土壤环境学论文.doc

土壤的污染与修复 邹金平 80813025 09环境本（1）班摘要：土壤污染是指各种外来物质进入土壤并积累到一定程度，超过土壤本身的自净能力，而导致土壤性状变劣、质量下降的现象。本文将介绍一些土壤污染的形式和修复技术，探讨土壤污染与修复的一些问题。关键词:土壤污染、土壤修复1.土壤重金属污染 土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。随着我国人民生活水平的提高,生态环境保护日趋受到重视,国家对污染土壤治理和修复的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修复问题,已成为土壤环境研究领域的重要课题。而生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,同传统处理技术相比具有明显优势，例如其处理成本低,只为焚烧法的1/2-1/3，处理效果好,生化处理后污染物残留量可达到很低水平;对环境影响小,无二次污染,最终产物CO2、H2O和脂肪酸对人体无害，可以就地处理,避免了集输过程的二次污染,节省了处理费用，因而该技术成为最有发展潜力和市场前景的修复技术。 1. 1污染土壤生物修复的基本原理和特点 土壤生物修复的基本原理是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株,甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中,将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质,使土壤恢复其天然功能。由于自然的生物修复过程一般较慢,难于实际应用,因而生物修复技术是工程化在人为促进条件下的生物修复,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烃类及各种有毒有害的有机污染物，降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、pH值、通气及营养添加等)来完成,也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。 1. 2污染土壤生物修复技术的种类 目前,微生物修复技术方法主要有3种:原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。 1. 2. 1原位修复技术：原位修复技术是在不破坏土壤基本结构的情况下的微生物修复技术。有投菌法、生物培养法和生物通气法等,主要用于被有机污染物污染的土壤修复。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同时投加微生物生长所需的营养物质,通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物,过氧化氢则在代谢过程中作为电子受体,以满足土壤微生物代谢,将污染物彻底分解为CO2和H2O。生物通气法是一种加压氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上几眼深井,安装鼓风机和抽真空机,将空气强行排入土壤中,然后抽出,土壤中的挥发性有机物也随之去除。在通入空气时,加入一定量的氨气,可为土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。1. 2. 2异位修复技术：异位修复处理污染土壤时,需要对污染的土壤进行大范围的扰动,主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。预制床技术是在平台上铺上砂子和石子,再铺上15-30cm厚的污染土壤,加入营养液和水,必要时加入表面活性剂,定期翻动充氧,以满足土壤微生物对氧的需要,处理过程中流出的渗滤液,即时回灌于土层,以彻底清除污染物。生物反应器技术是把污染的土壤移到生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宣的pH值,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓入空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水这种方法处理效果好、速度快,但仅仅适宜于小范围的污染治理。厌氧处理技术适于高浓度有机污染的土壤处理,但处理条件难于控制。常规堆肥法是传统堆肥和生物治理技术的结合,向土壤中掺入枯枝落叶或粪肥,加入石灰调节pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有机物向稳定的腐殖质转化,是一种有机物高温降解的固相过程。上述方法要想获得高的污染去除效率,关键是菌种的驯化和筛选。由于几乎每一种有机污染物或重金属都能找到多种有益的降解微生物。因此,寻找高效污染物降解菌是生物修复技术研究的热点。2. 土壤石油污染随着工业的发展，石油的需求量大幅度增加，并且在开采、运输、贮藏、加工过程中，由于意外事故或管理不当，导致石油排放到农田、地下水、海洋，使环境遭受污染，直接危害人类生产与生活。据资料统计，目前每年有800多万吨石油进入世界环境，污染土壤、地下水、河流和海洋，其中石油对土壤的污染主要是破坏土壤结构影响土壤通透性，损害植物根部，阻碍根的呼吸与吸收，最终导致植物死亡。2. 1土壤石油污染的主要危害2.1.1破坏土壤 石油物质进入土壤后，会引起土壤理化特性的变化，如堵塞了土壤的孔隙结构，破坏土壤结构，使土壤的透水性降低；其富含的反应基能够与土壤中的无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用，从而使土壤的有效磷、氮含量减少，导致土壤有机质的碳氮比（C / N）和碳磷比（C / P）的变化，由于这些变化，一方面恶化了土壤微生物的生存环境，另一方面石油自身对土壤中微生物也具有一定的负面影响，进而导致了反映土壤活性的微生物数量减少，微生物群落和微生物区系发生变化，使得未污染的土壤环境中微生物的五大功能明显降低，土壤的活性降低甚至没有活性，破坏土壤微生态环境3。 