土壤污染及其修复核心技术.doc
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1、第二章 污染物控制技术6 土壤污染及其修复技术6.1 土壤污染 26.1.1 土壤污染定义26.1.2 土壤污染类型和来源36.1.3 土壤污染特点56.1.4 土壤污染危害56.2 土壤污染及治理 66.2.1 国内土壤污染现状66.2.2 土壤污染治理76.3 修复技术 96.3.1 热力学修复96.3.2 热解吸修复技术96.3.3 焚烧法106.3.4 土地填埋法106.3.5 化学淋洗106.3.6 堆肥法106.3.7 植物修复106.3.8 渗入反映墙106.3.9 生物修复106 土壤污染及其修复技术6.1 土壤污染土壤是自然环境要素重要构成之一,它是处在岩石圈最外面一层疏松某
2、些,具备支持植物和微生物生长繁殖能力,被称为土壤圈。土壤圈处在大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间过渡地带,是联系有机界和无机界中心环节。土壤是由固体、液体和气体三相共同构成多相体系。土壤固相涉及矿物质和有机质,其中矿物质约占土壤固体总重量90以上,而有机质约占固体总重量110。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤中有无数孔隙布满空气,即土壤气相。典型土壤约有35体积是布满空气孔隙,因而土壤具备疏松构造。土壤具备两个重要功能,一是土壤作为一项极其宝贵自然资源,是农业生产基本,二是土壤对于外界进入物质具备同化和代谢能力。由于土壤具备这种功能,因此人们肆意开发土壤资源,同步将土地看作人类废物垃圾场,
3、而忽视了对土地资源保护。由于这种因素,人类面临着土地退化、水土流失和荒漠化以及土壤污染等诸多问题。其中,土壤污染形势极为严峻。6.1.1 土壤污染定义 6.1.1.1 土壤背景值土壤背景值是指未受或少受人类活动特别是人为污染影响土壤环境自身化学元素构成及其含量。土壤背景值是各种成土因素综合伙用下成土过程产物,地球上不同区域,从岩石成分到地理环境和生物群落均有很大差别,因此实质上它是各自然成土因素(涉及时间因素)函数。由于成土环境条件仍在不断地发展和演变,特别是人类社会不断发展,科学技术和生产水平不断提高,人类对自然环境影响也随之不断地增强和扩展,当前已难以找到绝对不受人类活动影响土壤。因而,当
4、前所获得土壤背景值也只能是尽量不受或少受人类活动影响数值。 研究土壤背景值具备重要实践意义。由于污染物进入土壤环境之后构成、数量、形态和分布变化,都需要与背景值比较才干加以分析和判断,因此土壤背景值是土壤环境质量评价,特别是土壤污染综合评价基本根据,是研究和拟定土壤环境容量,制定土壤环境原则基本数据,也是研究污染元素和化合物在土壤环境中化学行为根据。此外,在土地运用及其规划,研究土壤生态、施肥、污水灌溉、种植业规划,提高农、林、牧、副业生产水平和产品质量,食品卫生、环境医学等方面,土壤环境背景值也是重要参比数据。 国内在20世纪70年代后期开始进行土壤背景值研究工作,先后开展了北京、南京、广州
5、、重庆以及华北平原、东北平原、松辽平原、黄淮海平原、西北黄土、西南红黄壤等土壤和农作物背景值研究。6.1.1.2 土壤环境容量土壤环境容量是针对土壤中有害物质而言。它是指在人类生存和自然生态不致受害前提下,土壤环境单元所容许承纳污染物质最大数量或负荷量。简言之,土壤环境容量事实上是土壤污染起始值和最大负荷值之间差值。若以土壤环境原则作为土壤所能承纳最大容许限值,则该土壤环境容量便是土壤环境原则值减去土壤背景值。在尚未制定土壤环境原则状况下,还可以通过土壤环境污染生态效应实验,加之考虑土壤环境耋净作用与缓冲性能,来拟定土壤环境容量。土壤环境容量可以在土壤环境质量评价、制定污水灌溉水质原则、污泥施
