污染土壤修复技术复习题

复习题一、判断题土壤微生物也是土壤的重要组成，在土壤生态系统中起到重要作用。()答案：对2.土壤中水分构成包括束缚水和自由水。()答案：对3.土壤中铝硅酸盐类矿物大多为次生矿物。()答案：错4.我国不同地区土壤有机质含量存在明显地域分布。()答案：错5.土壤物理化学是成土作用的主导因素。()答案：错6.一般来说，土粒越细，污染物含量也越多。()答案：对7.黏土颗粒细小，比表面积大，通气透水性差。()答案：对8.土壤孔隙性取决于土壤的质地、结构和有机质的含量等。()答案：对9.土壤的活性酸度是士壤溶液中OH-浓度的直接反映。()答案：错10.土壤阴离子交换量可用于评价土壤对重金属污染物的吸附稳定能力。()答案：错11.土壤中NO3-可以作为氧化剂。()答案：对12.土壤自净能力越大，土壤环境容量越大。()答案：对13.日本的“痛痛病”是由于镉污染引起的。()答案：对14.日本的“水俣病”是由于汞污染引起的。()答案：对15.土壤重金属治理时面临成本高和治理周期长等问题。()答案：对16.多环芳烃是美国规定的优先控制污染物之一。()答案：对17.六价铬污染土壤修复大多采用还原法。()答案：对18.土壤中三价砷毒性远低于五价砷。()答案：错19.土壤气相抽提可用于修复重金属污染土壤。()答案：错20.土壤淋洗适用于重金属或有机污染物污染土壤。()答案：对21.土壤淋洗适用于重金属或有机污染物污染土壤。()答案：对22.原位土壤淋洗时可能会污染地下水。()答案：对23.电动修复时污染物的去除过程主要为电泳。()答案：错24.电动修复时阴极材料会大量消耗，需要定期更换。()答案：错25.化学氧化时氧化剂用量高出理论值的3～3.5倍。()答案：对26.化学氧化技术大多用于有机污染土壤修复。()答案：对27.溶剂萃取主要用于有机污染物场地修复。()答案：对28.土壤固化处理时增容比会增加。()答案：对29.热脱附技术是一物理分离过程。()答案：对30.水泥窑协同处置污染土壤时不能影响水泥的品质。()答案：对31.微生物修复不能用于农药类污染物去除。()答案：错32.石油类污染物降解主要采用生物刺激法。()答案：对二、简答题1.什么是土壤？具体组成是什么？答案: 土壤是能够生长植物的疏松多孔物质层。国际标准化组织（ISO）将土壤定义为：具有矿物物质、有机质、水分、空气和生命有机体的地球表层物质。土壤由固态、液态和气态物质组成。固态物质：矿物质、有机质和微生物，约占土壤总体积的50%。矿物质：含K、Ca、Na、Mg、Fe、Al等元素的硅酸盐、氧化物、硫化物、磷酸盐。有机质：①枯枝落叶或动物尸体的残落物；②腐殖质（为主，70%-90%，由C、H、O、N、S组成的具有多种官能团的天然络合剂）。液态物质：由水分构成，约占20%-30%，主要存在于土壤空隙中。分为：束缚水和自由水。气态物质：存在于未被水分占据的土壤空隙中，约占20%-30%。2.什么是土壤阳离子交换量？有哪些影响因素？答案:土壤阳离子交换量（cationexchangecapacity，CEC）是指每千克土壤中所能吸附各种阳离子的总量。可用于评价土壤对重金属污染物的吸附稳定能力。不同类型土壤的阳离子交换量不同，影响因素：①土壤质地越黏，所含的黏粒越多，其交换量越大；②胶体的性质和结构的差别影响阳离子交换量。一般来说，土壤中氧化硅与氧化铝、氧化铁的物质的量比越大，代换量也越大，常见的黏土矿物的阳离子交换量的排序如下：有机胶体>蒙脱石>伊利石>高岭石>水合氧化铁（铝）；③土壤pH值的大小也对阳离子交换量产生影响。一般情况下，土壤pH值增加，土壤的可变负电荷也会增加，土壤的阳离子交换也会上升。3.什么是土壤污染？土壤污染指标有哪些？答案:土壤污染是指污染物通过多种途径进入土壤，其数量和速度超过土壤自净能力，导致土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累，通过“土壤-植物-人体”或通过“土壤-水-人体”间接被人体吸收，危害人体健康的现象。目前中国采用的土壤污染指标有：土壤容量指标；土壤污染物的全量指标；土壤污染物的有效浓度指标；生化指标（土壤微生物总量减少50%，土壤酶活性降低25%）和土壤背景值加3倍标准差（X+3S）等作为标准。