重金屬污染及其對水土的危害

竇紅賓，郭唯

（西安科技大學 管理學院，陜西 西安 710054）

采礦、冶金等過程中排放到大自然的重金屬污染，危害大、分布廣/Boris Bukovsky

在開礦采礦、金屬冶煉、機械制造、農業灌溉等工農業生產活動中，人們會有意無意地將大量重金屬元素直接排放入自然環境，當環境中的重金屬含量超過一定閾值后，就會引發水體或土壤的重金屬污染。重金屬污染危害大、分布廣、易轉化，治理難度極高，土壤或水體一旦被重金屬污染，就像我們人類罹患絕癥一樣，再難恢復健康，因此重金屬污染被人們稱為“水土的絕癥”。

重金屬污染的類型和危害

重金屬是指密度大于5 克每立方厘米的金屬元素，目前人們已知的重金屬約有45 種，包括金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鎘、鉻和汞等。重金屬污染一詞中所指代的“重金屬”主要是指那些對生物有明顯毒性的重金屬元素，主要包括汞、鉻、鎘、鉛、銅、鋅、砷等，其中砷是一種毒性極強的非金屬元素，其化合物廣泛應用于農藥、殺蟲劑、除草劑等，同時其在土壤體系中的毒性作用及遷移規律與土壤重金屬十分相似，因此在環境污染領域一般也將其視為重金屬。

由于缺乏環保意識，人們在采礦、金屬冶煉、機械制造、工業污水灌溉等工農業生產活動中，會將大量重金屬元素直接排入自然環境，引發環境污染和生態破壞。由重金屬及其化合物造成的環境污染就被稱為重金屬污染。與其他環境污染類型相比，重金屬污染有其顯著特征。一是可富集，治理難。重金屬污染與有機化合物污染存在顯著不同。一般有機化合物進入自然環境后，會逐漸分解，其環境危害性也會隨之逐漸降低，而重金屬的化學性質大都較為穩定，難以在自然環境中降解。因此它們會在土壤、水體中不斷富集，最終通過食物鏈進入動物和人體內，危害動物和人體健康。重金屬及其化合物一旦進入土壤或水體后，就很難再被集中回收清理，其對環境的危害性也將持續存在，這一特性增大了其治理難度。二是毒性強，危害大。當重金屬元素進入人體后，會抑制體內蛋白質和各種酶的活動，威脅機體功能。同時，隨著重金屬在人體內不斷富集，會造成人體急性、亞急性和慢性中毒。20 世紀發生在日本的水俁病、骨痛病就是汞污染和鎘污染的典型案例。三是分布廣、易轉化。土壤、水體以及大氣都可以容納和承載重金屬離子，目前重金屬污染已經遍布世界各個角落。而復雜多變的自然生態環境，又進一步降低了重金屬及其化合物的化學轉化難度，使其轉化為毒性更強的金屬化合物的可能性大大增加，其危害性也進一步增強。

相較于鋅、銅、鈷、鎳、錫等毒性較小的重金屬，目前人們更關注的是鉛、鎘、汞、砷、鉻等金屬元素污染物。鉛污染是一種具有較大毒性的重金屬污染類型，鉛元素一旦進入人體后，會影響人體造血系統、神經系統、消化系統、骨骼系統、生殖系統、免疫系統的正常功能，引發肝腎、腸胃以及腦部疾病。孕婦、兒童更容易受鉛污染影響，孕婦鉛中毒后會連帶損傷胎兒神經系統，造成嬰兒先天性智力低下，兒童長期遭受鉛污染會影響其學習能力、專注能力，阻礙其語言學習。鉛制品曾在古羅馬帝國廣泛使用，《新英格蘭醫學雜志》上曾發表的研究論文認為，鉛污染、鉛中毒是導致羅馬帝國衰亡的一個重要原因。鎘是人體非必需元素，在自然界中含量較低，一般與鋅、鉛共生，以化合物狀態存在。20 世紀以來，隨著電鍍工業、化學工業、電子業以及核工業的發展，大量鎘開始通過廢棄、廢水、廢渣進入自然環境，引發鎘污染。相較于其他重金屬元素，鎘更容易被農作物吸附，也更容易通過食物鏈傳遞到人體內。鎘元素在人體富集后會對腎臟造成損傷，導致骨軟化病，也即“痛痛病”，此外鎘慢性中毒還會影響人體生育能力，損傷男性精子中的Y 染色體，導致女嬰數量畸增。汞，俗稱水銀，是環境中毒性最強的重金屬元素之一，水中含0.01 毫克汞就會導致人中毒。汞對人體的危害性較大，進入血液后，氧化形成的汞離子會在大腦中不斷蓄積，最終傷害大腦神經組織。砷污染的來源主要是工業生產、含砷農藥使用、煤炭燃燒等。砷的毒性比較奇特，單獨的砷元素幾乎無毒，而變成砷化物后毒性陡增，影視劇中常出現的砒霜就是三氧化二砷，該物質有劇毒可致人迅速死亡。慢性砷中毒會引發癌癥，研究發現，長期暴露在含微量砷化物的環境中，人體罹患皮膚癌和肺癌的概率將大大增加。鉻污染也是一種較為常見的重金屬污染類型。鉻在金屬加工、電鍍、制革等行業有較為廣泛的應用，這些工業排放的廢水、廢氣是自然環境中鉻的主要人為來源，此外煤炭、石油等化石能源燃燒產生的廢氣中也含有一定量的固態鉻顆粒。鉻化合物對人體有巨大危害，研究發現三價鉻有致畸作用，而六價鉻毒性要遠超三價鉻，是強致癌物質，可誘發肺癌和鼻咽癌。

