第04章 土壤污染及其控制技术

1、环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术本章的主要内容：本章的主要内容： 1 土壤环境中的化学条件与元素迁移土壤环境中的化学条件与元素迁移 2 土壤环境中的胶体与元素迁移土壤环境中的胶体与元素迁移 3 土壤污染与净化土壤污染与净化 4 土壤中污染物质的迁移转化规律土壤中污染物质的迁移转化规律 5 土壤背景值与土壤环境容量土壤背景值与土壤环境容量 6 土壤污染的防治土壤污染的防治 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术1 1 土壤环境概述土壤环境概述 土壤土壤是地壳中的岩石经过长期风化而形成的，一般是是地壳中的岩石经过长期风化而形成的，一般是指地

2、球陆地表面平均厚度约为指地球陆地表面平均厚度约为2米的具有肥力的疏松层。米的具有肥力的疏松层。1.1 1.1 土壤环境中的化学条件与元素迁移土壤环境中的化学条件与元素迁移 元素在土壤中迁移由以下性质决定：元素在土壤中迁移由以下性质决定： 1 1）原子结构本身固有的性质，如质量，放射性，）原子结构本身固有的性质，如质量，放射性， 形成化合物的性质等形成化合物的性质等 2 2）土壤的物理化学条件，如）土壤的物理化学条件，如T T，P P，C C，EhEh，pHpH等等 P环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术 土壤的化学条件土壤的化学条件：是指影响土壤中各种过程（包括化：

3、是指影响土壤中各种过程（包括化学的、物理化学的、生物化学的以及生物学的）进行的各学的、物理化学的、生物化学的以及生物学的）进行的各项化学性质，包括土壤的酸碱度、土壤的缓冲性、氧化还项化学性质，包括土壤的酸碱度、土壤的缓冲性、氧化还原性质、吸收性等。原性质、吸收性等。(1) (1) 土壤的酸碱度（土壤的酸碱度（pHpH值），土壤反应值），土壤反应 活性酸度活性酸度（H H对土壤中的化学过程起直接作用，即对土壤中的化学过程起直接作用，即测定的测定的pHpH值）值） 潜在酸度潜在酸度（土壤中的（土壤中的H H往往是以胶粒吸附态存在，往往是以胶粒吸附态存在，只有经过离子代换后产生只有经过离子代换后产生

4、H H离子才起离子才起作用，因此采取不同作用，因此采取不同的浸提剂，将潜在的的浸提剂，将潜在的H H代换出来）代换出来） P环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术土壤碱性的分类：土壤碱性的分类： 碱性碱性（7.5-8.57.5-8.5）土壤，大多由于土壤中含有碳酸钙）土壤，大多由于土壤中含有碳酸钙所造成。所造成。 强碱性强碱性（大于（大于8.58.5，最高可达，最高可达10.510.5）土壤，即碱化土）土壤，即碱化土或碱土。或碱土。 (2) 土壤的土壤的缓冲性缓冲性：是指抵抗土壤溶液中：是指抵抗土壤溶液中H H或或OHOH离子离子浓度的变化。浓度的变化。原因在于土壤是

5、一个混合的复杂体系原因在于土壤是一个混合的复杂体系 。 (3) (3) 土壤的氧化还原性土壤的氧化还原性对微生物的代谢、有机物的分对微生物的代谢、有机物的分解、金属离子的转化有重要作用。解、金属离子的转化有重要作用。 P环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术 (4) 土壤的吸附性能土壤的吸附性能 是指土壤具有吸收和截留某些物质的能力。是指土壤具有吸收和截留某些物质的能力。 吸附的五种形式：吸附的五种形式： 机械吸收机械吸收 物理吸收物理吸收 化学吸收化学吸收 物理化学吸收物理化学吸收 生物吸收生物吸收P环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术1

6、.2土壤环境中的胶体与元素迁移土壤环境中的胶体与元素迁移 (1)(1)土壤的胶体性质土壤的胶体性质 土壤是一种多类胶体微粒共存的分散体系，包括各类粘土壤是一种多类胶体微粒共存的分散体系，包括各类粘土矿物微粒，腐殖质、蛋白质，铝、铁、锰、硅等水合氧土矿物微粒，腐殖质、蛋白质，铝、铁、锰、硅等水合氧化物。化物。 *土壤胶体的性质土壤胶体的性质：比表面性（吸附现象）、电化学性（电泳现象：比表面性（吸附现象）、电化学性（电泳现象）、光化学性（丁则尔现象）。）、光化学性（丁则尔现象）。 *土壤的离子吸附土壤的离子吸附：是指将溶液中的溶质在固液界面附近或胶体表：是指将溶液中的溶质在固液界面附近或胶体表面上

