环境监测-第五章-土壤环境污染及修复

1第五章土壤环境监测§1.土壤环境组成§2.土壤污染及修复§3.土壤环境质量标准§4.土壤环境监测2土壤的定义：指地球陆地表面能够生长绿色植物的疏松层。第一节土壤环境组成第五章土壤环境监测土壤在物质循环中的作用3一、土壤组成与作用1.土壤组成：从总体角度来说，土壤是由矿物质、有机质、水分和空气4种不同性质的物质组成。土壤是环境的重要组成部分，是整个生物圈的基础。矿物质占土壤固体部分总量的90％以上；是土壤的“骨骼”、植物营养元素的供给源；以碳酸盐、磷酸盐、铝硅酸盐、铁硅酸盐形式存在土壤有机质土壤形成的基础；来源为动物和植物残体，及有机肥料、微生物及经微生物作用形成的腐殖质等

土壤水和空气水来源于降水、雪、灌溉及地下水空气以氮气、氧气、二氧化碳为主

4一、土壤组成与作用2、土壤在环境中的作用（三大作用）蓄积作用

土壤是以固相物质为主的多相复杂体系，表面积大，能吸附各种离子和某些分子

输移作用

土壤是植物和某些动物直接赖以生存的地方，是营养物的主要供应地净化作用

存在各种土壤微生物和土壤动物，数以亿万计，能使污染物降解、转化56一、土壤污染的定义“绝对性”定义:由人类的活动向土壤添加有害化合物，此时土壤即受到了污染。这个定义的关键是存在有可鉴别的人为添加污染物。“相对性”定义：以特定的参照数据来加以判断，如以背景值加两倍标准差为临界值，若超过这一数值，即认为该土壤为某元素所污染。“综合性”定义：不但要看含量的增加，还要看后果，即加入土壤的物质给生态系统造成了危害。第二节土壤污染第五章土壤环境监测7土壤污染：由于人类生活和生产活动所产生的对人体有害的污染物质，通过各种途径进入土壤，并不断积累，当其数量和速度超过了土壤的自净能力，引起土壤的组成、结构和功能发生变化，从而影响农作物(或植物)的正常生长和发育，甚至某些污染物质在植物体内积累，降低产量和质量，最终影响人体健康。8二.土壤污染的特点

与大气污染和水污染相比的特点水、气通过饮食、呼吸道直接进入人体，一旦受污染，直接影响人类健康，危害较明显。而土壤污染对人体的影响则往往是通过农作物慢慢反应的，土壤污染的特点如下：9（1）隐蔽性或潜伏性:土壤污染往往要通过农作物包括粮食、蔬菜、水果或牧草以及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来，从遭受污染到产生恶果有一个相当长的逐步积累过程，具有隐蔽性或潜伏性。10（2）不可逆性和长期性:

土壤一旦遭到污染后极难恢复，重金属元素对土壤的污染是一个不可逆过程，而许多有机化学物质的污染也需要一个比较长的降解时间。11（3）后果的严重性:由于土壤污染的隐蔽性或潜伏性、以及它的不可逆性或长期性，因而往往通过食物链危害动物和人体的健康。一些土壤污染事故严重威胁着粮食生产，三氯乙醛的污染是一个比较典型的事例，它是由于施用含三氯乙醛的废硫酸生产的普通过磷酸钙肥料所引起。12土壤污染源可分为天然污染源和人为污染源。天然污染源是指自然界自行向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，如正在活动的火山；人为污染源是指人类活动所形成的污染源。人为污染源是研究和修复的重点。三、土壤污染源13人为污染源按照污染物进入土壤的途径可分为污水灌溉、固体废弃物的利用、农药和化肥、大气沉降物等。生活污水和工业废水的任意排放，特别是灌溉农田(重金属、多环芳烃等)城市及工矿废气中大量污染物沉降到土壤(土壤酸化、多环芳烃和二恶英等)化肥、农药的使用，残留于土壤(硝酸盐、PCB、DDT等)垃圾、废渣、污泥等各种废弃物的堆积（各种污染物）1415161718192021土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从污染物的属性来考虑，一般可分为有机物污染、无机物污染、生物污染和放射性物质的污染。（1）有机物污染:石油、有机农药等；（2）无机物污染：重金属污染等；（3）生物污染：细菌、真菌、病毒等；（4）放射性污染：放射性核素等。四、土壤污染的类型22无机污染物重金属：汞、镉、铜、锌、铬等非金属：砷、硒放射性元素：Cs137,Sr90其他：酸、碱、盐等有机污染物有机农药、酚、石油、洗涤剂、PCBs有害微生物

