《污染土壤修復(fù)技術(shù)》PPT課件.ppt

1、污染土壤修復(fù)技術(shù),昆明理工大學(xué)環(huán)境工程系 田森林 2011年9月,污染土壤修復(fù)技術(shù),2,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（一）中國土壤環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀、趨勢和問題 1. 中國土壤環(huán)境保護(hù)發(fā)展情況 中國土壤環(huán)境保護(hù)工作大致可以分為以下三個階段,污染土壤修復(fù)技術(shù),3,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（1）第一階段（19491978年） 新中國成立后，提高土壤肥力、增加糧食產(chǎn)量是該階段中國土壤環(huán)境的關(guān)注重點(diǎn) 20世紀(jì)60年代開始，中國開始大量生產(chǎn)使用有機(jī)氯農(nóng)藥 ，隨著化肥和農(nóng)藥的使用，上世紀(jì)70年代初，中國的土壤環(huán)境問題開始受到關(guān)注 1973年中國召開了全國第一次環(huán)境保護(hù)會議,以世界公害為警示，提出了中國存在的

2、環(huán)境問題 新中國成立以來開展了兩次全國性土壤普查，一次是20世紀(jì)50年代末，另一次是20世紀(jì)70年代末。這兩次土壤普查的目的主要是了解土壤肥力，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而進(jìn)行的。該階段涉及的環(huán)境問題主要為大氣和水體污染，土壤污染問題并未受到應(yīng)有的重視,污染土壤修復(fù)技術(shù),4,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（2）第二階段（1979年1992年） 在此階段土壤污染問題受到越來越多的關(guān)注，環(huán)境保護(hù)政策和法律法規(guī)體系初步形成 在1979年頒布的中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法（試行）立法中首次涉及到保護(hù)土壤、防治土壤污染 1982年中華人民共和國憲法、1986年的中華人民共和國土地管理法均涉及到合理利用土地的相關(guān)規(guī)定 198

3、9年發(fā)布的中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法中明確提出了防治土壤污染的相關(guān)規(guī)定,污染土壤修復(fù)技術(shù),5,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（3）第三階段（1993年至今） 該階段土壤環(huán)境關(guān)注的重點(diǎn)是土壤污染防治，近年來尤其關(guān)注土壤環(huán)境的風(fēng)險管理和風(fēng)險控制 1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會召開后，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全世界的共識。中國表現(xiàn)出對土壤污染防治立法的極大關(guān)注 1996年，中國國務(wù)院發(fā)布了國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問題的決定，為可持續(xù)發(fā)展時代的中國土壤環(huán)境保護(hù)工作指明了方向,污染土壤修復(fù)技術(shù),6,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（3）第三階段（1993年至今） 2005年，國務(wù)院發(fā)布了國務(wù)院關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加

4、強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定，明確要求“以防治土壤污染為重點(diǎn)，加強(qiáng)農(nóng)村環(huán)境保護(hù)” 國家環(huán)?？偩衷谟?005年11月發(fā)布的“十一五”全國環(huán)境保護(hù)法規(guī)建設(shè)規(guī)劃中明確指出要抓緊制定土壤污染防治法 2006年3月14日通過的中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要要求“開展全國土壤污染現(xiàn)狀調(diào)查，綜合治理土壤污染”,污染土壤修復(fù)技術(shù),7,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（3）第三階段（1993年至今） 2006年，環(huán)境保護(hù)部會同國土資源部開展了全國土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染防治專項(xiàng)工作，以掌握全國范圍的土壤污染現(xiàn)狀、污染范圍、主要污染物和污染程度 2008年，中國環(huán)境保護(hù)部發(fā)布關(guān)于加強(qiáng)土壤污染防治工作的意見，提出了

