第九章土壤污染及其修复

第九章土壤污染及其修复第一节土壤污染概述第二节土壤环境的自净作用第三节污染土壤修复技术一、土壤的组成和功能1.土壤的组成土壤：是由固、液、气三相物质组成的具有肥力并能生长植物的疏松的地壳表层。土壤固相矿物质（原生矿物，次生矿物）有机质（腐殖质，土壤生物）液相：土壤水分或溶液气相：土壤空气第一节土壤污染概述有机质：普通有机物、腐殖酸有机物活性有机体：土壤微生物、土壤动物固态无机物液态水气态水45％5％一、土壤的组成和功能土壤有机质土壤有机质含量土壤有机质绝大部分集中于土壤表层(0-15或0-20cm),我国土壤有机质含量在1—5%之间来源植物的根茬、茎秆、落叶、土壤中的动物残骸以及施入土壤的有机肥料等作用土壤有机质主要以腐殖质为主,它作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等,这些性能对土壤的结构、性质、质量都有重大影响。对金属元素和人为释放的污染物在地表的迁移和富集有重要意义土壤水土壤水是含有复杂溶质的稀溶液，因此常将土壤水及其所含溶质称为土壤溶液。土壤中各种形态水分,对土壤中物质的转化过程和土壤的形成过程起着决定性作用。土壤溶液是植物生长所需要的水分和养分的主要供给源。土壤空气是存在于土壤中的气体的总称。土壤空气土壤空气组成：氧气10.35～20.03%、二氧化碳0.15～0.65%、氮气78.8～80.2%相对湿度100%近地大气组成：氧气20.94%、二氧化碳0.03%、氮气78.08%、其他气体0.95%相对湿度60～90%土壤的功能①土壤为植物生长的介质，可以提供植物生长所需的养分、水分及机械的支持;②土壤在生态系统的水循环中，影响着水的命运;③土壤是一自然循环体系;④土壤是各种生物居住生存的场所;⑤在人类建构的生态系中，土壤提供为建筑材料。二、土壤污染概述当土壤环境中所含污染物的数量超过土壤环境自净能力或污染物在土壤环境中的积累超过土壤环境基准或土壤环境标准时，称为土壤污染。土壤污染的概念：三、土壤污染物与污染源土壤污染物：把输入土壤中的足以影响土壤环境正常功能，降低作物产量和生物学质量，有害于人体健康的物质。无机污染物有机污染物土壤中主要的无机污染物质2、土壤污染源土壤环境在生物圈中的地位和功能：•土壤是农业生产的劳动对象和获得生命能源的生产基地。•土壤是作为废物的堆放、处置与处理场所，大量有机和无机污染物进入土壤，是造成土壤环境污染的重要途径和污染来源。•土壤环境是开放的系统，大气、水体和生物体中的污染物质迁移转化而进入土壤，使土壤环境遭受二次污染，这也是土壤环境污染的重要来源。2、土壤污染源根据人为污染物的来源不同可分为：工业污染源（废气、废水、废渣）农业污染源（化学农药、化肥、有机肥、地膜）生物污染源（各种含病原微生物和寄生虫生活污水、医院污水、垃圾、河水等）四、土壤污染的发生类型及其影响因素1、土壤污染的发生类型根据土壤主要污染物的来源和土壤污染的途径，可将土壤污染的发生类型分为：水质污染型（污染源主要是工业废水、城市生活废水和受污染的地面水体）分布特点：已被污染的河流或干渠呈树枝状或呈片状分布。大气污染型（煤燃烧产生的废气、汽车尾气、工业废气中的粒状浮游物质、工厂的含氟废气、核的大气层实验）分布特点：以大气污染源为中心呈椭圆状或条带状分布，长轴沿主风向伸长。1、土壤污染的发生类型固体废弃物污染型（工矿业废渣、污泥和城市垃圾）污染特征：属点源性质农业污染型（化肥、农药、城市垃圾堆肥、污泥等）污染特征：污染物质主要集中于表层或耕层，分布比较广泛，属面源污染综合污染型（可能以某一污染类型或某两污染类型为主）特点：多源性质的2、影响土壤污染的因素①人类的生产活动所排放的“三废”，通过多种途径输入土壤环境②与当地的灌溉、施肥制度、施用农药方式以及施用城市污泥、垃圾等是否按规定的标准和方法有关③不同污染物在土壤环境中的迁移、转化、降解、残留规律不同，对土壤环境造成的威胁和危害成都也不同④与土壤的类型和性质以及