重金屬污染嚴重危害土壤水體

重金屬污染不僅威脅食物鏈中頂層生物的健康，還會對土壤和水體生態環境產生嚴重危害。重金屬及其化合物的顆粒十分微小，一旦進入水體和土壤后，極易擴散，有效清除難度極高，這就導致其危害性會在水土載體中持續存在并不斷積累。由于重金屬污染危害的不可逆性，使得土壤、水體一旦被重金屬污染，就像我們人類罹患絕癥一樣，很難恢復健康，因此重金屬污染也被稱為“水土的絕癥”。

水體重金屬污染是當前全球復雜水污染問題中一個非常突出的污染類型，已經引起了人們廣泛關注。重金屬元素進入水體主要通過以下四種途徑，一是農藥、化肥中的重金屬通過農田排水、地表徑流進入自然水體，經長時間聚集后形成水體重金屬污染。二是電鍍、化工等企業排放的污水、廢渣進入水體。三是金屬冶煉、礦石燃料燃燒產生的廢氣、廢水、廢渣等排入或落入水體。四是礦山開采、洗選的廢水、廢渣進入水體?？傮w來看，與農業源重金屬相比，工業源重金屬的范圍更廣，危害更大，是目前水體重金屬污染的主要污染源。工業重金屬排放主要來自有色金屬礦采選業、金屬制品業、有色金屬冶煉和壓延加工業，相應的這些行業也是我國當前及未來重金屬污染防控的關鍵行業和領域。

目前，我國河湖海水體受重金屬污染較為嚴重。重金屬有多種，目前對我國地表水源水體質量有嚴重影響的重金屬依次為汞、鎘、鉻、鉛，此外，其他重金屬如鎳、鉈、鈹、銅在我國各類地表水飲用水體中的超標現象也較為嚴重。河流方面，我國長江三峽庫區沉積了大量上游泥沙和沿江城市工業“三廢”，庫區江段受到不同程度的重金屬污染。我國汞礦資源豐富，主要集中在西南地區，貴州、四川兩省的汞礦開采是導致烏江下游水體汞污染的主要原因。長江入?？谑俏覈拈L三角經濟區，地區工業特別是制造業發達，相應的工業源金屬污染物排放也較多，這導致我國長江口附近銅、鋅、鉛污染較為嚴重。湖泊方面，我國第三大淡水湖太湖中砷、鉻、汞等污染物含量較高，吉林省長春市松花湖中汞化物含量持續升高，湖中生物體內重金屬汞明顯富集。河流中的重金屬污染物也會隨水流進入海洋，導致海洋重金屬超標。通過對我國近海海水樣品的抽樣監測發現，海水中鉛含量超標62.9%，銅超標25.9%，汞、鎘等重金屬同樣超標。2020 年8 月，《環境化學》期刊發表了一篇針對我國河流水體重金屬污染趨勢的學術論文，通過梳理1980—2016 年我國35 條河流和64 個湖泊水體的5 種溶解態重金屬數據，發現我國河流水體中鎘、鋅、砷濃度呈明顯上升趨勢，而鉛、銅濃度呈下降趨勢。1980—2010 年水體溶解態重金屬主要污染源為農業排放、工業排放，2011 年以后污染源轉為自然排放和生活廢棄物排放；在我國四大經濟區域中，東北和中部地區河湖水體中溶解態重金屬含量最高，西部次之，東部地區最低。

