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1、污染土壤修复技术,昆明理工大学环境工程系 田森林2011年9月,污染土壤修复技术,2,第一章 土壤污染与修复概论,（一）中国土壤环境保护现状、趋势和问题1.中国土壤环境保护发展情况中国土壤环境保护工作大致可以分为以下三个阶段,污染土壤修复技术,3,第一章 土壤污染与修复概论,（1）第一阶段（19491978年）新中国成立后，提高土壤肥力、增加粮食产量是该阶段中国土壤环境的关注重点20世纪60年代开始，中国开始大量生产使用有机氯农药，随着化肥和农药的使用，上世纪70年代初，中国的土壤环境问题开始受到关注1973年中国召开了全国第一次环境保护会议,以世界公害为警示，提出了中国存在的环境问题新中国成
2、立以来开展了两次全国性土壤普查，一次是20世纪50年代末，另一次是20世纪70年代末。这两次土壤普查的目的主要是了解土壤肥力，针对农业生产而进行的。该阶段涉及的环境问题主要为大气和水体污染，土壤污染问题并未受到应有的重视,污染土壤修复技术,4,第一章 土壤污染与修复概论,（2）第二阶段（1979年1992年）在此阶段土壤污染问题受到越来越多的关注，环境保护政策和法律法规体系初步形成在1979年颁布的中华人民共和国环境保护法（试行）立法中首次涉及到保护土壤、防治土壤污染1982年中华人民共和国宪法、1986年的中华人民共和国土地管理法均涉及到合理利用土地的相关规定1989年发布的中华人民共和国环
3、境保护法中明确提出了防治土壤污染的相关规定,污染土壤修复技术,5,第一章 土壤污染与修复概论,（3）第三阶段（1993年至今）该阶段土壤环境关注的重点是土壤污染防治，近年来尤其关注土壤环境的风险管理和风险控制1992年联合国环境与发展大会召开后，实施可持续发展战略已成为全世界的共识。中国表现出对土壤污染防治立法的极大关注1996年，中国国务院发布了国务院关于环境保护若干问题的决定，为可持续发展时代的中国土壤环境保护工作指明了方向,污染土壤修复技术,6,第一章 土壤污染与修复概论,（3）第三阶段（1993年至今）2005年，国务院发布了国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定，明确要求“以防治
4、土壤污染为重点，加强农村环境保护”国家环保总局在于2005年11月发布的“十一五”全国环境保护法规建设规划中明确指出要抓紧制定土壤污染防治法2006年3月14日通过的中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要要求“开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染”,污染土壤修复技术,7,第一章 土壤污染与修复概论,（3）第三阶段（1993年至今）2006年，环境保护部会同国土资源部开展了全国土壤现状调查及污染防治专项工作，以掌握全国范围的土壤污染现状、污染范围、主要污染物和污染程度2008年，中国环境保护部发布关于加强土壤污染防治工作的意见，提出了强化土壤污染防治工作的措施,污染土壤修复技
5、术,8,第一章 土壤污染与修复概论,（二）中国土壤环境保护现状、趋势和问题2.中国主要的土壤环境问题,污染土壤修复技术,9,第一章 土壤污染与修复概论,（一）中国土壤环境保护现状、趋势和问题2.中国主要的土壤环境问题中国土壤的成土母质大致可分为基岩风化物和松散沉积物两大系列基岩风化物包括浅色结晶岩风化物、暗色结晶岩风化物、碎屑沉积岩及相应的变质岩风化物、石灰质沉积岩及相应的变质岩风化物等4个类型松散沉积物含洪积物、红色粘土、冲积物、湖积物、滨海沉积物、珊瑚礁堆积物、黄土、风沙、冰碛物等9个类型,污染土壤修复技术,10,第一章 土壤污染与修复概论,【中国土壤的成土母质类型】在秦岭、淮河一线以南地
6、区多是各种岩石在原地风化形成的风化壳，并以红色风化壳分布最广昆仑山、秦岭、山东丘陵一线以北地区，主要的成土母质是黄土状沉积物及沙质风积物在各大江河中下游平原，成土母质主要是河流冲积物平原湖泊地区的成土母质主要是湖积物高山、高原地区除各种岩石的就地风化物外，还有冰碛物和冰水沉积物,污染土壤修复技术,11,全国土壤成土母质图,污染土壤修复技术,12,第一章 土壤污染与修复概论,【中国土壤分类与分布】中国土壤分类系统(1992年)设立土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种和亚种等7级分类单元,将中国土壤划分为铁铝土、淋溶土、半淋溶土、钙层土、干旱土、漠土、初育土、半水成土、水成土、人为土和高山土等共12
