農產品安全污染土壤修復(同名455)課件

1、農產品安全生產 -污染土壤修復1土壤污染的基本特性31土壤污染及治理技術簡介3污染場地修復基本問題33主要內容2土壤環(huán)境保護政策研究2土壤政策研究背景肯定中國的土壤環(huán)境保護工作在資金投入、管理監(jiān)督及技術支持等方面取得了積極的進展不足 現(xiàn)有的土壤污染防治法律法規(guī)、標準體系及修復技術等無法滿足土壤環(huán)境保護的需求中國土壤污染防治面臨的形勢嚴峻，當前污染防治工作的基礎比較薄弱 3俄羅斯日本中國歐洲土地和土壤環(huán)境的現(xiàn)狀不容樂觀中國的土壤問題： 荒漠化和污染中國土壤成土母質圖 中國土壤類型圖 中國土壤狀況4中國土壤環(huán)境保護現(xiàn)狀土壤環(huán)境保護工作取得的成效土壤環(huán)境污染現(xiàn)狀開始關注土壤質量和土壤污染問題重點關注

2、土壤肥力土壤環(huán)境保護理念1949重點關注土壤污染防治，近年來尤其關注風險管理和風險控制第一階段19781992至今1949土壤環(huán)境保護理念農業(yè)土壤 點源污染與面源污染共存 生活污染和工業(yè)污染疊加 各種新舊污染相互交織 工業(yè)及城市污染向農村轉移城區(qū)及工業(yè)土壤 大量企業(yè)原址場地被再開發(fā)為人居環(huán)境，可能成為土壤和地下水的高污染和高風險區(qū)。存在的問題缺乏專項法律法規(guī)土壤環(huán)境監(jiān)管能力薄弱土壤環(huán)境標準體系不健全污染土壤修復治理資金缺乏有效保障5發(fā)達國家中國立法有專門土壤環(huán)境保護與污染控制法律法規(guī)，如美國超級基金法和棕色地塊法、荷蘭土壤保護法案、日本土壤污染對策法沒有專門的土壤污染防治法律監(jiān)管采用基于風險的

3、管理模式未貫徹基于風險的管理模式標準體系具有完善的土壤環(huán)保標準體系；加拿大和美國均制定了國家和地方土壤質量指導標準。土壤環(huán)保標準體系不完善；全國采用統(tǒng)一的土壤環(huán)境質量標準資金保障多渠道的資金籌措方式資金來源有限且無保障基本思路：責任LIABILITY標準STANDARD資金FUNDING6制定實施土壤保護政策的有利條件快速的經(jīng)濟發(fā)展廣泛的國際貿易不斷提升的公眾意識政府的高度重視7政策建議開展土壤環(huán)境保護和污染控制的立法在關注農業(yè)污染土壤的同時，高度重視工業(yè)活動引起的土地污染問題借鑒和強化國際上較普遍采用的基于風險的土壤環(huán)境管理模式逐步推動土壤環(huán)境標準體系建設，鼓勵以省市為單位，制定區(qū)域性土壤環(huán)

4、境質量標準和污染土壤修復標準開展污染土壤（場地）修復技術的可適用性評價，研究解決污染土壤修復治理的資金機制加強科技支撐，突破影響中國土壤環(huán)境監(jiān)管工作有效推進的科學和技術障礙81.1 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臺物，此時土壤即受到了污染。這個定義的關鍵是存在有可鑒別的人為添加污染物?！跋鄬π浴倍x：以特定的參照數(shù)據(jù)來加以判斷，如以背景值加兩倍標準差為臨界值，若超過這一數(shù)值，即認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，即加入土壤的物質給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害。1.2 土壤污染的特點（1）隱蔽性或潛伏性:水體和大氣的污染比較直觀，嚴重時通過

5、人的感官即能發(fā)現(xiàn)：而土壤污染則往往要通過農作物包括糧食、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，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年代才基本證實是鎘污染土壤所生產的“鎘米”所致。（2）不可逆性和長期性: 土壤一旦遭到污染后極難恢復，重金屬元素對土壤的污染是一個不可逆過程，而許多有機化學物質的污染也需要一個比較長的降解時間。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、稻米異味、含鎘量超過食品衛(wèi)生標準。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