6、用原则、微量元素累积施用量等方面发挥作用。土壤环境容量充分体现了区域环境特性,是实现污染物忘量控制重要基本。在此基本上人们可以经济、合理地制定污染物总量控制规划,也可以克分运用土壤环境纳污能力。 6.1.1.3 土壤污染定义土壤污染是指加入土壤污染物超过土壤自净能力,或污染物在土壤中积累量超过土壤基准量,而给生态系统乃至人类导致危害现象。土壤环境中污染物输入、积累和土壤环境自净作用是两个相反而又同步进行对立、统一过程,在正常状况下,两者处在一定动态平衡,在这种平衡状态下,土壤环境是不会发生污染。但是,如果人类各种活动产生污染物质,通过各种途径输入土壤,其数量和速度超过了土壤环境自净作用速度,打
7、破了污染物在土壤环境中自然动态平衡,使污染物积累过程占据优势,可导致土壤环境正常功能失调和土壤质量下降;或者土壤生态发生明显变异,导致土壤微生物种类、数量或者活性变化,土壤酶活性减少。同步,由于土壤环境中污染物迁移转化,从而引起大气、水体和生物污染,并通足食物链最后影响到人类健康,这种现象属于土壤环境污染。因而,咱们说,当土壤环境中所含污染物数量超过土壤自净能力或当污染物在土壤环境中积累量超过土壤环境基准或土壤环境原则时,即为土壤环境污染。从土壤污染概念来看,判断土壤发生污染指标:是土壤自净能力,二是动植物直接、间接吸取而受害临界浓度。 6.1.2 土壤污染类型和来源6.1.2.1 土壤污染物
8、分类(1)化学污染物:涉及无机污染物和有机污染物。无机污染物重要涉及汞、镉、铅、砷等重金属,过量氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等。有机污染物则涉及各种化学农药、石油及其桑解产物以及其她各类有机合成产物等。化学污染物是土壤污染物中最重要、影响也最强烈和广泛污染物,当前人们对于此类污染物污染效应、治理等有关研究进行得比较多。(2)物理污染物:指来自工厂、矿山固体废弃物如尾矿、废石、粉煤灰和工业垃圾等。(3)生物污染物:指带有各种病菌都市垃圾和由卫生设施排出废水、废物以及厩肥等。(4)放射性污染物:重要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区,以锶和铯等在土壤中生存期长放射性元素为主。6.1.2.2
9、 污染物来源(1)污水灌溉。用未经解决或未达到排放原则工业污水灌溉农田是污染物进入土壤重要途径。生活污水和工业废水中,具有氮、磷、钾等许多植物所需要养分,因此合理地使用污水灌溉农田,普通有增产效果。但污水中还具有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害物质,如果污水没有通过必要解决而直接用于农田灌溉,会将污水中有毒有害物质带至农田,污染土壤。例如冶炼、电镀、燃料等工业废水能引起镉、汞、铬、铜等重金属污染;石油化工、肥料、农药等工业废水会引起酚、三氯乙醛、农药等有机物污染。污水灌溉和污水土地解决系统对土壤环境污染防治和生态环保都是需要研究重要土壤环境问题。(2)酸雨和降尘。工业排放二氧化硫、氟化物、臭氧
10、、氮氧化物、碳氢化合物等有害气体在大气中发生反映而形成酸雨,以自然降水形式进入土壤,引起土壤酸化。国内酸雨区面积约占国土面积1/3。工业排放粉尘、烟尘等固体粒子及烟雾、雾气等液体粒子,在重力作用下以降尘形式进入土壤导致污染。例如,有色金属冶炼厂排出废气中具有铬、铅、铜、镉等重金属,对附近土壤导致污染;生产磷肥、氟化物工厂会对附近土壤导致粉尘污染和氟污染。大气酸沉降与土壤酸化,已成为全球性生态环境问题。(3)化肥农药。施用化肥是农业增产重要办法,但不合理使用,会使作物贪青、倒伏而减产,同步引起土壤中营养元素不平衡,形成土壤污染。例如长期大量使用氮肥,会破坏土壤构造,导致土壤板结,生物学性质恶化,
