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摘要:汞由于特别的物理化学性质和强的毒性, 对环境及人体安康极具危害,已经成为全球关注的污染物。本文主要对汞及汞污染的来源、危害、防治进展了概述,并提出了对汞争论的展望。
关键词:汞 汞污染 来源 危害 防治
汞俗称“水银”,银白色重金属,是常温下唯一呈液态的重金属元素,也是环境中毒性最 强的重金属元素之一,同时具有较高的蒸汽压,对环境及人体安康极具危害,它被各国政府 以及 UNEP、WHO 和FAO 等国际组织列为优先掌握的环境污染物,始终受到人们的关注和重视[1]。20 世纪 50 年月日本发生的水俣病大事,使人们充分生疏到汞,尤其是甲基汞(MeHg)对人体和动物的毒害。20 世纪 60~80 年月,各国学者对人为污染的水生生态系统汞的循环演化规律进展了深入争论,并对MeHg 对人体毒害的机理进展了深入探讨,获得了MeHg 可以通过水生食物链富集放大,在高养分级生物中高度富集和MeHg 能通过人体血障和脑障对人的中枢神经系统产生危害的生疏。随着对汞在生态环境系统中危害性生疏的不断深入,从 20 世纪 60 年月起,人们开头掌握汞的使用量和排放量。总体来看,在汞污染排放量降低后,多数严峻工业污染区水体中鱼类或其它生物体内 Hg 含量水平明显下降[2],汞污染问题似乎得到了有效掌握,或者说找到了解决的方法。然而,20 世纪 80 年月末和 90 年月,科学家在没有人为和自然汞污染来源的北欧和北美偏远地区的大片湖泊中觉察鱼体高MeHg 负荷[3,4], 并证明人为排放的汞通过大气长距离迁移后的沉降是产生这一汞污染的主要缘由。由此,汞 在西方兴旺国家兴起了一轮环境汞污染的争论热潮。在瑞典哥德堡大学无机化学系OliverLindqvist 教授的建议下,于 1990 年在瑞典召开了首届汞全球污染物的国际学术会议,之后,这一国际学术会议每2~3 年定期召开一届。在最近召开的几届会议上,与会人数已超过 500 人,足以证明国际学术界对环境汞污染争论的重视程度。由此可见,对于汞及汞污染的争论是一项重要而困难的任务。
汞的概述
汞的来源
汞是地壳中相当稀有的一种元素,极少数的汞在自然中以纯金属的状态存在,是唯一的 液体金属。朱砂、氯硫汞矿、硫锑汞矿和其它一些与朱砂相连的矿物是汞最常见的矿藏。大约世界上的汞来自西班牙和意大利其他主要产地是斯洛维尼亚、俄罗斯和北美。朱砂在流淌 的空气中加热后汞可以复原,温度降低后汞分散,这是生产汞的最主要方式。
汞的根本性质和用途
汞在自然界中分布广泛,如岩石、土壤、植物、河流、大气中都普遍存在汞,但其含量很少,不会对人体安康造成危害,可称其为自然含汞量。汞在自然界中以金属汞、无机汞和 有机汞的形式存在,常见的无机汞主要有硫化汞、氧化汞和氯化汞,有机汞主要有甲基汞、乙基汞、苯基汞。汞单质极易与硫磺发生反响,生成红色的HgS,俗称朱砂。汞在空气和水 中稳定,不与酸(浓硝酸除外)和碱反响,导热性和导电性良好。汞几乎能与除铁以外的全部 金属形成合金,称为汞齐[5]。金属汞及其化合物的用途格外广泛,世界上约有 80 多种工业需要汞作为生产原料,主要用于化工、冶金、电子、轻工、医药、医疗器械等多种行业,汞还可作为核反响器的防护剂和冷却剂[5]。自然界中的汞与无机汞可在微生物的作用下转化为有机汞,通过食物链的富集作用进入人体而危害安康。任何形式的汞对人体均会产生毒性, 且不能被分解或降解成无毒物质[6],而其中甲基汞的毒性最强。但汞及其化合物在被广泛使用的过程中,也由于环保措施不当或事故,对环境造成了肯定程度的污染。
