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造成環(huán)境污染的重金屬有多種來源途徑，首先是成土母質(zhì)本身含有一定量的重金屬，且不同的母質(zhì)、成土過程所形成的土壤含有重金屬量差異很大。其次，人類頻繁的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，也能造成重金屬對(duì)大氣、水體和土壤等環(huán)境的污染，其中重金屬最主要的幾種來源途徑是大氣中重金屬沉降，農(nóng)用物資如農(nóng)藥、化肥、塑料薄膜等的不合理使用，污水灌溉，污泥施肥，含重金屬的礦業(yè)、工業(yè)廢棄物的堆積，金屬礦山酸性廢水污染等。
大氣中重金屬沉降
大氣中的重金屬主要來源于能源、運(yùn)輸、冶金和建筑材料等工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣的排放及汽車輪胎磨損所產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。它們主要分布在工礦的周圍和公路、鐵路的兩側(cè)。除Hg以外，大多數(shù)重金屬基本上是以氣溶膠的形式進(jìn)入大氣，然后通過自然沉降和雨淋沉降進(jìn)入土壤。
據(jù)相關(guān)報(bào)道，煤含Cr、Pb、Hg、Ti等重金屬，石油中含有相當(dāng)量的Hg(O.02～30mg/kg)，這類燃料在燃燒時(shí)，部分懸浮顆粒和揮發(fā)金屬隨煙塵進(jìn)入大氣，其中大多數(shù)會(huì)沉降在距排放源十幾公里的范圍內(nèi)，據(jù)估計(jì)全世界每年約有1600噸的Hg是通過煤和其它石化燃料燃燒而排放到大氣中去的。又如瑞典中部某市區(qū)的鉛污染，它主要來自于市區(qū)銅礦工業(yè)廠、硫酸廠、油漆廠、采礦和化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量廢物，由于風(fēng)的輸送，這些細(xì)微顆粒的鉛，從工業(yè)廢物堆擴(kuò)散至周圍地區(qū)；南京某生產(chǎn)鉻的重工業(yè)廠，鉻污染疊加已超過當(dāng)?shù)乇尘爸?.4倍；俄羅斯的一個(gè)硫酸生產(chǎn)廠也是由工廠煙囪排放造成S、V、As的污染。
汽車運(yùn)輸可對(duì)大氣和土壤造成嚴(yán)重污染，主要以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等的污染為主，它們主要來自于含鉛汽油的燃燒和汽車輪胎磨損產(chǎn)生的粉塵等。它們呈條帶狀分布，以公路、鐵路為軸向兩側(cè)重金屬污染強(qiáng)度逐漸減弱；隨著時(shí)間的推移，公路、鐵路土壤重金屬污染具有很強(qiáng)的疊加性。例如在寧—杭公路南京段兩側(cè)的土壤形成的Pb、Cr、Co污染帶，沿公路延長方向分布，自公路兩側(cè)污染強(qiáng)度逐漸減弱。
經(jīng)自然沉降和雨淋沉降進(jìn)入土壤的重金屬污染，主要以工礦煙囪、廢物堆和公路為中心，向四周及兩側(cè)擴(kuò)散，并且它與重工業(yè)發(fā)達(dá)程度、城市的人口密度、土地利用率、交通發(fā)達(dá)程度有直接關(guān)系，由城市—郊區(qū)—農(nóng)村，距城市越近，污染的程度就越嚴(yán)重。此外，重工業(yè)越發(fā)達(dá)，污染相對(duì)就越嚴(yán)重。
此外，大氣汞的干濕沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。大氣汞通過干濕沉降進(jìn)入土壤后，被土壤中的粘土礦物和有機(jī)物吸附或固定，富集于土壤表層，或被植物吸收而轉(zhuǎn)入土壤，造成土壤汞的濃度升高。
污水灌溉
污水灌溉是灌區(qū)農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)古老技術(shù)，一般是指把污水作為灌溉水源，用于灌溉農(nóng)田、森林和草地等。污水按來源和數(shù)量可分為城市生活污水、石油化工污水、工業(yè)礦山污水和城市混合污水等。近年來，污水灌溉已成為我國農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分，中國自20世紀(jì)60年代至今，污灌面積迅速擴(kuò)大，以北方旱作地區(qū)污灌最為普遍，約占全國污灌面積的90%以上。南方地區(qū)的污灌面積僅占6%左右，其余在西北和青藏。
生活污水中重金屬含量很少，但是隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，大量的工礦企業(yè)污水未經(jīng)分流處理而排入下水道，并與生活污水混合排放，從而致使污灌區(qū)土壤重金屬Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、As等含量逐年增加，造成嚴(yán)重的土壤重金屬污染。隨著污水灌溉而進(jìn)入土壤的重金屬，以不同的方式被土壤截留固定。其中，約95%的Hg被土壤礦質(zhì)膠體和有機(jī)質(zhì)迅速吸附，一般累積在土壤表層，自上而下遞減。