土壤中的主要污染物病毒、大肠杆菌等23五、土壤污染的危害导致直接的经济损失导致农作物品质不断下降危害人体健康导致其它的环境问题(污染大气、地下水等)24土壤污染导致严重的直接经济损失

对于各种土壤污染造成的经济损失，目前尚缺乏系统的调查资料。仅以土壤重金属污染为例，全国每年就因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元。

对于农药和有机物污染、放射性污染、病原菌污染等其他类型的土壤污染所导致的经济损失，目前尚难以估计。但是，这些类型的污染问题在国内确实存在，甚至也很严重。例如：我国天津蓟运河畔的农田，曾因引灌三氯乙醛污染的河水而导致数万亩小麦受害。

25土壤污染导致农作物品质不断下降

我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。据报道沈阳某污灌区被污染的耕地已多达2500多公顷，致使粮食遭受严重的镉污染，稻米的含镉浓度高达0.4～1.0mg／kg（这已经达到或超过诱发“痛痛病”的平均含镉浓度）。江西省某县多达44％的耕地遭到污染，并形成670公顷的“镉米”区。据南京环保所报道，南京市的市售蔬菜几乎都受到一定程度的硝酸盐污染。26土壤污染危害人体健康

近年来土壤中新型污染物产生的污染受到越来越多的关注。这类污染物的特点是在土壤环境中的浓度一般较低，但对生态系统的危害和对人体健康的影响较大。其中主要包括：苯并芘、菲和其异构体蒽、二噁英、各种兽药和抗生素、溴化阻燃剂等，这些新型污染物能在动物和人体组织中生物累积，具有强致癌、致畸、致突变性，并可导致人体繁育受阻、新陈代谢功能紊乱及免疫力下降等危害。27土壤污染导致其他环境问题

土地受到污染后，含重金属浓度较高的污染表土容易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中，导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。

282930WastePoolofCuMine3132镉、铅、砷、铜、锌等重金属土壤毒物转入粮食蔬菜转入人体污水灌溉大气沉降固体废物的堆积危害人体健康33土壤镉污染—日本骨痛病事件346.土壤污染的防治科学地进行污水灌溉合理使用农药重视开发高效低毒低残留农药合理施用化肥，增施有机肥施用化学改良剂，采取生物改良措施35污染土壤的修复按照技术类别分类（1）物理化学修复：加热方法；稳定固化法；淋洗；萃取；电动力学等（2）生物修复：微生物修复；生物通气、泥浆反应器、预制床等植物修复；湿地修复；菌根修复等；植物－微生物联合修复；菌根菌剂联合修复等；（3）物理化学－生物联合修复：淋洗－反应器联合生物修复等。36污染土壤的淋洗（重金属、农药、油等）37◆热处理典型流程：实际工程污染土壤外热装置修复土壤焚烧装置烟囱热交换填埋热解气体化学试剂38◆电渗析：土壤处理槽电极槽点源絮凝沉淀回收给水给水泵给水塔抽水泵39污染土壤修复工作流程可处理计划系统分析应急对策长期对策净化处理稳定处理原位修复异位修复原位分解原位提取分离分解净化原位稳定异位稳定典型修复技术的流程及原理4041DefinitionofPhytoremediation

Phytoremediationisaprocessthatusesplantstoremove,transfer,stabilize,ordestroycontaminantsinsoil,sediment,andgroundwater4243土壤污染植物修复4445Sunflower46PhytoremediationStrategiesPhytoextraction

植物提取或植物萃取Phytostabilization

植物钝化或植物稳/固定Phytostimulation

植物促进或植物刺激Phytodegradation

植物分/降解或植物转化Phytovolatilization

植物挥发Rhizofiltration

根际过滤47Plantstakeupmetals/contaminantsintoplantroots,transportintoabovegroundparts,.48Phytoextraction

