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污染物的地質大循環

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1 污染物的地質大循環 -污染物的地質大循環

 

2 污染物的地質大循環 -正文

  環境中的污染物在地質作用下周而復始的運動過程。
  環境污染物的地質大循環是遵循一般物質地質大循環的規律的。物質地質大循環如圖1所示。

  環境中的污染物有的來自自然過程,有的來自人為釋放。自然過程包括岩石風化、火山噴發、大氣降塵、水流沖刷等過程,把污染物輸送入環境。人為釋放如自然資源的開發利用,特別是金屬礦床的開採和冶鍊,工業的廢水、廢氣、廢渣的排放等,都會把污染物排入大氣、河流、土壤之中,參與地質大循環。某些污染物如汞、鎘、砷、鉻、鉛的循環過程如下。
  汞循環  環境中的汞主要是元素汞、二價汞化合物等。元素汞比重大,不溶於水,往往在廢水排放口附近沉積、富集。二價汞離子能被有機膠體和無機膠體吸附,並隨著這些載體一起在水體中運動。這些微粒如果聚集成顆粒較大的聚集體,就能在水體中沉降到底層,成為沉積物,並在微生物的作用下,生成甲基汞和二甲基汞。甲基汞溶於水中,被水生生物吸收和富集,通過食物鏈傳遞。二甲基汞揮發後進入大氣而擴散。二價汞也可以與羥基或絡離子結合,生成Hg(OH)+、Hg(OH)2、Hg(OH)婣和Hg(OH)厈,以及 HgCl+、HgCl2、HgCl婣等。汞與氯離子的絡合特別明顯,當環境中含Cl-為0.0001摩爾時,Hg(OH)2和HgS的溶解度可以增加55~408倍。因此河流中懸浮物吸附的汞和沉積物中的汞進入海洋后,又可以解吸出來。在還原條件下,二價汞又可以被還原成元素汞,揮發后以汞蒸汽的形態進入大氣。在含H2S的還原環境中汞可以形成硫化汞。
  鎘循環  由於含鎘的岩石風化,鎘礦床的開採,特別是隨著工業上大量使用鎘作為電鍍、染料以及熱塑性塑料的穩定劑后,鎘在環境中的循環量增加了。鎘的溶解度較汞大,因此環境中有簡單的鎘離子存在。河流底泥對水中的鎘有很強吸附作用,底泥對鎘的濃集係數在5000~50000之間。腐殖質是河水中鎘離子的主要吸附劑,吸附速度很快。腐殖質又可以對鎘進行螯合,因此鎘便隨著河水遷移。鎘與羥基和氯離子絡合,生成 CdOH+、Cd(OH)2、Cd(OH)婣,以及CdCl+、CdCl2等絡合物,環境中的 Cl-對鎘的絡合僅次於汞。被吸附、螯合和絡合的鎘被河水攜帶入海,在河口處和海水逐步混合,因水相的鹽度不斷升高,吸附的鎘在不同程度上被海水中的 Na+、Mg2+所代替,使鎘又重新洗脫回到水相中。所以河水中的懸浮固體或腐殖質實質上起著把鎘輸送入海洋的作用。另一方面,被膠體吸附的鎘入海以後,由於海水的鹽度大而絮凝沉澱到海底,在還原條件下,鎘便生成硫化鎘而沉澱,最後作為海洋沉積物繼續參與地質大循環。
  砷循環  在自然狀態下,從岩石和礦物中風化出來的砷,以及人為排放的砷,大都存在於地表水體和沉積物中。砷在水體中有四種價態 (+5、+3、0、-3)。元素砷只有在很少情況下存在,負三價砷只在還原條件下產生。因此,自然界中的砷主要是以砷酸鹽和亞砷酸鹽的形式存在。前者毒性只有後者的1/60。砷酸鹽很易被水合氧化鐵所吸附而共沉。亞砷酸鹽在行為上也類似於砷酸鹽,可以被氫氧化鐵吸附而共沉。砷對硫有親合力,易形成砷的硫化物而被固定下來。砷在湖泊中的循環如圖2所示。在富氧的表層湖水中,低價砷有被氧化成砷酸鹽的傾向。砷酸鹽在轉入缺氧的低層湖水后,被硫化氫還原成HAsO2和AsS娛,最後轉變為難溶的砷的硫化物。微生物的甲基化作用能使砷再度溶於水中,參與生物循環。除了局部循環外,大部分淋溶出來的砷隨著地表徑流進入江河,最終輸往海洋。

  鉻循環  鉻在環境中的循環與環境氧化-還原條件有密切關係。在強氧化條件下,鉻可以形成具有很高的遷移能力的易溶性鉻酸鹽;在還原條件下,鉻則形成難溶性化合物沉澱下來。因此在氧化-還原電位發生劇變的地方,常出現鉻的富集。鉻也可以被腐殖質吸收,以溶膠狀態發生遷移。
  鉛循環  鉛的地質大循環特點同鎘相似。鉛很容易被有機膠體或無機膠體吸附:被有機膠體的吸附順序為Pb2+>Cu2+>Ni2+>Zn2+>Cd2+>Fe2+>Mn2+;被蒙脫石等無機膠體吸附的順序也是鉛占第一位。因此鉛在河流的遷移時很易進入底泥沉積物中。據研究,鉛在離排污口10公里處,就有90%被凈化。而溶液中的鉛則隨河水進入海洋,並參與海洋沉積物的地質大循環。
  含有上述污染物的顆粒物通過大氣傳輸,在環境中遷移。其中大的在一定條件下沉降到地面,小的則可被降水淋洗,進入河、湖、海等水體,參與地質大循環。

 

3 污染物的地質大循環 -配圖

 

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