土壤生物和栽培作物种类等因素的影响五、土壤污染的危害1、土壤污染危害的特点①隐蔽性和潜伏性②积累性和地域性③不可逆性和长期性④治理难而周期长2土壤污染的主要危害①土壤污染导致严重的经济损失②土壤污染导致农产品产量和品质下降③土壤污染对人体健康的影响：重金属污染的影响（如砷中毒）农药化学品物质的影响（如急性、慢性中毒）土壤病原体污染的影响（如结核杆菌）放射性物质污染的影响（如放射性元素）④土壤污染危害生态环境：对水质的影响：地表水污染、农业面源污染随大气质量的影响：大气扬尘会使土壤生态系统的组成、结构和功能发生变化，破坏土壤生态平衡。污灌型锌污染第二节土壤环境的自净作用土壤环境的自净作用，即土壤环境的自然净化作用（或净化功能的作用过程），是指在自然因素的作用下，通过土壤自身的作用，使污染物在土壤环境中的数量、浓度或毒性、活性降低的过程。土壤环境的自净作用按其作用机理的不同，可分为物理净化作用、物理化学净化作用、化学净化作用和生物净化作用四个方面。1物理净化作用土壤胶体具有很强的表面吸附能力。进入土壤中的难溶固体被机械阻留；可溶性污染物被稀释、迁移；部分污染物被转化成气态污染物被迁移、扩散。土壤的物理净化能力与土壤空隙、土壤质地、结构、土壤含水率、土壤温度等因素有关。2物理化学净化作用指污染物的阴、阳离子与土壤胶体上原来吸附的阴、阳离子之间的离子交换吸附的作用。如：（土壤胶体）Ca2++HgCl2（土壤胶体）Hg2++CaCl2（土壤胶体）3OH-+AsO43-（土壤胶体）AsO42-+3OH-物理化学作用只能使污染物在土壤溶液中的离子浓度降低，相对的减轻危害，而并没有从根本上将污染物从土壤环境中清除。3化学净化作用主要指凝聚与沉淀、氧化还原、络合-螯合、酸碱中和,水解、分解和化合等。土壤环境化学净化能力因素有:土壤环境化学净化能力的大小与土壤的物质组成、性质，以及污染物本身的组成、性质有关。如富含碳酸钙的石灰性土壤，对酸性物质的化学净化能力很强。土壤环境化学净化能力与土壤环境条件有关。如增施有机胶体，石灰等。同时输入土壤环境中的几种污染物也可能发生化学反应，从而发生沉淀、中和、络合、分解等。4生物净化作用依靠土壤中的有机物生活的为微生物的氧化分解有机物的巨大能力，进行生物降解的过程。土壤的生物降解作用是土壤环境自净作用的主要途径。土壤中天然有机物的矿质化作用就是生物净化过程。例如，淀粉、纤维素等糖类物质最终转变为CO2和H2O；蛋白质、多肽、氨基酸等含氮化合物转变为NH3、CO2和H2O；有机磷化合物释放出无极磷酸等。但是微生物不能净化重金属，甚至能使重金属在土体中富集（重金属成为土壤的最危险污染物的根本原因）。第四节污染土壤修复技术污染土壤修复的目的在于降低土壤中污染物的浓度、固定土壤污染物、将土壤污染物转化成毒性较低或无毒的物质、阻断土壤污染物在生态系统中的转移途径，从而减小土壤污染物对环境、人体或其他生物体的危害。污染土壤修复技术根据其位置变化与否可分为原位修复技术和异位修复技术。按操作原理污染土壤修复技术技术可分为物理修复技术、化学修复技术、微生物修复技术和植物修复技术四大类。物理修复技术土壤蒸气提取技术原位土壤蒸气提取技术异位土壤蒸气提取技术固化/稳定化技术原位固化/稳定化技术异位固化/稳定化技术玻璃化技术原位玻璃化技术异位玻璃化技术热处理技术热解吸技术焚烧技术电动力学修复技术稀释和覆土一、物理修复技术1土壤蒸汽提取技术该方法适用于去除不饱和土壤中高挥发性有机组分污染的土壤，如汽油、苯和四氯乙烯污染的土壤。原位土壤蒸气提取技术主要用于挥发性有机卤代物的处理修复，通常是亨利系数大于0.01或者蒸汽压大于66.66Pa的挥发性有机化合物。通常，采取原位土壤蒸气提取技术的土壤应具有质地均一、渗透力强、孔隙度大、湿度小、地下水位较深的特点。异位土壤蒸气提取技术主要用于处理挥发性的有机卤代物和非有机卤代物污染土壤的修复。1土壤蒸汽提取技术2固化/稳定化技术固化/稳定化是指通过物理或化学的作用以固定土壤污染的一组技术。