植物提取或植物萃取

原理：种植一些特殊植物,利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部,通过收割地上部物质带走土壤中污染物的一种方法。

植物提取作用是目前研究最多,最有发展前景的方法。该技术利用的是一些对重金属具有较强忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点,并具备对多种重金属较强的富集能力。

此方法的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。

49Phytoextraction(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludge,andcontaminatedwaterGoodforAg,Cd,Co,Cr,Cu,Mn,Mo,Ni,Pb,andZnPlants:hyperaccumulators,indianmustard,sunflower,Advantages:plantbiomasswithcontaminantextracted;contaminantcanbearesourceelsewhere;oftencheaperthanextraction(excavation,washing,incineration)Disadvantages:metalshyperaccumulatorsoftengrowslowly;smallbiomass;shallowrootsystem;metalreclamationanddisposalcostlyStatus:laboratory,pilotandfieldapplication50

plantsimmobilizecontaminants,preventerosionofsoil,controlgroundwatermovementbytranspiration.51原理：利用植物根际的一些特殊物质使土壤中的污染物转化为相对无害物质的一种方法。

植物在植物稳定中主要有两种功能:

1.保护污染土壤不受侵蚀,减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋移;

2.通过金属根部的积累和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物的固定。

应用植物稳定原理修复污染土壤应尽量防止植物吸收有害元素,以防止昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能会对食物链带来的污染。

然而植物稳定作用并没有将环境中的重金属离子去除,只是暂时将其固定,使其对环境中的生物不产生毒害作用,但并没有彻底解决环境中的重金属污染问题。如果环境条件发生变化，重金属的生物可利用性可能又会发生改变。因此，植物固定不是一个很理想的修复方法。

52Phytostabilization(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludgeGoodforZn,Pb,Cu,Cr,CdPlants:metaltolerantspp:redfescue,bentgrassAdvantages:soilremovalisunnecessary;lowercostandlessdisruptivethanothersoilremediationtechnologies-washing,leaching;disposalofhazardousmaterialorbiomassnotnecessary;cheap;ecosystemrestorationpossibleDisadvantages:contaminantsremaininplace-long-termmaintenance;fertilization;soilmodification;mustpreventabovegroundmovementStatus:fieldapplication53plantrootsstimulatedegradationofpollutantbyrhizospheremicrobes54植物促进或植物刺激（phytostimulation），植物本身不能吸收重金属，但植物的根系分泌物如氨基酸、糖、酶等物质可促进根系周围土壤的微生物的活性和生化反应，有利于重金属的释放和微生物的吸收。

55Phytostimulation(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludge,andcontaminatedwaterGoodforPAHs,TPH,pesticides,herbicides,BTEXPlants:redmulberry,crabapple,spearmint,rice,bushbeanAdvantages:insitudestructionofcontaminants,mineralizationtightlybinds,cheap.Disadvantages:developmentofrootsystemslow,rootdepthlimitedbyphysicalbarriers,mayneedfertilizationStatus:fieldapplication56plantsdegradepollutant,with/withoutuptake,translocation57原理:植物转化也称植物降解(Phytodegradation)，指通过植物体内的新陈代谢作用将吸收的污染物进行分解，或者通过植物分泌出的化合物（比如酶）的作用对植物外部的污染物进行分解。

植物转化技术使用于疏水性适中的污染物,如BTEX,TCE,TNT等军用排废.对于疏水性非常强的污染物,由于其会紧密结合在根系表面和土壤中,从而无法发生运移.对于这类污染物,更适合采用之后提到的植物固定和植物辅助生物修复技术来治理.

58Phytodegradation(cont.)Usedtotreatsoil,sediments,sludge,andcontaminatedwaterGoodforchlorinatedsolvents,herbicides,insecticides,munitions(TNT)Plants:parrotfeatherandstonewort(aquatic),poplar,backwillow,liveoakAdvantages:insitusequestrationofcontaminants,mineralizationtightlybinds,cheap.Disadvantages:plantgrowthratemaylimitutility,mayhavetodisposeofplantsbeforebioaccumulatedbygrazers,mayneedfertilizationStatus:fielddemo