5、強(qiáng)化土壤污染防治工作的措施,污染土壤修復(fù)技術(shù),8,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（二）中國土壤環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀、趨勢和問題 2. 中國主要的土壤環(huán)境問題,污染土壤修復(fù)技術(shù),9,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（一）中國土壤環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀、趨勢和問題 2. 中國主要的土壤環(huán)境問題 中國土壤的成土母質(zhì)大致可分為基巖風(fēng)化物和松散沉積物兩大系列 基巖風(fēng)化物包括淺色結(jié)晶巖風(fēng)化物、暗色結(jié)晶巖風(fēng)化物、碎屑沉積巖及相應(yīng)的變質(zhì)巖風(fēng)化物、石灰質(zhì)沉積巖及相應(yīng)的變質(zhì)巖風(fēng)化物等4個類型 松散沉積物含洪積物、紅色粘土、沖積物、湖積物、濱海沉積物、珊瑚礁堆積物、黃土、風(fēng)沙、冰磧物等9個類型,污染土壤修復(fù)技術(shù),10,第一章 土壤污染與修

6、復(fù)概論,【中國土壤的成土母質(zhì)類型】 在秦嶺、淮河一線以南地區(qū)多是各種巖石在原地風(fēng)化形成的風(fēng)化殼，并以紅色風(fēng)化殼分布最廣 昆侖山、秦嶺、山東丘陵一線以北地區(qū)，主要的成土母質(zhì)是黃土狀沉積物及沙質(zhì)風(fēng)積物 在各大江河中下游平原，成土母質(zhì)主要是河流沖積物 平原湖泊地區(qū)的成土母質(zhì)主要是湖積物 高山、高原地區(qū)除各種巖石的就地風(fēng)化物外，還有冰磧物和冰水沉積物,污染土壤修復(fù)技術(shù),11,全國土壤成土母質(zhì)圖,污染土壤修復(fù)技術(shù),12,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,【中國土壤分類與分布】 中國土壤分類系統(tǒng)(1992年)設(shè)立土綱、亞綱、土類、亞類、土屬、土種和亞種等7級分類單元,將中國土壤劃分為鐵鋁土、淋溶土、半淋溶土、鈣

7、層土、干旱土、漠土、初育土、半水成土、水成土、人為土和高山土等共12個土綱,污染土壤修復(fù)技術(shù),14,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,【中國土壤分類與分布】 根據(jù)土壤發(fā)生分類方法，中國土壤類型共有12個土綱，61個土類，235個亞類 其中12個土綱中，鐵鋁土占全國土地面積11.7%，淋溶土占11.1%，半淋溶土占4.5%，鈣層土占6.2%，干旱土占3.2%，漠土占6.3%，初育土占17.0%，半水成土占7.8%，水成土占1.5%，鹽堿土占1.9%，人為土占5.1%，高山土占20.7%。,中國土壤發(fā)生分類圖,污染土壤修復(fù)技術(shù),16,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,【中國主要的土壤環(huán)境問題】 中國主要的土壤

8、環(huán)境問題是土壤退化 土壤退化指由于人類不合理開發(fā)利用造成的土地生產(chǎn)力衰減 土壤退化問題是全球性的問題，隨著世界人口的顯著增長和人類對土地資源的不合理利用，導(dǎo)致人為引起土壤退化問題日益嚴(yán)重 根據(jù)“全球土壤退化評價（GLASOD）”的結(jié)論，人為引起土壤退化的主要原因有：森林砍伐、過度放牧、農(nóng)業(yè)活動、過度采樵和工業(yè)活動,污染土壤修復(fù)技術(shù),17,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,【中國主要的土壤環(huán)境問題】 近幾十年來，隨著人口的大量增長和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，中國土壤退化狀況愈趨嚴(yán)重 主要土壤退化類型包括（1）土壤侵蝕（水土流失）、（2）土地沙漠化、（3）土壤鹽堿化、（4）土壤貧瘠化、（5）土壤污染等 水土流失、

