環(huán)境中汞的遷移轉(zhuǎn)化及其生物毒性效應(yīng)

苗亞瓊，熊 丹，林 清,2

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院， 廣西 南寧 530001；2.廣西師范學(xué)院 北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西 南寧 530001)

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環(huán)境中汞的遷移轉(zhuǎn)化及其生物毒性效應(yīng)

苗亞瓊1，熊 丹1，林 清1,2

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院， 廣西 南寧 530001；2.廣西師范學(xué)院 北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西 南寧 530001)

摘要：指出了隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人們對汞資源不合理的開發(fā)和利用導(dǎo)致汞對大氣、水體、土壤的嚴(yán)重污染，直接或間接地危害到生物體的健康，進(jìn)而威脅人類的生存與發(fā)展。介紹了汞的理化性質(zhì)，汞污染的來源，汞在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化，汞污染對生物體造成的危害，提出了汞污染的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：汞；遷移轉(zhuǎn)化；環(huán)境污染；生物毒性效應(yīng)

1引言

汞在自然界中分布極廣，幾乎所有的礦物中都含有汞。由于其分布范圍較廣，對環(huán)境和人體造成的危害大，并且具有極強(qiáng)的遷移性，因此汞污染的防治是世界污染物防治的重要課題。汞被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物，是除了溫室氣體外唯一一種對全球范圍產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)，具有跨國污染的屬性，已成為全球廣泛關(guān)注的環(huán)境污染物之一[1]?；诖?，對于汞的理化性質(zhì)，汞污染的來源，汞在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化以及汞污染對生物體造成的毒害性這幾個方面進(jìn)行了解很有必要。

2汞元素的理化性質(zhì)

汞是比較穩(wěn)定的重金屬元素，能夠以游離態(tài)存在于自然界中，是在室溫下唯一的液體金屬。汞易與金、銀、鈉和鉀等幾乎所有的普通金屬形成合金，稱為汞齊[2]。汞的熔點低，為-38.8 ℃。汞在融化時，即開始有蒸發(fā)，故在0 ℃時就有一定的汞蒸汽，溫度越高，汞蒸汽釋放的越多，因此具有較大的揮發(fā)性，汞蒸汽無色無味但是有很大的毒性。汞的沸點高，為365.58 ℃。汞是一種可以在生物體內(nèi)積累的有毒重金屬元素，無機(jī)汞和有機(jī)汞均能夠在生物體內(nèi)積累，通過生物體內(nèi)積累和食物鏈能大大提高汞的危害性[2]。汞在自然界中以金屬汞、無機(jī)汞和有機(jī)汞的形式存在。無機(jī)汞主要以游離態(tài)Hg2+和Hg+形式為主，有機(jī)汞包括甲基汞、二甲汞、苯基汞和甲氧基乙基汞等。

3汞污染的主要來源

工業(yè)革命以來，隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，以及人們對礦產(chǎn)資源的大量開采和利用，一些重金屬元素在不同的領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。汞在工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和日常生活中應(yīng)用十分廣泛，從而使大量汞由于人類活動而進(jìn)入環(huán)境，隨著大氣和洋流運(yùn)動，汞污染遍及全球[3]。

3.1土壤汞污染的來源

土壤中汞的來源是多方面的，主要的污染來自工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染及某些自然因素。如圖1所示。

圖1　土壤汞污染來源

3.2大氣汞污染的來源

大氣汞污染的來源包括自然來源和人類活動，如圖2所示。自然源是大氣重要來源，研究指出，全球汞礦化帶等土壤汞相對富集區(qū)域的汞釋放是非常重要的大氣汞釋放源。而我國西南及東南地區(qū)則正好分布在環(huán)太平洋汞礦化帶上。[4]其中有色金屬礦石含有少量的汞，但不易回收，因此在提煉礦石回收其他金屬時，生成的含有汞元素的氣體隨之排放到大氣中，使空氣中的汞含量增加，造成大氣污染。我國又是一個燃煤大國，燃煤過程中所釋放的汞使大氣中汞濃度大大增加。此外，燃燒礦物燃料也是大氣中汞污染的重要來源。