4.土壤污染特点有哪些？答案:①隐蔽性或潜伏性土壤污染被称作“看不见的污染”。土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。如日本的“痛痛病”经过了10-20年之后才被人们所认识。②累积性与地域性土壤对污染物进行吸附、固定，其中也包括植物吸收，使污染物聚集于土壤中。由于土壤性质差异较大，而且污染物在土壤中迁移慢，导致土壤中污染物分布不均匀，空间变异性较大，土壤污染具有很强的地域性特点。③不可逆转性积累在污染土壤中的难降解污染物很难靠稀释作用和自净作用来消除。重金属污染物对土壤环境的污染基本上不可逆转，主要表现为两个方面：进人土壤环境后，很难通过首然过程从土壤环境中稀释或消失；对生物体的危害和对土壤生态系统结构与功能的影响不容易恢复。某些被重金属污染的农田生态系统可能需要100-200年才能恢复。④治理难而周期长土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法往往很难自我恢复，必须采用各种有效的治理技术才能解决现实污染问题，且存在成本较高和治理周期较长的问题。5.原位土壤淋洗基本原理如何？使用哪些污染物？答案:原位土壤淋洗通过注射井等向土壤施加淋洗剂，使其向下渗透，穿过污染物并与之相互作用。在此过程中，淋洗剂从土壤中去除污染物，并与污染物结合，通过脱附、溶解或络合等作用，最终形成可迁移态化合物。含有污染物的溶液可以用提取井等方式收集、存储，再进一步处理。从污染土壤性质来看，适用于多孔隙、易渗透的土壤；从污染物性质来看，适用于重金属、具有低辛烷／水分配系数的有机化合物、羟基类化合物、低分子量醇类和羟基酸类等污染物。6.什么是化学氧化技术？适用于哪些污染物？答案:化学氧化技术（Chemicaloxidationremediation）主要是通过掺进土壤中的化学氧化剂与污染物所产生的氧化反应，使污染物快速降解或转化为低毒、低移动性产物的一项修复技术。原位化学氧化修复技术主要用来修复被油类、有机溶剂、多环芳烃（如萘）、PCP（五氯苯酚）、农药以及非水溶态氯化物（如三氯乙烯）等污染物污染的土壤。7.什么是热脱附技术？适用于哪些污染物？答案:热脱附技术是用直接或间接的热交换，加热土壤中有机污染组分到足够高的温度（150～540℃），使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。热脱附系统是将污染物从一相转化成另一相的物理分离过程，是通过控制热脱附系统的床温和物料停留时间可以有选择地使污染物得以挥发，不会破坏有机污染物结构，不是氧化、降解这些有机污染物。目前，热脱附技术修复工程已经涉及的污染物包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯或石油烃化合物（TPH）。8.水泥窑协同处置时氯、氟、硫元素含量如何确定？答案:应根据水泥回转窑工艺特点，控制随物料入窑的氯和氟投加量，以保证水泥回转窑的正常生产和产品质量符合国家标准，入窑物料中氟元素含量不应大于0.5%，氯元素含量不应大于0.04%。水泥窑协同处置过程中，应控制污染土壤中的硫元素含量，配料后的物料中硫化物硫与有机硫总含量不应大于0.014%。9.污染物植物修复的类型有哪些？①植物提取（phytoextraction，植物萃取或植物吸取）：指利用植物将土壤中的污染物提取出来，富集于植物根部可收割部位和植物根上部位，最后通过收割的方式带走土壤中的污染物。②植物稳定（phytostabilization）：指利用植物提取和植物根际作用，将土壤中的污染物转化为相对无害或者低毒物质，从而达到减轻污染的效果。③植物挥发（phytovolatilization）:植物将污染物吸收到体内后并将其转化为气态物质，释放到大气中的一种植物修复方法，经常应用于有机污染物及甲基汞的土壤修复治理。④植物降解（phytodegredation）：利用植物吸收、富集有机物后对其进行降解，达到修复有机污染土壤的目的。10.微生物对重金属的生物富集有哪些？