7、个土纲,污染土壤修复技术,14,第一章 土壤污染与修复概论,【中国土壤分类与分布】根据土壤发生分类方法，中国土壤类型共有12个土纲，61个土类，235个亚类其中12个土纲中，铁铝土占全国土地面积11.7%，淋溶土占11.1%，半淋溶土占4.5%，钙层土占6.2%，干旱土占3.2%，漠土占6.3%，初育土占17.0%，半水成土占7.8%，水成土占1.5%，盐碱土占1.9%，人为土占5.1%，高山土占20.7%。,中国土壤发生分类图,污染土壤修复技术,16,第一章 土壤污染与修复概论,【中国主要的土壤环境问题】中国主要的土壤环境问题是土壤退化土壤退化指由于人类不合理开发利用造成的土地生产力衰减土壤
8、退化问题是全球性的问题，随着世界人口的显著增长和人类对土地资源的不合理利用，导致人为引起土壤退化问题日益严重根据“全球土壤退化评价（GLASOD）”的结论，人为引起土壤退化的主要原因有：森林砍伐、过度放牧、农业活动、过度采樵和工业活动,污染土壤修复技术,17,第一章 土壤污染与修复概论,【中国主要的土壤环境问题】近几十年来，随着人口的大量增长和经济的迅速发展，中国土壤退化状况愈趋严重主要土壤退化类型包括（1）土壤侵蚀（水土流失）、（2）土地沙漠化、（3）土壤盐碱化、（4）土壤贫瘠化、（5）土壤污染等水土流失、贫瘠化和盐碱化等因素已造成中国40以上耕地土壤退化,中国土壤退化情况,表1 依据ASS
9、OD评估的中国土壤退化类型（单位：百万公顷）,污染土壤修复技术,20,第一章 土壤污染与修复概论,（二）土壤污染来源与危害,1 土壤污染的概念及特征（1）土壤污染的概念 人类活动产生的污染物（pollutant）进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。,土壤被污染的程度主要决定于进入土壤的污染物的数量、强度和土壤自身的净化能力(clarifying capacity)大小，当进入量超过净化力detergency)，就将导致土壤污染。,【污染土壤的定义】,“绝对性”定义:由人类的活动向土壤添加有害化台物，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
10、：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。,三种定义的出发点虽然不同，但有一点是共同的，即认为土壤中某种成分的含量明显高于原有含量时即构成了污染。综上所述，土壤污染就是指人为因素有意或无意地将对人类或其他生命体有害的物质施加到土壤中，使其某种成分的含量明显高于原有含量、并引起土壤环境质量恶化的现象。,污染土壤修复技术,24,（2）土壤污染的特点,隐蔽性或潜伏性:水体和大气的污染比较直观，严重时通过人的感官即能发现：而土壤污染则往往要通过农作物包括
11、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。日本的第二公害病痛痛病60年代发生于富山县神通川流域，直至70年代才基本证实是镉污染土壤所生产的“镉米”所致。,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，例如1966年冬至1977年春，沈阳抚顺污水灌区发生的石油、酚类以及后来张土灌区的镉污染，造成大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、含镉量超过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用改良剂、深翻、清灌、客土、选择品
