第八节　铁污染

第八节　铁污染

铁在地壳中的平均丰度为4．7%，居第四位。常见的铁矿有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿与菱铁矿。前三者为铁的氧化物，后者为碳酸亚铁。在自然界中，只有陨石中有元素态的铁。在岩石中，玄武岩平均含铁5．6%，花岗岩平均含铁2．7%。中国早在春秋时期已经掌握了铁的冶炼技术。铁的自然循环量比较大，估计每年风化量约为1．6亿吨，河流输送量约为0．19亿吨，但和人类采掘量相比，还是小的。20世纪70年代世界采掘量每年为6．8亿吨。铁元素是人与生物的必需营养元素，即使摄入过量，毒性也不大。因此，铁本身不是重要的污染物。

一、对大气的污染

由于矿物燃料的燃烧，1975年全世界排放到大气中的铁为220万吨。现今大气中铁的含量，在欧洲为0．13～5．9微克/立方米，中值为1．4微克/立方米；在北美为0．26～14微克/立方米，中值为3．6微克/立方米；在日本为1～14微克/立方米；而在边远地区，如挪威北部为0．048微克/立方米，加拿大西北部为0．071微克/立方米；最低的是南极，为0．00084微克/立方米。大气中的铁都以颗粒物的形态存在。由烧煤排放到大气中的铁，其化学形态大部分是玻璃状的铁铝硅酸盐，小部分是三氧化二铁（Fe₂O₃）。石油燃烧时排放的颗粒物，所含硫酸铁［Fe₂（SO₄）₃］占颗粒物总量的0．5%～1．3%，氧化铁占0．45%以下。最重要的铁污染来源是钢铁冶炼业，在钢铁冶炼厂周围几千米的大气中，铁的含量有的高达100微克/立方米。

二、对水体的污染

溶解于天然淡水中的铁含量变化很大，从每升几微克到几百微克，甚至超过1毫克。这主要取决于水的氧化还原性质与pH值。在还原性条件下，二价铁占优势；在氧化性条件下，三价铁占优势。二价铁的化合物溶解度大。二价铁进入中性的氧化性条件的水中，就逐渐氧化为三价铁。三价铁的化合物溶解度小，可水解为不溶的氢氧化铁沉淀。三价铁只有在酸性水中溶解度才会增大，或者在碱性较强而部分地生成络离子如时，溶解度才有增加的趋势。

因此，在pH值约为6～9的天然水中，铁的含量不高。只有在地下水中，在主要由地下水补给的河段中，以及在湖泊底层水中才有高含量的铁。海洋中铁的平均值为2微克/升。工厂排放的含铁废水酸性很强时，铁含量很高；含铁废水排入天然水体，往往由于酸性降低，产生三价的氢氧化铁沉淀。新生成的胶体氢氧化铁有很强的吸附能力，在河流中能吸附多种其他污染物，而被水流带到流速减慢的地方，如湖泊、河口等处，逐渐沉降到水体底部。在水体底部的缺氧条件下，由于生物作用，三价铁又被还原为易溶的二价铁，其他污染物随铁的溶解而重新进入水中。

工厂排放的含铁废水主要是酸性采矿废水与清洗钢铁表面铁锈的酸浸洗池排出的废水。为了除掉废水中高含量的铁与其他重金属，往往向沉淀池投加石灰，以中和水的酸性，使氢氧化铁沉淀下来。铁对废水生化处理构筑物中的微生物有致死作用，例如废水中的二氯化铁浓度为5毫克/升（以铁离子计）可使活性污泥的形成减慢，抑制沉淀池与消化池中的沉淀发酵。污水中铁的浓度达0．7～1．7毫克/升时，生物滤池的渗滤作用便受到破坏。

虽然铁对人与动物毒性很小，但水体中铁化合物的浓度为0．1～0．3毫克/升时，会影响水的色、嗅、味等感官性状。例如，水体中所含的某些铁化合物的浓度达到0．04毫克/升，便会出现异味。印染工业用水中铁含量过高时，往往使产品出现难看的斑点。因此，像塑料、纺织、造纸、酿造与食品工业的用水，对含铁量的要求比饮用水还要高。

三、对土壤的污染

土壤中含铁量在0．2%～5．5%之间，中值为4．0%。岩石风化为土壤的过程是铁的富集过程。如玄武岩转化为土壤后含铁量升高至10．3%。据估算，在中等污染地区的每平方米农田上，每年从肥料输入土壤的铁为700毫克；从降水与降尘输入的为150～460毫克；由于农作物的收获从土壤输出的铁为35～170毫克平均60毫克；由于淋溶从土壤输出的为120毫克。总输入大于总输出，因此铁在土壤中是逐渐积累的。

四、铁的标准含量

中国规定生活饮用水的铁含量最高容许浓度为0．3毫克/升，地面水为0．5毫克/升。美国规定车间空气中可溶性铁盐容许浓度为1毫克/立方米（8小时平均值）。