化学与环境土壤污染与防治课件

1、荒漠化和沙化7土壤污染防治8肥料的污染6第十章 土壤污染与防治第1页/共36页荒漠化和沙化7土壤污染防治8肥料的污染6第十章 土壤污染与防10.1 土壤污染过程一、土壤的组成（一）土壤中的矿物质 土壤中的矿物质化学元素十分复杂，约有几十种。主要是Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti等，其次还有少量的P、S、Cu、B、Mn、Zn、Mo等。土壤中的矿物质种类很多，最常见和数量最大的矿物颗粒有石英、长石、云母、黏土矿物等。壤中除黏土矿物外，还有其他种类繁多的矿物，如水合氧化物。壤中除黏土矿物外，还有其他种类繁多的矿物，如水合氧化物。第2页/共36页10.1 土壤污染过程一、土壤的组成第2页/

2、共36页10.1 土壤污染过程（二）土壤中的有机质 土壤中的有机质较少，一般耕地表土层的有机质含量不超过1%2%，表土层以下更少。土壤中的有机质主要来自植物残骸、动物和微生物的遗体。 土壤中的有机质可分为新鲜有机质、半腐烂有机质、简单有机质和腐殖质。 有机质的矿物质化，是组成复杂的有机质在微生物的作用下，分解成简单无机化合物的过程。 有机质的腐殖质化过程是在微生物参与下，重新组合成一类新的特殊物质，即腐殖质。第3页/共36页10.1 土壤污染过程（二）土壤中的有机质第3页/共36页10.1 土壤污染过程（三）土壤溶液 土壤溶液是土壤的液相组成，是无机盐类及各种有机物的水溶液。土壤水分主要来源于

3、大气降水和灌溉给水。土壤溶液是一种稀溶液，组成非常复杂，包括无机盐类和有机物。第4页/共36页10.1 土壤污染过程（三）土壤溶液第4页/共36页10.1 土壤污染过程二、土壤污染（一）土壤污染物 土壤污染物是指进入土壤中并影响土壤正常作用，改变土壤的成分和功能的物质。土壤污染物可影响土壤的生态平衡，降低农作物的产量和质量。土壤污染物主要分为无机物和有机物两大类。无机物主要是化肥、盐、碱、酸、氟和氯以及汞、镉、铬、铅、镍、锌和铜等重金属和铯、锶等放射性元素；有机物主要指农药、洗涤剂、多环芳烃、酚类、氰类以及病原微生物和寄生虫卵等。第5页/共36页10.1 土壤污染过程二、土壤污染第5页/共36

4、页10.1 土壤污染过程（二）土壤污染源 土壤中的污染物可通过土壤自身的缓冲和更新，经生物、化学和物理作用，将污染物降解、转化而达到去毒净化，该过程叫做土壤自净。土壤自净的过程包括：稀释、扩散和挥发；氧化还原；配位螯合、离子交换和吸附；缓冲和生物降解等。第6页/共36页10.1 土壤污染过程（二）土壤污染源第6页/共36页10.1 土壤污染过程 天然污染包括：某些元素富集中心或矿床附近等地质因素造成的地区性土壤污染；气象因素引起的土壤淹没、冲刷流失、风蚀等；地震、火山爆发等。 人为污染包括：固体废弃物的污染如人类生活垃圾、工业渣土、矿山尾矿等；农药、肥料在土壤中的残留、积累，有机肥中的病原菌及

5、寄生虫卵在土壤中滋生；化肥的施用造成土壤的板结，农作物中硝酸盐和亚硝酸盐的积累；劣质水的灌溉，生活污水、工业废水进入土壤，大气污染物通过降水、沉降进入土壤如酸雨；土壤植被被破坏、大型水利工程等引起土壤的沙漠化、盐渍化。第7页/共36页10.1 土壤污染过程 天然污染包括：某些元素富集中心或矿床10.1 土壤污染过程土壤污染的特点为： 土壤污染非常隐蔽，最后通过农产品质量和人畜致病源才有反映； 土壤污染具有时效性，现在发现的污染，要追溯到多年以前； 土壤污染极难去除，一旦被污染后果严重，有时只能放弃。第8页/共36页10.1 土壤污染过程土壤污染的特点为：第8页/共36页10.2 重金属污染一、

