羟基磷灰石稳定重金属镉中赤铁矿的应用,环境工程硕士论文.docx

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1、羟基磷灰石稳定重金属镉中赤铁矿的应用,环境工程硕士论文土壤是由岩石风化的碎屑物发育而来，分布于地表，具有生物活性和孔隙构造，并能进行物质循环和能量交换的疏松表层，它是不可再生的自然资源，同时也是人类赖以生存的物质基础。近年来，我们国家城市及工业发展迅速，尤其是矿山开采和冶炼得到大力发展，将大量的废渣废水排放到土壤中，使土壤中的重金属含量明显升高，超过了土壤本身的包容能力，造成了严重的土壤重金属污染，尤其是南方红壤区的重金属污染问题更为突出，也备受人们关注。重金属在土壤中的迁移、反响、转化及对生物，尤其是对农作物质量的影响，直接危害到人类的健康。 1.1.1 土壤镉污染现在状况。 一般情况下，重

2、金属的密度大于 5.0 kg dm-3，华而不实生物毒性比拟大的有 Hg，Cd，Pb，Cr 和类金属 As；另外还有像 Fe，Cu，Zn，Mn，Ni 等只要当摄入量超过一定的阈值时才会表现出生物毒性。我们国家南方地区的有色金属矿产丰富，且分布广泛，华而不实不乏有比拟大的矿区，例如江西新余一带的铁矿区；福建、湖南以及两广地区的锰矿区和钨矿区；安徽铜陵、江西德兴一带的铜矿区，等等。近些年，人口的激增，大大增加对各类型的矿产资源的需求，但是受我们国家矿产冶炼工艺水平的限制，环保设备的缺乏，环保制度的不完善以及人们环保意识的缺失，大量的废弃物未经处理就直接排放到环境中去，使土壤质量下降，生态环境恶化。

3、 根据 2020 年环保部和国土资源部发布的数据来看，耕地土壤的主要污染物是Cd，Hg，As，Cu，Pb，DDT 和多环芳烃等，华而不实 Cd 的点位超标率最高，到达7.0%，位列诸多污染物之首。而 2021 年国土资源部地质调查局颁布的资料表示，我们国家重金属污染比拟严重耕地主要分布在南方亚热带酸性土壤区。调查还表示，我们国家南方地区以矿区为主的工矿业废弃地周边农田土壤遭受重金属的污染形势特别严峻。 大量关于南方地区土壤重金属污染的调查资料显示，我们国家南方矿区的土壤重金属污染非常严重。宋书巧等1, 2研究得知，由上游矿山开采产生的重金属使刁江沿岸遭到严重污染。蔡美芳等3调查发现，在广东大宝

4、山矿区周边农田利用被矿山废水污染的河水进行灌溉，使土壤遭到重金属污染。王庆仁等4研究表示清楚，我们国家绝大部分矿区周边灌溉土壤遭到不同程度的重金属污染。Luo 等5 在调查湖北孝感的土壤和水稻的 Cd 污染时发现，该区域中 Cd 含量超过最大允许值的土壤样品和大米样品分别占 57.7%和 17.53%。Yang 等6在广东某铅锌矿周边稻田区测定土壤重金属时发现，稻田土壤 Cd 含量为 2.01-29.68 mg kg-1，此地产出的大米中 Cd 含量约为 0.24 mg kg-1。Zhai 等7在调查湖南郴州地区的稻田土壤重金属污染情况时发现，该地区土壤中 Cd 含量约为 1.45 mg kg

5、-1，产出的大米 Cd 含量约为 0.39 mg kg-1，土壤 Cd 污染严重。根据张小敏等8在研究我们国家农田土壤重金属污染情况时绘制的重金属含量空间分布图，将土壤 Cd 含量与其背景值比照得知，除辽宁地区农田土壤 Cd 含量高达 2.59 mg kg-1外，我们国家南方多个省份的土壤Cd 含量普遍较高。 1.1.2 土壤镉的来源。 重金属元素镉Cd，原子序数 48，相对原子质量 112.41，在自然界中的丰度很小，广泛分布在各类岩石和矿物中，经过物理、化学、生物作用进行迁移9。 因而，自然条件下土壤本身会含有一定量的 Cd，将其作为背景值10。除了自然因素，人为活动如冶炼、电镀、染料、制