6、擇品種等各種措施，才逐步恢復其部分生產力，付出了大量的勞力和代價。1.2 土壤污染的特點（3）后果的嚴重性: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關系，污灌引起的污染越嚴重，人群的肝腫大串越高。一些土壤污染事故嚴重威脅著糧食生產輕則減產，重則絕收，損失十分慘重。1.2 土壤污染的特點污染源地下水非飽和帶飽 和 帶地下水位線流 向土壤污 染 機 理土壤污染與地下水污染存在密切關系。13141.3 主要污染源及污染物 主要污染源及污染物空氣污染影響氣被污染后通常通過干、濕沉

7、降作用對土壤環(huán)境產生進一步的影響 污水灌溉有機無機等混合型污水主要來自石油化工和制藥，有三氯乙醛、多環(huán)芳烴，導致土壤板結鹽漬化，影響作物生長農業(yè)生產過程化肥、農藥和覆蓋塑料薄膜等技術措施使土壤營養(yǎng)物質積累.固廢的農用工業(yè)廢渣、城市垃圾、剩余污泥以及畜禽糞便、農業(yè)秸稈等 土壤污染-化工、冶金等-排污、滲坑及污水灌溉-垃圾、廢渣等-污染大氣降水-農藥、化肥等農業(yè)活動污染來源及種類化學污染物物理污染物生物污染物放射性污染物15土壤環(huán)境保護政策研究31土壤污染及治理技術簡介3污染場地修復基本問題及應用發(fā)展33主要內容19土壤污染的基本特性220環(huán)境治理技術化學修復技術物理修復技術生物修復技術微生物修復

8、技術植物修復技術21 按處置地點按暴露情景植物修復技術微生物修復技術原位修復技術異位修復技術化學修復技術物理修復技術修復機理影響因素固化去除22土 壤 修 復 技 術換土置換冰凍修復穩(wěn)定固化電動修復氣提/解吸熱處理淋洗化學氧化還原物理化學修復23幾種修復技術工藝流程圖阻隔技術固化技術氧化還原技術氣提技術24土壤淋洗法対象：重金屬、農藥、油等車載式固定式淋洗機械分離裝置30m3/h處理能力淋洗修復工程熱處理： 直接加入使污染物揮發(fā)或分解，間接加熱使污染物揮發(fā)； 針對高濃度土壤污染。 対象：VOCs、水銀、農藥、油等； 優(yōu)點：可使VOCs完全實現(xiàn)無害化； 日處理能力可達200t。實際工程污染土壤外

9、熱裝置修復土壤焚燒裝置煙囪熱交換填埋熱解氣體化學試劑熱處理典型流程：電滲析：土壤處理槽電極槽點源絮凝沉淀回收給水給水泵給水塔抽水泵處理墻：油污染土壤高濃度污染土壤低濃度污染土壤無污染土壤回填清潔土壤土壤淋洗表面活性劑污染土壤洗凈土壤洗凈水油水分離油層吸附處理或回收材料廢棄材料水層排水處理排水處理處理水達標排放原位或異位生物修復營養(yǎng)鹽加熱系統(tǒng)污染土壤Air石油污染修復一般流程土 壤 修 復 技 術微生物修復植物修復地耕處理生物修復1.改變污染物存在形態(tài)，降低其毒性2.利用許多微生物與污染物的親和性，富集重金屬在污染土壤上耕耘，施肥，灌溉，保證微生物的正常代謝，使污染物減少甚至消除34生物修復技術