①金属磷酸盐、金属硫化物沉淀。柠檬酸细菌属（Citrobacer），具有一种抗Cd的酸性磷酸酯酶，分解有机的2-磷酸甘油，产生与Cd2+形成CdHPO4沉淀。②细菌胞外多聚体和真菌来源物质及其分泌物。由于微生物对重金属具有很强的亲和吸附性能，有毒重金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上，或被轻度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。③金属硫蛋白、植物螯合肽和其他金属结合蛋白。重金属进入细胞后，可通过“区域化作用”分配于细胞内的不同部位，体内可合成金属硫蛋白（MT），MT可通过Cys残基上的巯基与金属离子结合形成无毒或低毒络合物。④铁载体。当有少量铁元素存在时，微生物能够分泌铁载体。一旦铁—铁载体接触到细胞膜上的铁载体受体蛋白，或者铁原子直接释放到细胞质中或者整个的铁—铁载体复合物通过ABC转运（ATP结合性盒式转运蛋白系统）进入细胞。三、论述题1.试着从植物本身、污染物和环境因子三个方面谈谈影响植物修复效率的因素。（10分）（1）重金属土壤赋存形态通过离子交换和吸附而结合在颗粒表面，其浓度受控于重金属在介质中的浓度和介质颗粒表面的分配常数，对环境变化敏感，易于迁移转化。碳酸盐结合态。对pH值敏感，pH值升高会使游离态重金属形成碳酸盐共沉淀，不易为植物所吸收，当pH值下降时易重新释放出来而进入环境中，易为植物所吸收。植物根系分泌物能够影响根际微域土壤pH值，影响植物对重金属的吸收。（2）植物修复品种超富集植物是指能够超量吸收重金属并将其运移到地上部的植物。富集因子反映植物对重金属的富集能力。（3）环境因素影响pH值：莴苣、芹菜各部位的Cd、Zn的浓度基本遵循随土壤pH值升高而呈下降趋势的规律。随着土壤pH值降低，植物体内的镉含量也增加。氧化还原电位（Eh）：土壤中重金属的形态、化合价和离子浓度都会随土壤氧化还原状况变化而变化。调节土壤氧化还原电位以改变土壤中重金属的存在形式可有效提高植物修复效率。土壤风干前后Eh的变化和重金属赋存态的影响。2.试比较不同物理化学修复技术对土壤团粒结构破坏的程度如何?请列举不少于3种技术，并分析其原因。（15分）不同的物理化学技术对土壤团粒结构破坏程度不同。对土壤团粒结构破坏比较小的有土壤气相抽、溶剂萃取技术、电动修复技术等；对土壤团粒结构破坏比较大的化学氧化修复技术、水泥窑协同处置技术、固化/稳定化技术等。土壤气相抽提是一种有效去除土壤不饱和区挥发性有机物（VOCs）的原位修复技术，早期SVE主要用于非水相液体污染物的去除，也陆续应用于挥发性农药污染的土壤体系，近年来主要应用于苯系物和汽油类污染的土壤修复。土壤气相抽提是在真空泵的作用下将土壤中污染物抽提至地上，再进行处理，属于物理作用，并不会显著影响土壤的团粒结构。溶剂萃取技术是一种利用溶剂来分离和去除污泥、沉积物、土壤中危险性有机污染物的修复技术。由于溶剂萃取可以有效地清除污染介质中的危险性污染物，对于从土壤中提取或浓缩后的污染物，具有一定经济价值的部分可以进行回收利用；由于溶剂萃取技术在运行过程中不破坏污染物的结构，可以使得污染物的资源化和价值化达到最大值。同时，萃取过程中所使用的溶剂也可以再生和重复利用。可以说溶剂萃取技术是一种可持续的修复技术。化学氧化技术将氧化剂注入土壤中，通过氧化剂与污染物的混合、反应使污染物降解或导致形态的变化。常见的氧化剂包括高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂、过硫酸盐和臭氧等。如过氧化氢是一种强氧化剂，在使用时一般需要调节pH为2-4，伴随消耗大量的酸，会影响土壤的团粒结构。3.请阐述气相抽提技术的基本原理、系统组成和影响因素。答案:土壤气相抽提（soilvaporextraction，SVE）也称作土壤真空抽取或土壤通风（soilventing），是一种有效去除土壤不饱和区挥发性有机物（VOCs）的原位修复技术，早期SVE主要用于非水相液体（non-aqueousphaseliquids，NAPLs）污染物的去除，也陆续应用于挥发性农药污染的土壤体系，近年来主要应用于苯系物和汽油类污染的土壤修复。