黏结剂主要是水泥、石灰。•固化技术是指向土壤添加粘结剂而引起石块固体形成的过程。•稳定化技术是通过化学物质与污染物之间的化学反应使污染物转化成为不溶态的过程。优点：可同时处理被多种污染物污染的土壤，设备简单，费用较低。缺点：该技术不破坏、不减少土壤中的污染物，仅仅限制污染物对环境的有效性。3玻璃化技术玻璃化技术是指高温熔融的污染土壤形成玻璃体或固结成团的技术。既适合于原位处理，也适合于异位处理。土壤熔融后，污染物被固结于稳定的玻璃体中，不再对其他环境产生污染，但是土壤也完全丧失生产力。玻璃化作用对砷、铅、硒和氯化物的固定效率比其他无机污染物低，且处理费用较高。4热处理技术热处理技术是利用高温所产生的一些物理或化学作用，如挥发、燃烧、热解，将土壤中的有毒物质去除或破坏的过程。最常用于处理有机污染的土壤，也适用于部分重金属污染的土壤。常用的热源主要有：加热的空气、明火，可以直接或间接与土壤接触的热传导液体。热解吸技术适用的污染物有挥发和半挥发的有机污染物、卤化或非卤化有机污染物、多环芳烃、重金属、氰化物、炸药等。焚烧技术适用的污染物包括挥发和半挥发有机污染物、卤化或非卤化有机污染物、多环芳烃、多氯联苯、二噁英等5电动力学修复技术电动力学修复技术是指向土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物在电解、电迁移、扩散、点渗透、电泳等作用的共同作用下，使土壤溶液中的离子向电极附近富集从而被去除的技术。电动力学修复技术可以处理的污染物包括：重金属、放射性核素、有毒阴离子、氰化物、石油烃、炸药、有机/离子混合污染物、卤代烃、非卤化污染物、多花芳烃。电动力学修复技术主要是针对低渗透性、黏质的土壤。一般水力传导率较低、污染物水溶性较高、水中的离子化物质浓度相对较低。5电动力学修复技术在电动力学过程中最重要的发生在电极的电子迁移作用是水的电解作用：H2O2H++1/2O2（g）+2e-阴极反应2H2O+2e-2OH-+H2（g）阳极反应电解产生的H+在电迁移和扩散的作用下向阳极移动，降低了阳极附近的PH。与此同时，电解产生的OH-向阴极移动，提高了阴极附近的PH。6稀释和覆土稀释作用：将污染物含量低的清洁土壤混合于污染土壤以降低污染土壤污染物的含量。可以降低土壤污染物的浓度，在田间，可通过翻耕、客土清洁土壤来实现稀释。覆土：客土的一种方式，即在污染土壤上覆盖一层清洁土壤，以避免污染土层物进入食物链。•优点：技术性比较简单，操作容易。•缺点：不能去除土壤污染物，没有彻底排除土壤污染物的潜在危害；只能抑制土壤污染物对食物链的影响，并不能减少土壤污染物对地下水等其他环境部分的危害。化学修复技术化学淋洗技术原位化学淋洗技术异位化学淋洗技术溶剂浸提技术原位化学氧化修复技术土壤改良修复技术施用改良剂调节土壤氧化还原电位石灰性物质有机物质离子拮抗剂化学沉淀剂二、化学修复技术1化学淋洗技术化学淋洗技术是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水力压头推动清洗液，将其注入被污染土层中，然后再把包含污染物的液体从土层中抽取出来，进行分离和污水处理的技术。化学淋洗技术适用范围较广，可用来处理有机、无机污染物，目前，化学淋洗技术主要围绕着用表面活性剂处理有机污染物，用螯合剂或酸处理重金属来修复被污染的土壤。（1）原位化学淋洗技术是指在污染现场直接向土壤中施加淋洗剂，使其向下渗透，穿过污染土壤通过解吸、螯合、溶解或络合等物理、化学作用，最终使污染物形成可迁移态化合物。•优点：长效性、易操作性、高渗透性、费用合理性，并且适合治理的污染物范围很广。•缺点：在去除污染物的同时，也去除了部分土壤养分离子，还可以破坏土壤结构，影响土壤微生物的活性，从而影响土壤整体的质量，如操作不慎，可造成对地下水的二次污染。（2）异位化学淋洗技术把污染土壤挖掘出来，用水或其他化学试剂来清洗、去除污染物，再处理含有污染物的废水和废液，洁净的土壤还可以回填或