6、重金属元素在土壤中的化学行为（一）重金属与胶体的缔合 交换性活跃的黏土矿物，对金属离子吸附的顺序为 有机胶体对金属离子吸附的顺序为： 不同的土壤类型，具有不同类型的胶体，对重金属的吸附性也不同。第9页/共36页10.2 重金属污染一、重金属元素在土壤中的化学行为第9页/10.2 重金属污染第10页/共36页10.2 重金属污染第10页/共36页10.2 重金属污染（二）重金属的配位作用 有些重金属离子，在土壤溶液中往往不是以简单离子存在，而主要以配离子形式存在。 在无机配位体中，人们比较重视重金属与羟基和氯离子的配位作用，认为两者是影响一些重金属难溶盐溶解度的主要因素，能促进重金属在土壤中的迁

7、移转化。重金属能在较低pH值下水解，H+离开水合重金属离子的配位水分子。 正常土壤中的氯离子浓度较低，其对重金属的配位顺序是第11页/共36页10.2 重金属污染（二）重金属的配位作用第11页/共36页10.2 重金属污染 土壤有机质配合物和螯合物的稳定性，与配位螯合剂和金属本身有关，但也决定环境条件，尤其是pH值。土壤有机质对金属元素的配位、螯合能力的顺序为：PbCuNiZnHgCd 形成有机螯合物对金属迁移的影响取决于所形成的螯合物的溶解性。第12页/共36页10.2 重金属污染 土壤有机质配合物和螯合物的稳定性10.2 重金属污染（三）重金属的沉淀 重金属在土壤溶液中还存在沉淀溶解平衡。

8、重金属迁移转化只能在溶液状态下进行，所以与pH值等有关。pH值是影响土壤中重金属迁移转化的重要因素，正常的土壤的pH值在58之间。酸性土壤的pH值可能小于4，碱性土壤的pH值可达11。pH值与迁移的关系，有下面的几种情况。 pH6时迁移活泼的金属离子是： pH7时迁移活泼的金属离子是： 与pH值关系不大的金属离子是：第13页/共36页10.2 重金属污染（三）重金属的沉淀第13页/共36页10.2 重金属污染二、土壤中典型的重金属（一）汞 土壤中的汞主要来源于含汞农药；含汞污水浇灌农田；含汞污泥施肥；空气中微量汞蒸气和汞尘干沉降或湿沉降进入土壤等。土壤中有金属汞、无机汞和有机汞，或者有离子吸附

9、和共价吸附的汞、可溶性汞和难溶性汞。在正常氧化还原电势和pH值时，汞以单质存在，最终产物为难溶稳定的HgS，能在土壤中积累。第14页/共36页10.2 重金属污染二、土壤中典型的重金属第14页/共36页10.2 重金属污染（二）镉 土壤中的镉同土壤中汞类似，也是来源于农药、污水、污泥等。土壤中的镉可分为水溶性和非水溶性两大类。土壤中的水溶性的镉和非水溶性的镉在一定条件下，可以互相转化，转化受电极电势和pH值的影响。镉在土壤中也很稳定，不能被分解，难以去除，迁移只不过是在各环境要素之间和生物体内的迁移。只要镉从其矿物冶炼出，进入环境，就一直在环境循环，永不消逝。所以对镉的长期污染要有充分的认识。

10、第15页/共36页10.2 重金属污染（二）镉第15页/共36页10.2 重金属污染三、我国的重金属污染防治 中国自20世纪60年代就开始重视重金属污染防治。然而操作层面与国外则有差距。重金属污染是我国“十一五”凸显的重大环境问题。 重金属污染综合防治“十二五”规划是中国第一个“十二五”专项规划，也是有据可查的首个针对“重金属污染综合防治”的五年规划。未来5年，政府计划投入750亿元，开展重金属污染综合防治。重金属污染防治的其他目标包括：到2015年，“解决一批损害群众健康的突出问题；进一步优化重金属相关产业结构，基本遏制住突发性重金属污染事件高发态势”。第16页/共36页10.2 重金属污染