土壤气相抽提包括气相抽提井、真空泵、至少三个观察点、气相后净化处理系统、取样点、取样装置、分析仪器等。影响因素：1）土壤的渗透性土壤的渗透性越高，气相运动越快，被抽提的量越大。2）蒸气压与环境温度饱和蒸气压越高越有利于SVE技术的实施，气相抽提一般适用于饱和蒸气压大于0.5mmHg的污染物；3）沸点沸点小于250～300℃的油品污染土壤适合采用SVE技术，重油、润滑油等沸点较高油品污染土壤不适合采用SVE技术。4.试阐述污染土壤中典型污染物种类和特性？答案:①重金属类汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）等元素。重金属主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等。②石油类污染物土壤中石油类污染物组分复杂，主要有C15-C36的烷烃、烯烃、苯系物、多环芳烃、酯类等，其中美国规定的优先控制污染物多达30余种。③持久性有机污染物（POPs）最为常见的持久性有机污染物包括：多环芳烃（PAHs)、多杂环烃（PHHs)、多氯联苯（PCBs)、多氯二苯二噁英（PCDDs)、多氯二苯呋喃（PCDFs）及农药残体及其代谢产物。④其他工业化学品有害化学品DDT、六六六、艾氏剂等。四、案例题1.某农田土壤因工业废水灌溉导致重金属镉污染，经测定其耕层土壤（0-20cm）镉含量为5mg/kg（超出管制值），考虑农产品安全问题，改种棉花，3年后测定耕层土壤镉含量为2.5mg/kg，土壤pH为4.0。请分析镉含量下降原因和主要消减途径。原因：棉花等田间植物吸收、镉向下层土壤迁移、表层土壤扬尘迁移、地表径流等（在此基础上展开）。消减途径：主要是棉花植物吸收、地表径流和镉向下层土壤迁移（在此基础上展开）。2.某农田有棉花生产经历，转为粮田后测定其表层土壤（0-10cm）有机氯农药总含量为200mg/kg，经5年粮食作物种植后，测定其表层土壤有机氯农药总含量降为75mg/kg。请分析有机氯农药含量下降原因和主要消减途径。原因：作物等吸收、土壤中生物和化学降解、农药挥发、地表径流和扬尘等。主要消减途径：作物吸收、土壤中生物降解、农药挥发。3.山东某地在石油开采过程中造成了300m2农田污染，经测定其表层土壤总石油烃含量为4.5g/kg，为尽快消除其污染危害，恢复农业生产，决定对污染地块进行修复，相关部门提出两个方案，一是采用异位化学氧化修复技术；二是采用植物+微生物的原位生物修复技术。请分析这两种技术方案的优缺点。异位化学氧化修复技术，优点：修复时间短、效率高；缺点：修复投入大、成本高，容易造成二次污染。植物+微生物的原位生物修复，优点：投入小、成本低，不会造成二次污染；缺点：修复时间长、效率低。4.以多环芳烃污染土壤为例，简述化学氧化技术的技术原理及影响因素，并画出简要的工艺流程图。化学氧化技术（Chemicaloxidationremediation）主要是通过掺进土壤中的化学氧化剂与污染物所产生的氧化反应，使污染物快速降解或转化为低毒、低移动性产物的一项修复技术。常见的氧化剂包括高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂、过硫酸盐和臭氧。工艺流程需包括土壤预处理系统、药剂混合系统和防渗系统等。5.南方某化工厂进行有机污染土壤的修复治理，经调查发现土壤和地下水均存在污染问题，其中土壤污染物为甲苯、乙苯、对/邻硝基氯苯等挥发性/半挥发性有机物（VOCs/SVOCs）以及Pb、Zn、Cu等重金属污染，而地下水污染物为苯胺、三氯甲烷、菲等有机污染物，试针对污染土壤和地下水筛选切实可行的修复技术，阐明技术原理，并画工工艺流程图。（10分）土壤可采取异位固化／稳定化土壤修复技术，通过将污染土壤与黏结剂混合形成物理封闭（如降低孔隙率等）或者发生化学反应（如形成氢氧化物或硫化物沉淀等），从而达到降低污染土壤中污染物活性的目的。地下水可采取原位土壤淋洗通过注射井等向土壤施加淋洗剂，使其向下渗透，穿过污染物并与之相互作用。在此过程中，淋洗剂从土壤中去除污染物