12、种等各种措施，才逐步恢复其部分生产力，付出了大量的劳力和代价。,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。研究表明，土壤和粮食的污染与一些地区居民肝肿大之间有着明显的剂量反应关系，污灌引起的污染越严重，人群的肝肿大串越高。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。其中万亩以上的污染事故在山东、河南、河北、辽子、苏北、皖北等地曾多次发生，轻则减产，重则绝收，损失十分惨重。,27,2 土壤污染的自净作用 指进入土壤的污染物，在土壤矿物质、有机
13、质和土壤微生物的作用下，经过一系列的物理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而消除污染物毒性的现象（1）物理自净作用（2）化学和物理化学(physical chemistry)自净作用（3）生物化学净化(biochemical purification)作用,污染土壤修复技术,28,3 土壤背景值(background value)（1）土壤背景值的概念 土壤背景值只能代表土壤某一发展、演变阶段的一个相对意义上的数值，即严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。,（2）研究土壤背景值的意义 土壤背景值在土壤污染评价，污水灌溉(was
14、tewaterirrigation)与作物施肥(fertilization)上是一个不可缺少的依据。环境质量评价(environmental quality evaluation)土地资源评价(land resource assessment)国土规划(territorial planning)环境医学(environmental medicine)食品卫生(food hygiene)。,重要的实用意义,（3）土壤背景值的应用,农田施肥,土壤污染评价,土壤环境容量(soil environment capacity),食品卫生(food hygiene),环境医学(environmental
15、medicine),4 土壤环境容量(soil environment capacity)（1）环境容量(environmental capacity)指在一定条件下环境对污染物最大容纳量。（2）土壤环境容量,指土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量(Carrying capacity)。土壤环境容量实际上是土壤污染物的起始值和最大负荷量之差。,5 土壤污染的发生及污染物的种类（1）土壤污染的类型 土壤中污染物的来源具有多源性，主要是工业废气、废水、废渣，以及化肥、农药、城市污泥、垃圾，偶尔还有原子
16、武器散落的放射性微粒等。,根据污染物的来源，可将污染分为下列几种类型：（1）水体污染(water body pollution)（2）大气污染(atmospheric pollution)（3）农业污染(agricultural pollution)（4）生物污染(biological pollution)（5）固体废弃物污染(noxious waste pollution),（2）土壤污染物的主要种类 重金属污染物(heavy metal pollution)重金属主要指汞、镉、铅、铬、铜、锌。类金属砷和非金属氟也包括其中。有机污染物(organic pollution)要有有机农药、三氯乙
17、醛(酸)、矿物油类、表面活性剂、废塑料制品，以及工矿企业排放的含有机质的三废。固体废物与放射性污染物(solid waste and radioactive contaminant)按其来源不同，可分为工业固体废物、农业固体废物，放射性固体废物和城市垃圾四类。,6 重金属对土壤的污染及其在土壤中的变化,土壤污染物的种类很多，最突出而又很难降解的有两大类，一是重金属(heavy metal)，二是有机合成农药(synthetic organic pesticide)。土壤重金属污染物(heavy metal pollutant)主要有铜、铬、镉、砷、汞等。它们在土壤中的活性小，易于积累，土壤一旦
18、被其污染则极难消除。其中镉和砷是极毒的；汞、铅、镍是中等毒性；硼、铜、锰、锌的毒性较低。土壤中的重金属来源主要是“三废”的排放所致。,（1）几种主要重金属在土壤中的行为及危害,镉(cadmium)金属镉无毒性，但镉的化合物毒性极大，而且属于积蓄型，引起慢性中毒的潜伏期可达1030年之久。土壤中的镉有水溶性(离子态和络合态)及非水溶性(化学沉淀和难溶络合态)两种，它们随环境条件的变动而互相转化。对作物起危害作用的主要是水溶性镉。在酸性条件下，镉化合物的溶解度增大，毒性增强；在碱性条件下，则形成氢氧化镉沉淀。在氧化条件下，镉的活性或毒性增强。镉在土壤中常会与羟基、氯化物形成络合离子而提高活性。,铬
