重金属污染及其对水土的危害

窦红宾，郭唯

（西安科技大学 管理学院，陕西 西安 710054）

采矿、冶金等过程中排放到大自然的重金属污染，危害大、分布广/Boris Bukovský

在开矿采矿、金属冶炼、机械制造、农业灌溉等工农业生产活动中，人们会有意无意地将大量重金属元素直接排放入自然环境，当环境中的重金属含量超过一定阈值后，就会引发水体或土壤的重金属污染。重金属污染危害大、分布广、易转化，治理难度极高，土壤或水体一旦被重金属污染，就像我们人类罹患绝症一样，再难恢复健康，因此重金属污染被人们称为“水土的绝症”。

重金属污染的类型和危害

重金属是指密度大于5 克每立方厘米的金属元素，目前人们已知的重金属约有45 种，包括金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等。重金属污染一词中所指代的“重金属”主要是指那些对生物有明显毒性的重金属元素，主要包括汞、铬、镉、铅、铜、锌、砷等，其中砷是一种毒性极强的非金属元素，其化合物广泛应用于农药、杀虫剂、除草剂等，同时其在土壤体系中的毒性作用及迁移规律与土壤重金属十分相似，因此在环境污染领域一般也将其视为重金属。

由于缺乏环保意识，人们在采矿、金属冶炼、机械制造、工业污水灌溉等工农业生产活动中，会将大量重金属元素直接排入自然环境，引发环境污染和生态破坏。由重金属及其化合物造成的环境污染就被称为重金属污染。与其他环境污染类型相比，重金属污染有其显著特征。一是可富集，治理难。重金属污染与有机化合物污染存在显著不同。一般有机化合物进入自然环境后，会逐渐分解，其环境危害性也会随之逐渐降低，而重金属的化学性质大都较为稳定，难以在自然环境中降解。因此它们会在土壤、水体中不断富集，最终通过食物链进入动物和人体内，危害动物和人体健康。重金属及其化合物一旦进入土壤或水体后，就很难再被集中回收清理，其对环境的危害性也将持续存在，这一特性增大了其治理难度。二是毒性强，危害大。当重金属元素进入人体后，会抑制体内蛋白质和各种酶的活动，威胁机体功能。同时，随着重金属在人体内不断富集，会造成人体急性、亚急性和慢性中毒。20 世纪发生在日本的水俣病、骨痛病就是汞污染和镉污染的典型案例。三是分布广、易转化。土壤、水体以及大气都可以容纳和承载重金属离子，目前重金属污染已经遍布世界各个角落。而复杂多变的自然生态环境，又进一步降低了重金属及其化合物的化学转化难度，使其转化为毒性更强的金属化合物的可能性大大增加，其危害性也进一步增强。

相较于锌、铜、钴、镍、锡等毒性较小的重金属，目前人们更关注的是铅、镉、汞、砷、铬等金属元素污染物。铅污染是一种具有较大毒性的重金属污染类型，铅元素一旦进入人体后，会影响人体造血系统、神经系统、消化系统、骨骼系统、生殖系统、免疫系统的正常功能，引发肝肾、肠胃以及脑部疾病。孕妇、儿童更容易受铅污染影响，孕妇铅中毒后会连带损伤胎儿神经系统，造成婴儿先天性智力低下，儿童长期遭受铅污染会影响其学习能力、专注能力，阻碍其语言学习。铅制品曾在古罗马帝国广泛使用，《新英格兰医学杂志》上曾发表的研究论文认为，铅污染、铅中毒是导致罗马帝国衰亡的一个重要原因。镉是人体非必需元素，在自然界中含量较低，一般与锌、铅共生，以化合物状态存在。20 世纪以来，随着电镀工业、化学工业、电子业以及核工业的发展，大量镉开始通过废弃、废水、废渣进入自然环境，引发镉污染。相较于其他重金属元素，镉更容易被农作物吸附，也更容易通过食物链传递到人体内。镉元素在人体富集后会对肾脏造成损伤，导致骨软化病，也即“痛痛病”，此外镉慢性中毒还会影响人体生育能力，损伤男性精子中的Y 染色体，导致女婴数量畸增。汞，俗称水银，是环境中毒性最强的重金属元素之一，水中含0.01 毫克汞就会导致人中毒。汞对人体的危害性较大，进入血液后，氧化形成的汞离子会在大脑中不断蓄积，最终伤害大脑神经组织。砷污染的来源主要是工业生产、含砷农药使用、煤炭燃烧等。砷的毒性比较奇特，单独的砷元素几乎无毒，而变成砷化物后毒性陡增，影视剧中常出现的砒霜就是三氧化二砷，该物质有剧毒可致人迅速死亡。慢性砷中毒会引发癌症，研究发现，长期暴露在含微量砷化物的环境中，人体罹患皮肤癌和肺癌的概率将大大增加。铬污染也是一种较为常见的重金属污染类型。铬在金属加工、电镀、制革等行业有较为广泛的应用，这些工业排放的废水、废气是自然环境中铬的主要人为来源，此外煤炭、石油等化石能源燃烧产生的废气中也含有一定量的固态铬颗粒。铬化合物对人体有巨大危害，研究发现三价铬有致畸作用，而六价铬毒性要远超三价铬，是强致癌物质，可诱发肺癌和鼻咽癌。

