土壤污染及其修复技术

北京中大华远认证中心内部培训教材1第二章污染物控制技术6土壤污染及其修复技术6.1土壤污染……………………………………………………………………………………26.1.1土壤污染的定义…………………………………………………………………………26.1.2土壤污染的类型和来源…………………………………………………………………36.1.3土壤污染的特点…………………………………………………………………………56.1.4土壤污染的危害…………………………………………………………………………56.2土壤污染及治理…………………………………………………………………66.2.1我国土壤污染现状………………………………………………………………………66.2.2土壤污染治理……………………………………………………………………………76.3修复技术……………………………………………………………………………………96.3.1热力学修复………………………………………………………………………………96.3.2热解吸修复技术…………………………………………………………………………96.3.3焚烧法……………………………………………………………………………………106.3.4土地填埋法………………………………………………………………………………106.3.5化学淋洗…………………………………………………………………………………106.3.6堆肥法……………………………………………………………………………………106.3.7植物修复…………………………………………………………………………………106.3.8渗透反应墙………………………………………………………………………………106.3.9生物修复…………………………………………………………………………………10北京中大华远认证中心内部培训教材26土壤污染及其修复技术6.1土壤污染土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处在岩石圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长繁殖的能力，被称为土壤圈。土壤圈处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。土壤固相包括矿物质和有机质，其中矿物质约占土壤固体总重量的90％以上，而有机质约占固体总重量的1％～10％。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤中有无数孔隙充满空气，即土壤气相。典型土壤约有35％的体积是充满空气的孔隙，因而土壤具有疏松的结构。土壤具有两个重要的功能，一是土壤作为一项极其宝贵的自然资源，是农业生产的基础，二是土壤对于外界进入的物质具有同化和代谢能力。由于土壤具有这种功能，所以人们肆意开发土壤资源，同时将土地看作人类废物的垃圾场，而忽略了对土地资源的保护。由于这种原因，人类面临着土地退化、水土流失和荒漠化以及土壤污染等诸多问题。其中，土壤污染的形势极为严峻。6.1.1土壤污染的定义6.1.1.1土壤背景值土壤背景值是指未受或少受人类活动特别是人为污染影响的土壤环境本身的化学元素组成及其含量。土壤背景值是各种成土因素综合作用下成土过程的产物，地球上的不同区域，从岩石成分到地理环境和生物群落都有很大的差异，所以实质上它是各自然成土因素（包括时间因素）的函数。由于成土环境条件仍在不断地发展和演变，特别是人类社会的不断发展，科学技术和生产水平不断提高，人类对自然环境的影响也随之不断地增强和扩展，目前已难以找到绝对不受人类活动影响的土壤。因此，现在所获得的土壤背景值也只能是尽可能不受或少受人类活动影响的数值。研究土壤背景值具有重要的实践意义。因为污染物进入土壤环境之后的组成、数量、形态和分布变化，都需要与背景值比较才能加以分析和判断，所以土壤背景值是土壤环境质量评价，特别是土壤污染综合评价的基本依据，是研究和确定土壤环境容量，制定土壤环境标准的基本数据，也是研究污染元素和化合物在土壤环境中的化学行为的依据。另外，在土地利用及其规划，研究土壤生态、施肥、污水灌溉、种植业规划，提高农、林、牧、副业生产水平和产品质量，食品卫生、环境医学等方面，土壤环境背景值也是重要的参比数据。