7、浓度的改变。面上浓度的改变。 *土壤的离子交换土壤的离子交换：（注意与离子吸附的区别与联系）：（注意与离子吸附的区别与联系） * *土壤的聚集土壤的聚集（电荷中和）（电荷中和）和消散和消散（电荷相同，排斥）现象是由于（电荷相同，排斥）现象是由于土壤的胶粒颗粒的作用。土壤的胶粒颗粒的作用。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术2 土壤污染与净化土壤污染与净化2.1 土壤污染物质的来源和种类土壤污染物质的来源和种类 (1) 土壤污染物质的来源土壤污染物质的来源 污染物的来源分类：工业、城市、农村的固废污染物的来源分类：工业、城市、农村的固废 大气的污染物在迁移转化中进入

8、土壤大气的污染物在迁移转化中进入土壤 水体污染物进入土壤。水体污染物进入土壤。(2) (2) 土壤污染物质的种类土壤污染物质的种类 主要有无机污染物（重金属、酸、碱、盐等）主要有无机污染物（重金属、酸、碱、盐等） 有机污染物（有机氯、磷类、苯环类）。有机污染物（有机氯、磷类、苯环类）。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术2.22.2土壤污染的主要发生途径土壤污染的主要发生途径 大气污染型大气污染型 以大气污染源为中心呈环状或带状，沿风向延伸。主要集中在以大气污染源为中心呈环状或带状，沿风向延伸。主要集中在土壤表层，如是二氧化硫形成的酸雨对土壤的污染。土壤表层，如是

9、二氧化硫形成的酸雨对土壤的污染。水污染型水污染型 主要是工业废水和生活污水，作农用灌溉，产生的污染物主要主要是工业废水和生活污水，作农用灌溉，产生的污染物主要有重金属、无机盐、有机物、病原体等。污染的特点是呈渠道片状分有重金属、无机盐、有机物、病原体等。污染的特点是呈渠道片状分布布固体废物污染型固体废物污染型 主要是工业废渣和生活垃圾，通过食物链影响到人畜安危。主要是工业废渣和生活垃圾，通过食物链影响到人畜安危。农业污染型农业污染型 过度施用化肥和不良方式造成的影响。过度施用化肥和不良方式造成的影响。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术2.3 2.3 土壤污染与土

10、壤净化土壤污染与土壤净化 土壤污染土壤污染 指人类活动所产生的物质（污染物），通过多种途径指人类活动所产生的物质（污染物），通过多种途径进入土壤，其数量和速度超过土壤容纳的能力和土壤净化进入土壤，其数量和速度超过土壤容纳的能力和土壤净化的速度，因而使土壤的性质、组成及性质等发生变化，使的速度，因而使土壤的性质、组成及性质等发生变化，使污染物质的积累逐渐占据优势，破坏了土壤的自然平衡，污染物质的积累逐渐占据优势，破坏了土壤的自然平衡，从而导致土壤自然功能失调，土壤质量恶化，影响作物的从而导致土壤自然功能失调，土壤质量恶化，影响作物的生长发育，造成产量和质量的下降，并可通过食物链引起生长发育，造成

11、产量和质量的下降，并可通过食物链引起生物和人类的直接危害，甚至造成有机生命的死亡。生物和人类的直接危害，甚至造成有机生命的死亡。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术土壤净化土壤净化 土壤净化的四方面含义：土壤净化的四方面含义：1 1 是指进入土壤的物质，通过稀释和扩散可以降低其浓度；是指进入土壤的物质，通过稀释和扩散可以降低其浓度；2 2 或者被转化为不溶性化合物，或被胶体较牢固地吸附，从而或者被转化为不溶性化合物，或被胶体较牢固地吸附，从而 对食物链影响小；对食物链影响小；3 3 或者通过生物和化学的降解作用转化为无毒或毒性小的物质或者通过生物和化学的降解作用转

