土壤污染與修復(fù)技術(shù)

關(guān)于土壤污染與修復(fù)技術(shù)第1頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容土壤背景值與環(huán)境容量土壤中污染物的來源與危害土壤中污染物的生物降解與轉(zhuǎn)化污染土壤典型修復(fù)技術(shù)及原理第2頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月土壤背景值及其應(yīng)用背景值元素：在自然成土過程中，構(gòu)成土壤自身的化學(xué)元素的組成和含量。即未受到人類活動影響的土壤本身的化學(xué)元素組成和含量。背景值應(yīng)用：1）農(nóng)田施肥2）土壤污染評價3）土壤環(huán)境容量4）環(huán)境醫(yī)學(xué)1.土壤背景值與環(huán)境容量第3頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月土壤自凈作用（self-purification）進入土壤的污染物，在土壤礦物、有機物和微生物的作用下，經(jīng)過一系列物理、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。物理自凈：質(zhì)流、揮發(fā)、擴散、吸附等作用化學(xué)自凈：吸附、沉淀、配合（絡(luò)合）、封鎖(sequestration)、氧化還原等作用生物化學(xué)自凈：微生物或酶的降解(degradation)作用第4頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月土壤環(huán)境容量土壤環(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，土壤所能容納的污染物的最大數(shù)量。隨土壤類型、生態(tài)體系的不同而不同。第5頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2土壤中污染物的來源與危害2.1污染土壤的定義2.2土壤污染的特點2.3土壤中污染物的來源2.4土壤污染的類型2.5土壤污染的危害第6頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1污染土壤的定義“絕對性”定義：由人類活動向土壤添加有害化合物，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。第7頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月三種定義的出發(fā)點雖然不同，但有一點是共同的，即認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。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。第8頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2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(yán)重時通過人的感官即能發(fā)現(xiàn)。而土壤污染往往要通過農(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年代才基本證實是鎘污染土壤所產(chǎn)生的“鎘米”所致。第9頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）不可逆性和長期性:土壤一旦遭到污染后極難恢復(fù)，重金屬對土壤的污染是一個不可逆過程，而許多有機化學(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，沈陽以撫順污水灌溉區(qū)發(fā)生的石油、酚類以及后來張土罐區(qū)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(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過十余年的艱苦努力，包括施用改良劑、深翻、清罐、客土、選擇品種等各種措施，才逐步恢復(fù)其部分生產(chǎn)力。第10頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）后果嚴(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，往往通過食物鏈危害動物和人體的健康。第11頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3土壤中污染物的來源土壤污染源可分為天然污染源和人為污染源。天然污染源是指自然界自行向環(huán)境排放有害物質(zhì)或造成有害影響的場所，如正在活動的火山；人為污染源是指人類活動所形成的污染源。是土壤污染研究和污染土壤修復(fù)的主要對象，而在這些污染源中，化學(xué)物質(zhì)對土壤的污染是人們最為關(guān)注的。污染物進入土壤的途徑按照所劃分的土壤污染源可分為污水灌溉、固體廢棄物的利用、農(nóng)藥和化肥、大氣沉降物等。第12頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣沉降（土壤酸化、多環(huán)芳烴和二噁英等）污水排灌（重金屬、多環(huán)芳烴等）化肥農(nóng)藥施用（硝酸鹽、PCB、DDT等）固體廢物堆放處置工業(yè)生產(chǎn)（石油、多環(huán)芳烴和重金屬污染等）交通運輸全球物質(zhì)循環(huán)第13頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4土壤污染的類型