19、(chrome)金属铬无毒性，三价铬有毒，六价铬毒性更大，还有腐蚀性。对皮肤和粘膜表现为强烈的刺激和腐蚀作用，还对全身有毒性作用。铬对种子萌发，作物生长也产生毒害作用。土壤中的有机质可促进对铬的吸附与螯合作用，同时还有助于土壤中六价铬还原为三价铬。有机质对六价铬的还原作用随土壤pH值的升高而减弱。土壤中粘土矿物对铬有较强的吸附作用，粘土矿物对三价铬的吸附能力为六价铬的30-300倍，且这种吸附作用随pH的升高而减弱。土壤pH值及氧化还原电位均可改变铬的化合物形态。在低Eh值时，Cr6+被还原成Cr3+；而在中性和碱性条件下，Cr3+可以Cr(OH)3 形态沉淀。,砷(arsenic)土壤中的砷
20、多呈砷酸形态，包括砷酸盐(五价)和亚砷酸盐(三价)。无机或有机砷化合物都有毒性，但有机砷对植物的可给性或毒性较弱，且易在土壤中转化为无机态。无机态亚砷酸盐类的毒性比砷酸盐类强。土壤中砷的可给性受pH值的影响很大，在接近中性的情况下，砷的溶解度较低。土壤中的砷酸和亚砷酸随氧化还原电位的变化而相互转化。,铅(plumbum)铅对人体神经系统、血液和血管有毒害作用，并对卟啉转变、血红素合成的酶促过程有抑制作用。早期症状为细胞病变。引起慢性中毒后，出现贫血、高血压、生殖能力和智能减退（特别是儿童脑机能减退）等症状。铅急性中毒的症状为便秘，腹绞痛，伸肌麻痹等。在中性至碱性条件下形成的Pb3(PO4)2和
21、PbCO3 的溶解度很小，植物难以吸收，故在石灰性及碱性土中，铅的污染实际上并不严重。土壤的粘土矿物及有机质对铅也起者强吸附作用，且随土壤pH的增高而增强。,汞(hydrargyrum)汞对作物生长发育的影响主要有抑制光合作用、根系生长和养分吸收、酶的活性、根瘤菌的固氮作用等。植物根系和叶子均可吸收Hg，比较容易吸收的汞有金属汞、Hg2+、乙基汞和甲基汞。无机汞在土壤中的化学沉淀作用很强，因此，无机汞对植物的毒害不很明显。但汞的化合物被还原为金属汞，而以汞蒸气出现时，它就可以自叶面气孔进入植物体。无机汞化合物在嫌气细菌的作用下，可以转化为有机汞化合物，被植物吸收，增强其对植物的汞污染。,锌(z
22、incum)、铜(cuprum)、镍(nickel)、锰(manganese)土壤pH值、有机质含量以及氧化还原条件等显著影响着锌、铜、镍、锰在土壤中的变化。在pH6.5,同时,土壤通气良好时,它们可分别形成植物不易吸收的氧化物或氢氧化物而沉淀。粘土矿物可牢固的吸附锌、铜、镍而使它们失去活性。有机质能对这些离子进行鏊合，从而增加了它们的移动性，植物的吸收可能增加。有机质对它们鳌合能力的大小为铜镍锌锰。,（2）土壤性质与土壤重金属污染,pH的影响 当土壤中pH值降低某些重金属如铅、铜、锌、铬等易转化为水溶性的重金属盐类，pH值越低其活动度越大，越易于迁移；pH增高，某些重金属则转化为难溶性化合物
23、如CdS、HgS等，pH值越高，它们越易于趋于固定而减低其活性，在土壤中容易积累。类金属砷例外。Eh的影响 土壤Eh主要影响在土壤中的各重金属价态变化，以致影响到重金属在土体中的富集量和毒性。有机-无机胶体的吸附作用。,7 土壤的农业污染,（1）农药污染(pesticide pollution)农药在防治植物病、虫、草害和防治传染病害等方面起着重要的作用。土壤是农药的主要承受者，大量而连续地施用，就会造成土壤污染。根据农药防治对象的不同，可将其分为(1)杀虫剂(2)杀菌剂(3)除草剂(4)灭鼠剂,农药在土壤中的转化 土壤对化学农药的吸附作用。农药在土壤中的挥发、扩散和迁移。化学农药在土壤中的降解作用。,（2）化肥污染,氮肥对环境的污染对土壤及作物的影响(硝酸盐及亚硝酸盐的毒性)造成水体的富营养化(eutrophication)对大气的污染,磷肥对环境的污染 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种污染物质，从而造成土壤、作物的污染。主要有以下几种：重金属污染氟污染放射性污染造成水体的富营养化,