12、化为无毒或毒性小的物质 甚至是营养物质；甚至是营养物质；4 4 或经过挥发和淋溶从土壤中迁移到大气和水体中再处理。或经过挥发和淋溶从土壤中迁移到大气和水体中再处理。 土壤净化能力的土壤净化能力的影响因素影响因素：土壤的性质和组成（绿色植：土壤的性质和组成（绿色植物和微生物群落），化学物质的性质，同时还受气候及其物和微生物群落），化学物质的性质，同时还受气候及其他环境条件决定。他环境条件决定。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术3 3 土壤中污染物质的迁移转化规律土壤中污染物质的迁移转化规律3.1 3.1 土壤的重金属污染及其迁移转化土壤的重金属污染及其迁移转化 (

13、1) 土壤的重金属污染土壤的重金属污染 重金属是生物体必须具备的物质，但过量会造成危害重金属是生物体必须具备的物质，但过量会造成危害(2)(2)重金属元素在土壤中的迁移转化重金属元素在土壤中的迁移转化 是指重金属元素在自然环境中空间位置的移动和存在是指重金属元素在自然环境中空间位置的移动和存在形态的转化，以及由此引起的富积和分散问题。形态的转化，以及由此引起的富积和分散问题。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术重金属在土壤中的行为特征重金属在土壤中的行为特征 最新的研究结果表明，按不同浸提剂连续提取可将重最新的研究结果表明，按不同浸提剂连续提取可将重金属的形态分为

14、：金属的形态分为： (1)(1) 水溶性（以去离子水提取）；水溶性（以去离子水提取）； (2) (2) 交换态或吸附态（以交换态或吸附态（以MgClMgCl2 2溶液为提取剂）；溶液为提取剂）； (3) (3) 碳酸盐结合态（以碳酸盐结合态（以NaAc-HacNaAc-Hac为提取剂）；为提取剂）； (4) (4) 铁锰氧化态结合态（以铁锰氧化态结合态（以NHNH3 3H H2 2O OHClHCl为提取剂）；为提取剂）； (5) (5)有机结合态（以有机结合态（以H H2 2O O2 2为提取剂）；残留态（以为提取剂）；残留态（以HclOHclO4 4-HF-HF消化消化 其中以水溶态和交换

15、态重金属的迁移转化能力最强，其中以水溶态和交换态重金属的迁移转化能力最强，对植物的有效性也越大，最小的是残留态重金属。对植物的有效性也越大，最小的是残留态重金属。环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术重金属在土壤中的一般迁移转化规律重金属在土壤中的一般迁移转化规律 重金属的累计和迁移，一般取决于重金属在土壤中的存重金属的累计和迁移，一般取决于重金属在土壤中的存在形态、含量以及环境条件变化等因素。在形态、含量以及环境条件变化等因素。 土壤胶体对重金属的累积和吸附粘土矿物对重金属离子土壤胶体对重金属的累积和吸附粘土矿物对重金属离子的吸附顺序，其他土壤胶体吸附顺序。的吸附顺

16、序，其他土壤胶体吸附顺序。 重金属与土壤复杂成分的配位作用；重金属与土壤复杂成分的配位作用； 土壤中的重金属沉淀与溶解条件（溶度积常数和土壤中的重金属沉淀与溶解条件（溶度积常数和PHPH值）值）环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术主要重金属在土壤中的迁移转化规律主要重金属在土壤中的迁移转化规律 不同重金属元素（如不同重金属元素（如CdCd、HgHg、SeSe、CrCr、PbPb等等) )的转化规律）。的转化规律）。环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术3.23.2农药、化肥在土壤中的迁移转化农药、化肥在土壤中的迁移转化(1)(1)农药在土壤

17、中的吸附和降解农药在土壤中的吸附和降解 影响农药在土壤中行为的因素影响农药在土壤中行为的因素 土壤的自身性质，环境因素等土壤的自身性质，环境因素等 农药的水、气迁移作用农药的水、气迁移作用( (挥发、扩散、渗透挥发、扩散、渗透 ) ) 土壤对农药的吸附作用土壤对农药的吸附作用 物理吸附和物理化学化学（离子交换吸附）物理吸附和物理化学化学（离子交换吸附） 农药在土壤中的降解作用农药在土壤中的降解作用 光化学降解（太阳光辐射）光化学降解（太阳光辐射） 化学降解（催化和非催化反应如水解、氧化等）化学降解（催化和非催化反应如水解、氧化等） 生物降解生物降解环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土