土壤污染的類型目前并無嚴(yán)格的劃分，如從污染物的屬性來考慮，一般可分為有機物污染、無機物污染、生物污染和放射性物質(zhì)的污染。（1）有機物污染：石油、有機農(nóng)藥等；（2）無機物污染：重金屬污染等；（3）生物污染：細菌、真菌等；（4）放射性污染：放射性核素等。第14頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月重金屬污染土壤的治理措施：（1）通過農(nóng)田的水分調(diào)控，調(diào)節(jié)水田土壤Eh值來控制土壤重金屬的毒性；（2）施用石灰、有機物質(zhì)等改良劑重金屬的毒性與土壤pH關(guān)系密切；（3）客土、換土法；（4）生物修復(fù)（biologicalreserve）。第15頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Cadmium巖石 0.10.2mg/kg天然土壤 0.010.70mg/kg我國土壤 0.00191.46mg/kg來源：電鍍、顏料、電池、電視、肥料等毒理：降低植物細胞ATP酶活性阻止植物對K、P的吸收食用“鎘米”患骨痛病第16頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Chromium巖石:100mg/kg我國土壤:5060mg/kg來源：采礦、電鍍、顏料、油漆、合金、印染、膠印等六價Cr毒性高于三價Cr毒理：刺激和腐蝕皮膚及粘膜血功能障礙、骨功能衰竭致癌、致畸變植物細胞質(zhì)壁分離、細胞膜透性變化等第17頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Mercury巖石：0.2mg/kg土壤：0.03mg/kg我國土壤：0.065mg/kg來源：工業(yè)污水、農(nóng)藥等毒理：抑制植物光合作用、根系生長、養(yǎng)分吸收、酶活性及根瘤菌的固氮作用等第18頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Copper巖石：70mg/kg,常與硫共存土壤:2030mg/kg我國土壤：22mg/kg來源：采礦、燃料、城市垃圾、農(nóng)藥毒理：植物光合作用減弱、葉色褪綠、缺鐵等第19頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Lead巖石：16mg/kg土壤：1342mg/kg來源：汽油、蓄電池、采礦（鉛鋅礦）、顏料、涂料等毒理：植物體內(nèi)酶的活性、光合作用、呼吸作用、養(yǎng)分吸收毒害人體神經(jīng)系統(tǒng)、血液及血管，抑制酶促血紅素合成過程第20頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Zinc巖石：80mg/kg土壤：50mg/kg我國土壤：100mg/kg來源：采礦、污泥、垃圾、燃料、冶煉等毒理：抑制植物光合作用、韌皮部輸送作用、改變細胞膜透性等第21頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Arsenic巖石：25mg/kg土壤：9.36mg/kg我國土壤：10.38mg/kg來源：金屬開采和冶煉、農(nóng)藥、化肥、燃料等毒理：取代DNA中的磷、抑制水分與養(yǎng)分吸收與細胞蛋白質(zhì)巰基結(jié)合，抑制細胞呼吸酶活性第22頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月Fluorin巖石：660mg/kg我國土壤：478mg/kg來源：母質(zhì)、鋁廠、磷肥廠、水泥及磚瓦等硅酸鹽工業(yè)毒理：腐蝕牙齒、使骨骼的鈣代謝紊亂第23頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月農(nóng)藥在土壤中的轉(zhuǎn)化土壤對化學(xué)農(nóng)藥的吸附作用；農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)、擴散和遷移；化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的降解作用。第24頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月農(nóng)藥污染的土壤，除合理施用農(nóng)藥、采用病蟲害綜合防治，改進農(nóng)藥劑型等以預(yù)防為主的系列技術(shù)措施外，對污染土壤的治理應(yīng)從加速土壤中農(nóng)藥的降解入手。

其中采取以下措施：

（1）增施有機肥料，提高土壤對農(nóng)藥的吸附量，減輕農(nóng)藥對土壤的污染；

（2）調(diào)控土壤pH和Eh，加速農(nóng)藥的降解。第25頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月氮肥對環(huán)境的污染（1）對土壤及作物的影響（硝酸鹽及亞硝酸鹽的毒性）（2）造成水體的富營養(yǎng)化（eutrophication）（3）對大氣的污染第26頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月磷肥對環(huán)境的污染

施入土壤中的磷肥除少部分被作物吸收利用外，大部分被土壤所固定，磷肥因其本身含有各種污染物質(zhì)，造成土壤、作物的污染。主要有以下幾種：（1）重金屬污染（2）氟污染（3）放射性污染（4）造成水體的富營養(yǎng)化第27頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5土壤污染的危害（1）影響人體和生物健康：土壤可以通過食物鏈影響人體健康；（2）影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量：植物可從污染土壤中吸收污染物，從而引起代謝失調(diào)，生長發(fā)育受阻或?qū)е逻z傳變異。（3）影響生態(tài)系統(tǒng)安全：通過生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)影響整個生態(tài)系統(tǒng)。因鎘污染而畸變的通心菜第28頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月食用死亡死亡排泄氧化反硝化硝化反硝化吸收固氮硝化NH3好氧厭氧硝化作用NO2反硝化作用蛋白質(zhì)的NH2基NO3-NO2-N2ON2脫氨基作用脫氨基固氮作用N2假單胞菌其它