汞在环境中的迁移转化
汞的化合物(除 Hg(NO ) 外) 溶解度很小,这种性质直接影响它在环境中的赋存形态和
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迁移性及其迁移转化规律。汞的自然来源为含汞原矿。在风化作用下,汞以固体微粒等形态 进入环境中。进入土壤中的汞可以被植物吸取,也可以挥发进入大气,还可以被降水冲进入 地面水和地下水中。大气中气态和颗粒态的汞随风飘散又可沉降到地面或水体中。水体中的 汞主要存在于沉积物中,且水中汞主要被悬浮物吸附,影响吸附的主要环境因素是PH 及颗粒物含量。在河流底质中,汞主要是与有机质的迁移转化相联系,悬浮态汞是汞迁移的主要 形式。底泥中的汞可在微生物的作用下转化为甲基汞(MeHg+)。甲基汞可溶于水,因此又从 底泥回到水中。水生物摄入甲基汞,可在体内积存,并通过食物链不断富集。受汞污染水体中的鱼,体内甲基汞可比水中的多上百倍。水俣病是人体长期食用含有汞和甲基汞的水体污 染鱼其造成的。因此,对鱼体和底泥中的甲基汞应定期监测。环境中汞在大气、土壤、水之间就是这样不断迁移和转化的。
汞污染的来源
自然因素的释放
自然因素的释放主要来源于地质源的自然释放。汞在自然界中分布极广,几乎全部的矿物中都含有汞。自然释放到大气中的主要是元素汞(Hg0),还有一些二甲基汞、挥发性无机汞化合物等。地球经一系列的自然过程如火山活动、地热活动及地壳放气作用等将汞释放入
大气[7]。姚学良等人[8] 通过对成都平原的基底断裂特征进展探究,初步认为我原
的汞污染除人为来源之外,还可能与平原基底断裂的地球放气作用有关,这是造成该区大气 汞污染的主要缘由。另外,水体、土壤、植物外表的自然释放及森林火灾也是大气汞污染的重要来源。
人为因素的排放
环境中的汞污染除自然因素释放并因生态环境的转变而引起迁移外,绝大局部是由人为因素所致。近年来很多争论说明,人为汞污染源主要有以下三个方面。
工业废气、废水、废渣的排放
使用和制造汞或汞化合物的工厂所排出的含汞废水、废气和废渣,对大气、水源和土壤 造成了严峻污染,给人类安康和全球自然环境带来了严峻的危害。首先,煤、石油和自然气 在燃烧过程中会排放出大量的含汞废气和颗粒态汞尘 ,这是人为汞污染的重要来源之一。Lindqvist 等人[9]认为人为因素排放的汞约占大气汞的 3/4,而其中由燃煤释放的汞则占全球人为排放总量的 60%。王起超、Midwest ( 美国中西部) 争论所等[10,11]均报道煤中汞在燃烧过程中 75% 释放到大气中,并估算中国燃煤每年向大气排汞约200t 以上,美国燃煤电站每年排到大气中的汞为 89t。其次,氯碱工业、塑料工业、电子工业、混汞炼金和雷汞生产中排放的含汞废水,也是人为汞污染的主要来源。此外,提炼金属汞的工厂,制造汞温度计、 气压计、仪表和日光灯的工厂,以及使用含汞催化剂的化工厂等也是人为汞污染的来源之一。
自20 世纪50 年月日本熊本县水俣湾四周的鱼村消灭第一例由工业废水造成的严峻甲基汞中毒大事以来,在伊拉克、巴基斯坦、美国及中国,均曾发生过由工业废水( 含甲基汞) 造成的生物累积性中毒大事,如我国其次松花江被甲基汞工业废水污染后引起沿江局部渔民或居民慢性甲基汞中毒大事[12]就是一个典型的例子。