重金属污染严重危害土壤水体

重金属污染不仅威胁食物链中顶层生物的健康，还会对土壤和水体生态环境产生严重危害。重金属及其化合物的颗粒十分微小，一旦进入水体和土壤后，极易扩散，有效清除难度极高，这就导致其危害性会在水土载体中持续存在并不断积累。由于重金属污染危害的不可逆性，使得土壤、水体一旦被重金属污染，就像我们人类罹患绝症一样，很难恢复健康，因此重金属污染也被称为“水土的绝症”。

水体重金属污染是当前全球复杂水污染问题中一个非常突出的污染类型，已经引起了人们广泛关注。重金属元素进入水体主要通过以下四种途径，一是农药、化肥中的重金属通过农田排水、地表径流进入自然水体，经长时间聚集后形成水体重金属污染。二是电镀、化工等企业排放的污水、废渣进入水体。三是金属冶炼、矿石燃料燃烧产生的废气、废水、废渣等排入或落入水体。四是矿山开采、洗选的废水、废渣进入水体。总体来看，与农业源重金属相比，工业源重金属的范围更广，危害更大，是目前水体重金属污染的主要污染源。工业重金属排放主要来自有色金属矿采选业、金属制品业、有色金属冶炼和压延加工业，相应的这些行业也是我国当前及未来重金属污染防控的关键行业和领域。

目前，我国河湖海水体受重金属污染较为严重。重金属有多种，目前对我国地表水源水体质量有严重影响的重金属依次为汞、镉、铬、铅，此外，其他重金属如镍、铊、铍、铜在我国各类地表水饮用水体中的超标现象也较为严重。河流方面，我国长江三峡库区沉积了大量上游泥沙和沿江城市工业“三废”，库区江段受到不同程度的重金属污染。我国汞矿资源丰富，主要集中在西南地区，贵州、四川两省的汞矿开采是导致乌江下游水体汞污染的主要原因。长江入海口是我国著名的长三角经济区，地区工业特别是制造业发达，相应的工业源金属污染物排放也较多，这导致我国长江口附近铜、锌、铅污染较为严重。湖泊方面，我国第三大淡水湖太湖中砷、铬、汞等污染物含量较高，吉林省长春市松花湖中汞化物含量持续升高，湖中生物体内重金属汞明显富集。河流中的重金属污染物也会随水流进入海洋，导致海洋重金属超标。通过对我国近海海水样品的抽样监测发现，海水中铅含量超标62.9%，铜超标25.9%，汞、镉等重金属同样超标。2020 年8 月，《环境化学》期刊发表了一篇针对我国河流水体重金属污染趋势的学术论文，通过梳理1980—2016 年我国35 条河流和64 个湖泊水体的5 种溶解态重金属数据，发现我国河流水体中镉、锌、砷浓度呈明显上升趋势，而铅、铜浓度呈下降趋势。1980—2010 年水体溶解态重金属主要污染源为农业排放、工业排放，2011 年以后污染源转为自然排放和生活废弃物排放；在我国四大经济区域中，东北和中部地区河湖水体中溶解态重金属含量最高，西部次之，东部地区最低。