兼性厭氧菌同化巴氏桿菌蛋白質(zhì)的NH2基同化作用3土壤污染物的生物降解與轉(zhuǎn)化3.1污染物生物降解和轉(zhuǎn)化的特點3.2典型有機污染物的降解3.3重金屬的微生物轉(zhuǎn)化3.4影響微生物降解和轉(zhuǎn)化的因素在陸地在水生境中第29頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月自然環(huán)境中的有機化合物，受到光化學(xué)的、化學(xué)的和生物的作用而降解轉(zhuǎn)化。有時轉(zhuǎn)化很快，如葡萄糖之類易代謝的化合物被加到含大量微生物和豐富O2的環(huán)境中時；有時降解過程非常緩慢，如貯與黑暗、干燥的埃及法老墳?zāi)怪械墓攘?、長沙馬王堆古尸、“樓蘭美女”等，歷經(jīng)幾千年而不腐，是因環(huán)境條件不適合降解。在土壤中，生物降解是主要的機制，而微生物又在生物降解中占首要地位。第30頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1生物降解和轉(zhuǎn)化的特點（1）反應(yīng)迅速；（2）微生物是主要作用者；（3）生物降解與微生物的生長直接相關(guān)；（4）受環(huán)境因素影響大；（5）生物降解和轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物變化大。第31頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2典型有機污染物的生物降解3.2.1脂烴類得降解特點微生物對脂烴類的降解特點：很多微生物可以降解脂烴類；脂烴的生物降解一般都需要氧；長鏈脂肪烴（C10-C24）比短鏈脂肪烴（<C10）易于降解，小于C10的脂肪烴大部分只能通過共代謝作用降解，大于C24則不容易降解；鏈烴比環(huán)烴易降解，支鏈烷烴比直鏈烷烴易降解；不飽和脂肪烴比飽和脂肪烴容易降解；水分低于50%或pH高于8.5時會抑制生物降解作用。第32頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月+O2+2H-H2OOHO-2H+O2+2H-H2OO+H2OCH2OHCOOHCH2CH2CH2CH2CHOCOOHCH2CH2CH2CH2COOHCOOHCH2CH2CH2CH2-2H-2H+H2Oβ-氧化3.2.2脂烴類的降解特點（1）鏈烴的降解：單末端氧化、雙末端氧化、次末端氧化和直接脫氫；（2）環(huán)烷烴的生物降解：第33頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）單環(huán)芳烴的好氧降解由加氧酶氧化為兒茶酚，二羥基化的芳香環(huán)再氧化，臨位或間位開環(huán)。臨位開環(huán)生成已二烯二酸，再氧化為β—酮已二酸，后者再氧化為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物琥珀酸和CoA。間位開環(huán)生成2—羥已二烯半醛酸，進一步代解生成甲酸、乙酸和丙酮酸。第34頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）多環(huán)芳烴的降解

由雙加氧酶催化，生成順—萘二氫二醇，然后脫氫形成1,2-二羥基萘，再環(huán)氧化裂解，接著去除側(cè)鏈，形成水楊酸；水楊酸進一步轉(zhuǎn)化為兒茶酚或龍膽酸后開環(huán)。第35頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3多氯聯(lián)苯的降解特點多氯聯(lián)苯是人工合成的有機氯化物，作為穩(wěn)定劑，用途很廣（潤滑油、絕緣泊油、增塑劑、熱載體、油漆、油膜等都含有）。PCBs有毒，對皮膚、肝臟、神經(jīng)、骨骼等都有不良影響，且是一種致癌因子。目前也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多微生物可以降解PCBs。第36頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月采自污染土壤的樣品（土、沉積物、水、污水等）或篩選現(xiàn)有菌株用可降解的外源性化合物同類物預(yù)富集用符合培養(yǎng)基（如營養(yǎng)肉湯）+外源性化合物進行預(yù)富集以外源性化合物為唯一碳源和能源進行直接富集補加碳源，以外源性化合物為唯一氮、磷或硫源直接富集用外源性化合物的同類物不斷取代可降解的底物不斷減小補加碳源的濃度外源性化合物的總降解與變構(gòu)化合物的降解菌共培養(yǎng)改變外源性化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，共代謝富集外源性化合物降解菌的一般方法第37頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.4典型農(nóng)藥的降解特點滴滴涕的共代謝第38頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3重金屬的微生物轉(zhuǎn)化汞、砷、鉛、錫、銻、銅、鎘、鉻、鎳和釩以空氣、水和土壤的污染物以及食品殘渣之類各種各樣的化學(xué)形態(tài)存在于環(huán)境中。第39頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物活性與有機物降解速率的關(guān)系A(chǔ).微生物生長曲線.