11、三、我国的重金属污染防治第16页/共3610.3 农药的污染一、农药的挥发、扩散迁移与吸附 农药的挥发造成了大气的污染。 农药的水扩散方式有两种：一种直接溶于水中，另一种是被吸附于土壤固体细粒表面上随水分移动而进行机械迁移。土壤中的黏粒、有机质和土壤胶粒可通过物理吸附、物理化学吸附将农药固定，使农药迁移能力和毒性减小。结果一方面使土壤溶液中农药浓度降低，可给性减小，起了一定的净化作用，但另一方面也导致了土壤中农药的积累。当超过了土壤吸附能力后，即失去净化效果。一般农药在有机质多的黏性土壤中由于吸附作用而浓度高、滞留时间长。第17页/共36页10.3 农药的污染一、农药的挥发、扩散迁移与吸附第1

12、7页/10.3 农药的污染二、农药的降解 农药在土壤中的降解作用有光化学降解、化学降解和生物降解等。 光化学降解主要指洒落在土壤表面，未被土壤结合固定的农药，在阳光的照射下，吸收能量而发生自由基分解反应。 化学降解主要指在土壤中的农药通过化学反应达到降解的目的。 生物降解是指微生物降解。第18页/共36页10.3 农药的污染二、农药的降解第18页/共36页10.3 农药的污染 主要的生化反应有氧化、还原、水解、脱卤、脱烷基、脱氢、芳烃羟基化和异构化等。 其他还有氧化作用、还原作用、环裂解作用等。 微生物的抗分解的顺序是第19页/共36页10.3 农药的污染 主要的生化反应有氧化、还原、水解、脱

13、卤10.3 农药的污染三、农药的残留第20页/共36页10.3 农药的污染三、农药的残留第20页/共36页10.3 农药的污染四、科学使用农药 对目前广泛使用的农药品种和剂型进行安全评价，并从急性、积蓄型和慢性毒性、致突变性、致癌性、致畸性、联合毒性、对眼和皮肤刺激性和变态反应、农药代谢产物的毒性、农药残留行为，对水生生物和益虫的毒性等方面进行综合分析，全面比较，然后指定允许残留标准和安全间隔区。安全间隔区是指最后一次施用农药到农作物收获时的时间间隔。应根据实际施药情况和对农产品多次监测的资料，制定出不同药剂在不同作物上的用药间隔期，以减少残留的污染。要做到安全合理施用农药，调查研究各种病虫害

14、的起因和发生条件，做到预测预报、对症下药。第21页/共36页10.3 农药的污染四、科学使用农药第21页/共36页10.3 农药的污染五、农药展望（一）拟除虫菊酯（二）生物农药1.微生物农药 微生物农药的特点是高效、低毒，杀虫效率达80%以上；选择性强，仅对农作物害虫有作用，而对人畜无毒；能刺激植物生长，增强植物抗病能力；可在环境中迅速分解，不会残留积累，被赞誉为无公害农药；生产简便；许多农用抗生素具有内吸性，药效长，能使药剂充分发挥作用；不易诱导抗药性。第22页/共36页10.3 农药的污染五、农药展望第22页/共36页10.3 农药的污染2.植物农药 植物农药主要有三种：烟草、除虫菊和鱼藤

15、。烟草含有强烈刺激性的生物碱尼古丁。尼古丁对昆虫具有胃毒、触杀、熏蒸三种毒杀作用，能够防治蚜虫、金花虫、蝽象等害虫。（三）物理法 利用昆虫趋光性、趋热性，安装黑光灯、紫外线灯诱杀害虫； 利用糖醋液引诱害虫；利用黏胶液黏结害虫；利用扎草把诱杀早期成虫。（四）生物工程技术 掌握昆虫的性信息特征，人工合成昆虫的性激素，并利用昆虫微波传布信息诱杀异性和同类。第23页/共36页10.3 农药的污染2.植物农药第23页/共36页10.4 固体废弃物污染一、固体废弃物的分类和构成 固体废弃物可分为三大类：工业遗弃物、农业遗弃物和生活垃圾。（一）工业遗弃物 包括采矿废石、选矿尾砂、冶炼废渣、化工废渣、建筑和装

16、修垃圾、工业垃圾、废水处理污泥、食品工业废渣、林业采伐和木材加工业中的木屑、锯末等。（二）农业遗弃物 包括农作物秸秆、蔬菜叶茎根、家畜家禽粪便等。（三）生活垃圾 包括城镇生活垃圾；市政建筑垃圾。第24页/共36页10.4 固体废弃物污染一、固体废弃物的分类和构成第24页/10.4 固体废弃物污染二、固体废弃物的污染 固体废弃物对土壤污染十分严重。城市生活垃圾处理是城市管理和环境保护的重要内容，是社会文明程度的重要标志,关系人民群众的切身利益。城市生活垃圾处理设施和服务向小城镇和乡村延伸，城乡生活垃圾处理接近发达国家平均水平。 大棚、地膜淘汰的塑料薄膜，散入农田，混入土壤，阻断土壤中空气的流通，