土壤是重金属的最终归宿和载体，当土壤中重金属含量超过土壤承载上限时，就会导致土壤重金属污染。重金属污染会对土壤结构、生物生长产生一系列负面影响，一方面，重金属污染物会影响和改变土壤理化结构。当土壤中的重金属富集到一定浓度后，土壤易结板，透气性和含水能力显著下降，而这会显著加速土壤退化。另一方面，土壤重金属污染还会影响生物与非生物间的运转与交换，破坏土壤内部物质循环，最终导致土壤生物营养不良，危害作物生长。再一方面，土壤中的重金属还会通过各种渠道进入农作物，导致部分农产品重金属元素超标，影响作物品质。最后，重金属元素增加还会抑制土壤中的微生物代谢，改变土壤微生物群落结构，影响土壤的硝化、固氮功能，阻碍有机质分解和转化。

造成我国土壤重金属污染的原因是多方面的，一是农药化肥的过量施用。化肥对增加农作物产量确有效果，但长期过量施用磷肥、钾肥、氮肥等，会加大农田土壤重金属含量。以磷肥为例，其生产原料磷矿石中天然伴生镉，过量施用会导致土壤镉污染，而水稻对镉有极强吸附能力，最终会形成“镉大米”。另一方面是固体废弃物。在一些乡镇采矿、金属冶炼企业以及工业园区附近，大量成分复杂、种类繁多的工业垃圾和废弃物被直接堆放在农田附近，经过雨水淋洗、渣液渗漏，重金属及其化合物微粒会进入农田土壤，不断积累后，农田中的重金属就会超标。三是大气沉降。交通运输、金属冶炼、水泥、建筑、能源等行业生产作业过程中会产生大量粉尘污染和废气，重金属元素就会随着这些废气进入大气，最后沉降在土壤中。比如，高速公路两侧的农田会因汽车燃烧含铅汽油，而沉降大量锌、铜、铅、铬等重金属。

2014 年生态环境部发布了《全国土壤污染状况调查公报》，这是距今最近的一次由权威部门发布的土壤污染调查报告。报告发现我国西南、中南地区土壤重金属超标较严重，镉、汞、砷、铅4 种污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势；镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8 种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；土壤重金属污染主要集中在重污染企业（有色金属、皮革制造、石化、造纸、矿物金属制品等行业）、工业废弃地、工业园区、工业废弃物处置场地、采油区、污水灌溉、干线公路两侧。除上述国家权威部门发布的调查数据外，学者们也对我国土壤重金属污染现状进行了评估和研究，2020 年9 月，《环境科学》杂志发表了一篇来自宁夏大学的学术论文《中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价》，通过梳理2002 年以来我国各行政区农田土壤重金属实测数据，发现南方农田土壤重金属含量明显高于北方，湖南、云南、贵州、四川、福建、广西以及上海的农田土壤重金属含量较高，我国农田土壤7 种重金属的污染程度由高到低依次为：镉、汞、铅、铜、锌、砷、铬。

土壤重金属污染是一个十分严峻的全球性环境污染问题。据统计，全球每年向土壤中排放汞为1.5 万吨，铜340 万吨，铅500 万吨，锰1 500 万吨，镍500 万吨。相较于西方国家，我国重金属污染物排放量总体较少。以重金属汞为例，科学家们发现自1850 年工业革命至2014 年的164 年间，西方国家共向大气中排放了35.2万吨，而同期我国的排放量仅为1.6 万吨，占全球排放总量的6%，而北美、欧洲等国的排放量占全球比重超50%。重金属污染给全球农业和人民健康造成了较大危害，欧洲被重金属污染的土地有数千亩，日本有超过10 万亩土地正遭受铬、汞、铅、砷和镉污染，目前我国也有约3 万亩土地遭重金属污染。大量排放的重金属污染物最终又通过食物链传递危害了人类健康。2021 年7 月，法国公共卫生局发布的一项调查研究发现：包括儿童在内，几乎所有法国人的体内都检测出了大量有毒重金属，且数量仍在持续增加。2022 年7 月，美国食品和药品管理局发布的一份食品调查报告中发现，在数千种美国人民的日常食品中，有超过15%的食品样本含铅，43%的样本含砷，61%的样本含镉。

值得注意的是，在土壤中重金属含量较低时，并不会对土壤及周边生态环境造成危害，但当其含量一旦超过阈值上限或土壤环境条件发生改变时，重金属的危害性就会迅速活化，造成严重的生态危害。土壤重金属污染一般难以直接察觉，易被人们忽略。为此，我们必须加强土壤监测，确保在其危害爆发前及早发现、遏制和扭转其蓄积趋势。