B.有機物降解曲線3.4影響微生物降解和轉(zhuǎn)化的因素（1）微生物活性：

這是最重要的影響因素，包括微生物的種類和生長速率等方面。不同種

類微生物對同一有機底物或有毒金屬反應(yīng)不同。第40頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）化合物的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單的較復(fù)雜的易降解，分子量小的較分子量大的易降解，聚合物和復(fù)合物抗生物降解。碳原子上的氫都被烷基或芳基取代時，會形成生物阻抗物質(zhì)。第41頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）溫度；（4）營養(yǎng)；（5）酸堿度；（6）氧；（7）底物濃度；（8）適應(yīng)訓(xùn)化。第42頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月4污染土壤修復(fù)技術(shù)及原理4.1污染土壤修復(fù)技術(shù)體系4.2典型修復(fù)技術(shù)及原理第43頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1污染土壤修復(fù)技術(shù)體系4.1.1按修復(fù)場地分類（1）原位（insitu）修復(fù)：污染土壤氣體提取法井中汽提法（In-wellVaporStripping）；空氣攪動法（AirSparging）；原位沖洗、淋洗；加熱方法；處理墻方法；原位穩(wěn)定—固化方法；電動力學(xué)方法；原位微生物修復(fù)方法；植物—微生物聯(lián)合修復(fù)方法等。第44頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）異位（exsitu）修復(fù)：氣提法；泥漿反應(yīng)器修復(fù)；土壤耕作法；土壤堆腐；焚燒法；客土法；淋洗/萃取；淋洗—生物反應(yīng)器聯(lián)合修復(fù)；第45頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.2按照技術(shù)類別分類（1）物理化學(xué)修復(fù)：加熱方法、穩(wěn)定固化法、淋洗、萃取、電動力學(xué)等；（2）生物修復(fù)：植物修復(fù)、濕地修復(fù)、菌根修復(fù)等；植物—微生物聯(lián)合修復(fù)；菌根菌劑聯(lián)合修復(fù)等；（3）物理化學(xué)—生物聯(lián)合修復(fù)：淋洗—反應(yīng)器聯(lián)合修復(fù)等。第46頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月長期對策可處理計劃系統(tǒng)分析應(yīng)急對策穩(wěn)定處理原位穩(wěn)定異位穩(wěn)定凈化處理原位修復(fù)異位修復(fù)原位分解原位提取分離分解凈化4.2典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理污染土壤修復(fù)工作流程第47頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月廢棄材料吸附處理或回收油水分離排水處理達標(biāo)排放無污染土壤回填高濃度污染土壤高濃度污染土壤油污染土壤土壤淋洗污染土壤表面活性劑Air原位或異位生物修復(fù)材料油層水層處理水加熱系統(tǒng)營養(yǎng)鹽污染土壤清潔土壤洗凈土壤攪拌石油污染修復(fù)一般流程洗凈水第48頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月污染土壤修復(fù)方法物理修復(fù)化學(xué)修復(fù)生物修復(fù)分離法淋洗法調(diào)化穩(wěn)定法熱處理法溶劑萃取法氧化還原法微生物修復(fù)植物修復(fù)動物修復(fù)污染土壤修復(fù)方法第49頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月土壤修復(fù)常用技術(shù)與方法熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)：利用熱傳導(dǎo)（熱毯熱井或熱墻等）或熱輻射（無線電波加熱）

等實現(xiàn)對污染土壤的修復(fù)。熱解吸修復(fù)技術(shù)：以加熱方式將受有機物污染的土壤加熱至有機物沸點以上，使吸附于土壤中的有機物揮發(fā)成氣態(tài)后再分離處理。焚燒法：

將污染土壤在焚燒爐中焚燒，使高分子量的有害物質(zhì)（揮發(fā)性和半揮發(fā)性）分解成低分子的煙氣，經(jīng)過除塵、冷卻和凈化處理，使煙氣達到排放標(biāo)準(zhǔn)。填埋：將廢物作為一種泥漿，將污泥施入土壤，通過施肥、灌溉、添加石灰等方式調(diào)節(jié)土壤的營養(yǎng)、濕度和pH值，保持污染物在土壤上層的好氧降解。第50頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)淋洗：借助能促進污染物溶解或遷移的化學(xué)/生物化學(xué)溶劑，在重力作用下或通過水頭壓力推動淋洗液注入到被污染的圖層中，然后再把含有污染物的溶液從土壤中抽提出來，進行分離和污水處理的技術(shù)。堆肥法：利用傳統(tǒng)的堆肥方法，堆積污染土壤，將污染物與有機物（稻草、麥秸、碎木片和樹皮等）、糞便等混合起來，依靠堆肥過程中的微生物作用來降解土壤中難降解的有機污染物。植物修復(fù)：運用農(nóng)業(yè)技術(shù)改善