10、的分類異位生物修復 (Ex-situ bioremediation) 原位生物修復 (In situ bioremediation) 36分類原位微生物修復技術異位微生物修復技術生物強化法生物通風法土地耕作法 化學活性柵修復法 制床法 堆制法 泥漿生物反應器法 原位生物修復的基本條件 碳源及能源 能高效降解污染物的微生物種群 提供微生物代謝所需的無機營養(yǎng)物 環(huán)境介質中合適可利用的水量適宜的溫度 適宜的pH值 植物修復技術定義：利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)和轉化、降解等作用來清除污染環(huán)境中的污染物質的技術。植物提取作用根系過濾作用植物固定作用植物揮發(fā)作用植物降解作用植物修復的方式原理

11、植物對有機污染物的吸收途徑對氣態(tài)污染物的粘附和吸收對水溶態(tài)污染物的吸收植物粘附污染物的數(shù)量, 主要決定于植物表面積的大小和粗糙程度, 某些植物還可分泌油脂、黏液, 如去杉、油松等;氣孔是葉片吸收污染物的主要部位, 但高濃度污染物可對葉片造成損害, 如二氧化硫可導致植物氣孔張開和關閉的機能癱瘓, 臭氧可損害葉片的柵欄組織.氣態(tài)污染物水溶態(tài)污染物主要通過根吸收葉片也能吸收水溶態(tài)物質水溶態(tài)的污染物到達根表面，主要有兩條途徑：一條是質體流途徑(massflow)，即污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時與水一起到達植物根部；另一條是擴散途徑(diffusion)，即通過擴散到達根表面。葉片對農藥通過氣孔吸

12、收與角質層吸收。附著性能是影響藥效的重要因素。表面活性劑能顯著降低表面張力，改善藥液在葉面的附著性, 從而提高吸收。如: 劉支前等發(fā)現(xiàn)不加任何表面活性劑時，草甘膦藥液不能直接經(jīng)蠶豆葉面氣孔吸收；添加0.5的有機硅表面活性劑后，氣孔吸收率可達85.4。污染土壤中有機污染物的清除植物體內分解成為植物體的組成成分 轉化成二氧化碳和水 轉化成為無毒性的中間代謝物（木質素）儲存在植物細胞中 有機污染物木質化作用揮發(fā)、代謝礦化 植物轉化作用污染土壤中有機污染物的清除 根際分泌物激活微生物降解行為根分泌酶和有機酸微生物土壤界面促進根區(qū)微生物的生長和繁殖,以利于降解有毒化學物質。 適用污染因子廣泛不改變土壤性

13、質成本低，適合大面積修復推廣不會引起二次污染 修復時間很長，一般需要十幾甚至二十幾年缺點優(yōu)點生物強化法 是基于改變生物降解中微生物的活性和強度而設計的， 可分為土著菌培養(yǎng)法和投菌法。 土著菌培養(yǎng)法：利用培養(yǎng)土著菌將污染物充分礦化成 CO2 和 H2O 投菌法：直接向污染土壤中接入高效降解菌 生物通風法又稱土壤曝氣，是基于改變生物降解環(huán)境條件 ( 如通氣狀況等 ) 而設計的，是一種強迫氧化的生物降解方法。 加入一定量的氧氣和營養(yǎng)液污染的土壤鼓風機抽風機土地耕作法土地耕作法也稱農耕法，是以就地污染土壤作為接種物的好氧生物過程。土地耕作法相比其他處理方法，如填埋、焚燒、 洗脫等， 有對土壤結構體破壞

14、較小、實用有效等特點， 應用范圍較廣 。施肥，灌溉耕耙撒石灰經(jīng)過以上過程從而促進微生物生長。化學活性柵修復法 化學活性柵修復法是依靠摻入污染土壤的化學修復劑與污染物發(fā)生氧化、還原、沉淀、聚合等化學反應，從而使污染物得以降解或轉化為低毒性或移動性較低的化學形態(tài)的方法。較為典型的化學活性柵系統(tǒng)修復過程是 注入井粉狀膠體物質 污染水流抽取污染水處理預制床法 預制床修復是農耕法的延續(xù)，它可以使污染物的遷移量減至最低。其簡要操作規(guī)程為：定期翻動供氧營養(yǎng)液和水污染土壤鋪上沙石的不泄露平臺堆制法 污染土壤有機廢棄物混合堆肥石灰石壓氣系統(tǒng)充氧微生物充分降解 包括風道式、好氣靜態(tài)式和機械式等 3 種，其中機械式

