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土壤中金属汞的监测与处理
摘要：汞（Hg）是一种有毒的银白色重金属元素，是常温下唯一的液体金属，游离存在于自然界并存在于辰砂、甘汞以及其他几种矿中。它主要用于科学仪器（电学仪器、控制仪器、温度计、气压计）及汞锅炉、汞泵和汞气灯中，俗称“水银”。由于汞易于流动，在常温下不容易被氧化，但易蒸发为有毒蒸气，因而对人体有着许多危害。“怎样监测并预防土壤中的金属汞”在当今汞制设备繁多的时代成为了一个重要的命题。

正文
1.汞的来源与危害
1.1土壤中汞的来源
1.1.1 天然存在
天然土壤中汞的含量很低，一般为0.1~1.5mg / kg，其存在形式有单质汞、无机化合态汞和有机化合态汞，主要存在于土壤母质以及岩石中。其中，挥发性强、溶解度大的汞化合物易被植物吸收，如氯化甲基汞、氯化汞等。汞及其化合物一旦进入土壤，绝大部分被土壤吸附固定。当积累量超过一定的允许浓度时，生长在这种土壤上的农作物果实中汞的残留量就可能超过标准，对人体造成危害。
1.1.2 人为污染
随着工业的发展，汞的用途也越来越多，大量汞进入人类居住的环境。目前全世界每年开采利用的汞量在1万吨以上，大部分成为三废进入环境。采金工业中，利用汞来提炼贵重金属简单廉价；燃煤发电，煤中的汞也使得土壤总汞含量增加；工业废料和城市生活垃圾的堆放，其中含有废弃的温度计、气压计等仪器以及电子废弃物中所含有的汞元素；农业耕作时使用废料和农药的不合理等等。
1.2 土壤中汞的危害
汞及其化合物可以通过呼吸、皮肤、消化道等不同途径进入人体，并且能够形成积累，需要较长的时间才能表现出来。同时汞能存在于生物体内，因而食物链对于汞有着非常强的富集能力。长期接触汞能够使生物体产生汞中毒现象，主要症状有头痛、头晕、乏力、睡眠障碍、精神不稳定、恶心、食欲不振、腹泻或便秘、损伤肾脏、影响视力等等。

2. 土壤中汞污染的国家标准与含量测定
2.1 土壤中汞污染的国家标准
元素
算数平均值
标准偏差
几何平均值
几何标准偏差
95%置信度范围值
Hg
0.065
0.080
0.040
2.602
0.006~0.272
表1 土壤表层元素背景值 单位：ug / kg
(摘自《中国土壤元素背景值》)
级别
一级
二级
三级
土壤pH
自然背景
< 6.5
6.5~7.5
> 7.5
> 6.5
汞 <
0.15
0.30
0.50
1.0
1.5
表2 土壤环境质量标准值(GB 15618—1995) 单位：mg / kg
2.2 土壤中汞含量的测定
测定土壤中汞含量采用冷原子吸收光谱法和冷原子荧光光谱法。
2.2.1 冷原子吸收光谱法：
称取适量通过0.149mm孔径筛的土样，用硫酸-硝酸-高锰酸钾或硝酸-硫酸-五氧化二钒消解，使汞转化为二价态。将产物转入冷原子吸收测汞仪，加入氯化亚锡溶液把汞离子还原成易挥发的汞原子，用净化空气带入吸收池吸收低压汞灯辐射出的253.7nm的紫外线，测量吸光度并与标准曲线进行比较。方法的检出限为0.005mg / kg。
2.2.2 冷原子荧光光谱法：
讲土壤样本经过混合酸体系消解后，加入氯化亚锡溶液将汞还原为原子态，用载气带入吸收池，吸筹253.7nm波长的紫外线后，被激发而发射出共振荧光，测量荧光强度与标准曲线进行比较。方法的检出限为0.05ug / kg。

