谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征
（武汉大学）
一，前言
铅是一种重金属，由铅组成的盐类大部分是不溶于水的，当水体中铅的浓度达到一定范围时就会对人体、渔业、农业灌溉等等都会产生极大的危害，铅在人体内富集可以使铅中毒。伴随着社会上出现的一系列铅污染问题，例如儿童铅中毒、孕妇铅中毒等，科学家对铅的了解和研究进一步的加深。水圈与大气圈和岩石圈共同组成了生物圈，可见水环境的重要，铅在水体中的迁移与转化也必然随之成为社会的焦点问题。
二，铅在水体中的存在形态
关于铅元素在水体中的存在形态，一般按其总量分为“可溶态”和“颗粒态”，一些+2价铅和+4价铅离子都是可溶态的，可溶态的铅毒性较大，可以为人、生物直接吸收，储积性强。悬浮物和沉积物中的铅是颗粒态的。
三，铅在水体中迁移转化的类型和规律
和其他重金属一样，铅在水体中不能为生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化、分散和富集，这就是铅的迁移与转化，按照其运动的形式可以分为机械迁移转化、物理化学迁移转化、生物迁移转化。⑴对于铅的机械迁移转化，主要是铅在水体中被包含于矿物质或是有机胶体中，或是被吸附在悬浮物上，以溶解态或是颗粒态的形态随水流迁移转化。⑵铅在水体中的物理化学迁移转化主要分为沉淀作用、吸附作用和氧化还原作用。在此笔者详细的讨论一下其转化过程。从高中的知识我们知道铅盐的溶解度都非常小，在偏酸性的水体中Pb 的浓度被PbSO 和PbS等限制着，水体中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，Pb +SO ─PbSO (沉淀)，Pb +S ─PbS(沉淀)，生成的PbSO ,PbS不溶于酸；在偏碱性的水体中铅的浓度受Pb(OH) 的限制，Pb(OH)─Pb + 2OH ，此反应是可逆的，水中OH 较多，使得平衡向逆向移动，又水解反应Pb +2H O─Pb(OH)+H ，OH 中和H 使得平衡向正向移动。另外铅离子在水体中会发生络合反应生成一些络合物，所以铅通过沉淀作用可以使铅在水体中的扩散速度和范围得到限制。铅离子带正电被水中带负电的胶体吸附，发生聚沉现象，这也如沉淀作用有着相同之处，最后大量的铅沉积在排污口的底泥中，实现了铅从水体转化到表层沉积物中，在
一些反应中会转化为其他形式，同时表层沉积物中的铅在一定的条件下通过一系列的物理化学生物过程释放到水体中，形成二次污染，所以沉积处也就形成了又一个潜在的污染源。谈及铅的氧化还原，首先可质铅在水体中一般以2价铅离子和4价铅离子存在，4价铅离子得电子发生还原反应，产生的2价铅比较稳定，这样使得造成的危害相对减少。⑶说到生物迁移转化不得不提食物链和富集作用。铅在生态中通过生物的新陈代谢迁移，食物链是其重要的方式，铅不仅可以从食物链的一级转化到另一级，而且转化过程中对铅元素又逐级放大的作用，其浓度从低营养级到高营养级是一个倒金字塔型，能量传递经过的营养级越多，浓度放大的比例就越大，在水体中植物通过根系从底泥中吸收化学态铅，一些植食类动物消化后铅就在体内富集，当此类动物营养转化倒高营养级生物体内时，铅也随之得以富集，就这样随着食物链铅一级一级的富集，当营养剂到达人时，铅的浓度已经相当高了，从而会对人产生极大的危害。
四，影响铅在水体中迁移转化的因素
影响铅在水体中迁移转化的因素又很多种，从铅自身的角度讲，铅存在的形态和价态是一个关键因素，从外界条件讲影响因素有温度、水体的酸碱性、DO、有机质等。关于铅自身形态价态和水体的酸碱性在前面已经讲过。溶解氧（DO）的含量可以影响水体中氧化还原电位，对于铅而言，氧可以使铅氧化从而改变铅存在的形态及溶解度等，从而迁移性和毒性。关于温度的影响，先讲一下重金属的吸附，重金属在固体颗粒上的吸附是一个放热过程，解吸是一个吸热过程，当温度升高时，有利于重金属的解吸，重金属铅就会从吸附态变成自由态，所以一般在夏天河流的底物向水体中释放更多的重金属包含大量的铅。有机质一般处于沉积物的表层里，有较高的吸附性，其中一些物质如有机酸会与铅离子发生反应，生成可溶性的络合物和胶体悬浮物，从而影响铅的迁移转化。综上所述，铅在水体中的迁移转化过程受各方面因素的共同影响。