15、 (在密封容器中進行) 易于控制，可以間歇或連續(xù)進行。近年來，國內外學者均在積極研究堆制修復的原理、工藝、條件、影響因素、降解效果等，并已將此工藝應用到污染土壤的修復 。泥漿生物反應器法 生物反應器營養(yǎng)物質 表面活性劑污染土壤空氣水這種方法處理效果好、速度快，但僅僅適宜于小范圍的污染治理。生物反應器一般設置在現(xiàn)場或特定的處理區(qū)，通常為臥鼓型和升降機型，有間隙式和連續(xù)式兩種，但多為間隙式。 原理異位生物修復異位生物修復是指將被污染介質(土壤、水體)搬動或輸送到它處進行的生物修復處理，但這里的搬動和輸送是低限底的、而且更強調人為控制和創(chuàng)造更加優(yōu)化的降解環(huán)境此方法有更多的人為調控和優(yōu)化處理Tanks

16、 at HanfordBiopile with vacuum Manifold細菌真菌藻類微生物真細菌藍細菌古菌酵母霉菌大型真菌菌根生物修復可能利用到的微生物微生物對污染物的簡單代謝的生理過程向基質接近對固體基質的吸附分泌胞外酶污染物質的吸收胞內代謝微生物激活作用有毒物質結構變化徹底分解為CO2H2O毒性增加毒性不變毒性降低激活作用去毒作用無毒化合物致癌物致畸物致突變物急性毒物毒植物素抗菌素激活作用及其特點迅速礦化緩慢礦化持久性活化激活作用可以發(fā)生在微生物活躍的土壤、水和其他任何環(huán)境。產生的產物可能是短暫的，是礦化過程的中間產物，也可能持續(xù)時間很長，甚至引起環(huán)境問題激活作用的結果是生物合成致癌

17、物、致畸物、致突變物、神經(jīng)毒物、毒植物素、抗菌素等激活反應硫醚的氧化涕滅威甲拌磷乙拌磷激活反應酯的水解一些除草劑被植物吸收后進入植物體內，在水解酶的作用下，生成游離酸，才能發(fā)揮作用。如禾草靈和新燕靈等。激活反應甲基化一些無機物能在微生物的作用下發(fā)生甲基化，其脂溶性增加，引起毒性增加，而且更易于在生物體內積累。如Hg、As、Sn等。激活反應去甲基化一些真菌能使雙苯酰草胺（N，N二甲基2，2二苯基乙酰胺）脫去甲基生成無甲基的二苯基乙酰胺，是一種植物毒素。激活反應的類型緩解：有時一種化合物A會有兩種前途，它可以轉化為更有毒化合物B，即激活；也可以轉化為無毒化合物C，由于A向C轉化，避免了A向B的激活

18、，因此成為緩解。典型激活：主要是前面提到的一些激活反應，也是嚴格意義上的激活，其產物往往毒性更強，而且持久性和遷移性也往往會加強，引起的環(huán)境毒性更大。生物毒性譜的變化：對一類生物有毒的化合物，在分子結構改變以后會對完全不同的另一類生物有害，這就是毒性譜發(fā)生了改變。它不是嚴格意義上的激活，而是對另一類生物為激活。共代謝途徑一般是指原本不能被代謝的物質在外界提供碳源和能源的情況下被代謝的現(xiàn)象。其中外界提供的碳源稱為一級基質，用于微生物細胞增長并為微生物細胞活動提供能量。被共代謝的物質稱為二級基質，不用于微生物細胞增長，也不能為微生物細胞活動提供能量。也就是說，有些不能作為唯一碳源與能源被微生物降解