3.土壤中汞污染治理方法
3.1 汞污染（无机和有机配位体对汞的络合—螯合作用）
土壤中最常见的汞的无机络离子如下：
Hg2+ + H2O = HgOH+ + H+
Hg2+ + 2H2O = Hg(OH)2 + 2H+
Hg3+ + 3H2O = Hg(OH)3 + 3H+
Hg2+ + Cl - = HgCl+
Hg2+ + 2Cl - = HgCl2
当土壤溶液中Cl – 浓度较高时（大于0.01MOL/L），可能有HgCl3-生成：
Hg2+ + 3Cl - == HgCl3-
OH- 和Cl – 对汞的络合作用大大提高了汞化合物的溶解度。为此，一些研究者曾经提出用CaCl2 等盐类来消除土壤汞污染的可能性。另外土壤中的有机配位体，如腐殖质中的羟基和羧基对汞有很强的螯合能力以及很强的吸附作用，来降低土壤矿物质中的汞含量。
3.2 土壤汞污染的防止措施
3.2.1 建筑物内汞泄露处理办法
可以用工业级硫磺粉洒到地面上，待硫磺粉与汞的小颗粒完全融在一起 会形成汞齐，是固态的也是无毒的沉淀物质，就可以把它收集起来放到一个容器里密封起来。密封的时候最好在水银的液体里面放入一部分水，再用盖子拧严，这时水银在有水层保护下是没有挥发性的，也是无毒性的了。处理时注意做好相关防护工作，并注意通风。
3.2.2 自然界中汞的转移与防护
3.2.2.1 土壤汞是大气汞的一个主要来源，而对土壤也是一个净化过程。不同来源的汞进入土壤后会通过微生物的还原作用、有机质还原作用、化学还原作用等生成单质汞，而单质汞很容易从土壤中释放出来，是土壤向大气释放汞的主要形态。
3.2.2.2 径流流经土壤时，对土壤有侵蚀作用，可以带走土壤中的汞。森林土壤有一小部分汞（< 0.02%）与甲基汞(< 0.2%)可以通过径流进入地表水，但也仅仅是一小部分。
3.2.2.3 汞在作物体内的富集随土壤的污染程度增加而增加。植物可以用来吸收土壤以及大气中的汞，并帮助美化环境。同时也可以利用微生物使得汞还原挥发，通过提高微生物活性来净化污染土壤，使用耐汞微生物的生物作用来除去微生物。
3.2.2.4 人为减少汞排放量，注意对三废排放的控制。科学地使用化肥农药，在进行灌溉和使用污泥的过程中减少汞的直接输入，对污水污泥进行严格控制。在工业生产中，应带在排放前进行消解、还原等处理，严格控制汞含量排放。
3.3 金属汞废弃物富集体的最终处理
3.3.1 金属富集体的湿法炼金
湿法炼金技术主要用于对金属富集体的分类回收处理。在金属富集体中含有贱金属和稀有金属。贱金属含量较高，稀有金属价值较高，因此需要对它们进行分类处理。可以先用硝酸、盐酸或硫酸等单一酸将贱金属溶解到溶液中，固液分离后再用王水处理不溶固体，最终使金属全部溶解到溶液中，从而实现贱金属与稀有金属的分离，从而进一步进行处理。
3.3.2 金属富集体的火法冶炼
火法冶炼是指通过焚烧、等离子电弧炉或高炉熔炼、熔融等处理手段去除废弃物中的塑料以及其他有机成分，使得金属得到富集并进一步回收利用。这种方法的优点在于方便便捷，使在化学原料不足的情况下也能对废弃物进行处理，使得金属能够最大程度地得到回收。但是这种方法存在的问题在于，燃烧等手段会造成有毒气体的溢出，形成空气污染源。特别是塑料中卤素阻燃剂的焚烧过程中容易产生有毒气体——二噁英和呋喃，造成严重的环境污染。

4. 土壤中汞污染的预防与防范
在工业上预防措施主要是尽量以无汞材料取代汞，改革工艺、密闭操作、加强通风排气、车间用碘与汞蒸气结合成不易挥发的碘化汞然后用水冲净。注意三废的排放处理，应严格符合国家标准执行。在生活中注意个人防护和卫生习惯、相关工作人员应当戴碘化活性炭口罩；接触汞制产品后，应该勤淋浴、更衣、漱口、洗手等。

结语：土壤汞污染是全球性的问题，关系到人类的生存与发展。对于人类赖以生存的土壤，我们应该加大土壤汞污染的治理力度。一方面应当防范此类污染事件的发生，严格按照相关法律法规进行排放；另一方面应当充分考虑环境效益和经济效益进行土壤修复。不仅土壤中的金属汞如此，对于许许多多重金属物质都需要我们防止、处理两手抓，真正保护好我们的地球。
参考文献
【1】 耿海玉 等 《上海市静脉产业发展研究》 中国财政经济出版社 2009.11
【2】 何亚群 等 《电子废弃物资源化处理》 化学工业出版社 2006.7
【3】 任仁 等 《化学与环境》 化学工业出版社 2005.4
【4】 夏立江 王宏康 《土壤污染及其防治》 华东理工大学出版社 2001.7
【5】 奚旦立 等 《环境监测（第四版）》 高等教育出版社 2010.7
【6】 王荔娟 等 《土壤/沉积物中汞污染地球化学及污染防止措施研究》 岩石矿物学杂志 2007，26（5）：454—458
【7】 王剑 等 《农田土壤汞污染治理技术的应用探讨》 北方环境出版社 1991.4