《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(guó)土壤環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀、趨勢(shì)和問(wèn)題 1. 中國(guó)土壤環(huán)境保護(hù)發(fā)展情況 中國(guó)土壤環(huán)境保護(hù)工作大致可以分為以下三個(gè)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(guó)成立后，提高土壤肥力、增加糧食產(chǎn)量是該階段中國(guó)土壤環(huán)境的關(guān)注重點(diǎn) 20世紀(jì)60年代開(kāi)始，中國(guó)開(kāi)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(guó)的土壤環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始受到關(guān)注 1973年中國(guó)召開(kāi)了全國(guó)第一次環(huán)境保護(hù)會(huì)議,以世界公害為警示，提出了中國(guó)存在的

2、環(huán)境問(wèn)題 新中國(guó)成立以來(lái)開(kāi)展了兩次全國(guó)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(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而進(jìn)行的。該階段涉及的環(huán)境問(wèn)題主要為大氣和水體污染，土壤污染問(wèn)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(wèn)題受到越來(lái)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(guó)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(guó)憲法、1986年的中華人民共和國(guó)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(guó)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(lái)尤其關(guān)注土壤環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)管理和風(fēng)險(xiǎn)控制 1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)召開(kāi)后，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全世界的共識(shí)。中國(guó)表現(xiàn)出對(duì)土壤污染防治立法的極大關(guān)注 1996年，中國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布了國(guó)務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問(wèn)題的決定，為可持續(xù)發(fā)展時(shí)代的中國(guó)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(guó)務(wù)院發(fā)布了國(guó)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(guó)家環(huán)保總局在于2005年11月發(fā)布的“十一五”全國(guó)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(guò)的中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要要求“開(kāi)展全國(guó)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(huì)同國(guó)土資源部開(kāi)展了全國(guó)土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染防治專(zhuān)項(xiàng)工作，以掌握全國(guó)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(guó)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(jiàn)，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(guó)土壤環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀、趨勢(shì)和問(wèn)題 2. 中國(guó)主要的土壤環(huán)境問(wèn)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(guó)土壤環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀、趨勢(shì)和問(wèn)題 2. 中國(guó)主要的土壤環(huán)境問(wèn)題 中國(guó)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(gè)類(lèi)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(gè)類(lèi)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(guó)土壤的成土母質(zhì)類(lèi)型】 在秦嶺、淮河一線(xiàn)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(xiàn)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(guó)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(guó)土壤分類(lèi)與分布】 中國(guó)土壤分類(lèi)系統(tǒng)(1992年)設(shè)立土綱、亞綱、土類(lèi)、亞類(lèi)、土屬、土種和亞種等7級(jí)分類(lèi)單元,將中國(guó)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(gè)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(guó)土壤分類(lèi)與分布】 根據(jù)土壤發(fā)生分類(lèi)方法，中國(guó)土壤類(lèi)型共有12個(gè)土綱，61個(gè)土類(lèi)，235個(gè)亞類(lèi) 其中12個(gè)土綱中，鐵鋁土占全國(guó)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(guó)土壤發(fā)生分類(lèi)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(guó)主要的土壤環(huán)境問(wèn)題】 中國(guó)主要的土壤

8、環(huán)境問(wèn)題是土壤退化 土壤退化指由于人類(lèi)不合理開(kāi)發(fā)利用造成的土地生產(chǎn)力衰減 土壤退化問(wèn)題是全球性的問(wèn)題，隨著世界人口的顯著增長(zhǎng)和人類(lèi)對(duì)土地資源的不合理利用，導(dǎo)致人為引起土壤退化問(wèn)題日益嚴(yán)重 根據(jù)“全球土壤退化評(píng)價(jià)（GLASOD）”的結(jié)論，人為引起土壤退化的主要原因有：森林砍伐、過(guò)度放牧、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、過(guò)度采樵和工業(yè)活動(dòng),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(guó)主要的土壤環(huán)境問(wèn)題】 近幾十年來(lái)，隨著人口的大量增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，中國(guó)土壤退化狀況愈趨嚴(yán)重 主要土壤退化類(lèi)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(guó)40以上耕地土壤退化,中國(guó)土壤退化情況,表1 依據(jù)ASSOD評(píng)估的中國(guó)土壤退化類(lèi)型（單位：百萬(wàn)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(lái)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(lèi)活動(dòng)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(guò)凈化力detergency)，就將導(dǎo)致土壤污染。,【污染土壤的定義】,“絕對(duì)性”定義:由人類(lèi)的活動(dòng)向土壤添加有害化

