第八章土壤复合污染与修复

第八章土壤复合污染与修复目录第一节第四节第三节第二节土壤复合污染概述土壤复合污染的联合修复土壤复合污染的类型及效应土壤复合污染及联合修复展望第八章土壤复合污染概述§1.1.1土壤复合污染的内涵及概念的提出定义：指2种或2种以上的污染物在同一个土体内产生作用。由于污染物的不同，其产生污染的作用方式及机理也不尽相同。早期关于土壤污染物的研究大多仅考虑单一污染物水平的环境行为，而实际上土壤中的污染多具伴生性和综合性。为准确评价环境质量、实施公正环境执法以及有效控制环境污染，复合污染研究逐渐成为环境科学发展的重要方向之一。1.Bliss(1939)在“毒物联合使用时的毒性(Toxicityofpoisonsappliedjointly)”一文中最早提到“拮抗作用、独立作用、加和作用和协同作用”这些术语。为日后复合污染概念的明确提出奠定了理论基础。2.20世纪中叶，Trocome(1950)曾报道了重金属之间相互作用对植物营养吸收影响的研究，在这之后一直到80年代，有关研究逐渐开展。3.1982年，任继凯最早使用了“复合污染”一词。4.1985年，Macnical在污染生态效应的研究中，使用了“联合毒性效应”(Jointtoxiceffect)和“复合毒性效应”(Combinedtoxiceffect)的概念和术语。5.1989年以来，周启星从重金属Cd-Zn和Cd-As复合污染的研究着手，在我国系统地开展了土壤-植物系统复合污染的研究，对复合污染的特点、指标体系、生态学效应及有关研究方法进行了探讨，同时对复合污染的概念和类型进行了较为系统的分类并给出了较为准确的定义。随后，人们对复合污染开始了有针对性的研究。6.在周启星(1989~1992)研究工作的基础上，何勇田和熊先哲对复合污染的概念进行了论述，指出复合污染是指两种或两种以上不同性质的污染物或几种来源不同的污染物在同一环境中同时存在所形成的环境污染现象。7.1995年，周启星对复合污染这一概念进行了扩展，对复合污染的基本内涵进行了补充和完善。他认为：复合污染在概念上，并不等同于“污染物+污染物”，复合污染应该同时具有以下3个基本条件：1)一种以上的化学污染物同时或先后进入同一环境介质或生态系统同一分室；2)化学污染物之间、化学污染物与生物体之间发生交互作用；3)经历化学的和物理化学的过程、生理生化过程、生物体发生中毒过程或解毒适应过程等3个阶段。1.2复合污染的作用方式、机理及影响污染物交互作用的因子复合污染的作用方式：图1两共存元素复合毒性效应形式示意图1.协同作用；2.加合作用log[A*B]；3.加合作用log[A+B]；4.独立作用；5.拮抗作用。图中[A]c、[B]c分别为A、B两元素毒性临界值；各曲线与log[A]、log[B]轴所包围面积为A、B共存时的作物正常产量区。复合污染的作用机理：（1）竞争结合位点；（2）影响酶的活性；（3）干扰正常生理过程；（4）改变细胞结构与功能；（5）螯合（络合）作用及沉淀作用；（6）干扰生物大分子的结构与功能。影响复合污染物交互作用的因子：（1）生物因子：复合污染物的生理生态效应受生物种类、作用部位、生物营养状况以及生物年龄和性别等因素的影响。（2）污染物因子：污染物因子包括污染物种类、污染物化学结构与性质、处理方式、污染物浓度、污染物之间浓度比等。（3）环境因子：环境因子主要包括温度、湿度、光照、pH、有机物含量、土壤条件（包括pH，CEC，Eh等）。