谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征

谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征

（武汉大学）

一，前言

铅是一种重金属，由铅组成的盐类大部分是不溶于水的，当水体中铅的浓度达到一定范围时就会对人体、渔业、农业灌溉等等都会产生极大的危害，铅在人体内富集可以使铅中毒。伴随着社会上出现的一系列铅污染问题，例如儿童铅中毒、孕妇铅中毒等，科学家对铅的了解和研究进一步的加深。水圈与大气圈和岩石圈共同组成了生物圈，可见水环境的重要，铅在水体中的迁移与转化也必然随之成为社会的焦点问题。

二，铅在水体中的存在形态

关于铅元素在水体中的存在形态，一般按其总量分为“可溶态”和“颗粒态”，一些+2价铅和+4价铅离子都是可溶态的，可溶态的铅毒性较大，可以为人、生物直接吸收，储积性强。悬浮物和沉积物中的铅是颗粒态的。

三，铅在水体中迁移转化的类型和规律

和其他重金属一样，铅在水体中不能为生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化、分散和富集，这就是铅的迁移与转化，按照其运动的形式可以分为机械迁移转化、物理化学迁移转化、生物迁移转化。⑴对于铅的机械迁移转化，主要是铅在水体中被包含于矿物质或是有机胶体中，或是被吸附在悬浮物上，以溶解态或是颗粒态的形态随水流迁移转化。⑵铅在水体中的物理化学迁移转化主要分为沉淀作用、吸附作用和氧化还原作用。

在此笔者详细的讨论一下其转化过程。从高中的知识我们知道铅盐的溶解度都非常小，在偏酸性的水体中Pb 的浓度被PbSO 和PbS等限制着，水体中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，Pb +SO ─PbSO (沉淀)，Pb +S ─PbS(沉淀)，生成的PbSO ,PbS不溶于酸；在偏碱性的水体中铅的浓度受Pb(OH) 的限制，Pb(OH)─Pb + 2OH ，此反应是可逆的，水中OH 较多，使得平衡向逆向移动，又水解反应Pb +2H O─Pb(OH)+H ，OH 中和H 使得平衡向正向移动。另外铅离子在水体中会发生络合反应生成一些络合物，所以铅通过沉淀作用可以使铅在水体中的扩散速度和范围得到限制。铅离子带正电被水中带负电的胶体吸附，发生聚沉现象，这也如沉淀作用有着相同之处，最后大量的铅沉积在排污口的底泥中，实现了铅从水体转化到表层沉积物中，在一些反应中会转化为其他形式，同时表层沉积物中的铅在一定的条件下通过一系列的物理化学生物过程释放到水体中，形成二次污染，所以沉积处也就形成了又一个潜在的污染源。谈及铅的氧化还原，首先可质铅在水体中一般以2价铅离子和4价铅离子存在，4价铅离子得电子发生还原反应，产生的2价铅比较稳定，这样使得造成的危害相对减少。⑶说到生物迁移转化不得不提食物链和富集作用。铅在生态中通过生物的新陈代谢迁移，食物链是其重要的方式，铅不仅可以从食物链的一级转化到另一级，而且转化过程中对铅元素又逐级放大的作用，其浓度从低营养级到高营养级是一个倒金字塔型，能量传递经过的营养级越多，浓度放大的比例就越大，在水体中植物通过根系从底泥中吸收化学态铅，一些植食类动物消化后铅就在体内富集，当此类动物营养转化倒高营养级生物体内时，铅也随之得以富集，就这样随着食物链铅一级一级的富集，当营养剂到达人时，铅的浓度已经相当高了，从而会对人产生极大的危害。

四，影响铅在水体中迁移转化的因素

影响铅在水体中迁移转化的因素又很多种，从铅自身的角度讲，铅存在的形态和价态是一个关键因素，从外界条件讲影响因素有温度、水体的酸碱性、DO、有机质等。关于铅自身形态价态和水体的酸碱性在前面已经讲过。溶解氧（DO）的含量可以影响水体中氧化