水體中汞的來源主要是化工生產(chǎn)中汞的排放，其中又以氯堿工業(yè)、汞化合物的合成與使用造成的水體汞污染最為嚴(yán)重。

4汞在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

4.1汞在水中的遷移轉(zhuǎn)化

由于汞在自然水體中具有極強(qiáng)的遷移性，汞會隨著水體的流動被帶到其他的區(qū)域，造成污染。汞在水體中的遷移轉(zhuǎn)化，具體表現(xiàn)在以下幾點。

4.1.1汞的氣態(tài)遷移

汞在水體中的氣態(tài)遷移涉及到汞的氣化作用、還原作用以及二甲基化作用。此時汞轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)態(tài)汞(Hg0、(CH3)2Hg等)而進(jìn)入大氣中[5]。

當(dāng)天然水體中含氧量減少時，水體氧化還原電位降低，因而汞易被水中有機(jī)質(zhì)、微生物或其他還原劑還原為Hg，即以汞的氣態(tài)由水體散逸到大氣中。當(dāng)天然水體中含汞量稍高，pH≥7時，水中汞可在厭氧微生物的作用下生成(CH3)2Hg。由于(CH3)2Hg在水中溶解度很小，所以很容易散逸到大氣中。

4.1.2汞的水遷移

由于水體中的懸浮物和底質(zhì)對汞有強(qiáng)烈的吸附作用，水中懸浮物則能大量攝取溶解性汞，從而束縛了汞的自由活動能力，當(dāng)?shù)刭|(zhì)因素或環(huán)境化學(xué)因素改變而導(dǎo)致懸浮物沉降時，則汞也隨之沉降，這時水中汞遷移到沉積物中。同時，底質(zhì)沉積物中的化學(xué)物質(zhì)也同樣吸附水中Hg2+，若Hg2+被沉積物吸附固定，水中汞也向沉積物中轉(zhuǎn)移。汞在自然水體中的循環(huán)如圖3所示。

圖3　汞在自然水體中的循環(huán)

4.1.3汞的生物遷移

水體中汞的生物遷移主要是指無機(jī)汞向甲基汞的轉(zhuǎn)變，由于甲基汞具有較強(qiáng)的毒性，受其親脂性能影響，水體中的微生物會吸收甲基汞，微生物又是水產(chǎn)品的主要食物，受到污染的微生物被水中魚類吞食后，魚類會受到汞污染，人食用了汞污染的魚肉，也會造成人體汞污染，這種連鎖反應(yīng)通過食物鏈的積累和轉(zhuǎn)化直接威脅到人類的健康與安全。因此，汞的生物遷移過程，實際上主要是甲基汞的遷移與累積過程，這與無機(jī)汞在氣、水中遷移完全不同，它是一種危害人體健康與威脅人類安全的生物地球化學(xué)流遷移。水體中汞的生物遷移如圖4所示。

圖4　水體中汞的生物遷移

4.2汞在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

土壤對汞的吸收能力很強(qiáng)，這是因為土壤疏松的空間給汞物質(zhì)的沉淀提供了環(huán)境，另外黏土中的礦物質(zhì)也對汞具有一定的吸附作用，因此，進(jìn)入土壤的汞容易累積和擴(kuò)散從而污染周邊環(huán)境并不易清除。

土壤中一價汞與二價汞離子之間可以發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，從而轉(zhuǎn)化為金屬汞，由于汞的揮發(fā)性而向大氣中遷移。

土壤中的汞化合物還可以轉(zhuǎn)化成甲基汞。土壤中的甲基汞通過吸收轉(zhuǎn)移而進(jìn)入各種農(nóng)作物、肉類和蛋類中并積累，食用后進(jìn)入人體造成危害。土壤中的有機(jī)汞也可自行揮發(fā)，致使汞由土壤向大氣遷移。

5汞的生物效應(yīng)