农业污水浇灌、污泥施肥、施药
随着城市工业的进展与城市化进程的加快,工业废水(含汞)使河水日益受到污染,因此,水资源渐渐匮乏。而对土壤用污水浇灌、污泥施肥及施用含汞农药,则是造成人为汞污染的又一来源。这些来源的汞一局部随风飘移释放到大气中(气迁移),Carpi[13]等争论说明
用污泥改进的土壤向大气中释放甲基汞和无机汞的平均值分别为:12~24 pg/(m2·h) 和约
100 pg/ (m2·h)。另一局部再经降雨径流,最终转移到水体(水迁移)。
城市垃圾、废物燃烧
随着城市化进程的加快,城市垃圾产量的与日俱增,城市生活垃圾燃烧厂所排放出的汞的比例亦日趋增加。在工业垃圾、生活垃圾、医疗废物及含汞污泥等废物燃烧过程中,会将相当数量的汞排放到大气中。工业垃圾常见于氯碱工厂、电器厂、颜料油漆等制造过程中的
含汞废弃物。生活垃圾中常见的含汞物质包括废灯管、废电池及废弃电器设备(温度计、压 力计、水银灯管、水银电池、荧光灯、电器组件等,主要是在使用后破损及弃置)等。医疗废 物常见于医院废弃的含汞棉球(硫柳汞酊)及口腔科废物(含汞补牙填料)等。Reimann 等人[14] 对欧美城市垃圾采样调查指出,欧美各国垃圾中汞含量为 2~5g/t 垃圾,1995 年美国垃圾燃烧汞排放量约为 11~30t,因此垃圾燃烧是人为汞污染的另一个主要来源。
汞污染对人体安康的危害
汞是人体非必需元素,环境被汞污染,人群会受到危害。据《全球汞状况评估》的报告中 指出人类受汞污染损害的途径有很多,但大多数人是由于食用了被汞污染的鱼类和海洋哺乳 动物。由于人类排放的汞随着大气和海洋流四处流淌,因此全球的鱼类都可能受到了不同程 度的污染。报告中还指出,在海洋中处于生物链最高层的鲨鱼、箭鱼、枪鱼、带鱼等大型鱼类以及海豹体内的汞含量最高。鱼在含汞量 ~ 毫克/升的水中生活就会中毒;人假设食用 克汞就会中毒致死。
汞及其化合物毒性都很大,特别是汞的有机化合物毒性更大。毒性最大的是甲基汞,甲基汞对人的作用特别顽固,进入人体后遍布全身各器官组织中,主要侵害神经系统,尤其是中枢神经系统,其中最严峻的是小脑和大脑两半球,并且这些损害是不行逆的。甲基汞还可通过胎盘屏障侵害胎儿,使胎儿先天性汞中毒,或畸形,或痴呆。此外甲基汞对精细胞的形成有抑制作用,使男性生育力量下降。水俣病就是甲基汞中毒的典型疾病,以小脑性运动失调、视野缩小、发音困难为主要病症,已被日本政府宣布为公害病。
汞常以蒸汽状态污染空气,汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入 人体。当汞进入人体后,即集聚于肝、肾、大脑、心脏和骨髓等部位,造成神经性中毒和深部组织病变,引起疲乏,头晕、抖动、牙龈出血、秃发、手脚麻痹、神经衰弱等病症,甚至会消灭精神混乱,进而疯狂痉挛致死。汞对口、粘膜和牙齿有不利影响。长时间暴露在高汞环境中可以导致脑损伤和死亡。汞的毒性是积存性的,往往要几年或十几年才能反响出来。
汞是一种可引起严峻慢性中毒的重金属元素,长期使用含汞化装品,会渐渐积存而不能 排出体外,从而引发人体骨骼、牙齿、神经系统、内脏器官等的疾病,严峻的会危及生命安全。短期病症,有人会皮肤发红、甚至肿胀、灼痛。此外,停顿使用此类化装品后,嫩滑的皮肤很快又会泛黄起斑甚至发黑,实在是得不偿失。据报道,现在个别化装品生产企业在生 产过程中非法添加有毒有害物质导致化装品质量不合格,有些化装品汞含量超标高达 9 万多倍。而某地区质监部门曾对 200 个批次的祛斑类化装品进展检测分析,其结果令人担忧,有
