基于重金属元素分析法在环境检测中的应用

一、重金属基本概述

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。如日本的水俣病是由汞污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。

重金属原义是指比重大于5的金属（密度大于4.5 克每立方厘米的金属），包括金、银、铜、铁、铅等。重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前中国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。

二、重金属的种类及来源及危害

1.重金属污染的源头

据研究，重金属污染的源头主要集中在工业、农业以及城市等方面。在工业方面主要是来自于采矿、冶炼、加工以及运输等等主要生产环节，由此而带来的重金属污染是十分严重的；而农业生产过程中主要是来自于重金属的污水进行农田灌溉，这样就会对土壤造成十分严重的污染，还会秧及到农作物的产量；城市的重金属污染源主要来自于污水处理厂没有对污泥进行及时处理，或者含铅汽油的使用等等方面。

2.水体中的重金属污染

（1）水体中铅污染主要来源及危害

在水体污染中，铅污染是最严重的污染物之一，多是由于人为采矿、冶炼等造成铅的排放，最后将水体污染。汽车尾气排放、煤炭燃烧废气等中存在着一定浓度的铅，给空气带来污染，空气中的铅又会在沉淀中对土地、水域造成污染，最后威胁到人体的健康。在多种无量元素中，铅是唯一不被人体所需的元素。铅的污染周期非常长，而且不可降解，在人体内会阻碍血细胞的分裂，影响人体智力发育。当人体内铅积累过多时，将会出现头痛、失眠、乏力、恶心、腹泻等症状。铅会随着血液流入脑组织，对脑皮层形成危害，引起脑部血管肿胀，形成弥漫性脑部损伤，给大脑的发育造成极大的损害。

（2）镉污染的主要来源及危害

镉广泛用于电池、染料或塑胶稳定剂，它比其它重金属更容易被农作物所吸附。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。污染源主要是铅锌矿，以及有色金属冶炼、电镀和用镉化合物作原料的工厂。

镉及其化合物可以经过呼吸道和消化道进入人体。长期接触一定剂量的镉主要导致肾脏损害，表现为尿中含大量低分子量蛋白，由于肾小管功能受损，造成钙、磷和维生素 D 代谢障碍，进而造成骨质软化和疏松，严重者极易发生病理性骨折，影响患者的劳动能力和生活质量。相关的流行病学研究还显示，慢性镉中毒患者可能出现神经系统、免疫系统、生殖系统损害，以及肿瘤的高发。

（3）汞污染的主要来源及危害

汞对水体的污染途径主要有采矿、冶炼、冶金、制碱、制氯、塑料、电池、电子等工业生产过程中排放的废水，此外，含汞农药肥料的施用、城市垃圾、废物的焚烧等也能造成汞污染，并进入自然环境。而排向大气和土壤的污染源又通过降雨、降雪等自然水循环过程，最终污染水体。金属汞和无机汞损伤人体肝脏和肾脏，有机汞毒性高，能伤害人的大脑，汞及汞的化合物可通过人的呼吸道、消化道和皮肤而被人体吸收且不易排出，并随血液分布到人体各组织器官而逐渐累积（主要是脑组织和肝脏），烷基汞对肌体产生慢性严重的中枢神经系统损害。

3.土壤中的重金属污染

土壤中的重金属来源广泛，产生原因很多。重金属元素无法被土壤中的微生物降解，却可以由食物链进入人畜体内逐渐富集，形成生物放大效应，危害人类的健康。

另外，重金属元素能在地表水体渗入地下水体时一同渗入，形成另一污染源。

（1）农药、化肥和塑料膜使用

每种化肥和农药中所含有的重金属种类和含量都不相同，比如过磷酸钙中富含Zn、Cu、Cd、Pb等重金属元素，其含量高于钾肥、氮肥及复合肥。在进行农作物生产的过程中，对含有铅、汞、砷等的农药、杀虫剂或者化肥施用不当，都将造成土壤中重金属的污染。而农用塑料薄膜采用了含Cd、Pb两种重金属元素的热稳定剂。这就意味着，在农业生产中过量采用农用塑料薄膜也会产生土壤重金属污染。

（2）大气中重金属沉降

我们进行工农业活动、交通运输等都会形成富含重金属的有害悬浮物而使得大气中的污染物增加。据统计，工矿企业附近与道路两侧的大气污染物中，Pb、Cd、Cr、Zn、Cu等重金属元素含量较高。它们大部分经由自然沉降和大气沉降进入土壤，从而造成土壤重金属污染。这类污染常常表现出，离城市越远，污染越低的特点。就城市本身而言，城市人口越密、工业越发达、土地使用程度越高、机动车越多，重金属污染越严重。

（3）污水灌溉

污水灌溉是指对生活、商业及工业活动中产生的污水进行一定程度的处理之后，将其用于农田、森林或者草地的灌溉。因为缺少水资源，我国有大概1.4×104平方千米的土地在使用污水进行灌溉，由此受到重金属污染的土壤面积超过了总污染面积的六成。近年，随着城市化和工业化进程的加快，工业废水不断增多，而这些废水中往往含有较多的重金属元素，一旦在没有进行妥善的净化情况下排出工作区，其中的重金属离子就会通过河流进入到土壤当中，进一步产生或者加剧土壤重金属污染。

三、重金属污染治理的方法

1.如何治理水体重金属污染

随着工业化生产的不断发展，水资源和环境的污染也越来越严重。为了改善人们的生存环境，需要对水生态和水资源进行保护，有效治理水污染，特别是对水体重金属污染的治理，应加强力度，更新治理方法和手段。目前，科技的进步让水体重金属污染的治理方法得到了创新，不仅有法学治理法、物理化学治理法，还开发了生物治理法。无论是化学治理法还是物理化学治理法，在治理过程中都是利用化学反应将污染进行转移，这不可避免会对环境造成二次污染。而生物治理法则是利用生物的新陈代谢对水体污染中的重金属进行吸收和回收，让水体中的中间浓度不断降低，慢慢改善和修复水体环境。比较常用的生物治理法有微生物修复、植物修复等方式，具有造价低、易操作、可控制、效果好等特点。生物治理法在处理水体重金属污染时不会形成二次污染，对环境的污染降低，因此得到了越来越广泛的推广。

2.如何治理土壤中的重金属污染

对于受重金属污染的土壤的防治主要用以下方法：

（1）生物治理方法：利用生物（动物、植物、微生物等）的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。（2）化学治理方法：向污染土壤投入改良剂，增加土壤有机质，阳粒子待换量和粘粒的含量，改变PH/RH和电导等物理性质，使土壤重金属发生氧化、沉淀、吸附、还原、抑制等作用，以降低重金属的生物有效性。（3）农业治理方法：即因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害，在污染的土壤上种植不进入食物链的植物。（4）天然矿物质发：这是一种治理重金属污染的新方法，即利用组成土壤的铁锰铝氧化物等天然矿物对重金属的吸附与解吸作用、固定与释放作用来提高土壤自身的净化能力和容纳能力。

结语

总而言之，如何恢复已经遭受重金属污染的地区的本来面目，这是一个正在进行的全球性研究课题，虽然取得了一些成绩，但是仍然存在一些理论上和技术上的问题。有待我们进一步的研究和探讨。