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷等重金属含量超标或接近临界值，如江西省某县的耕地遭到一定程度的污染，形成 670hm2 的“镉米”区，从而引发比较严重的生态安全问题。除耕地之外，我国不少的工矿区和城市也不同程度地存在土壤（或土地）重金属污染问题。 不仅我国如此，土壤重金属污染也是一个让人头疼的全球性难题。比如，日本就是世界上土壤污染发现最早，也是污染较为严重的国家之一。目前，世界上许多国家的土壤正遭受不同程度的重金属污染。据统计，全世界平均每年向土壤系统排放的汞约为 1 万 t、锰约为 1500 万t、铅约为 500 万 t、镍约为 100 万 t、铜约为 340 万 t。 三、对重金属污染的防治及其生态修复：以江西省新余市为例 重金属污染不仅会直接或间接地危害人体健康，而且对这种污染的生态修复是十分困难的。如今，重金属污染已经成为一个世界性的环境问题。鉴于这一问题的严重性和紧迫性，目前世界各国的实际部门和专家学者均非常关注重金属污染问题。在中国，对重金属污染的防治，以及对被污染环境的生态修复，亦被提上环境保护工作的重要议程。当然，由于重金属污染的特殊性及其生态修复的艰巨性，目前国际上都还没有找到一种可以一劳永逸地解决这一生态难题的可行方法。就此而言，江西省新余市在对重金属污染的防治，及其对被污染环境的生态修复方面
