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1、吉林农业大学研究生课程考试试卷（课程论文部分）（20 20 学年 学期）论文题目：学生学号： 学生姓名： 专业名称： 课程名称： 评阅成绩的教师签名： 评阅成绩时间： 评阅成绩分数： 吉林农业大学研究生学院2011年9月制对学生要求：1、课程论文一律使用标准A4复印纸打印，以左侧为准装订成册，本页装订在封面的背面。2、课程论文的格式按照吉林农业大学学报的论文格式要求实行。3、论文打印格式要求：论文标题（黑体二号加黑，一级标题、二级标题、三级标题分别使用宋体三号、四号、小四号并加黑）；摘要、关键词（使用宋体小四号）；正文（使用宋体小四号，行距20磅）；参考文献（使用宋体五号）对教师要求：1、教师
2、评语：（位置在第一页或最后一页均可）简要评述论文的学术水平，包括选题意义、文献资料掌握、所用的资料、数据及结果的可靠性；指出论文存在的问题和不足；论文格式是否符合要求，参考文献的引用是否规范。2、文章中要有批注或评阅标志。土壤重金属铬的来源、危害以及治理何瑞成吉林农业大学资源与环境学院，长春130118 摘 要：本文就土壤中重金属铬的来源和危害以及国内外有关修复土壤重金属铬污染的技术进行综述和分析。提醒人们要提高土壤保护意识，保护生态环境。关键词：土壤；重金属；铬；修复随着全球的快速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，这对土壤造成了严重的重金属污染。土壤是人类赖以生存的主要资源之一，土
3、壤重金属污染对农作物的产量和质量有很大的影响，直接或间接的对人类健康以及其他环境要素产生危害，因此，引起了世界各国的重视。目前，世界各国的土壤都存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t1。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染2，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地。本文以重金属铬为例，环境中的铬与人体的健康和动植物的生长关系密切, 一方面, 铬是生物所必须的微量元素之一3,可协助胰岛素发挥生物作用, 为糖和胆固醇的代谢所必需, 铬的缺少有可能导致糖、脂肪和蛋白
4、质代谢系统的混乱； 另一方面Cr 作为五毒元素( 五毒元素是Hg、Cd、bP、Cr、As ) 之一4, 具有明显的“ 三致” 作用, 同时Cr也是工业污染的重要指标之一5, 大量未处理的含铬废水、废气废渣直接排人环境, 从而破坏了水体土壤和生物之间的动态平衡6, 严重影响着环境质量。而土壤是一个包含固、液、气三相组成的多组分开放的生物地球化学系统。土壤中的铬与环境中的铬有着千丝万缕的关系，它往往通过饮用水、食物链和大气等对生物造成不良影响7，由此可见, 对土壤重金属铬的治理具有十分重要的意义。1 土壤中重金属铬的来源土壤中重金属铬的来源途径有很多，土壤本身含有一定量的重金属铬，不同的母质、成土
5、过程会影响土壤重金属铬的含量。此外，由于人类作用也会向环境中释放大量重金属铬。例如，铬和铬盐是重要的工业原料，在化工、冶金、制革、电镀等行业中都有使用。我国工业分布不集中，每天会产生大量含铬的废水废气，这是污染环境铬的主要来源。而大气和水是重金属铬污染土壤的媒介。土壤中重金属铬的污染来源主要有以下几种8。1.1 大气中重金属铬的沉降 从工业区吹来的大气中含铬颗粒的沉降或被含铬污染物被雨水冲刷到土壤中是土壤中铬污染的主要来源之一。如前苏联某生产重铬酸盐的工厂, 每日排入大气中的铬为700-800 k g ( 已回收70 % ), 距厂约l00m的大气中六价铬的含量高达50g/m3,2km 处才降
6、至1g/m3以下, 这些尘粒经扩散、沉降会造成土壤的污染。1.2 农药、化肥和塑料薄膜的使用 一般过磷酸盐中含有较多的重金属，磷肥此之，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中铅含量较高。在阿根廷由于传统无机磷肥的使用, 进而导致土壤重金属Cd、Cu、Cr、Zn、Ni的污染。此外,重金属元素是肥料中报道最多的污染物, 我国磷肥中含有较多的有害重金属, 肥料中Cr、Pb、As元素的含量较高, 而土壤的环境容量( Cr、As ) 又较低, 因而使用这些废料可能会引起土壤中Cr、As重金属的较快积累, 引起土壤中重金属铬的污染。1.3 污水灌溉污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污
7、水包括生活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道，使城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。在分布上，往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重，远离污染源头和城市工业区，土壤几乎不污染。河水和灌溉用水中铬的沉淀被土壤吸附是土壤中铬的来源之一， 含铬灌溉用水中的铬只有0.28 % 一15%为作为吸收, 而85%一95%累积在土壤中，并肌肤全部集中于表土中。据统计,1963年中国的污灌面积为4.2104km2，而1991年就发展到3.06 l06 km29 。其中,遭受重金属污染的土地面积占污水灌溉面积的64.8% ,其中轻度污染的占46.7