171 批次汞含量超标,而超标万倍以上的有115 个批次,最高到达93000 倍。在抽查中还觉察,这些高汞化装品多数标签标识不符合规定要求,如未标特别用途化装品许可证,有的标 称为进口化装品但却无进口商、经销商、在华代理商在注册的名称和地址。据介绍, 化装品汞中毒的患者均有以下特点,首先是接触时间长,承受定期美容效劳在3~6 个月左右;其次是汞中毒患者的临床病症表现出乏力、多梦等病症,随着病情进展,渐渐消灭头晕、 失眠、多梦、性情烦躁、记忆力减退等病症。还有一局部患者由于没有意识到汞的危害,而没有准时去医院就诊,延误了治疗。为此,提示宽阔热衷美容的女士,在打算做增白美容时, 应当对美容院和美容化装品进展选择,了解所用美容化装品的产地、成分和美容院的卫生状 况。一旦消灭特别病症应当及早治疗。
另据报道,在美国十二分之一或将近百万名妇女体内的汞含量高于安全标准,每年可能 有高达 30 万名生儿由于汞污染其智力和神经系统受到影响,而在全球,这一数据可能高达千百万。报告列举的最科研成果说明,汞污染还可导致心脏病和高血压等心血管疾病, 并可影响人类的肝、甲状腺和皮肤的功能。
汞污染的防治
汞在工业上应用广泛,造成污染较严峻。因此,必需实行以防为主、防治结合的综合措 施。首先从工艺改革入手,实行替代物质,削减汞的使用量,从源头掌握汞污染的产生。如 氯碱生产的食盐电解工序,过去始终承受汞作阴极隔槽,废水汞污染较严峻,承受离子膜先 进工艺后,从根本消退了汞的污染;再如,火工品雷汞作起爆药,汞污染比较普遍,承受毒
性相对较小的迭氮化铅(PbN3)替代可避开汞的污染。其次,淘汰落后工艺,如土法混汞炼金, 由于点多面广,工艺落后,规模小,汞收集率很低,或者根本无回收措施,就产生大面积汞
污染。此外,由于汞比重大,有流淌性,在作用金属汞时,应尽量削减流散,万一不慎将汞撒落,必需尽可能收集起来,并在凡有可能遗留汞的地方都复盖上硫磺粉,使汞生成难溶的 HgS。贮存汞必需密封,防止汞的挥发引起汞蒸气中毒。对于产生含汞废水的有色冶炼厂和 化工厂,应实行有效的处理措施, 使车间排放口达标排放。从废水中去除无机汞的方法有: 硫化物沉淀法、化学聚法、活性炭吸附法、金属复原法和离子交换法等。应视其工艺不同、排放浓度大小和废水酸碱性选用相应的经济技术可行的方法。
综述与展望
汞污染形势严峻, 当务之急是政府部门应乐观实行可行措施, 制定相关法律法规, 带着生产者、消费者肩负起汞的减排这一大重任。呼吁政府有关部门常常开展对化装品、电池
制造、氯碱生产、农药及以煤为燃料的火力发电、炸药制作等汞污染严峻的企业的治理整顿工作,实行有效地措施,最大限度的消退汞对环境的污染和对人类安康的危害,确保国人安康的安全。汞污染是全球性污染问题, 直接关系着人类的生存和进展,我们今后应当对以下方向作出着重争论:(1) 进一步分析汞的形态及其生物有效性,探清不同环境对汞形态转化的影响规律,从而干预或掌握汞的迁移转化和生物有效性;(2)汞在释放、迁移的过程中对偏远湖泊和人造水库尤其是地下水汞污染的奉献,是当前争论的热点之一;(3) 汞污染土壤的修复是争论的又一重点。应用基因工程选育型的超积存植株和微生物,进一步进展生物修复方法;同时完善一些正在争论的方法并开发的更为有效的修复方法。
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