5.1汞對動植物的生物效應(yīng)

動物實驗表明，狗吸入濃度為15～20 mg/m3的汞蒸汽，每日8 h，1～3 d內(nèi)出現(xiàn)急性中毒，表現(xiàn)為嘔吐、腹瀉、四肢無力等。兔吸入29 mg/m3的汞蒸汽1 h，于顯微鏡下可見腦、腎、心、肺的輕微損傷；吸入汞蒸汽超過4 h，則可出現(xiàn)嚴(yán)重的病變，引起急性中毒。有機(jī)汞對動物的毒性一般比無機(jī)汞大。給大鼠飼以40×10-6的氯化甲基汞，7 d后出現(xiàn)中毒癥狀，30 d內(nèi)100 %死亡。

汞作為一種有毒性金屬元素，對植物的危害主要表現(xiàn)在對植物造成的中毒性反應(yīng)，其外在表現(xiàn)為，受汞污染或者慢性中毒的植物，其葉子、花瓣、莖稈呈現(xiàn)棕色或者黑色，受污染嚴(yán)重的植物還會出現(xiàn)植株萎縮，葉片花瓣脫落死亡的現(xiàn)象。以蠶豆為例，當(dāng)蠶豆被汞污染時，在污染較為輕微的時候，葉子會出現(xiàn)黑色的圓形斑點，隨著污染的加劇，葉面完全變黑最終脫落，而且莖稈也會隨之枯萎。

5.2汞對人體的生物效應(yīng)

人體吸收汞及其化合物主要有三種途徑：一是食用了受汞等重金屬污染的食物，食物經(jīng)腸道壁吸收后導(dǎo)致汞污染；二是皮膚接觸汞或者含有汞的化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)皮膚滲透或者通過人體傷口浸入，血液中含有了汞的成分對人體造成污染；第三是含有汞的蒸汽或者粉塵經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體造成的污染。汞進(jìn)入人體后，可引起神經(jīng)系統(tǒng)、肝、腎、肺等部位發(fā)生病變，而且還可以通過母嬰傳播方式影響下一代，可致畸形或癡呆等嚴(yán)重疾病[6]。

人體一旦受到汞的污染，就會通過人體的消化、呼吸、血液循環(huán)三種方式侵入人體的肝臟、脾腎等器官，導(dǎo)致人體出現(xiàn)慢性中毒的癥狀。由于汞在人體內(nèi)排泄不暢，最先損壞的就是人的腎臟，引發(fā)腎功能的紊亂，腎臟的壞死等，同時汞對人體消化系統(tǒng)的殺傷力也很大，汞含量超標(biāo)就會導(dǎo)致人體中毒死亡。

化妝品是女性比較熱寵的消費(fèi)產(chǎn)品，然而化妝品中的重金屬元素應(yīng)該引起廣大愛美女性的注意。以汞為例，含有汞物質(zhì)的化妝品長期和人體接觸，輕者導(dǎo)致皮膚腫痛、發(fā)紅，重者導(dǎo)致汞物質(zhì)侵入人體血液，直接導(dǎo)致身體諸多不適，例如乏力、消化不良，而且對人的骨骼牙齒產(chǎn)生重要影響，如牙疼、掉牙，骨質(zhì)疏等，最嚴(yán)重的時候還能使神經(jīng)紊亂，腎臟損傷從而導(dǎo)致死亡。

汞一旦引發(fā)人體中毒反應(yīng)，主要表現(xiàn)的癥狀是四肢乏力，情緒易怒，抽筋酸痛，視力減退，味覺消退，消化吸收功能紊亂等癥狀。

6汞污染的防治

汞污染的防治重點是整治工業(yè)排放，從節(jié)能減排理念的要求出發(fā)，通過改善工藝操作流程和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提高資源的利用效率，減少汞制劑的使用和排放，重點是加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測和治理，形成預(yù)防、監(jiān)控、回收利用治理體系，減少工業(yè)生產(chǎn)中汞的污染。