土壤复合污染的类型及效应§2.2.1复合污染的分类污染物来源污染物类型同源复合污染异源复合污染大气复合污染型水体复合污染型土壤复合污染型大气-土壤复合型大气-水体复合型土壤-水体复合型大气-土壤-水体复合型土壤无机-无机复合污染重金属-有机污染物复合污染有机-有机复合污染………………………………………………相互作用的类型Interactiontype重金属组合Heavymetalcombination对象或介质Targetormedium拮抗作用AntagonismZn/As大豆根SoybeanrootZn/Cd玉米籽实MaizeseedZn/Cd酸性沙土AceticsandysoilCu/Cd辣椒HotpeperHg/Cd土壤蚯蚓EarthwormAg/Hg苜蓿AlfalfaPb/Cd冬瓜Chinesewatermelon协同作用SynergismPb/Zn小白菜根系CabbagerootsystemCu/Pb/Zn水稻RiceCd/Zn大豆籽实SeedofsoybeanCd/Pb/Cu/Zn/As土壤SoilCu/Zn土壤溶液SoilsolutionAs/Pb大豆Soybean加和作用AdditionV/As/Mo/Se/Zn土壤原生动物ProtozoaCu/Cd土壤菌根SoilvaccineCd/As苜蓿Alfalfa土壤-植物系统中几种常见的重金属复合污染重金属-有机污染物复合的类型Combinedtypeofheavymetalsandorganiccontaminants产生的途径或源Producingapproachorsource有机农药与重金属Organicpesticideandheavymetal农药厂污水排放,农药使用,城市污泥农业利用有机染料与重金属Organicdyeandheavymetal染料合成污水排放，印染废水排放，家庭装修废水等苯、酚类物质与重金属Benzene,hydroxybenzeneandheavymetal污泥，石油生产和处理污水,有机肥生产石油烃与重金属Petroleumhydrocarbonandheavymetal石油生产、应用或泄漏,农业机具清洗或泄漏多环芳烃与重金属PAHandheavymetal石油降解物堆积，有机肥料生产，大气沉降，城市污水有机螯合剂与重金属Organicchelateandheavymetal土壤处理、污水灌溉、污泥的农田处理有机洗涤剂与重金属Organicabluentandheavymetal化工厂污水、医院污水和生活污水排放与灌溉有害微生物与重金属Maleficentmicroorganismandheavymetal医用污水排放与灌溉土壤-植物系统中常见的重金属-有机污染物复合污染类型有机化学品Organicchemicals相互作用的类型Interactivetype生物学效应BiologicaleffectMC(3-甲基胆蒽)与偶氮染料3-Methylcholanthreneandazo-dye抑制(与剂量有关)InhibitionMC对偶氮类染料所致的肝癌有抑制作用乙硫氨酸与偶氮染料Ethylmercaptoaminoacidandazo-dye拮抗作用Antagonism降低由偶氮染料引起的肝癌发病率乙醇与氯仿Ethanolandchloroform加和作用Addition乙醇能够加强氯仿对肝肾的毒害作用偶氮染料与7,12-二甲基苯蒽(DMAB)Azo-dyeand7,12-dimethylbenzanthrone拮抗作用Antagonism对DMAB引起的乳腺癌和肾坏死有拮抗作用DDT与对硫磷DDTandparathion拮抗作用AntagonismDDT影响对硫磷在生物体内的积累,两者呈拮抗作用对硫磷与利眠宁、利血平Parathionandrimaning,reserpine协同作用Synergism增强急性毒作用对硫磷与艾氏剂Parathionandaldrin拮抗作用Antagonism降低脑中胆碱酯酶活性乐果与阿托品Dimetateandatropine拮抗作用Antagonism毒性减弱西维因与甲基对硫磷Sevinandmethylparathion协同作用Synergism对肝脏产生营养不良或坏死甲基对磷硫与敌百虫Monuronandatrazine协同作用Synergism使毒性增强灭草隆与阿特拉津Sumithionandmethylparathion协同作用Synergism增强生物学毒性十一烷、葵烷、四烷与苯并比(BaP)