10、臺(tái)物，此時(shí)土壤即受到了污染。這個(gè)定義的關(guān)鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物。 “相對(duì)性”定義：以特定的參照數(shù)據(jù)來(lái)加以判斷，如以背景值加兩倍標(biāo)準(zhǔn)差為臨界值，若超過(guò)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(shí)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(wú)意地將對(duì)人類(lèi)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(shí)通過(guò)人的感官即能發(fā)現(xiàn)：而土壤污染則往往要通過(guò)農(nóng)作物包括糧食、蔬菜、水果或牧草以及攝食的人或動(dòng)物的健康狀況才能反映出來(lái)，從遭受污染到產(chǎn)生惡果有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的逐步積累過(guò)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(zhǎng)期性: 土壤一旦遭到污染后極難恢復(fù)，重金屬元素對(duì)土壤的污染是一個(gè)不可逆過(guò)程，而許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要一個(gè)比較長(zhǎng)的降解時(shí)間，例如1966年冬至1977年春，沈陽(yáng)撫順污水灌區(qū)發(fā)生的石油、酚類(lèi)以及后來(lái)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(guò)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)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(jià)。, 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(zhǎng)期性，因而往往通過(guò)食物鏈危害動(dòng)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(gè)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(guò)磷酸鈣肥料所引起。其中萬(wàn)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?xún)糇饔?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(guò)一系列的物理、化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)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?xún)糇饔?（2）化學(xué)和物理化學(xué)(physical chemistry)自?xún)糇饔?（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(gè)相對(duì)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(lèi)活動(dòng)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(píng)價(jià)，污水灌溉(wastewater irrigation)與作物施肥(fertilization)上是一個(gè)不可缺 少的依據(jù)。 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)(environmental quality evaluation) 土地資源評(píng)價(jià)(land resource assessment) 國(guó)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(píng)價(jià),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(duì)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(shí)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(shí)也不使環(huán)境污染時(shí)，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(lèi) （1） 土壤污染的類(lèi)型 土壤中污染物的來(lái)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(lái)源，可將污染分為下列幾種類(lèi)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(lèi) 重金屬污染物(

17、heavy metal pollution) 重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅。類(lèi)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(lèi)、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(lái)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(lèi)。,6 重金屬對(duì)土壤的污染及其在土壤中的變化,土壤污染物的種類(lèi)很多，最突出而又很難降解的有兩大類(lèi)，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?cè)谕寥乐械幕钚孕?，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(lái)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(wú)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(dòng)而互相轉(zhuǎn)化。對(duì)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(huì)與羥基、氯化物形成絡(luò)合離子而提高活性。, 鉻(chrome) 金屬鉻無(wú)毒性，三價(jià)鉻有毒，六價(jià)鉻毒性更大，還有腐蝕性。對(duì)皮膚和粘膜表現(xiàn)為強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，還對(duì)全身有毒性作用。鉻對(duì)種子萌發(fā)，作物生長(zhǎng)也產(chǎn)生毒害作用。 土壤中的有機(jī)質(zhì)可促進(jìn)對(duì)鉻的吸附與螯合作用，同時(shí)還有助于土壤中六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。有機(jī)質(zhì)對(duì)六價(jià)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(duì)鉻有較強(qiáng)的吸附作用，粘土礦物對(duì)三價(jià)鉻的吸附能力為六價(jià)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(shí)，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(jià))和亞砷酸鹽(三價(jià))。無(wú)機(jī)或有機(jī)砷化合物都有毒性，但有機(jī)砷對(duì)植物的可給性或毒性較弱，且易在土壤中轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)。無(wú)機(jī)態(tài)亞砷酸鹽類(lèi)的毒性比砷酸鹽類(lèi)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(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)、血液和血管有毒害作用，并對(duì)卟啉轉(zhuǎn)

21、變、血紅素合成的酶促過(guò)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(duì)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(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響主要有抑制光合作用、根系生長(zhǎng)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(wú)機(jī)汞在土壤中的化學(xué)沉淀作用很強(qiáng)，因此，無(wú)機(jī)汞對(duì)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(shí)，它就可以自葉面氣孔進(jìn)入植物體。 無(wú)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(duì)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