五，铅对人体的危害
铅在重金属中的毒性是最大的一个，它作用于人体的各系统和器官，并以神经毒性为主。在人体内对许多器官和生理功能产生危害，其危害主要包括一下几个方面。⑴铅对人的神经系统又损害作用，它会使神经发生变性阻碍神经冲动的传递。⑵铅对人体消化系统又很大影响，因为铅会对肝脏的损害十分大，会造
成肝硬化或是肝坏死。武汉大学以前的水是由东湖供给的，后来几名武大老师最后患肝癌，这也与铅的毒性又密切的联系。⑶铅对骨髓造学系统产生破坏作用，由于铅抑制相关酶的活性，从而降低血红素，使红细胞内的钠、钾、水脱失，造成中毒性贫血。⑷铅对免疫系统的危害也很大，它会使白细胞减少，包细胞的吞噬作用下降，从而降低了机体免疫功能。
六，个人感想与看法
上述的讨论中笔者讲到了铅的富集，重金属是以食物链的方式伴随营养的传递从低营养级到高营养级富集，能量级越高，重金属在机体内的浓度就会越高，而人作为坐高营养级不是深受其害吗？在此笔者提出自己的见解。从生物学的角度，肉类食品所含人类必需氨基酸十分齐全，植物虽然不齐全，但是几种不同种类的植物食品加起来也是十分齐全的；从生态学的角度，大家都知道能量传递的效率只有10%到20%，人们直接从低营养级摄取能量可以大大的减少能量的耗散；从环境学的角度，在上面已讲到重金属的富集作用从低营养级到高营养级能量的富集比列与能量传递效率是互导关系，人们直接从低营养级获取能量会大大的降低重金属（当然也包括铅）的富集。综合上面所讲，笔者认为在当今物质生活逐渐提高的今天也要大力倡导人们以低营养级植物为主要食品。
武汉大学正处于东湖之滨，前几十年的东湖和现在的东湖形成了极大的反差，笔者第一次看到东湖是在刚来到武大的第二天，看到东湖之后不禁有一种强烈的失落感，沿东湖行走可以看到有一些死鱼漂浮在湖上，联想到主题重金属，东湖水环境的破坏也与这些重金属的影响有着密切的关系，伴随改革开放，工业的兴起，东湖也随之成为了他们的牺牲品，微量元素的大量排放，在湖里不断的富集，而湖里的水不能流动导致这些包括重金属在内微量元素不能很好的进行机械迁移转化，要解决这一问题，关闭一些工厂是又一定作用的，但是如何彻底的解决这一问题呢？笔者大胆的假设，不知道想法是否合乎逻辑，东湖和长江相隔便不是很远，在武昌的下方还有水环境相对较好的汤逊湖，笔者认为可以选择适当的地方挖两条人工河，一条连接长江和东湖，一天连接长江和汤逊湖，这样东湖以及汤逊湖的水体就可以相对流动起来，这样在湖里沉积的重金属就可以很好的进行机械迁移与转化，从而可以较彻底的改善两湖的水环境。
七，结束语
当我们了解了铅的迁移转化规律，危害及存在形式等等以后，按照这些规律，我们可以科学的，有目的的对水体进行预防和治理，伴随社会上的一系列的重金属污染问题，人们也逐渐认识到铅污染带来的不可逆转的后果，随着科学技术的日益提高，人们也越来越熟悉和掌握铅的处理技术，在积极治理的同时，倡导和推广无铅污染的工艺生产技术，从根源上降低铅污染，从根本上使人和生态环境和谐发展。
溶解性有机质及对重金属迁移转化的影响 摘要：溶解性有机质（Dissolved organic matter, DOM ）由于含有羧基、羟基、羰基等活性功能团，是生态系统中极为活跃的一种有机组分，具有很强的反应活性和迁移特性。DOM 可以作为有机和无机污染物的载体，通过与水体、土壤和沉积物中的金属离子之间的离子交换吸附、络合、螯合、氧化还原等一系列反应，影响金属离子的吸附解吸，从而影响重金属的最终归宿。因此，具体介绍了DOM的来源、提取方法和种类组成以及不同来源DOM的性质的表征，同时综述了溶解性有机质对重金属的影响迁移转化的影响尤其是对土壤中重金属吸附的影响及其影响机理的研究进展。 关键词：溶解性有机质；重金属；迁移转化；影响 引言 重金属是指密度高于4.5g·cm-3（也有文章指出为5g·cm-3）的常见金属。重金属污染则是指因人类活动导致环境中的重金属或其化合物含量增加，超出正常范围并导致环境质量恶化。重金属污染主要来源于工业生产，如金属采矿和冶炼产生的废渣、废水、废气排入
