環(huán)境監(jiān)測-第五章-土壤環(huán)境污染及修復

1第五章土壤環(huán)境監(jiān)測§1.土壤環(huán)境組成§2.土壤污染及修復§3.土壤環(huán)境質量標準§4.土壤環(huán)境監(jiān)測2土壤的定義：指地球陸地表面能夠生長綠色植物的疏松層。第一節(jié)土壤環(huán)境組成第五章土壤環(huán)境監(jiān)測土壤在物質循環(huán)中的作用3一、土壤組成與作用1.土壤組成：從總體角度來說，土壤是由礦物質、有機質、水分和空氣4種不同性質的物質組成。土壤是環(huán)境的重要組成部分，是整個生物圈的基礎。礦物質占土壤固體部分總量的90％以上；是土壤的“骨骼”、植物營養(yǎng)元素的供給源；以碳酸鹽、磷酸鹽、鋁硅酸鹽、鐵硅酸鹽形式存在土壤有機質土壤形成的基礎；來源為動物和植物殘體，及有機肥料、微生物及經微生物作用形成的腐殖質等

土壤水和空氣水來源于降水、雪、灌溉及地下水空氣以氮氣、氧氣、二氧化碳為主

4一、土壤組成與作用2、土壤在環(huán)境中的作用（三大作用）蓄積作用

土壤是以固相物質為主的多相復雜體系，表面積大，能吸附各種離子和某些分子

輸移作用

土壤是植物和某些動物直接賴以生存的地方，是營養(yǎng)物的主要供應地凈化作用

存在各種土壤微生物和土壤動物，數(shù)以億萬計，能使污染物降解、轉化56一、土壤污染的定義“絕對性”定義:由人類的活動向土壤添加有害化合物，此時土壤即受到了污染。這個定義的關鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物?！跋鄬π浴倍x：以特定的參照數(shù)據(jù)來加以判斷，如以背景值加兩倍標準差為臨界值，若超過這一數(shù)值，即認為該土壤為某元素所污染?！熬C合性”定義：不但要看含量的增加，還要看后果，即加入土壤的物質給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害。第二節(jié)土壤污染第五章土壤環(huán)境監(jiān)測7土壤污染：由于人類生活和生產活動所產生的對人體有害的污染物質，通過各種途徑進入土壤，并不斷積累，當其數(shù)量和速度超過了土壤的自凈能力，引起土壤的組成、結構和功能發(fā)生變化，從而影響農作物(或植物)的正常生長和發(fā)育，甚至某些污染物質在植物體內積累，降低產量和質量，最終影響人體健康。8二.土壤污染的特點

與大氣污染和水污染相比的特點水、氣通過飲食、呼吸道直接進入人體，一旦受污染，直接影響人類健康，危害較明顯。而土壤污染對人體的影響則往往是通過農作物慢慢反應的，土壤污染的特點如下：9（1）隱蔽性或潛伏性:土壤污染往往要通過農作物包括糧食、蔬菜、水果或牧草以及攝食的人或動物的健康狀況才能反映出來，從遭受污染到產生惡果有一個相當長的逐步積累過程，具有隱蔽性或潛伏性。10（2）不可逆性和長期性:

土壤一旦遭到污染后極難恢復，重金屬元素對土壤的污染是一個不可逆過程，而許多有機化學物質的污染也需要一個比較長的降解時間。11（3）后果的嚴重性:由于土壤污染的隱蔽性或潛伏性、以及它的不可逆性或長期性，因而往往通過食物鏈危害動物和人體的健康。一些土壤污染事故嚴重威脅著糧食生產，三氯乙醛的污染是一個比較典型的事例，它是由于施用含三氯乙醛的廢硫酸生產的普通過磷酸鈣肥料所引起。12土壤污染源可分為天然污染源和人為污染源。天然污染源是指自然界自行向環(huán)境排放有害物質或造成有害影響的場所，如正在活動的火山；人為污染源是指人類活動所形成的污染源。人為污染源是研究和修復的重點。三、土壤污染源13人為污染源按照污染物進入土壤的途徑可分為污水灌溉、固體廢棄物的利用、農藥和化肥、大氣沉降物等。生活污水和工業(yè)廢水的任意排放，特別是灌溉農田(重金屬、多環(huán)芳烴等)城市及工礦廢氣中大量污染物沉降到土壤(土壤酸化、多環(huán)芳烴和二惡英等)化肥、農藥的使用，殘留于土壤(硝酸鹽、PCB、DDT等)垃圾、廢渣、污泥等各種廢棄物的堆積（各種污染物）1415161718192021土壤污染的類型目前并無嚴格的劃分，如從污染物的屬性來考慮，一般可分為有機物污染、無機物污染、生物污染和放射性物質的污染。（1）有機物污染:石油、有機農藥等；（2）無機物污染：重金屬污染等；（3）生物污染：細菌、真菌、病毒等；（4）放射性污染：放射性核素等。四、土壤污染的類型22無機污染物重金屬：汞、鎘、銅、鋅、鉻等非金屬：砷、硒放射性元素：Cs137,Sr90其他：酸、堿、鹽等有機污染物有機農藥、酚、石油、洗滌劑、PCBs有害微生物