Undecane,penfane,butaneandBaP加和作用Addition促癌作用十六烷与BaPHexadecaneandBaP抑制作用Inhibition对BaP的致癌作用有轻微的抑制效应丁基羟基苯甲醚(BHA)与BaPButyhydroxylanisoleandBaP拮抗作用Antagonism对由BaP引起的胃癌有拮抗作用毒杀芬与BaP对由BaPCamphechlorandBaP拮抗作用Antagonism引起的肺癌有降低效应西维因与BaPSevinandBaP协同作用Synergism增加肺癌的发病率涕灭威与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)Aldicarbandsodiumdodecanebenzenesulfonate拮抗作用AntagonismSDBS能促进涕灭威降解、加速其解毒土壤-植物系统及其相关介质中几种典型有机化学品之间构成的复合污染2.2土壤复合污染的表征锌当量20世纪70年代就提出了“锌当量(ZE)”的定义，它是根据不同的污染物所产生的环境效应是不同的，而不是仅从其总量的多少来进行判断和分析。根据其作用强度进行加权，并将土壤中Zn、Cu和Ni的有效态含量对植物的毒性比定为1：28，其效应可以表达为：ZE=CZn+2CCu+8CNi(其中C为浓度)该方法具有明显的局限性，首先它认为重金属之间的交互作用是一种协同效应，而实际情况明显不是这样；另外，它仅考虑了Zn、Cu和Ni3种元素，缺少其他数据。离子冲量Romero等采用离子冲量来与植物吸收之间进行相关分析，得到较好结果。其表达式为：郑春荣等分析了复合污染体系中水稻产量与土壤重金属全量和有效态、植株和糙米中重金属离子冲量之间的关系，发现以植株与糙米中重金属离子冲量关系最好，土壤全量的离子产量相关最差。Zhou等发现,Cu、Cd、Pb、Zn复合污染条件下土壤中离子交换态含量与离子冲量之间具有很好的相关性，可以用于土壤重金属有效态的预测。内梅罗污染指数法该方法可用于复合污染的评价，其表达式为：PN={(Pi(max)2+[mean(Pi)]2)1/2Pi(max)2为最大单项污染指数，而mean(Pi)为所有单项污染指数的平均值。该评价方法常常被用于区域环境调查的污染水平评价。污染综合指数法近年来，ChenH.M.等再一次完善了重金属复合污染的表征方式，提出了污染综合指数的表征方法，即污染综合指数：I=X·(1+RPE)+Y·DDMB/(Z·DDSB)相对污染当量：土壤重金属浓度偏离背景值的程度：土壤重金属浓度标准偏离背景值的程度：上式中：Ci为重金属在土壤中浓度；Csi为重金属在土壤标准中浓度；Cbi为重金属在土壤背景中浓度；X为超过标准值元素个数；Y为超过背景值元素个数；Z为超过标准值元素个数；n为每种金属离子的氧化数；N是测定元素的数目；Z是用于评价的元素个数。当Y=0，I=0为背景条件；当Y0；X=0；I=0~1为未污染；当X1，I1时为污染，其数值表明相对污染程度的大小。这些描述方法为我们今后科学地表征土壤重金属污染提供了定量描述的手段，为比较重金属污染土壤之间的差异性奠定了基础。土壤复合污染的联合修复§3.土壤复合污染具有影响波及面广，污染强度大，治理难度高的特点。尽管如此，目前的研究仍然主要集中在对单一污染物或同类污染物（如多种重金属或多种有机污染物等）上，而且研究主要以在实验室和温室进行异位修复的方法为主，鲜有土壤复合污染原位修复的报道。从修复技术来看，多种修复技术共用，或者以一种修复技术为主，辅以其他手段来共同恢复土壤健康得到了越来越多的重视。用于土壤污染治理的方法主要有物理修复、化学修复和生物修复。生物修复以其成本低、应用方法简便、无二次染等优点而深得人们的青睐。在生物修复中，植物与微生物的联合修复展现出了良好的发展前景。物理与化学联合修复：物理和化学修复是利用污染物的物理、化学特性，通过分离、固定以及改变存在状态等方式,将污染物从土壤中