地球化学如何在环境污染与防治中发挥自身优势

2019-02-10陈平峰

世界有色金属 2019年10期

陈平峰

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽合肥 230000）

现阶段，随着国民经济水平的提高，国家大力支持环保行业，环境污染控制及防治各方面的研究得到大力发展。但是，在单学科研究、解决环境问题的同时，单学科无法良好的解决如此庞大的环境问题，需要多学科协同共同致力于我国环保事业的发展。地球化学主要是研究上地壳、地球外部圈层岩石、土壤、水体和大气中物质的组成、形成条件、影响因素以及物质或元素的迁移变化规律。土壤污染、水体污染和大气污染与人类生活息息相关，环境中污染物易通过人体直接吸收和在食物链上的间接传播进入人体。按照污染物类型分为有机污染和无机污染，无机污染主要有重金属污染和N、P等污染，以土壤和水体中重金属污染为甚，尤其是我国长期以来的工矿业活动，导致大量的土壤、水体受到各类重金属污染[1]。有机污染主要以持久性有机污染物为主，其以通过各种环境介质能够长距离迁移并长期存在于环境，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性的天然或人工合成的有机污染物质为主，对人类健康和环境具有严重危害。在当今如此严峻的环境背景下，如何发挥地学的优势，如何运用地球化学的知识更好的解决环境科学中的难题，地球化学应突出研究以下几个方面：①污染物组成、浓度及污染范围；②污染物的来源；③污染物浓度变化的影响因素；④污染物的迁移与转化。

1 污染物的组成、浓度及污染范围调查

近年来随着环境质量的日益改变，我国对现阶段的环境污染调查更加重视。为了解某地区某种污染物的组成、浓度和污染范围均可以通过生态地球化学调查，实地采样、化验、分析等手段来完成[2]。例如为全面了解土地质量现状而开展的，以地球化学为手段的地质调查工作，主要调查土壤中的养分元素(例如氮、磷、钾、钙、铁、铜、锌等)、生命健康元素、重金属污染元素和有机污染物含量等54种化学指标及其生态效应,进而对土地质量级别进行评定在全国开展1:5万土地质量地球化学调查和1:25万多目标地球化学调查等。其能够有效服务于国土资源管理、地方经济发展和精准扶贫的基础地质调查工作，也是一项利国利民的基本国情调查，是国土资源系统践行绿色发展理念的重要举措，是了解环境污染情况并开展环境污染防范与控制的基础。

生态地球化学调查的作用主要体现在：①查明土壤、水体、大气中的有毒、有害物质含量、组成和范围，为当地环境质量提供基础数据，为后续污染物的监测和防治提供有效支撑，避免出现大范围群体事件。②通过生态环境质量地球化学调查，获取耕地土壤、水体中的有益元素、有害元素含量数据，可以作为耕地分等定级的评价依据并指导土地规划对建设用地的布局和基本农田的划定;服务于农业产业结构调整,优质土地资源开发利用,助力地方经济发展。③通过调查,优质土地(比如富硒土地)水体及其农产品隐藏的绿色健康价值被发掘出来,因地制宜的发展绿色无公害农产业,推广地方特色农副产品,可以提高市场竞争力及经济效益。为地方经济发展拓宽了道路,受到越来越多地方政府的重视。

2 污染物来源调查

尽管现阶段的环境大背景下，受到国家政策的支持，环境污染防治相当火热，但是绝大多数只是为了污染而修复，花费大量的财力、物力，实际取得的污染修复效果并不理想，亦或者绝大多数仍处于实验室研究，并不能真正高效、经济的解决实际污染问题，主要原因是，实际地质体、土壤、水体、和大气均是非常复杂的环境，污染修复过程受到自然界诸多方面因素的影响。实验室的研究过于理想化，并且对污染物的来源，污染物浓度变化的影响因素以及污染物迁移变化规律研究调查不清楚所致。地球化学讲求从根本上解决这些问题，探讨、查明环境介质中污染物的来源，主要通过野外地质调查、样品的采集与分析、介质中污染物的变化规律分析以及稳定同位素示踪等手段对污染物溯源。

3 污染物浓度变化的影响因素研究

不同类型的污染物在不同的环境介质中会表现出不同的活性和迁移变化规律。复杂多变的外界环境条件会对污染物浓度、活性、迁移变化规律甚至环境污染的修复效率产生显著的影响。例如，现阶段对人类威胁较大的几种毒性金属元素Cd、Pb、As、Cr、Hg等，在不同的pH、温度、氧化还原环境、有机质等条件下，其活性、生物有效性、迁移转化能力会有着显著的差异。Cr、Cd、Pb在酸性环境中活性更强、更不稳定、更容易发生迁移，生物毒性更大，随着介质pH的上升，活性逐渐变弱，不易通过迁移而随食物链进入人体，生物有效性降低。pH对As的影响同样明显，不过其在酸性环境中反而表现得更为稳定，而且介质中有机质的含量对As浓度的影响较大，研究表明当水土介质中有机质含量较高时，As的浓度更高。Hg也是较为严重的一类毒性污染物，其性质受到温度的影响较大，从而针对于Hg这一特性，有专门应对与Hg以及易挥发毒性物质的热解析法。

4 污染物的迁移转化研究

污染物的迁移转化也是环境地球化学研究的重点，这包括污染物在环境介质（水、土、气、沉积物、地质体）之间的迁移，以及污染物的化学转化和生物转化。绝大多数污染物均具有较强的迁移能力，例如有机污染物能够在大气中长距离迁移，随着温度冷凝迁移至土壤或水体中；土壤中的无机污染物基本都可以在地下水、土壤孔隙水之间迁移；土壤中的有机污染物会挥发迁移至大气，在气、土、水之间迁移循环。因此研究清楚污染物的迁移规律，影响因素后才能从实质上了解清楚污染物的来源，污染物的范围，以及制定更好的修复、应对方案。

污染物的转化，包括化学转化和生物转化，即对应的化学修复和生物修复。在研究、查明这些有毒有害的污染物如何转化为轻毒或无毒物质后，可将污染物转化为其它污染物物质。化学修复是指，通过添加化学试剂或材料使污染物转化为无毒、低毒性的物质，或者降低使这些污染物的活性降低，迁移能力降低，生物有效性降低。生物修复通常是利用植物或天然微生物的新陈代谢将有毒污染物转化为无毒物质，包括植物修复和微生物修复。例如应用于As污染土壤的植物修复，通过种植As超累积植物（蜈蚣草），吸收土壤中的As，再将这些草割掉、焚烧集中处理；应用于有机污染物的微生物修复，通过所培养特定微生物的新陈代谢活动，使得污染物被分解或降解为其它无毒无害的物质。