土壤中的主要污染物病毒、大腸桿菌等23五、土壤污染的危害導致直接的經濟損失導致農作物品質不斷下降危害人體健康導致其它的環(huán)境問題(污染大氣、地下水等)24土壤污染導致嚴重的直接經濟損失

對于各種土壤污染造成的經濟損失，目前尚缺乏系統(tǒng)的調查資料。僅以土壤重金屬污染為例，全國每年就因重金屬污染而減產糧食1000多萬噸，另外被重金屬污染的糧食每年也多達1200萬噸，合計經濟損失至少200億元。

對于農藥和有機物污染、放射性污染、病原菌污染等其他類型的土壤污染所導致的經濟損失，目前尚難以估計。但是，這些類型的污染問題在國內確實存在，甚至也很嚴重。例如：我國天津薊運河畔的農田，曾因引灌三氯乙醛污染的河水而導致數(shù)萬畝小麥受害。

25土壤污染導致農作物品質不斷下降

我國大多數(shù)城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，有許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、鉻、砷、鉛等重金屬含量超標和接近臨界值。據(jù)報道沈陽某污灌區(qū)被污染的耕地已多達2500多公頃，致使糧食遭受嚴重的鎘污染，稻米的含鎘濃度高達0.4～1.0mg／kg（這已經達到或超過誘發(fā)“痛痛病”的平均含鎘濃度）。江西省某縣多達44％的耕地遭到污染，并形成670公頃的“鎘米”區(qū)。據(jù)南京環(huán)保所報道，南京市的市售蔬菜幾乎都受到一定程度的硝酸鹽污染。26土壤污染危害人體健康

近年來土壤中新型污染物產生的污染受到越來越多的關注。這類污染物的特點是在土壤環(huán)境中的濃度一般較低，但對生態(tài)系統(tǒng)的危害和對人體健康的影響較大。其中主要包括：苯并芘、菲和其異構體蒽、二噁英、各種獸藥和抗生素、溴化阻燃劑等，這些新型污染物能在動物和人體組織中生物累積，具有強致癌、致畸、致突變性，并可導致人體繁育受阻、新陳代謝功能紊亂及免疫力下降等危害。27土壤污染導致其他環(huán)境問題

土地受到污染后，含重金屬濃度較高的污染表土容易在風力和水力的作用下分別進入到大氣和水體中，導致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態(tài)系統(tǒng)退化等其他次生生態(tài)環(huán)境問題。

282930WastePoolofCuMine3132鎘、鉛、砷、銅、鋅等重金屬土壤毒物轉入糧食蔬菜轉入人體污水灌溉大氣沉降固體廢物的堆積危害人體健康33土壤鎘污染—日本骨痛病事件346.土壤污染的防治科學地進行污水灌溉合理使用農藥重視開發(fā)高效低毒低殘留農藥合理施用化肥，增施有機肥施用化學改良劑，采取生物改良措施35污染土壤的修復按照技術類別分類（1）物理化學修復：加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃??；電動力學等（2）生物修復：微生物修復；生物通氣、泥漿反應器、預制床等植物修復；濕地修復；菌根修復等；植物－微生物聯(lián)合修復；菌根菌劑聯(lián)合修復等；（3）物理化學－生物聯(lián)合修復：淋洗－反應器聯(lián)合生物修復等。36污染土壤的淋洗（重金屬、農藥、油等）37◆熱處理典型流程：實際工程污染土壤外熱裝置修復土壤焚燒裝置煙囪熱交換填埋熱解氣體化學試劑38◆電滲析：土壤處理槽電極槽點源絮凝沉淀回收給水給水泵給水塔抽水泵39污染土壤修復工作流程可處理計劃系統(tǒng)分析應急對策長期對策凈化處理穩(wěn)定處理原位修復異位修復原位分解原位提取分離分解凈化原位穩(wěn)定異位穩(wěn)定典型修復技術的流程及原理4041DefinitionofPhytoremediation

Phytoremediationisaprocessthatusesplantstoremove,transfer,stabilize,ordestroycontaminantsinsoil,sediment,andgroundwater4243土壤污染植物修復4445Sunflower46PhytoremediationStrategiesPhytoextraction