环境；其次来源于交通和生活活动产生的污染，如汽车尾气和家庭燃煤产生的金属污染等。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，大多数有机化合物可以通过自然净化作用降解消除危害。生物体内的各种酶和蛋白质能和重金属在发生强烈的相互作用失去活性。重金属也可能在人体的某些器官中富集会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，如果超过人体所能耐受的临界限度，对人体会造成很大的危害。 溶解性有机质（（Dissolved organic matter, DOM）能结合对环境和生物有重要影响的Hg、Cu、Pb、Cd、Ni 等重金属，从而改变这些物质的迁移、生物可利用性[1,2]。从而越来越多的研究开始关注DOM 与重金属作用对金属迁移转化及其生物利用性的影响。在DOM 与金属离子的络合反应中,普遍认为低分子量DOM 易与重金属络合，高分子量DOM 则与重金属反应多形成难溶络合物[3]。研究同时表示DOM 主要通过氢键、范德华力、疏水作用等作用与金属离子以及其它污染物发生，形成溶解度不同的络合物，通过改变金属自由离子浓度来改变其迁移性[3-5]。从而可能影响重金属的迁移转化和生物利用性。 1. 溶解性有机质（DOM）的概念、来源和提取 1.1 DOM的概念 DOM 指能通过0.45 um的滤膜，具有不同结构及分子量大小的有机物（如低分子量的游离氨基酸、碳水化合物、有机酸等和大分子量的酶、多糖、酚和腐殖质等）的连续体或混合体。它是陆生生态系统和水生生态系统中极为活跃的一种有机组分，具有很强的反应活性和迁移特性[6]。其主要成分可以分为腐殖质类和非腐殖质类，腐殖质分为富里酸、胡敏酸和胡敏素等；非腐殖质主要包括为碳水化合物、碳氢化合物、脂肪族、醇类、醛类和含氮化合物等[9]。 DOM作为环境中许多有机、无机污染物的迁移载体或配位体，其自身在环境中的行为和性质直接影响这些污染物在环境中的毒性。通常认为，DOM中移动性强的组分能够提高污染物在介质中的运移能力；反之，如果DOM在迁移过程中易被介质吸附固定，则可为污染物提供吸附位点，从而降低了与其相结合的污染物的迁移性或活性[10]。 因此，溶解性有机质DOM对于重金属的迁移转化（尤其土壤和沉积物中的重金属）有很大的影响作用。 1.2 DOM的来源 在自然生态系统中，DOM主要来自植物凋落物、根系分泌物和微生物体的分解、渗滤、腐殖化等。在农业生态系统中，DOM除上述来源外，施用的外源有机物料（如：还田秸秆、
第四章土壤环境化学——土壤中重金属的迁移转化不同重金属的环境化学行为和生物效应各异，同种金属的环境化学和生物效应与其存在形态有关。例如，土壤胶体对Pb2+、Pb4+、Hg2+及Cd2+等离子的吸附作用较强，对AsO2-和Cr2O72-等负离子的吸附作用较弱。对土壤水稻体系中污染重金属行为的研究表明：被试的四种金属元素对水稻生长的影响为：Cu＞Zn＞Cd＞Pb；元素由土壤向植物的迁移明显受共存元素的影响，在试验条件下，元素吸收系数的大小顺序为：Cd＞Zn＞Cu＞Pb，与土壤对这些元素的吸持强度正好相反；"有效态"金属更能反映出元素间的相互作用及其对植物生长的影响。 下面简单介绍主要重金属在土壤中的迁移转化及其生物效应。 ●汞 土壤中汞的背景值为0.01～0.15 μg/g。除来源于母岩以外，汞主要来自污染源，如含汞农药的施用、污水灌溉等，故各地土壤中汞含量差异较大。来自污染源的汞首先进入土壤表层。土壤胶体及有机质对汞的吸附作用相当强，汞在土壤中移动性较弱，往往积累于表层，而在剖面中呈不均匀分布。土壤中的汞不易随水流失，但易挥发至大气中，许多因素可以影响汞的挥发。土壤中的汞按其化学形态可分为金属汞、无机汞和有机汞，在正常的pE和pH范围内，土壤中汞以零价汞形式存在。在一定条件下，各种形态的汞可以相互转化。进入土壤的一些无机汞可分解而生成金属汞，当土壤在还原条件下，有机汞可降解为金属汞。一般情况下，土壤中都能发生Hg2+===Hg2++HgO反应，新生成的汞可能挥发。在通气良好的土壤中，汞可以任何形态稳定存在。在厌氧条件下，部分汞可转化为可溶性甲基汞或气态二甲基汞。 阳离子态汞易被土壤吸附，许多汞盐如磷酸汞、碳酸汞和硫化汞的溶解度亦很低。在还原条件下，Hg2+与H2S生成极难溶的HgS；金属汞也可被硫酸还原细菌变成硫化汞；所有这些都可阻止汞在土壤中的移动。当氧气充足时，硫化汞又可慢慢氧化成亚硫酸盐和硫酸盐。以阴离子形式存在的汞，如HgCl3-、HgCl42-也可被带正电荷的氧化铁、氢氧化铁或黏土矿物的边缘所吸附。分子态的汞，如HgCl2，也可以被吸附在Fe,Mn的氢氧化物上。Hg(OH)2溶解度小，可以被土壤强烈的保留。由于汞化合物和土壤组分间强烈的相互作用，除了还原