我国在20世纪70年代后期开始进行土壤背景值的研究工作，先后开展了北京、南京、广州、重庆以及华北平原、东北平原、松辽平原、黄淮海平原、西北黄土、西南红黄壤等的土壤和农作物的背景值研究。北京中大华远认证中心内部培训教材36.1.1.2土壤环境容量土壤环境容量是针对土壤中的有害物质而言的。它是指在人类生存和自然生态不致受害的前提下，土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大数量或负荷量。简言之，土壤环境容量实际上是土壤污染起始值和最大负荷值之间的差值。若以土壤环境标准作为土壤所能承纳的最大允许限值，则该土壤的环境容量便是土壤环境标准值减去土壤背景值。在尚未制定土壤环境标准的情况下，还可以通过土壤环境污染的生态效应试验，加之考虑土壤环境的耋净作用与缓冲性能，来确定土壤环境容量。土壤环境容量能够在土壤环境质量评价、制订污水灌溉水质标准、污泥施用标准、微量元素累积施用量等方面发挥作用。土壤环境容量充分体现了区域环境特征，是实现污染物忘量控制的重要基础。在此基础上人们可以经济、合理地制定污染物总量控制规划，也可以克分利用土壤环境的纳污能力。6.1.1.3土壤污染的定义土壤污染是指加入土壤的污染物超过土壤的自净能力，或污染物在土壤中积累量超过土壤基准量，而给生态系统乃至人类造成危害的现象。土壤环境中污染物的输入、积累和土壤环境的自净作用是两个相反而又同时进行的对立、统一的过程，在正常情况下，两者处于一定的动态平衡，在这种平衡状态下，土壤环境是不会发生污染的。但是，如果人类的各种活动产生的污染物质，通过各种途径输入土壤，其数量和速度超过了土壤环境的自净作用的速度，打破了污染物在土壤环境中的自然动态平衡，使污染物的积累过程占据优势，可导致土壤环境正常功能的失调和土壤质量的下降；或者土壤生态发生明显变异，导致土壤微生物种类、数量或者活性的变化，土壤酶活性的减少。同时，由于土壤环境中污染物的迁移转化，从而引起大气、水体和生物的污染，并通足食物链最终影响到人类的健康，这种现象属于土壤环境污染。因此，我们说，当土壤环境中所含污染物的数量超过土壤自净能力或当污染物在土壤环境中的积累量超过土壤环境基准或土壤环境标准时，即为土壤环境污染。从土壤污染概念来看，判断土壤发生污染的指标：－是土壤自净能力，二是动植物直接、间接吸收而受害的临界浓度。6.1.2土壤污染的类型和来源6.1.2.1土壤污染物的分类（1）化学污染物：包括无机污染物和有机污染物。无机污染物主要包括汞、镉、铅、砷等重金属，过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等。有机污染物则包括各种化学农药、石油及其桑解产物以及其他各类有机合成产物等。化学污染物是土壤污染物中最重要、影响也最强烈和广泛的污染物，目前人们对于这类污染物的污染效应、治理等相关研究进行得比较多。（2）物理污染物：指来自工厂、矿山的固体废弃物如尾矿、废石、粉煤灰和工业垃圾等。（3）生物污染物：指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施排出的废水、废物以及厩肥等。北京中大华远认证中心内部培训教材4（4）放射性污染物：主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区，以锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素为主。6.1.2.2污染物的来源（1）污水灌溉。用未经处理或未达到排放标准的工业污水灌溉农田是污染物进入土壤的主要途径。生活污水和工业废水中，含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分，所以合理地使用污水灌溉农田，一般有增产效果。但污水中还含有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害的物质，如果污水没有经过必要的处理而直接用于农田灌溉，会将污水中有毒有害的物质带至农田，污染土壤。