17、影响植物根系的发育、呼吸，不利于微生物的繁殖，也影响土壤水分、肥料的迁移，对农作物危害极大。第25页/共36页10.4 固体废弃物污染二、固体废弃物的污染第25页/共3610.4 固体废弃物污染三、固体废弃物的综合利用 固体废弃物的综合利用可向人类提供能源、材料，变废为宝。 工业废渣、粉煤灰是热电厂的垃圾，但可以用于改良土壤。 城市垃圾应进行分类，回收有用物质。 农村中大量的秸秆是潜在的巨大的能源和肥源。第26页/共36页10.4 固体废弃物污染三、固体废弃物的综合利用第26页/共10.5 肥料的污染 化肥的施用也会造成土壤、大气和水体的污染。 化肥的施用可造成土壤板结，如长期施用硫铵可造成土

18、壤中硫酸根离子富集，土壤的酸性增加，而生成硫酸钙（石膏），使土壤发生板结现象。 过量地施用化肥，土壤中残余的氮、磷、钾肥经雨水淋洗或灌溉水的漫浇，流入河流、湖泊、海洋，会引起水体的富营养化。 用污泥作肥料不仅可改善土壤的理化性质、增加土壤肥力、提高自净能力，而且是消纳污泥的重要途径，但应去除重金属离子。第27页/共36页10.5 肥料的污染 化肥的施用也会造成土壤、大气和水体的污10.6 荒漠化和沙化 “荒漠化”是指包括气候变异和人为活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱区的土地退化。 “沙化”是指在各种气候条件下，由于各种因素形成的、地表呈现以沙（砾）物质为主要标志的土地退化，具有

19、这种明显特征的退化土地为沙化土地。 由于风和水等自然力的作用，引起土壤被剥蚀、迁移或沉积的过程称为土壤的自然侵蚀，也称为地质侵蚀。 人的活动导致植被破坏而加速或扩大自然力（风和水）的作用，引起地表土壤破坏和土体物质的迁移、流失，加速土壤侵蚀的过程或现象称为土壤侵蚀。第28页/共36页10.6 荒漠化和沙化 “荒漠化”是指包括气候变异和人10.6 荒漠化和沙化 监测结果显示，我国土地荒漠化、沙化呈整体得到初步遏制，荒漠化、沙化土地持续减少，局部仍呈扩展的局面。（1）荒漠化、沙化土地面积持续净减少。（2）土地荒漠化和沙化程度减轻。（3）植被状况进一步改善。第29页/共36页10.6 荒漠化和沙化

20、监测结果显示，我国土地荒漠化、沙化呈10.6 荒漠化和沙化 监测分析表明，我国土地荒漠化、沙化的严峻形势尚未根本改变，土地沙化仍然是当前最为严重的生态问题。（1）我国是世界上荒漠化、沙化面积最大的国家，而且还有31万平方公里，具有明显沙化趋势的土地。（2）川西北、塔里木河下游等局部地区沙化土地仍在扩展。（3）我国北方荒漠化地区植被总体上仍处于初步恢复阶段，自我调节能力仍较弱，稳定性仍较差，难以在短期内形成稳定的生态系统。（4）人为活动对荒漠植被的负面影响远未消除.（5）气候变化导致极端气象灾害(如持续干旱等)频繁发生，对植被建设和恢复影响甚大，土地荒漠化、沙化的危险仍然存在。第30页/共36页10.6 荒漠化和沙化 监测分析表明，我国土地荒漠化、沙化的10.6 荒漠化和沙化 加大力度，加速荒漠化、沙化防治刻不容缓。（1）强化植被保护。（2）推进工程治理。（3）优化政策机制。（4）严格落实责任。（5）依靠科技进步。（6）搞好预警监测。（7）加强部门协作。第31页/共36页10.6 荒漠化和沙化 加大力度，加速荒漠化、沙化防治刻不容10.7 土