垃圾焚烧中重金属污染物的迁移和分布规律 摘要：城市生活垃圾成分复杂，并且焚烧过程中会产生重金属的二次污染，是城市垃圾处理中最难解决的问题。对此，从垃圾重金属的来源，重金属在垃圾焚烧过程中的迁移和转变特性，以及重金属在焚烧过程中迁移分布的影响因素等方面进行研究。研究认为，重金属在焚烧炉中的最终分布除了受本身特性(蒸发压力和沸点)影响外，还与原生垃圾组成以及焚烧环境有关。 关键词：垃圾焚烧；重金属；污染物迁移；污染物分布规律 随着经济发展和城市化进程的加快，城市生活垃圾对环境造成的污染已经成为全球瞩目的问题。与填埋、堆肥等其它垃圾处理方法相比较，焚烧法垃圾处理技术具有如下优点：(1)大幅减少垃圾体积和重量；(2)处理速度快、储存期短；(3)回收能量用于供热、发电；(4)就地燃烧无需长距离运输；(5)通过合理组织燃烧及尾气处理实现清洁燃烧等[1]。焚烧法垃圾处理技术已成为我国部分城市处理生活垃圾的首选技术。由于原生垃圾中含有不等量的各类金属废弃物如各种金属制品、电池等，其中所含的重金属(如汞、铅、镉、铬、铜、锌、锰等)在焚烧过程中将发生迁移和转化，富集于直径小于1μm的飞灰颗粒中。由于常规的颗粒捕集设备对小颗粒飞灰捕集效率很低，这些富集了有毒重金属的细小颗粒将被排放到大气中，最终被人类呼吸。焚烧炉底灰、除尘设备飞灰、炉壁残留灰以及洗涤塔所产生的污水中也都可能含有重金属，由于重金属的渗滤特性，其中的重金属也会进入环境而造成二次污染。 随着人民生活水平的提高，人们越来越重视生态环境的改善，从垃圾焚烧工业兴起至今，许多国家相继对焚烧炉烟气中重金属等的排放作了严格的限制，且要求越来越严格。表1为现今国内外垃圾焚烧烟气排放重金属控制标准。 表1各国生活垃圾焚烧重金属污染物排放标准[3～5]mg/m3(标准状态) Floyd Hasselriis[6，7]等人在对典型垃圾组分中重金属含量测定后指出，即便是去除了明显易生成重金属污染的垃圾源，焚烧后仍将有大量有毒重金属存在；另一方面，
谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征 （武汉大学） 一，前言 铅是一种重金属，由铅组成的盐类大部分是不溶于水的，当水体中铅的浓度达到一定范围时就会对人体、渔业、农业灌溉等等都会产生极大的危害，铅在人体内富集可以使铅中毒。伴随着社会上出现的一系列铅污染问题，例如儿童铅中毒、孕妇铅中毒等，科学家对铅的了解和研究进一步的加深。水圈与大气圈和岩石圈共同组成了生物圈，可见水环境的重要，铅在水体中的迁移与转化也必然随之成为社会的焦点问题。 二，铅在水体中的存在形态 关于铅元素在水体中的存在形态，一般按其总量分为“可溶态”和“颗粒态”，一些+2价铅和+4价铅离子都是可溶态的，可溶态的铅毒性较大，可以为人、生物直接吸收，储积性强。悬浮物和沉积物中的铅是颗粒态的。 三，铅在水体中迁移转化的类型和规律 和其他重金属一样，铅在水体中不能为生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化、分散和富集，这就是铅的迁移与转化，按照其运动的形式可以分为机械迁移转化、物理化学迁移转化、生物迁移转化。⑴对于铅的机械迁移转化，主要是铅在水体中被包含于矿物质或是有机胶体中，或是被吸附在悬浮物上，以溶解态或是颗粒态的形态随水流迁移转化。⑵铅在水体中的物理化学迁移转化主要分为沉淀作用、吸附作用和氧化还原作用。在此笔者详细的讨论一下其转化过程。