9、貧瘠化和鹽堿化等因素已造成中國40以上耕地土壤退化,中國土壤退化情況,表1 依據(jù)ASSOD評估的中國土壤退化類型（單位：百萬公頃）,污染土壤修復(fù)技術(shù),20,第一章 土壤污染與修復(fù)概論,（二）土壤污染來源與危害,1 土壤污染的概念及特征 （1）土壤污染的概念 人類活動產(chǎn)生的污染物（pollutant）進(jìn)入土壤并積累到一定程度，引起土壤質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。,土壤被污染的程度主要決定于進(jìn)入土壤的污染物的數(shù)量、強(qiáng)度和土壤自身的凈化能力(clarifying capacity)大小，當(dāng)進(jìn)入量超過凈化力detergency)，就將導(dǎo)致土壤污染。,【污染土壤的定義】,“絕對性”定義:由人類的活動向土壤添加有害化

10、臺物，此時土壤即受到了污染。這個定義的關(guān)鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物。 “相對性”定義：以特定的參照數(shù)據(jù)來加以判斷，如以背景值加兩倍標(biāo)準(zhǔn)差為臨界值，若超過這一數(shù)值，即認(rèn)為該土壤為某元素所污染。 “綜合性”定義：不但要看含量的增加，還要看后果，即加入土壤的物質(zhì)給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害。,三種定義的出發(fā)點(diǎn)雖然不同，但有一點(diǎn)是共同的，即認(rèn)為土壤中某種成分的含量明顯高于原有含量時即構(gòu)成了污染。綜上所述，土壤污染就是指人為因素有意或無意地將對人類或其他生命體有害的物質(zhì)施加到土壤中，使其某種成分的含量明顯高于原有含量、并引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。,污染土壤修復(fù)技術(shù),24,（2）土壤污染的特點(diǎn), 隱蔽性或

11、潛伏性:水體和大氣的污染比較直觀，嚴(yán)重時通過人的感官即能發(fā)現(xiàn)：而土壤污染則往往要通過農(nóng)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(chǎn)生惡果有一個相當(dāng)長的逐步積累過程，具有隱蔽性或潛伏性。日本的第二公害病痛痛病60年代發(fā)生于富山縣神通川流域，直至70年代才基本證實(shí)是鎘污染土壤所生產(chǎn)的“鎘米”所致。, 不可逆性和長期性: 土壤一旦遭到污染后極難恢復(fù)，重金屬元素對土壤的污染是一個不可逆過程，而許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要一個比較長的降解時間，例如1966年冬至1977年春，沈陽撫順污水灌區(qū)發(fā)生的石油、酚類以及后來張土灌區(qū)的鎘污染，造成大面積的土壤毒化、水稻矮化

12、、稻米異味、含鎘量超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過十余年的艱苦努力，包括施用改良劑、深翻、清灌、客土、選擇品種等各種措施，才逐步恢復(fù)其部分生產(chǎn)力，付出了大量的勞力和代價。, 后果的嚴(yán)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。研究表明，土壤和糧食的污染與一些地區(qū)居民肝腫大之間有著明顯的劑量反應(yīng)關(guān)系，污灌引起的污染越嚴(yán)重，人群的肝腫大串越高。一些土壤污染事故嚴(yán)重威脅著糧食生產(chǎn)，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(chǎn)的普通過磷酸鈣肥料所引起。其中萬畝以上的污染事故在山東、河南、河北、遼子、蘇北、皖北等地曾多次發(fā)生，輕則

13、減產(chǎn)，重則絕收，損失十分慘重。,污染土壤修復(fù)技術(shù),27,2 土壤污染的自凈作用 指進(jìn)入土壤的污染物，在土壤礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和土壤微生物的作用下，經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)過程，降低其濃度或改變其形態(tài)，從而消除污染物毒性的現(xiàn)象 （1）物理自凈作用 （2）化學(xué)和物理化學(xué)(physical chemistry)自凈作用 （3）生物化學(xué)凈化(biochemical purification)作用,污染土壤修復(fù)技術(shù),28,3 土壤背景值(background value) （1）土壤背景值的概念 土壤背景值只能代表土壤某一發(fā)展、演變階段的一個相對意義上的數(shù)值，即嚴(yán)格按照土壤背景值研究方法所獲得的