19、的有機物。當提供給其它有機物作為碳源或能源時，這一有機物就有可能因共代謝而被降解。微生物的共代謝作用可能存在以下幾種情況：靠降解其它有機物提供能源或碳源通過與其它微生物的協(xié)同作用，發(fā)生共代謝，降解污染物由其它物質的誘導產生相應的酶系，發(fā)生共代謝作用牝牛分枝桿菌（Mycobacterium vaccea）在丙烷上生長的同時，有能力共代謝環(huán)己烷，將環(huán)己烷氧化成能被假單胞菌種群利用的環(huán)己酮，而這些假單胞菌沒有能力直接利用環(huán)己烷。環(huán)己烷的共代謝分解 缺少進一步降解的酶系中間產物的抑制作用需要另外的基質，或必須和其它微生物聯(lián)合作用共代謝的原因共代謝微生物生長緩慢，物質轉化效率低容易引起一些有毒物質的積累

20、共代謝機制的存在，大大拓展了微生物對難降解有機污染物的作用范圍環(huán)境修復或篩選高效微生物的過程中要考慮共代謝的影響有些不易降解的農藥，它們并不能支持微生物的生長，但它們有可能通過幾種微生物的共代謝作用而得到部分的或全部的降解。例如，通過產氣氣桿菌（Aerobacter aerogenes）和氫單胞菌（Hydrogenomonas sp.）的共代謝作用，可將DDT轉變成對氯苯乙酸，后者可由其他微生物進一步分解?？梢娢⑸锏墓泊x作用在自然界難降解物質的分解中具有極其重要的意義。 共代謝的環(huán)境意義生物修復技術的局限性 目前生物修復技術主要應用在治理土壤中重金屬污染，在修復大氣和水體污染中應用的相對較

21、少。 生物修復土壤中重金屬污染存在的問題 受到待治理土壤地理條件的影響。對不同污染狀況的土壤要選用不同的生態(tài)型植物。一種植物往往只吸收一種或兩種重金屬元素，限制了其在多種重金屬污染土壤中的治理。超積累植物通常矮小、生物量低、生長緩慢、生長周期長，因而修復效率低，不易于機械化作業(yè)。發(fā)展前景通過基因工程法，獲取具有高修復能力的基因工程植物，是獲得環(huán)境污染治理新突破的關鍵。 Hg2+(有毒）轉入汞還原酶的植物Hg（無毒）土壤結合態(tài)揮發(fā)態(tài)當前，植物修復技術有待研究的前沿問題為：1)篩選更多適用(富集能力強、生長快、適應性 強)的超積累植物；2)利用生物技術手段對植物進行定向改良(提高 生物量或富集能力

22、)；3)重金屬耐性和富集的機理與調控；4)植物修復的工程試驗與商業(yè)應用。魏樹和周星啟等(2019)從20科54種雜草中篩選出鎘(Cd)超積累植物-龍葵(Solanum nigrum)。 城市生活垃圾生態(tài)填埋示范基地 土壤環(huán)境保護政策研究31土壤污染及治理技術簡介3污染場地修復基本問題及應用發(fā)展33報告提綱93土壤污染的基本特性2污染場地（Contaminated sites）因堆積、儲存、處理、處置或其他方式（如遷移）承載了有害物質的，對人體健康和環(huán)境產生危害或具有潛在風險的空間區(qū)域（含土壤、地下水等）。94污染場地（Contaminated sites）簡易垃圾堆放場地 大量鉻渣堆放場地石油

23、及石油化工污染場地電子廢棄物污染場地95Love 運河事件 During the summer of 1978, United States President Jimmy Carter declared a federal emergency at the Love Canal, a former chemical landfill which became a 15-acre neighborhood of the City of Niagara Falls, New York. SUPERFUND96技術瓶頸問題場地風險評價參數(shù)的本土化問題；關于風險水平（風險基準）的問題；場地采樣密度的合理性問題；關于評價和修復標準的取值問題；場地三維空間修復邊界確定問題；關于污染場地修復技術優(yōu)化篩選問題；污染場地修復中的美學/景觀學問題97場地風險評價參數(shù)本土化風險污染物 受體暴露途徑有機污染物，無機污染物，微生物污染物等小孩，婦女，成