从高中的知识我们知道铅盐的溶解度都非常小，在偏酸性的水体中Pb 的浓度被PbSO 和PbS等限制着，水体中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，Pb +SO ─PbSO (沉淀)，Pb +S ─PbS(沉淀)，生成的PbSO ,PbS不溶于酸；在偏碱性的水体中铅的浓度受Pb(OH) 的限制，Pb(OH)─Pb + 2OH ，此反应是可逆的，水中OH 较多，使得平衡向逆向移动，又水解反应Pb +2H O─Pb(OH)+H ，OH 中和H 使得平衡向正向移动。另外铅离子在水体中会发生络合反应生成一些络合物，所以铅通过沉淀作用可以使铅在水体中的扩散速度和范围得到限制。铅离子带正电被水中带负电的胶体吸附，发生聚沉现象，这也如沉淀作用有着相同之处，最后大量的铅沉积在排污口的底泥中，实现了铅从水体转化到表层沉积物中，在一些
?监测与分析? 水环境中重金属的存在形态和迁移转化规律综述 Discussion on the existing form s and m igration and transform ation laws of h eavy m etals in the water environm ent 王 霞 仇启善(包头市环境监测站 包头,010430) 摘要 本文综述水环境中重金属的存在形态和污染特征以及迁移转化规律的研究概况。水体中重金属颗粒态的存在形态分为离子交换态、碳酸盐结合态、铁氧结合态、有机质和硫化物结合态和残渣态。重金属形态和生物效应有关。对重金属在水体中迁移和转化规律及其过程的动力学水质模型的建立进行了论述。 关键词:重金属 存在形态 迁移转化 水质模型 Abstract T he paper summurized the studys on t he ex isting for ms and migr ation and transfor mation law of heav y meta ls in the w ater env ir onment,a nd discussed the establishment of dynamic w ater quality model. Key words:heavy metal existing form migration and transform ation water quali ty model 1 序言 重金属污染物在环境中的含量、分布、存在形态、迁移转化、生物效应以及防治对策都引起人们关注。随着工农业的发展,大量污染物(包括重金属)排入江、河、湖、海,使水体遭受到不同程度的重金属污染。为控制和防治河流污染,保护人类生存环境,国外早已开展了大量研究工作;我国从八十年代开始,普遍开展了这方面的研究。本文主要对国内水环境中重金属污染研究状况进行综述〔1〕〔2〕。 2 重金属在水环境中的存在形态 水体中重金属的存在形态直接影响它的迁移转化规律〔2〕,因此,在研究其含量同时,除研究价态变化外,还要研究其赋存形态。水体中重金属存在形态首先分为溶解态和颗粒态(包括悬浮于水相的悬浮颗粒态和底泥的沉积颗粒态)。溶解态是指水样以0.45mm滤膜过滤、酸化后测得的重金属总量(水相)。溶解态包括不经酸化而直接测得的游离态、络合态和有机态。采用Tessier等人提出的逐级化学提取法可将颗粒态重金属分为离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰水合氧化物结合态、有机一硫化物结合态和残渣态。各种存在形态结合强度不同,其稳定性亦不同,生物效应绝然不同,对环境变化最繁感、最易被生物吸收的是离子交换态(可代换态);其次是在PH变化时较易重新释放进入水体的碳酸盐结合态;铁锰水合氧化物结合态(简称铁锰氧化态),在环境变化时会部分释放,对生物有潜在有效性;有机一硫化物结合态不易被生物吸收利用;残渣态主要来源于天然矿物,稳定存在于矿物晶格里,对生物无效应,所以也称惰性态。 考虑到重金属的生物效应,可将沉积物中重金属各种形态分为易可给态(离子交换态)、中等可给态(碳酸盐结合态、铁锰氧化态)和惰性态(有机质和硫化物结合态、残渣态)。 笔者对包头市昆河下游沉积物中重金属形态 — 22 — 内蒙古环境保护 第10卷 第2期 1998年6月