还原电位，对于铅而言，氧可以使铅氧化从而改变铅存在的形态及溶解度等，从而迁移性和毒性。关于温度的影响，先讲一下重金属的吸附，重金属在固体颗粒上的吸附是一个放热过程，解吸是一个吸热过程，当温度升高时，有利于重金属的解吸，重金属铅就会从吸附态变成自由态，所以一般在夏天河流的底物向水体中释放更多的重金属包含大量的铅。有机质一般处于沉积物的表层里，有较高的吸附性，其中一些物质如有机酸会与铅离子发生反应，生成可溶性的络合物和胶体悬浮物，从而影响铅的迁移转化。综上所述，铅在水体中的迁移转化过程受各方面因素的共同影响。

五，铅对人体的危害

铅在重金属中的毒性是最大的一个，它作用于人体的各系统和器官，并以神经毒性为主。在人体内对许多器官和生理功能产生危害，其危害主要包括一下几个方面。⑴铅对人的神经系统又损害作用，它会使神经发生变性阻碍神经冲动的传递。⑵铅对人体消化系统又很大影响，因为铅会对肝脏的损害十分大，会造成肝硬化或是肝坏死。武汉大学以前的水是由东湖供给的，后来几名武大老师最后患肝癌，这也与铅的毒性又密切的联系。⑶铅对骨髓造学系统产生破坏作用，由于铅抑制相关酶的活性，从而降低血红素，使红细胞内的钠、钾、水脱失，造成中毒性贫血。⑷铅对免疫系统的危害也很大，它会使白细胞减少，包细胞的吞噬作用下降，从而降低了机体免疫功能。

六，个人感想与看法

上述的讨论中笔者讲到了铅的富集，重金属是以食物链的方式伴随营养的传递从低营养级到高营养级富集，能量级越高，重金属在机体内的浓度就会越高，而人作为坐高营养级不是深受其害吗？在此笔者提出自己的见解。从生物学的角度，肉类食品所含人类必需氨基酸十分齐全，植物虽然不齐全，但是几种不同种类的植物食品加起来也是十分齐全的；

从生态学的角度，大家都知道能量传递的效率只有10%到20%，人们直接从低营养级摄取能量可以大大的减少能量的耗散；从环境学的角度，在上面已讲到重金属的富集作用从低营养级到高营养级能量的富集比列与能量传递效率是互导关系，人们直接从低营养级获取能量会大大的降低重金属（当然也包括铅）的富集。综合上面所讲，笔者认为在当今物质生活逐渐提高的今天也要大力倡导人们以低营养级植物为主要食品。

武汉大学正处于东湖之滨，前几十年的东湖和现在的东湖形成了极大的反差，笔者第一次看到东湖是在刚来到武大的第二天，看到东湖之后不禁有一种强烈的失落感，沿东湖行走可以看到有一些死鱼漂浮在湖上，联想到主题重金属，东湖水环境的破坏也与这些重金属的影响有着密切的关系，伴随改革开放，工业的兴起，东湖也随之成为了他们的牺牲品，微量元素的大量排放，在湖里不断的富集，而湖里的水不能流动导致这些包括重金属在内微量元素不能很好的进行机械迁移转化，要解决这一问题，关闭一些工厂是又一定作用的，但是如何彻底的解决这一问题呢？笔者大胆的假设，不知道想法是否合乎逻辑，东湖和长江相隔便不是很远，在武昌的下方还有水环境相对较好的汤逊湖，笔者认为可以选择适当的地方挖两条人工河，一条连接长江和东湖，一天连接长江和汤逊湖，这样东湖以及汤逊湖的水体就可以相对流动起来，这样在湖里沉积的重金属就可以很好的进行机械迁移与转化，从而可以较彻底的改善两湖的水环境。

七，结束语

当我们了解了铅的迁移转化规律，危害及存在形式等等以后，按照这些规律，我们可以科学的，有目的的对水体进行预防和治理，伴随社会上的一系列的重金属污染问题，人们也逐渐认识到铅污染带来的不可逆转的后果，随着科学技术的日益提高，人们也越来越熟悉和掌握铅的处理技术，在积极治理的同时，倡导和推广无铅污染的工艺生产技术，从根源上降低铅污染，从根本上使人和生态环境和谐发展。