6、药等，是引起土壤中重金属含量及分布变化，造成土壤环境质量恶化的主因。矿山开采和冶炼经过中产生的重金属污染物主要是以下面几种途径进入土壤的：大气沉降、污水灌溉、固体废弃物的填埋和堆积、农药化肥的使用等等。 (1) 大气沉降。 人类在开采矿山时产生大量的工业粉尘以及金属冶炼排放的废气，在经过大气的干、湿沉降后进入土壤，进而造成土壤重金属污染。研究发现，我们国家每年通过冶炼厂排放的废气含Cd约1000 t，华而不实大部分Cd通过沉降进入陆地和水体11。 (2) 污水灌溉。 未经处理而直接排放的工业污水、冶炼废水中含有大量的有毒有害物质，利用污水灌溉固然能给土壤带来充足的水分和营养物质，但是同时将大量

7、重金属等污染物带进土壤造成污染。据调查，我们国家每年约有 300 - 400 亿吨未经处理或处理不达标的工业污水被用于灌溉农田，被污水灌溉的农田面积占全国农田污水灌溉总面积的 45%12, 13。 (3) 固体废弃物的填埋和堆积。 一直以来，工矿企业的废渣尾矿、工业垃圾和生活垃圾堆积在土壤上，直接占用了大片良田，华而不实的有毒有害物质经过淋失进入环境中造成污染；垃圾填埋场的垃圾渗滤液中含有高浓度的重金属等污染物，不断向地下浸透淋溶，造成土壤和地下水污染。 (4) 农药化肥的使用。 农药对农业生产至关重要，但是农药里重金属含量较高，长期使用或滥用会容易增加土壤中重金属含量，使其超标，造成污染。资

8、料显示，我们国家每年农药用量在 50 万吨以上，有较高毒性的农药占 70%，华而不实有 70%-80% 的农药因未合理使用而发挥成效，不仅造成极大的资源浪费，而且大大增加其对环境的毒害作用，至少有 1300-1600 万公顷的农田遭受农药污染14。以各种矿产为原料的肥料，如以磷矿石生产的磷肥等，由于矿产中本身或多或少就含有重金属，十分是 Cd、Pb，生产成肥料后施用进入土壤，增加了土壤中重金属的含量，这与肥料的用量呈正相关性15。据调查，我们国家每年因施用磷肥而带进土壤的 Cd 约有 660 t16。 1.1.3 土壤镉污染的危害。 重金属不易被自然降解，进入土壤后也很难被人工去除，且在土壤中

9、具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，一旦进入土壤并累积，很难被人们及时发现和控制17。因而，人们最容易忽视重金属对土壤造成的污染和危害。当重金属进入土壤并累积，毁坏土壤构造，导致土壤理化性质恶化和质量下降，随后被植物摄取富集，通过食物链最终进入到人体中造成危害18-20。重金属进入人体一般很难排出体外，只会在肝脏等器官中累积，经过长期的富集到达一定的浓度后使人体出现各种病症，逐步影响人的生活，严重时危及生命。有的重金属在人体中潜伏时间很长，中毒现象要经过几年甚至几十年才能显现出来。20 世纪五六十年代，在研究证实日本出现的 水俣病 、 痛痛病 等奇怪病症是由 Hg和 Cd 污染造成的中毒现象之

10、后，人类开场逐步认识和重视重金属污染问题。 早在 1948 年，Friberg 在临床医学研究中初次揭露 Cd 与肾脏的关系，Cd 的生物毒性开场逐步为人们所认知。人们通过误食含 Cd 食物和水将 Cd 储存在肝脏和肾脏两大器官中。当体内的 Cd 累积到一定程度后即可引起 Cd 中毒现象，中毒有急性和慢性之分。华而不实，急性中毒并不常见，潜伏期短，只要 10-20 分钟即可表现中毒异常感觉和状态，主要是误食被 Cd 污染了的饮料和食物或吸入氧化镉的烟雾后引发的中毒性肺水肿或化学性肺炎，主要异常感觉和状态有咽痛、咳嗽、胸闷、头晕、恶心、发热等，严重时呼吸困难、胸痛、咯血，甚至死亡21。慢性中毒则

11、是由于患者长期与 Cd 接触，例如长期工作或生活在含 Cd 的环境中，使 Cd 通过食物链进入人体并在肾脏和肝脏中得到积累22。慢性中毒异常感觉和状态主要有长期暴露在 Cd 污染的环境中会对呼吸道产生刺激，造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑、鼻粘膜溃疡和萎缩，肾功能衰竭，肺功能减退，增加肺癌发病率等23, 24。骨质疏松、软化和骨折可以能与 Cd 中毒有关25。除此之外，有研究表示清楚人体内的 Cd 也是肺癌、乳腺癌、睾丸癌和前列腺癌等癌症的致病因素26。因而，国际癌症研究机构IARC将 Cd 及其化合物列为人类致癌物之一27。 因而，针对我们国家农田土壤 Cd 污染的现在状况，也为了保障人体健康和农业的可持续发展，必须积极采取措施科学有效地降低污染土壤中重金属的生物毒性，改善农田土壤环境质量。