植物提取或植物萃取Phytostabilization

植物鈍化或植物穩(wěn)/固定Phytostimulation

植物促進或植物刺激Phytodegradation

植物分/降解或植物轉化Phytovolatilization

植物揮發(fā)Rhizofiltration

根際過濾47Plantstakeupmetals/contaminantsintoplantroots,transportintoabovegroundparts,.48Phytoextraction

植物提取或植物萃取

原理：種植一些特殊植物,利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物質并運移至植物地上部,通過收割地上部物質帶走土壤中污染物的一種方法。

植物提取作用是目前研究最多,最有發(fā)展前景的方法。該技術利用的是一些對重金屬具有較強忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生長快和抗病蟲害能力強的特點,并具備對多種重金屬較強的富集能力。

此方法的關鍵在于尋找合適的超富集植物和誘導出超級富集體。

49Phytoextraction(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludge,andcontaminatedwaterGoodforAg,Cd,Co,Cr,Cu,Mn,Mo,Ni,Pb,andZnPlants:hyperaccumulators,indianmustard,sunflower,Advantages:plantbiomasswithcontaminantextracted;contaminantcanbearesourceelsewhere;oftencheaperthanextraction(excavation,washing,incineration)Disadvantages:metalshyperaccumulatorsoftengrowslowly;smallbiomass;shallowrootsystem;metalreclamationanddisposalcostlyStatus:laboratory,pilotandfieldapplication50

plantsimmobilizecontaminants,preventerosionofsoil,controlgroundwatermovementbytranspiration.51原理：利用植物根際的一些特殊物質使土壤中的污染物轉化為相對無害物質的一種方法。

植物在植物穩(wěn)定中主要有兩種功能:

1.保護污染土壤不受侵蝕,減少土壤滲漏來防止金屬污染物的淋移;

2.通過金屬根部的積累和沉淀或根表吸持來加強土壤中污染物的固定。

應用植物穩(wěn)定原理修復污染土壤應盡量防止植物吸收有害元素,以防止昆蟲、草食動物及牛、羊等牲畜在這些地方覓食后可能會對食物鏈帶來的污染。

然而植物穩(wěn)定作用并沒有將環(huán)境中的重金屬離子去除,只是暫時將其固定,使其對環(huán)境中的生物不產生毒害作用,但并沒有徹底解決環(huán)境中的重金屬污染問題。如果環(huán)境條件發(fā)生變化，重金屬的生物可利用性可能又會發(fā)生改變。因此，植物固定不是一個很理想的修復方法。

52Phytostabilization(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludgeGoodforZn,Pb,Cu,Cr,CdPlants:metaltolerantspp:redfescue,bentgrassAdvantages:soilremovalisunnecessary;lowercostandlessdisruptivethanothersoilremediationtechnologies-washing,leaching;disposalofhazardousmaterialorbiomassnotnecessary;cheap;ecosystemrestorationpossibleDisadvantages:contaminantsremaininplace-long-termmaintenance;fertilization;soilmodification;mustpreventabovegroundmovementStatus:fieldapplication53plantrootsstimulatedegradationofpollutantbyrhizospheremicrobes54植物促進或植物刺激（phytostimulation），植物本身不能吸收重金屬，但植物的根系分泌物如氨基酸、糖、酶等物質可促進根系周圍土壤的微生物的活性和生化反應，有利于重金屬的釋放和微生物的吸收。

55Phytostimulation(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludge,andcontaminatedwaterGoodforPAHs,TPH,pesticides,herbicides,BTEXPlants:redmulberry,crabapple,spearmint,rice,bushbeanAdvantages:insitudestructionofcontaminants,mineralizationtightlybinds,cheap.Disadvantages:developmentofrootsystemslow,rootdepthlimitedbyphysicalbarriers,mayneedfertilizationStatus:fieldapplication56plantsdegradepollutant,with/withoutuptake,translocation57原理:植物轉化也稱植物降解(Phytodegradation)，指通過植物體內的新陳代謝作用將吸收的污染物進行分解，或者通過植物分泌出的化合物（比如酶）的作用對植物外部的污染物進行分解。

植物轉化技術使用于疏水性適中的污染物,如BTEX,TCE,TNT等軍用排廢.對于疏水性非常強的污染物,由于其會緊密結合在根系表面和土壤中,從而無法發(fā)生運移.對于這類污染物,更適合采用之后提到的植物固定和植物輔助生物修復技術來治理.

58Phytodegradation(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludge,andcontaminatedwaterGoodforchlorinatedsolvents,herbicides,insecticides,munitions(TNT)Plants:parrotfeatherandstonewort(aquatic),poplar,backwillow,liveoakAdvantages:insitusequestrationofcontaminants,mineralizationtightlybinds,cheap.Disadvantages:plantgrowthratemaylimitutility,mayhavetodisposeofplantsbeforebioaccumulatedbygrazers,mayneedfertilizationStatus:fielddemo