土壤是重金屬的最終歸宿和載體，當土壤中重金屬含量超過土壤承載上限時，就會導致土壤重金屬污染。重金屬污染會對土壤結構、生物生長產生一系列負面影響，一方面，重金屬污染物會影響和改變土壤理化結構。當土壤中的重金屬富集到一定濃度后，土壤易結板，透氣性和含水能力顯著下降，而這會顯著加速土壤退化。另一方面，土壤重金屬污染還會影響生物與非生物間的運轉與交換，破壞土壤內部物質循環，最終導致土壤生物營養不良，危害作物生長。再一方面，土壤中的重金屬還會通過各種渠道進入農作物，導致部分農產品重金屬元素超標，影響作物品質。最后，重金屬元素增加還會抑制土壤中的微生物代謝，改變土壤微生物群落結構，影響土壤的硝化、固氮功能，阻礙有機質分解和轉化。

造成我國土壤重金屬污染的原因是多方面的，一是農藥化肥的過量施用?；蕦υ黾愚r作物產量確有效果，但長期過量施用磷肥、鉀肥、氮肥等，會加大農田土壤重金屬含量。以磷肥為例，其生產原料磷礦石中天然伴生鎘，過量施用會導致土壤鎘污染，而水稻對鎘有極強吸附能力，最終會形成“鎘大米”。另一方面是固體廢棄物。在一些鄉鎮采礦、金屬冶煉企業以及工業園區附近，大量成分復雜、種類繁多的工業垃圾和廢棄物被直接堆放在農田附近，經過雨水淋洗、渣液滲漏，重金屬及其化合物微粒會進入農田土壤，不斷積累后，農田中的重金屬就會超標。三是大氣沉降。交通運輸、金屬冶煉、水泥、建筑、能源等行業生產作業過程中會產生大量粉塵污染和廢氣，重金屬元素就會隨著這些廢氣進入大氣，最后沉降在土壤中。比如，高速公路兩側的農田會因汽車燃燒含鉛汽油，而沉降大量鋅、銅、鉛、鉻等重金屬。

2014 年生態環境部發布了《全國土壤污染狀況調查公報》，這是距今最近的一次由權威部門發布的土壤污染調查報告。報告發現我國西南、中南地區土壤重金屬超標較嚴重，鎘、汞、砷、鉛4 種污染物含量分布呈現從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態勢；鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8 種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；土壤重金屬污染主要集中在重污染企業（有色金屬、皮革制造、石化、造紙、礦物金屬制品等行業）、工業廢棄地、工業園區、工業廢棄物處置場地、采油區、污水灌溉、干線公路兩側。除上述國家權威部門發布的調查數據外，學者們也對我國土壤重金屬污染現狀進行了評估和研究，2020 年9 月，《環境科學》雜志發表了一篇來自寧夏大學的學術論文《中國農田土壤重金屬空間分布特征及污染評價》，通過梳理2002 年以來我國各行政區農田土壤重金屬實測數據，發現南方農田土壤重金屬含量明顯高于北方，湖南、云南、貴州、四川、福建、廣西以及上海的農田土壤重金屬含量較高，我國農田土壤7 種重金屬的污染程度由高到低依次為：鎘、汞、鉛、銅、鋅、砷、鉻。

土壤重金屬污染是一個十分嚴峻的全球性環境污染問題。據統計，全球每年向土壤中排放汞為1.5 萬噸，銅340 萬噸，鉛500 萬噸，錳1 500 萬噸，鎳500 萬噸。相較于西方國家，我國重金屬污染物排放量總體較少。以重金屬汞為例，科學家們發現自1850 年工業革命至2014 年的164 年間，西方國家共向大氣中排放了35.2萬噸，而同期我國的排放量僅為1.6 萬噸，占全球排放總量的6%，而北美、歐洲等國的排放量占全球比重超50%。重金屬污染給全球農業和人民健康造成了較大危害，歐洲被重金屬污染的土地有數千畝，日本有超過10 萬畝土地正遭受鉻、汞、鉛、砷和鎘污染，目前我國也有約3 萬畝土地遭重金屬污染。大量排放的重金屬污染物最終又通過食物鏈傳遞危害了人類健康。2021 年7 月，法國公共衛生局發布的一項調查研究發現：包括兒童在內，幾乎所有法國人的體內都檢測出了大量有毒重金屬，且數量仍在持續增加。2022 年7 月，美國食品和藥品管理局發布的一份食品調查報告中發現，在數千種美國人民的日常食品中，有超過15%的食品樣本含鉛，43%的樣本含砷，61%的樣本含鎘。

值得注意的是，在土壤中重金屬含量較低時，并不會對土壤及周邊生態環境造成危害，但當其含量一旦超過閾值上限或土壤環境條件發生改變時，重金屬的危害性就會迅速活化，造成嚴重的生態危害。土壤重金屬污染一般難以直接察覺，易被人們忽略。為此，我們必須加強土壤監測，確保在其危害爆發前及早發現、遏制和扭轉其蓄積趨勢。