我国加强重金属污染防控措施

近年来我国进一步加强了土壤保护和治理工作，推出了一系列涉及土壤重金属污染防治的政策和法律规范，2016 年，我国正式开始实施《土壤污染防治行动计划》，2017 年出台了《污染地块土壤环境管理办法》，2018 年《土壤污染防治法》正式通过，为我国土壤污染防控和治理提供了法律依据。2021 年11 月，《中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》中明确提出要“加强重金属污染防控，到2025 年，全国重点行业重点重金属污染物排放量比2020 年下降5%”。2022 年3 月7 日，生态环境部印发了《关于进一步加强重金属污染防控的意见》的通知，该意见明确了我国重金属污染防控的2025 年、2035 年两个阶段性目标，提出了我国重金属污染防控工作重点任务，为我国未来重金属污染防控工作指明了方向和道路。

《关于进一步加强重金属污染防控的意见》为未来我国重金属污染防控工作提出了较为明确的管控措施，具体内容有以下几点：

（1）分类管理，完善重金属污染物排放管理制度。首先要全面摸排、清查，动态更新我国各地区重金属污染行业、工业园区、企业信息，并将重点园区和企业纳入排污单位目录。其次要对重金属污染物减排实施分类管理，我国不同省市、不同行业、不同重金属污染类型面临不同的减排基数和潜力，因此我国各地生态环保部门要全面、科学掌握区域内重点行业和企业减排潜力，制定切实可行的减排目标，同时强化落实，推动减排目标责任到企业。再次是在重金属污染排放企业中实施总量控制制度。我国各地要积极借助排污许可证，加大对重点行业、企业排污种类、浓度和总量的控制与监管，并最终通过排污许可建立规范的企业环境管理台账。最后是积极探索重金属污染排放总量替代管理豁免。对与国家重大发展战略直接相关的项目以及以重金属固体废弃物为原料的绿色发展项目，可以在综合统筹区域环境质量和重金属污染防控水平基础上落实重金属污染物排放总量替代管理豁免。

（2）严格准入，优化涉重金属产业结构和布局。一方面，对重金属排放重点行业要设置严格的区域环评、规划环评和行业环境准入标准；另一方面，要依照《产业结构调整指导目录》《限期淘汰产生严重污染环境的工业固体废物的落后生产工艺设备名录》等要求，不断淘汰涉重金属污染落后产能；最后是优化重点行业企业布局。各地区应采用集中发展、集中管理的思路来重新规划涉重金属污染行业，积极建立金属冶炼、电镀、制革等产业园区，推动这些重点行业集中发展。此外，还要禁止落后低端产能向我国主要流域的上游转移，切断水体重金属污染源头。

（3）突出重点，深化重点行业重金属污染治理。一方面，要积极引导和推动涉重金属重点行业和企业进行清洁生产改造；另一方面，要对有色金属冶炼、采选以及电镀等重点行业开展系统、全面的深度污染治理，切实减少这些行业的重金属污染排放。再一方面是对涉镉、涉铊等重点污染物企业展开排查整治行动，指导相关企业建立污染风险台账并制定问题整改方案。最后是不断推进重金属污染历史遗留问题治理。对已形成重金属污染的地区，要积极进行整改，积极探索新型污染治理技术模式。

（4）健全标准，加强重金属污染监管执法。一方面，我国省级生态环境部门应根据本地区重金属污染实际状况，建立符合本地实际的重金属污染排放标准，推动解决区域性重点行业污染问题。另一方面，我国各地还要加强重金属污染监控水平，积极借助自动化监测系统，提升监测的科学性和实效性，力求及早发现大气、水体和土壤中的重金属累积风险，并为未来重金属污染防控政策提供科学数据支撑。再一方面是加强重金属污染执法监督力度，依法严厉打击非法排污行为。最后是强化涉重金属污染应急管理。我国各级生态环境部门应根据本地区重金属污染情况，建立污染应急处置预案，不断加强应急物资储备和应急演练，切实提升本地区重金属污染应急处理能力。

2010 年左右，我国湖南、湖北、浙江、广东、四川、福建、陕西、云南等地曾发生数十起镉污染、砷污染、血铅超标、铅中毒等事件，“十三五”时期，我国各地政府的重金属污染防控意识逐步提高，重点行业重点重金属污染物排放量得到较好控制，未来我国仍然不能松懈，要继续根据我国重金属污染发展态势，采取有力措施，加强防控，降低其环境危害性，促进我国水体和土壤生态系统保护，加快推动我国生态文明建设。