14、盡可能不受或少受人類活動影響的土壤化學(xué)元素的原始含量。,（2）研究土壤背景值的意義 土壤背景值在土壤污染評價，污水灌溉(wastewater irrigation)與作物施肥(fertilization)上是一個不可缺 少的依據(jù)。 環(huán)境質(zhì)量評價(environmental quality evaluation) 土地資源評價(land resource assessment) 國土規(guī)劃(territorial planning) 環(huán)境醫(yī)學(xué)(environmental medicine) 食品衛(wèi)生(food hygiene) 。,重 要 的 實(shí) 用 意 義,（3）土壤背景值的應(yīng)用,農(nóng)田施肥,土壤

15、污染評價,土壤環(huán)境容量(soil environment capacity),食品衛(wèi)生(food hygiene),環(huán)境醫(yī)學(xué)(environmental medicine),4 土壤環(huán)境容量(soil environment capacity) （1）環(huán)境容量(environmental capacity) 指在一定條件下環(huán)境對污染物最大容納量。 （2）土壤環(huán)境容量,指土壤環(huán)境單元一定時限內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學(xué)質(zhì)量，同時也不使環(huán)境污染時，土壤所能允許承納的污染物的最大數(shù)量或負(fù)荷量(Carrying capacity)。 土壤環(huán)境容量實(shí)際上是土壤污染物的起始值和最大負(fù)荷量之

16、差。,5 土壤污染的發(fā)生及污染物的種類 （1） 土壤污染的類型 土壤中污染物的來源具有多源性，主要是工業(yè)廢氣、廢水、廢渣，以及化肥、農(nóng)藥、城市污泥、垃圾，偶爾還有原子武器散落的放射性微粒等。,根據(jù)污染物的來源，可將污染分為下列幾種類型： （1）水體污染(water body pollution) （2）大氣污染(atmospheric pollution) （3）農(nóng)業(yè)污染(agricultural pollution) （4）生物污染(biological pollution) （5）固體廢棄物污染(noxious waste pollution),（2） 土壤污染物的主要種類 重金屬污染物(

17、heavy metal pollution) 重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅。類金屬砷和非金屬氟也包括其中。 有機(jī)污染物(organic pollution) 要有有機(jī)農(nóng)藥、三氯乙醛(酸)、礦物油類、表面活性劑、廢塑料制品，以及工礦企業(yè)排放的含有機(jī)質(zhì)的三廢。 固體廢物與放射性污染物(solid waste and radioactive contaminant) 按其來源不同，可分為工業(yè)固體廢物、農(nóng)業(yè)固體廢物，放射性固體廢物和城市垃圾四類。,6 重金屬對土壤的污染及其在土壤中的變化,土壤污染物的種類很多，最突出而又很難降解的有兩大類，一是重金屬(heavy metal)，二是有機(jī)合成農(nóng)藥(

18、synthetic organic pesticide) 。 土壤重金屬污染物(heavy metal pollutant)主要有銅、鉻、鎘、砷、汞等。它們在土壤中的活性小，易于積累，土壤一旦被其污染則極難消除。其中鎘和砷是極毒的；汞、鉛、鎳是中等毒性；硼、銅、錳、鋅的毒性較低。 土壤中的重金屬來源主要是“三廢”的排放所致。,（1）幾種主要重金屬在土壤中的行為及危害, 鎘(cadmium) 金屬鎘無毒性，但鎘的化合物毒性極大，而且屬于積蓄型，引起慢性中毒的潛伏期可達(dá)1030年之久。 土壤中的鎘有水溶性(離子態(tài)和絡(luò)合態(tài))及非水溶性(化學(xué)沉淀和難溶絡(luò)合態(tài))兩種，它們隨環(huán)境條件的變動而互相轉(zhuǎn)化。對作