我國加強重金屬污染防控措施

近年來我國進一步加強了土壤保護和治理工作，推出了一系列涉及土壤重金屬污染防治的政策和法律規范，2016 年，我國正式開始實施《土壤污染防治行動計劃》，2017 年出臺了《污染地塊土壤環境管理辦法》，2018 年《土壤污染防治法》正式通過，為我國土壤污染防控和治理提供了法律依據。2021 年11 月，《中共中央 國務院關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》中明確提出要“加強重金屬污染防控，到2025 年，全國重點行業重點重金屬污染物排放量比2020 年下降5%”。2022 年3 月7 日，生態環境部印發了《關于進一步加強重金屬污染防控的意見》的通知，該意見明確了我國重金屬污染防控的2025 年、2035 年兩個階段性目標，提出了我國重金屬污染防控工作重點任務，為我國未來重金屬污染防控工作指明了方向和道路。

《關于進一步加強重金屬污染防控的意見》為未來我國重金屬污染防控工作提出了較為明確的管控措施，具體內容有以下幾點：

（1）分類管理，完善重金屬污染物排放管理制度。首先要全面摸排、清查，動態更新我國各地區重金屬污染行業、工業園區、企業信息，并將重點園區和企業納入排污單位目錄。其次要對重金屬污染物減排實施分類管理，我國不同省市、不同行業、不同重金屬污染類型面臨不同的減排基數和潛力，因此我國各地生態環保部門要全面、科學掌握區域內重點行業和企業減排潛力，制定切實可行的減排目標，同時強化落實，推動減排目標責任到企業。再次是在重金屬污染排放企業中實施總量控制制度。我國各地要積極借助排污許可證，加大對重點行業、企業排污種類、濃度和總量的控制與監管，并最終通過排污許可建立規范的企業環境管理臺賬。最后是積極探索重金屬污染排放總量替代管理豁免。對與國家重大發展戰略直接相關的項目以及以重金屬固體廢棄物為原料的綠色發展項目，可以在綜合統籌區域環境質量和重金屬污染防控水平基礎上落實重金屬污染物排放總量替代管理豁免。

（2）嚴格準入，優化涉重金屬產業結構和布局。一方面，對重金屬排放重點行業要設置嚴格的區域環評、規劃環評和行業環境準入標準；另一方面，要依照《產業結構調整指導目錄》《限期淘汰產生嚴重污染環境的工業固體廢物的落后生產工藝設備名錄》等要求，不斷淘汰涉重金屬污染落后產能；最后是優化重點行業企業布局。各地區應采用集中發展、集中管理的思路來重新規劃涉重金屬污染行業，積極建立金屬冶煉、電鍍、制革等產業園區，推動這些重點行業集中發展。此外，還要禁止落后低端產能向我國主要流域的上游轉移，切斷水體重金屬污染源頭。

（3）突出重點，深化重點行業重金屬污染治理。一方面，要積極引導和推動涉重金屬重點行業和企業進行清潔生產改造；另一方面，要對有色金屬冶煉、采選以及電鍍等重點行業開展系統、全面的深度污染治理，切實減少這些行業的重金屬污染排放。再一方面是對涉鎘、涉鉈等重點污染物企業展開排查整治行動，指導相關企業建立污染風險臺賬并制定問題整改方案。最后是不斷推進重金屬污染歷史遺留問題治理。對已形成重金屬污染的地區，要積極進行整改，積極探索新型污染治理技術模式。

（4）健全標準，加強重金屬污染監管執法。一方面，我國省級生態環境部門應根據本地區重金屬污染實際狀況，建立符合本地實際的重金屬污染排放標準，推動解決區域性重點行業污染問題。另一方面，我國各地還要加強重金屬污染監控水平，積極借助自動化監測系統，提升監測的科學性和實效性，力求及早發現大氣、水體和土壤中的重金屬累積風險，并為未來重金屬污染防控政策提供科學數據支撐。再一方面是加強重金屬污染執法監督力度，依法嚴厲打擊非法排污行為。最后是強化涉重金屬污染應急管理。我國各級生態環境部門應根據本地區重金屬污染情況，建立污染應急處置預案，不斷加強應急物資儲備和應急演練，切實提升本地區重金屬污染應急處理能力。

2010 年左右，我國湖南、湖北、浙江、廣東、四川、福建、陜西、云南等地曾發生數十起鎘污染、砷污染、血鉛超標、鉛中毒等事件，“十三五”時期，我國各地政府的重金屬污染防控意識逐步提高，重點行業重點重金屬污染物排放量得到較好控制，未來我國仍然不能松懈，要繼續根據我國重金屬污染發展態勢，采取有力措施，加強防控，降低其環境危害性，促進我國水體和土壤生態系統保護，加快推動我國生態文明建設。