污水中的Cd很容易被水中的懸浮物吸附，其含量隨著距排污口距離的增加而迅速下降，因此Cd形成的污染范圍較小。As多以3價(jià)或5價(jià)狀態(tài)存在，進(jìn)入土壤后即可被鐵、鋁氫氧化物及硅酸鹽粘土礦物吸附，也可以和鐵、鋁、鈣、鎂等生成復(fù)雜的難溶性砷化合物。Pb的遷移性弱，很容易被土壤有機(jī)質(zhì)和粘土礦物吸附，污灌區(qū)Pb的累積分布特點(diǎn)是離污染源越近，Pb含量越高；離污染源越遠(yuǎn)，Pb含量就越低。Cr有4種形態(tài)，一般以3價(jià)和6價(jià)為主，3價(jià)Cr能被土壤快速地吸附固定，而6價(jià)Cr進(jìn)入土壤中需要先被有機(jī)質(zhì)還原為3價(jià)Cr，然后才能被吸附固定，因此，污灌區(qū)土壤的Cr含量會(huì)逐年累積。
污水灌溉造成的土壤重金屬污染現(xiàn)狀不容樂觀，比較典型的事例一是淮陽污灌區(qū)自污灌以來，金屬Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐漸增高，1995~1997年已超過警戒級(jí)。二是太原污灌區(qū)的重金屬Pb、Cd、Cr含量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其當(dāng)?shù)乇尘爸?，且積累量逐年增高。
重金屬污染治理方法
處理含重金屬廢水的傳統(tǒng)方法有：化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜分離法、吸附法、生物法等。
3.1化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法是向廢水中加入與作用機(jī)理相適應(yīng)的反應(yīng)劑，使水中溶解狀態(tài)的重金屬離子轉(zhuǎn)化成不溶于水的金屬化合物，再將其從水中分離出去的方法。該方法技術(shù)成熟、操作簡單、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)，但容易造成二次污染，其最主要的影響因素是pH。難溶鹽沉淀法又包括硫化物沉淀法、碳酸鹽沉淀法、鋇鹽沉淀法，其主要優(yōu)點(diǎn)是處理后的廢水pH大約是7~9，不用再進(jìn)行中和處理，而且還可以回收廢水中的重金屬，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。鐵氧體法主要是在含有重金屬離子廢水中加入鐵鹽或亞鐵鹽，形成鐵氧體，通過吸附、包裹和夾帶作用使重金屬離子形成復(fù)合鐵氧體沉淀析出。該方法處理?xiàng)l件溫和、處理量大、處理效果明顯、能回收磁性材料，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。
3.2離子交換法
離子交換法是利用離子交換劑中的可交換基因與廢水中的重金屬離子交換能力的不同來分離的方法。常用的離子交換劑有陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂、螯合樹脂、腐殖酸樹脂等。離子交換法可對(duì)廢水中的重金屬離子選擇性的分離，通過再生回收再生液，可實(shí)現(xiàn)重金屬離子的回收，還具有交換容量大、吸附-再生可逆性好等優(yōu)點(diǎn)，但適用范圍有限，且容易造成二次污染。
3.3膜分離法
膜分離法是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力作用下，不改變?nèi)芤旱幕瘜W(xué)形態(tài)使溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離和濃縮的方法。根據(jù)膜的不同可以分為擴(kuò)散滲析、電滲析、反滲透、液膜、納濾、超濾等。膜分離技術(shù)具有能耗低、無相變、操作簡單、無二次污染、分離產(chǎn)物易回收等優(yōu)點(diǎn)，目前已在國內(nèi)外重金屬廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。Hafez[7]等利用反滲透膜對(duì)廢水中的鉻進(jìn)行的回收處理試驗(yàn)中對(duì)鉻的平均回收量高達(dá)99.8%。但是膜分離法存在膜組件價(jià)格貴、膜污染等問題亟待解決。
3.4吸附法
吸附法是利用多孔性吸附劑表面的各種活性基團(tuán)與廢水的重金屬離子形成離子鍵或共價(jià)鍵將重金屬離子吸附于吸附劑表面，從而達(dá)到吸附金屬離子的目的?；钚蕴渴莻鹘y(tǒng)常用的吸附劑，具有巨大的比表面積，對(duì)重金屬的吸附能力強(qiáng)、去除率高。姜玉娟[8]在利用活性炭吸附處理絡(luò)合鎳重金屬廢水的試驗(yàn)中，鎳離子的去除率達(dá)到95.65%。近年來，對(duì)吸附法的研究主要是尋找更加廉價(jià)、高效的吸附劑。國內(nèi)外許多研究發(fā)現(xiàn)生物材料對(duì)重金屬也有很好的吸附能力，如香蕉皮、木桔葉、花生殼、褐藻、啤酒酵母等。
3.5生物法
生物法就是利用微生物或植物的絮凝、吸附、積累及富集等作用將重金屬離子從水中分離出來或降低其毒性，從而達(dá)到重金屬廢水治理的目的。根據(jù)生物去除重金屬離子的機(jī)理不同可分為生物絮凝法、生物吸附法、生物化學(xué)法以及植物修復(fù)法。
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