18、壤污染及其控制技术(2) (2) 化肥在土壤中的转化化肥在土壤中的转化 氮肥的转化氮肥的转化 了解土壤中有机氮的矿化作用（三个过程：氨基化作了解土壤中有机氮的矿化作用（三个过程：氨基化作用、氨化作用和硝化作用）；用、氨化作用和硝化作用）； 掌握土壤氮的保持、固定与损失。掌握土壤氮的保持、固定与损失。 磷钾的形态与转化磷钾的形态与转化 了解土壤中磷、钾的形态，掌握它们的转化规律。了解土壤中磷、钾的形态，掌握它们的转化规律。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术3.33.3其他污染物在土壤环境中的迁移转化其他污染物在土壤环境中的迁移转化 酚的迁移与转化酚的迁移与转化 了

19、解酚类物质在植物生命活动中的作用及其各器官含了解酚类物质在植物生命活动中的作用及其各器官含量；掌握土壤微生物对酚类的降解速率规律，以及常规的量；掌握土壤微生物对酚类的降解速率规律，以及常规的化学氧化、挥发作用。化学氧化、挥发作用。 氰在土壤中的迁移转化氰在土壤中的迁移转化 了解氰的分类（有机和无机），来源（无机氰主要是了解氰的分类（有机和无机），来源（无机氰主要是含氰工业废水）。含氰工业废水）。 掌握氰的化学转化，如微生物的分解、挥发、植物吸掌握氰的化学转化，如微生物的分解、挥发、植物吸收等。收等。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术4 4土壤背景值与土壤环境容量

20、土壤背景值与土壤环境容量4.14.1土壤背景值土壤背景值 定义：是指不受人类或少受人类污染的情况下，土壤保定义：是指不受人类或少受人类污染的情况下，土壤保持其化学成分的自然含量。持其化学成分的自然含量。 影响背景值分析影响背景值分析 每一种土壤的背景值与当地的气候、地形、时间、土每一种土壤的背景值与当地的气候、地形、时间、土壤类型（性质和状态）、母质等密切有关壤类型（性质和状态）、母质等密切有关. . 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术4.2 4.2 土壤环境容量土壤环境容量 定义：在特定条件下，考虑了污染物对土壤生态系统的定义：在特定条件下，考虑了污染物对土壤生

21、态系统的结构和功能的影响，以及土壤系统结构和功能方面的要求结构和功能的影响，以及土壤系统结构和功能方面的要求，土壤所允许承纳污染物的最大负荷量称为土壤的环境容，土壤所允许承纳污染物的最大负荷量称为土壤的环境容量。量。 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术土壤环境容量的确定土壤环境容量的确定 土壤绝对容量（净容量）土壤绝对容量（净容量） 是某一种环境（常用单位质量的土壤）所能容纳某种是某一种环境（常用单位质量的土壤）所能容纳某种污染物的最大负荷量，与时间无关。污染物的最大负荷量，与时间无关。 其计算公式为：其计算公式为：W WQ Q M M（W WS SB B） W

22、WQ Q表示绝对容量；表示绝对容量； M M为每亩耕层的土壤质量；为每亩耕层的土壤质量； W WS S表示土壤环境标准；表示土壤环境标准；mg/kgmg/kg（ppmppm），），它它的确定可根据采样统计和单因子或复合因子盆载试验，确的确定可根据采样统计和单因子或复合因子盆载试验，确定污染物使作物受阻或食品中毒的含量。定污染物使作物受阻或食品中毒的含量。 B B表示土壤环境的背景值；单位同上表示土壤环境的背景值；单位同上 环境工程学环境工程学- 土壤污染及其控制技术土壤污染及其控制技术土壤年容量（动容量）土壤年容量（动容量） 是某一土壤环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定是某一土壤环境在污

23、染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大允许值情况下，每年所容纳的某种污染物的最大负的最大允许值情况下，每年所容纳的某种污染物的最大负荷量。由定义可知，土壤年容量的大小除了同环境标准规荷量。由定义可知，土壤年容量的大小除了同环境标准规定值和背景值有关外，还考虑了土壤的净化能力。定值和背景值有关外，还考虑了土壤的净化能力。 其计算公式为：其计算公式为：W WA AK K（W WS SB B） W WA A表示绝对容量；表示绝对容量； K K为某种污染物在土壤中的年净化率；为某种污染物在土壤中的年净化率；土壤绝对容量（净容量）与土壤年容量（动容量）关系：土壤绝对容量（净容量）与土壤年容量（动容量）关系：W WA AK KW WQ Q环境工程学环境工程学- 土壤污染