例如冶炼、电镀、燃料等工业废水能引起镉、汞、铬、铜等重金属污染；石油化工、肥料、农药等工业废水会引起酚、三氯乙醛、农药等有机物的污染。污水灌溉和污水土地处理系统对土壤环境的污染防治和生态环境保护都是需要研究的重要土壤环境问题。（2）酸雨和降尘。工业排放的二氧化硫、氟化物、臭氧、氮氧化物、碳氢化合物等有害气体在大气中发生反应而形成酸雨，以自然降水形式进入土壤，引起土壤酸化。我国酸雨区面积约占国土面积的1/3。工业排放的粉尘、烟尘等固体粒子及烟雾、雾气等液体粒子，在重力作用下以降尘形式进入土壤造成污染。例如，有色金属冶炼厂排出的废气中含有铬、铅、铜、镉等重金属，对附近的土壤造成污染；生产磷肥、氟化物的工厂会对附近的土壤造成粉尘污染和氟污染。大气酸沉降与土壤酸化，已成为全球性的生态环境问题。（3）化肥农药。施用化肥是农业增产的重要措施，但不合理的使用，会使作物贪青、倒伏而减产，同时引起土壤中营养元素的不平衡，形成土壤污染。例如长期大量使用氮肥，会破坏土壤结构，造成土壤板结，生物学性质恶化，影响农作物的产量和质量。过量地使用硝态氮肥，会使饲料作物含有过多的硝酸盐，妨碍牲畜体内氧的输送，使其患病，严重的导致死亡。农药能防治病、虫、草害，如果使用得当，可保证作物的增产，但它是一类危害性很大的土壤污染物，施用不当，会引起土壤污染。农作物从土壤中吸收农药，在根、茎、叶、果实和种子中积累，通过食物、饲料危害人体和牲畜的健康。此外，农药在杀虫、防病的同时，也使有益于农业的微生物、昆虫、鸟类受到伤害，破坏了生态系统，使农作物遭受间接损失。另外，长期使用农药造成病虫草害物种抗药性增强，导致农药投入量持续增加。（4）固体废物。土壤向来都作为废弃物的处理场所。随着工农业生产的发展和城市扩大化，固体废弃物的种类和数量、成分日益增多和复杂化，如工矿业的固体废弃物包括金属矿渣、煤矸石、粉煤灰、城市垃圾、污泥等。例如，各种农用塑料薄膜作为大棚、地膜覆盖物被广泛使用，如果管理、回收不善，大量残膜碎片散落田间，北京中大华远认证中心内部培训教材5会造成农田“白色污染”。这样的固体污染物既不易蒸发、挥发，也不易被土壤微生物分解，是一种长期滞留土壤的污染物。（5）汽车尾气。汽车使用含铅汽油，其排放的废气中含有铅化合物，经雨水冲刷沉积于土壤中，造成铅污染。汽车尾气对土壤的污染随着我国汽车拥有量的增加而日益显现出来。6.1.3土壤污染的特点土壤污染的特点主要有以下四个。（1）具有隐蔽性和滞后性。大气污染、水污染和废弃物污染等问题一般都比较直观，土壤污染不像大气与水体污染那样容易为人们所发现，因为土壤是更复杂的三相共存体系。各种有害物质在土壤中，总是与土壤相结合，有的为土壤生物所分解或吸收，从而改变其本来面目而被隐藏在土体里，或自土体排出且不被发现。当土壤将有害物输送给农作物，再通这食物链而损害人畜健康时，土壤本身可能还继续保持其生产能力而经久不衰。所以土壤污染往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况仿影响才能确定。这也导致土壤污染从产生污染到出现问题，通常会滞后很长时间。土壤污染的隐蔽性和滞后性使认识土壤污染问题的难度增加，以致污染危害持续发展。（2）土壤污染有累积性和地域性。污染物质在大气和水体中，一般都比在土壤中更容易迁移。这使得污染物质在土壤中并不像在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易在±壤中不断积累而超标，同时也使土壤污染具有很强的地域性。（3）土壤污染具有不可逆性。多数无机污染物，特别是金属和微量元素，都能与土壤有机质或矿质相结合，并长久地保存在土壤中。无论它们怎样转化，也无法使其重新离开土壤。如被某些重金属污染的土壤需要200～1000年才能够恢复。（4）土壤污染治理的艰难性。如果大气和水体受到污染，切断污染源之后通过稀释作厍和自净化作用也有可能使污染问题不断逆转，但是积累在污染土壤中的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除。土壤污染一旦发生，则很难恢复，治理成本较高、治理周期较长。依据上述特点，土壤污染的预防胜于治理。6.1.4土壤污染的危害土壤是各种污染物最终的“宿营地”，土壤通过对污染物的吸附、固定形成了对污染物的富集作用，世界上90％的污染物