重金属铅的迁移转化

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。

河水中约有15%～83%的铅呈与悬浮粒相结合的形态,而其中又有相当数量呈与大分子有机物相结合或被无机水合氧化物(氧化铁等)所吸附的形态。当pH>6.0,且水体中不存在相当数量的能与Pb2+形成可溶性配合物的配位体时,水体中可溶性的铅可能就所存无几了。当pH<7时,铅主要以+2价的铅离子形态存在。在中性和弱碱性水中,当水体中溶解有CO2时,可以出现Pb2+、PbCO30、Pb(CO3)22-、PbOH-和Pb(OH)20等。海水中同时存在有大量氯离子,因此海水中铅的主要存在形态为: PbCO30、Pb(CO3)22-、PbCl+、PbCl+和PbCl64-。
铅在环境中的循环见图6-5。
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。

加强与其他学科的交叉研究
重金属在土壤中的迁移转化规律涉及到环境科学、地球化 学、生态学等多个学科领域，未来需要加强与其他学科的 交叉研究，以促进学科融合和共同发展。
技术发展展望
发展原位监测技术
原位监测技术可以实时、准确地 监测土壤中重金属的动态变化， 为研究重金属在土壤中的迁移转 化规律提供重要的技术支持。未 来需要进一步发展原位监测技术 ，提高其监测精度和稳定性。
换土法
将污染表土挖出，用未污染的土壤进行回填，减 少重金属的浓度。
深耕翻土
通过深耕和翻土，使表层土壤和深层土壤混合， 降低表层土壤中重金属的浓度。
化学修复
化学钝化
向土壤中添加钝化剂，如硅酸盐、磷酸盐等，使重金属在土壤中形 成沉淀，降低其活性。
化学萃取
利用化学萃取剂将重金属从土壤中提取出来，然后进行分离和回收 。
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积累
在某些情况下，植物可以在其体内积累大量的重金属，这些 重金属可能对植物本身产生毒害作用，也可能通过食物链进 入人体，对人体健康产生威胁。
04 影响重金属迁移转化的因素
土壤性质
土壤类型
01
不同土壤类型对重金属的吸附、溶解和固定能力不同
，影响重金属的迁移转化。
土壤pH值
02 pH值可以影响重金属在土壤中的存在形态和溶解度
植被覆盖
01
植被覆盖可以影响重金属在土壤表面的分布和迁移，进而影响
其迁移转化。
土壤微生物
02
微生物可以通过生物作用影响重金属的溶解、吸附和迁移，进
而影响其迁移转化。
地形地貌
03
地形地貌可以影响重金属在土壤中的流失和富集，进而影响其
迁移转化。
05 重金属污染土壤的修复技术

⼟壤铅污染的治理⽅法⼟壤铅污染的治理⽅法⼟壤铅污染的背景值我国⼟壤中铅的平均背景值为（26.0 12.4）mg/kg[1]，⼟壤含铅量为 2~200 mg/kg，平均含量变幅为 13~42 mg/kg ⼀般说，离城市远及未污染⼟壤的含铅量 10~30 mg/kg，城区公路两旁，以及低污染区⼟壤的含铅量 30~100 mg/kg，受铅锌矿企业污染的⼟壤含铅量可超过 10 000 mg/kg 含铅汽油含铅 400~1 000 mg/kg，致使交通⼯具排出的尾⽓中含有⼤量铅，积累于公路两旁⼟壤此外，⼀些城郊污灌区以及果园⼟壤的含铅量也较⾼，是⼀种对环境污染很严重的污染物。

在环境⽇益恶化的今天，应对铅污染给予⾜够的重视，采取有效的治理⽅法，将其危害降到最低。

铅污染⼟壤的治理修复技术分为稳定固化法、物理和⽣物修复 3种⽅法1稳定固化法：⼟壤重⾦属污染解决⽅案，利⽤重⾦属博⼠开发的⼟壤重⾦属污染原位修复⽅案。

此法通过向⼟壤中针对性的投加科创重⾦属稳化剂，利⽤稳化剂对重⾦属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作⽤,降低重⾦属的⽣物有效性，使重⾦属颗粒矿化，失去与外界反应的条件，从⽽降低⼟壤重⾦属浓度。

此法对⼟壤进⾏原位修复，节约了搬运费⽤和储存场地费⽤；环境污染⼩、对环境破坏可以降低到最⼩程度。

是⽬前消除⼟壤重⾦属污染中重⾦属危害的有效⽅法。

物理⽅法：物理⽅法是利⽤重⾦属铅在⼟壤中的迁移速度⽐较慢的特点，将含有重⾦属铅的⼟壤转移出去的⼀种修复技术，主要包括换⼟法、客⼟翻⼟法客⼟法：就是除去表层的污染⼟壤后再客⼟20 cm（添加⽆污染的新⼟）加⼊新鲜的⼟以降低⼟壤中铅的浓度，从⽽降低铅污染⼟壤对植物的毒性。

有利于植物的⽣长。

⽣物⽅法; 以植物修复法为代表植物修复法是利⽤植物及其根系圈微⽣物体系的吸收挥发转化和降解的作⽤机制，来清除环境中污染物质的⼀项新兴的污染治理技术，它以费⽤低不破坏场地结构净化环境等优点成为修复铅污染⼟壤的热门技术具体地说，利⽤植物本⾝特有的利⽤污染物转化污染物，通过氧化还原或⽔解作⽤，使污染物得以降解和脱毒的能⼒，利⽤植物根系圈特殊的⽣态条件，加速⼟壤微⽣物的⽣长，显著提⾼根系圈微环境中微⽣物的⽣物量和潜能，从⽽提⾼对⼟壤中有机污染物的分解作⽤的能⼒，以及利⽤某些植物特殊的积累与固定能⼒，去除⼟壤中某些⽆机和有机污染物的能⼒，但能利⽤的植物不是很多，所以就造成了治理的局限性。