8、%，中度污染的占9.7% ，严重污染的占8.4%。1.4 污泥施肥污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属,随着大量的市政污泥进入农田，使农田中的重金属的含量在不断增高。污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加，且污泥施用越多,污染就越严重10。1.5 含重金属废弃物堆积 含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散11。通过对垃圾堆放场12、某铬渣堆存区13、城市生活垃圾场14及车辆废弃场15附近土壤中的重金属污染的研究，这些区域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni
9、、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于当地土壤背景值，重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响，且随距离的加大重金属的含量而降低。1.6 金属矿山酸性废水污染金属矿山的开采冶炼重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等, 都有可能被溶出, 形成含重金属离子的废水, 随着废水的排放或降雨而使其带人到水环境( 如河流等) 中或直接进人土壤, 这些都可以直接或间接地造成土壤重金属污染16。2 土壤中重金属铬的危害2.1 对人体健康的危害铬在土壤中主要以两种价态存在：Cr6+和Cr3+，但是两种价态的行为极为不同，前者活性低而毒性高，后者活性高毒性低。 环境中Cr( ) 由于不易进人细胞,
10、 被认为是基本无毒的, 因此铬的毒性及危害主要来自于Cr( VI ),Cr( VI ) 化合物毒性比Cr( ) 高100倍左右17, 水溶性Cr ( VI ) 被列为对人体危害最大的八种化学物质之一, 是美国E P A 公认的12 9 种重点污染物之一, 同时也是国际公认的三种致癌金属物之一。工人在接触、吸人或摄人Cr( VI )或其化合物后, 会出现以下毒性危害: 如皮炎、过敏性和湿疹性皮肤反应、皮肤和粘膜溃疡、鼻中隔穿孔、过敏性哮喘、支气管癌、肺癌、胃肠炎、咽炎及肝、肾的损害18。实验表明, 六价铬化合物具有免疫毒性、神经毒性、生殖毒性、肾脏毒性及致癌性等。2.2 对植物的影响铬在植物中的
11、存在具有普遍性。通过对叶绿蛋白、叶绿素中铬的研究发现一定形式、一定数量的铬对植物生长可起到促进作用19, 能增强光合作用并提高产量; 但过量的铬将引起花叶症、黄瓜癌、雍菜瘤、菠萝瘤等, 此外, 过量的铬会抑制水稻、玉米、油菜、棉花、萝卜等作物的生长。铬对农作物的养分吸收和代谢具有重要的影响，例如: 铬可以抑制作物对铁、锌的吸收而引起其失绿, 可抑制矮菜豆、黄豆等对锌的摄取，可增加水稻对锰、水稻、黄豆等对镁的摄取。3 土壤中重金属铬的修复方法目前土壤中重金属铬的污染治理主要有两条思路20: 一是改变铬在土壤或沉积物中的存在形态,Cr( VI ) 还原为毒性相对较小的Cr (), 降低其在土壤环境
12、中的生物可利用性; 二是将铬从土壤沉积物中清除。围绕这两条思路, 国内外发展出一系列修复技术, 如固定化/ 稳定化、淋洗法、洗土法电动力学修复法化学还原法植物修复、微生物修复。3.1 固定化/ 稳定化固定/ 稳定化是向铬污染的土壤中加人固化/ 稳定化剂(也可以辅以一定的还原剂, 用于还原Cr ( VI ) ) 通过吸附、离子交换、络合以及氧化还原等作用等Cr ( VI ) 转化为难溶、低毒性的物质, 使其不再向周围环境迁移。它分为物理、化学和生物固定化。 物理固定化与其它固定技术相比, 无需破坏无机物质, 但可能改变有机物质的性质。其原理为, 利用物理方法将污染物固定或包封在密实的惰性材料中,
13、 使其稳定化的一种过程。常见的固定剂包括沸石、膨润土等物质。沸石具有表面多孔的结构、阳离子交换性能力大, 含有大量的三维晶体结构, 具有独特的分子结构和很强的离子交换能力, 从而通过离子交换吸附降低土壤中重金属Cr的有效性。膨润土的主要成分是蒙脱石, 为层状硅铝酸盐, 具有很大的内外表面积, 使得其具有较高的离子交换容量和较强的离子交换能力。在美国超基金项目的支持下, 重金属污染土壤的原位固定化修复已经得到广泛应用, 美国威斯康星州的马尼托奥克河的一段受重金属严重污染的底泥曾采用原位固定修复技术处理。如Polettini等21将C r ( ) 含量为500mg/k g 的土壤与水泥、Ca(OH
14、)2混合，7小时后Cr() 被有效固定。但该方法需将土壤挖掘出来, 成本较高, 处理效果有待进一步提高。土壤的化学原位固定化修复时根据污染物和土壤的性质, 选择合适的固定剂加入土壤使污染物与固定剂发生一定的化学反应, 使污染物转变为难迁移、低活性物质或从土壤中去除。重金属铬常以六价铬、三价铬两种形态存在在土壤中。其中六价铬由于其强毒性, 强迁移能力而严重的污染了土壤, 我们可通过施用合适的固定剂调节土壤的pH和Eh使之固化。对于调节土壤pH来说, 我们可以碱性物质, 如石灰性物质MgO等来调节土壤的pH, 使土壤呈碱性,降低铬的溶解度, 促使铬形成氢氧化铬沉淀, 减少植物对其的吸收。碱性物质施
15、入土壤很大程度上改变了土壤固相中的阳离子构成, 使氢被取代, 从未增加土壤阳离子的代换量;此外, 还可改善土壤结构、增加胶体的凝聚力。对于调节Eh，通过还原性物质施加入土壤中, 调节土壤的Eh, 将六价铬还原为三价铬, 降低其在土壤中的毒性及迁移能力。常用的还原物质包括H2S、Fe-SO4 、单质Fe等。H2S作为还原剂可以修复六价铬污染土壤, 将六价铬还原成三价铬, 并继续转化成氢氧化铬沉淀, H2S本身转化成硫化物。Fe2 +、SO42 -的强还原性也大大降低了Cr的生物有效性。零价Fe胶体能够脱掉很多氯代试剂中的氯离子, 并将可迁移的含氧阴离子如CrO42 -、TcO4 -等转化成难迁移态。 对于生物固定化，原位微生物处理法是通过添加营养物、供氧过接种特异工程菌等措施提高土壤的生物降解能力, 固定污染物, 改良土壤。常用的做法是用泵把地