11、影响农作物产量和质量。过量地使用硝态氮肥,会使饲料作物具有过多硝酸盐,妨碍牲口体内氧输送,使其患病,严重导致死亡。农药能防治病、虫、草害,如果使用得当,可保证作物增产,但它是一类危害性很大土壤污染物,施用不当,会引起土壤污染。农作物从土壤中吸取农药,在根、茎、叶、果实和种子中积累,通过食物、饲料危害人体和牲口健康。此外,农药在杀虫、防病同步,也使有益于农业微生物、昆虫、鸟类受到伤害,破坏了生态系统,使农作物遭受间接损失。此外,长期使用农药导致病虫草害物种抗药性增强,导致农药投入量持续增长。(4)固体废物。土壤向来都作为废弃物解决场合。随着工农业生产发展和都市扩大化,固体废弃物种类和数量、成分日
12、益增多和复杂化,如工矿业固体废弃物涉及金属矿渣、煤矸石、粉煤灰、都市垃圾、污泥等。例如,各种农用塑料薄膜作为大棚、地膜覆盖物被广泛使用,如果管理、回收不善,大量残膜碎片散落田间,会导致农田“白色污染”。这样固体污染物既不易蒸发、挥发,也不易被土壤微生物分解,是一种长期滞留土壤污染物。(5)汽车尾气。汽车使用含铅汽油,其排放废气中具有铅化合物,经雨水冲刷沉积于土壤中,导致铅污染。汽车尾气对土壤污染随着国内汽车拥有量增长而日益显现出来。6.1.3 土壤污染特点土壤污染特点重要有如下四个。(1)具备隐蔽性和滞后性。大气污染、水污染和废弃物污染等问题普通都比较直观,土壤污染不像大气与水体污染那样容易为
13、人们所发现,由于土壤是更复杂三相共存体系。各种有害物质在土壤中,总是与土壤相结合,有为土壤生物所分解或吸取,从而变化其本来面目而被隐藏在土体里,或自土体排出且不被发现。当土壤将有害物输送给农作物,再通这食物链而损害人畜健康时,土壤自身也许还继续保持其生产能力而经久不衰。因此土壤污染往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物残留检测,甚至通过研究对人畜健康状况仿影响才干拟定。这也导致土壤污染从产生污染到浮现问题,普通会滞后很长时间。土壤污染隐蔽性和滞后性使结识土壤污染问题难度增长,以致污染危害持续发展。(2)土壤污染有累积性和地区性。污染物质在大气和水体中,普通都比在土壤中更容易迁移。这使得污染物
14、质在土壤中并不像在大气和水体中那样容易扩散和稀释,因而容易在壤中不断积累而超标,同步也使土壤污染具备很强地区性。(3)土壤污染具备不可逆性。多数无机污染物,特别是金属和微量元素,都能与土壤有机质或矿质相结合,并长期地保存在土壤中。无论它们如何转化,也无法使其重新离开土壤。如被某些重金属污染土壤需要20010才可以恢复。(4)土壤污染治理艰难性。如果大气和水体受到污染,切断污染源之后通过稀释作厍和自净化作用也有也许使污染问题不断逆转,但是积累在污染土壤中难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除。土壤污染一旦发生,则很难恢复,治理成本较高、治理周期较长。 根据上述特点,土壤污染防止胜于治理。
15、6.1.4 土壤污染危害土壤是各种污染物最后“宿营地”,土壤通过对污染物吸附、固定形成了对污染物富集作用,世界上90污染物最后滞留在土壤内。植物从土壤中选取吸取必须营养物,同步也被动地、甚至被迫地吸取土壤释放出来有害物质。土壤污染重要是通过它产品植物来体现其危害。植物吸取运用,有时能使污染物浓度达到危害自身或危害人畜水平,虽然没有达到毒害水平含毒植物性食品,只要为人畜食用,当它们在动物体内排出率低时,也可以逐日积累,由量变到质变,最后引起动物病变。土壤污染危害重要如下。(1)土壤污染导致食物品质不断下降。土壤是作物生长基本。当前,由于土壤污染因素导致许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、
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