19、物起危害作用的主要是水溶性鎘。 在酸性條件下，鎘化合物的溶解度增大，毒性增強(qiáng)； 在堿性條件下，則形成氫氧化鎘沉淀。 在氧化條件下，鎘的活性或毒性增強(qiáng)。 鎘在土壤中常會與羥基、氯化物形成絡(luò)合離子而提高活性。, 鉻(chrome) 金屬鉻無毒性，三價鉻有毒，六價鉻毒性更大，還有腐蝕性。對皮膚和粘膜表現(xiàn)為強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，還對全身有毒性作用。鉻對種子萌發(fā)，作物生長也產(chǎn)生毒害作用。 土壤中的有機(jī)質(zhì)可促進(jìn)對鉻的吸附與螯合作用，同時還有助于土壤中六價鉻還原為三價鉻。有機(jī)質(zhì)對六價鉻的還原作用隨土壤pH值的升高而減弱。 土壤中粘土礦物對鉻有較強(qiáng)的吸附作用，粘土礦物對三價鉻的吸附能力為六價鉻的30-300倍

20、，且這種吸附作用隨pH的升高而減弱。 土壤pH值及氧化還原電位均可改變鉻的化合物形態(tài)。在低Eh值時，Cr6+被還原成Cr3+；而在中性和堿性條件下，Cr3+可以Cr(OH)3 形態(tài)沉淀。, 砷(arsenic) 土壤中的砷多呈砷酸形態(tài)，包括砷酸鹽(五價)和亞砷酸鹽(三價)。無機(jī)或有機(jī)砷化合物都有毒性，但有機(jī)砷對植物的可給性或毒性較弱，且易在土壤中轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)。無機(jī)態(tài)亞砷酸鹽類的毒性比砷酸鹽類強(qiáng)。 土壤中砷的可給性受pH值的影響很大，在接近中性的情況下，砷的溶解度較低。土壤中的砷酸和亞砷酸隨氧化還原電位的變化而相互轉(zhuǎn)化。, 鉛(plumbum) 鉛對人體神經(jīng)系統(tǒng)、血液和血管有毒害作用，并對卟啉轉(zhuǎn)

21、變、血紅素合成的酶促過程有抑制作用。早期癥狀為細(xì)胞病變。引起慢性中毒后，出現(xiàn)貧血、高血壓、生殖能力和智能減退（特別是兒童腦機(jī)能減退）等癥狀。鉛急性中毒的癥狀為便秘，腹絞痛，伸肌麻痹等。 在中性至堿性條件下形成的Pb3(PO4)2和PbCO3 的溶解度很小，植物難以吸收，故在石灰性及堿性土中，鉛的污染實(shí)際上并不嚴(yán)重。 土壤的粘土礦物及有機(jī)質(zhì)對鉛也起者強(qiáng)吸附作用，且隨土壤pH的增高而增強(qiáng)。, 汞(hydrargyrum) 汞對作物生長發(fā)育的影響主要有抑制光合作用、根系生長和養(yǎng)分吸收、酶的活性、根瘤菌的固氮作用等。 植物根系和葉子均可吸收Hg，比較容易吸收的汞有金屬汞、Hg2+、乙基汞和甲基汞。無機(jī)汞在土壤中的化學(xué)沉淀作用很強(qiáng)，因此，無機(jī)汞對植物的毒害不很明顯。但汞的化合物被還原為金屬汞，而以汞蒸氣出現(xiàn)時，它就可以自葉面氣孔進(jìn)入植物體。 無機(jī)汞化合物在嫌氣細(xì)菌的作用下，可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)汞化合物，被植物吸收，增強(qiáng)其對植物的汞污染。, 鋅(zincum)、銅(cuprum)、鎳(nickel)、錳(manganese) 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量以及氧化還原條件等顯著影響著鋅、銅、鎳、錳在土壤中的