6.1環(huán)境中汞污染的防治

排入環(huán)境中的汞，大部分沉積于江河湖海的底部，所以在沉積物中含有較高的濃度，成為環(huán)境二次汞污染源。對于這類汞污染，可以采用疏浚法、覆蓋法以及將汞轉(zhuǎn)化為難溶化合物等方法來進(jìn)行處理。對于含汞廢水的處理可以采用化學(xué)沉淀法、活性炭吸附法、汞齊提取法等處理。但必須指出，不管采用何種方法去除汞，都只能改變其存在形態(tài)和轉(zhuǎn)移其存在位置，而其固有毒性并未消除，因此在對汞進(jìn)行處理時還要與汞的回收利用相結(jié)合。

6.2工業(yè)造成的汞污染的防治

工業(yè)應(yīng)用中汞的污染治理，必須采取事前、事中、事后全程監(jiān)控，從根源上減少汞的污染。首先，對使用汞作為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品，必須制定行業(yè)用汞標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制汞的用量，加大科技投入，尋求替代產(chǎn)品；其次，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，國家環(huán)保部門應(yīng)做好汞污染監(jiān)督工作，發(fā)現(xiàn)超量使用、排放的企業(yè)，應(yīng)立即要求停產(chǎn)整改；最后，提高汞資源的循環(huán)利用，對汞污染的廢物應(yīng)進(jìn)行安全處理，防止汞的二次污染。

6.3政府應(yīng)加大對化妝品生產(chǎn)、銷售的管理力度

近年來，針對一些化妝品汞含量嚴(yán)重超標(biāo)的狀況，政府等有關(guān)部門應(yīng)采取積極有效的措施，對化妝品生產(chǎn)、銷售企業(yè)進(jìn)行專項整治工作，采取對化妝品生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行普查和專項監(jiān)督抽查等措施，重點組織開展化妝品執(zhí)法檢查。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡月紅.國內(nèi)外汞污染分布狀況研究綜述[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2008,34(1):38～41.

[2]孫淑蘭. 汞的來源、特性、用途及對環(huán)境的污染和對人類健康的危害[J].上海計量測試,2006,5(195):6～9.

[3]苗利軍. 汞污染對人體的危害[J]. 農(nóng)業(yè)工程,2013,3(3):83～84.

[4]馮新斌,仇廣樂,付學(xué)吾，等. 環(huán)境汞污染[J].化學(xué)進(jìn)展，2009,21(23):436～457.

[5]鄧小紅. 環(huán)境中汞的形態(tài)[J]. 渝西學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,2003,2(3):42～45.

[6]黎海妮,黃鎖義. 汞的污染及其對動植物和人的危害[J].世界元素醫(yī)學(xué)院,2007,14(3)：19～22.

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：苗亞瓊(1989—)，女，廣西師范學(xué)院地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院碩士研究生。

中圖分類號：X50

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)12-0059-03

Migration and Transformation of Mercury in the Environment and Its Biological Toxicity Effect

Miao Yaqiong1, Xiong Dan1, Lin Qing1,2

(1.SchoolofGeographyandPlanning,GuangxiNormalCollege,Nanning530001，China; 2.KeyLabofEducationMinistry,EnvironmentalEvolutionandResourceUtilizationinBeibuGulf,Nanning530001,China)

Abstract:Mercury is one of the heavy metal pollutants of serious biological toxicity. Heavy metals can not be decomposed by microorganisms, which accounts for their accumulation in organisms once absorbed. Then they will enter human bodies through the food chain so as to endanger human health. With the rapid development of industry, many people explore and utilize mercury resources in an irrational way, thus resulting in serious pollution to atmosphere, water and soil, which directly or indirectly does harm to organisms’ health and threatens the survival and development of the mankind. This paper described the physical and chemical properties of mercury, sources of mercury pollution, mercury’s migration and transformation in the environment, the harm of mercury pollution to organisms and the countermeasures to deal with mercury pollution.

Key words:mercury; migration and transformation; environmental pollution; biologicaltoxic effects