2.1.2 污染水体 土壤中的石油向下渗漏污染地下水，或被雨水携带污染地表水体，影响用水安全和农作物安全。长期使用含油污水灌溉，农作物正常生长发育受阻，抗倒伏、抗病虫害的能力降低，直接导致粮食的减产，芳香族化合物等有毒有害物质在农作物中产生残留、富集效应，并通过食物链危及人类健康。如沈抚灌渠上游污灌区水稻出现生长缓慢、烂根、粒瘪等现象，出产的大米有浓重的石油味，感官指标极差。正因这些危害使得很多影响周围环境的加油站关闭，如北京安家楼加油站和六里屯加油站近年来均发生过严重漏油事故，使附近自来水厂一度停止运行。 2.1.3 污染空气 土壤中的石油向空气中挥发、扩散和转移，使空气质量下降，直接影响人体健康、生命安危和后代繁衍。某些脂溶性物质能侵蚀中枢神经系统；一些挥发性组分在紫外线照射下与氧作用形成有毒性气体，危害人和动物的呼吸系统，多环芳烃类物质影响肝、肾和心血管系统等的正常功能，甚至引起癌变。 综上所述，土壤石油污染的隐弊性大，潜伏期长，涉及面广，治理困难，危害日益凸现，已成为不容忽视的环境问题。2.2土壤石油污染治理技术研究进展2.2.1物理修复技术的研究进展 物理修复技术是利用土壤和污染物的各自特性，使污染物固定，不易在土壤中扩散、迁移、降低其对环境破坏的一类环境物理技术。土壤石油污染的物理修复技术主要包括焚烧法、隔离法、换土法等。 物理修复技术的焚烧法、隔离法、换土法等都充分发挥了土壤和污染物的各自特性，不用外加其他化学药剂或生物来进行处理，但也存在着处理成本高，工作量大，并只能处理小面积污染的土壤的局限性。因此，如何更好地利用土壤本身特性，突破其局限性，将是物理修复技术的研究方向。 2.2.2化学修复技术的研究进展 化学修复技术是利用污染物与改良剂之间的化学反应从而对土壤中的污染物进行固定、氧化、分离、提取等，来降低土壤中污染物含量的一类环境化学技术。土壤石油污染的化学修复技术主要包括萃取法、土壤洗涤法、化学氧化法等。 化学氧化法与萃取法、土壤洗涤法相比，它不会对环境造成二次污染，对石油烃类物质有较高的清除效率，氧化反应可以在瞬间完成，适用于石油污染的突发事件处理，但其操作比较复杂，又要较高的技术水平。因此，该技术的推广还需要进一步的完善。 2.2.3生物修复技术的研究进展 生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物, 从而修复被污染环境或消除环境中污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施，是一类低耗、高效和环境安全的环境生物技术11。土壤石油污染的生物修复技术按所应用的类型不同，可以将其分为植物、动物、微生物修复技术等。 总之，土壤石油污染的生物修复技术无论是植物、动物还是微生物修复技术等都具有很宽广的发展前景，加强对生物降解烃类过程的研究，开发低成本、无污染、高效率的生物修复技术，使其更加完善、高效、成熟。3.土壤酸化 土壤吸收性复合体接受了一定数量交换性氢离子或铝离子，使土壤中碱性(盐基)离子淋失的过程。 酸化是土壤风化成土过程的重要方面，导致ph值降低，形成酸性土壤，影响土壤中生物的活性，改变土壤中养分的形态，降低养分的有效性，促使游离的锰、铝离子溶入土壤溶液中，对作物产生毒害作用。3.1传统改良方法对于酸性土壤的改良,我国使用的办法是撒施石灰,石灰是强碱,与土壤的酸性物质进行中和,在一定程度上能起到改良作用。但是石灰同施入的营养物质易发生化学反应,形成难溶的磷酸盐、挥发性氨,加速有机质分解,造成土壤中速效磷、钾无法能吸收,从而造成土壤活力不断退化。3.2土壤改良剂的应用土壤改良剂是专治酸性土壤的高科技产品,是在土壤学、植物营养学、作物根系土壤生态学原理等农业综合科学的基础上,针对土壤连年耕作和大量使用化学及物理结构变异情况而研制的具有环保意义的产品1,它不仅能迅速调节酸性土壤的中性机能、活化土壤结构,同时也能调节磷和钾,大幅度提高土壤中速效磷、钾的含量;抑制病虫害,分解残留农药,为农作物的生长营造一个最佳的土壤环境,从而提高肥料使用效率,达到增产、增效、提高品质的目的。4. 土壤盐渍化土壤盐渍化是指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程。是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程，也称盐碱化。中国盐渍土或称盐碱土的分布范围广、面积大、类型多，总面积约1亿hm2。主要发生在干旱、半干旱和半湿润地区。盐碱土的可溶性盐主要包括钠、钾、钙、镁等的硫酸盐、氯化物、碳酸盐和重碳酸盐。硫酸盐和氯化物一般为中性盐，碳酸盐和重碳酸盐为碱性盐。4.1国内外土壤盐渍化危害在世界各国灌溉历史上，土壤盐渍化曾是影响农业发展甚至决定国家盛衰的重要原因之一。目前世界上大约仍有一半的灌溉土地不同程度地遭到盐渍化的危害。据报道，苏联灌溉面积中，次生盐演化约占43，其中盐渍化程度严重的有16。苏联过去每年围盐渍化而废弃的土地占灌溉面积的12。美国约有30的灌溉土地受盐演化危害。印度盐渍化面积约占灌溉面积的65，埃及占30，叙利亚占50，伊拉克占60。4.2 改良盐渍土的方法(1)建立完善的灌溉系统，使地下水深度保持在临界深度以下。前苏联科学院vAKovda等专家认为，可能引起土壤盐渍化的矿化地下水的深度平均为253m。 (2)建立现代化排水系统：水平排水，主要以明沟、暗管的形式进行，既能降低地下水位，又可以排出土壤中的盐份；垂直(竖井)排水，竖井排水价格低、不占地、水量大、水质好、控制调节性地下水位灵活、维修工作少，同时又可以和灌溉相结合，竖直设井以梅花型布井效果为最好。 (3)化学改良。一些发达国家如美国、澳大利亚在盐渍土上，特别在碱土上施化学改良剂，如：石膏、硫酸、矿渣(磷石膏)，因土地类型不同，施入量也不同，施用时间长短取决于当地的经验和资金的状况。施用改良剂后需用大量水冲洗，在水资源缺乏的情况下应用困难，而且成本高。但是，用这种方法能使土壤积水从379天降到145天，渗水从292mm升到605mm。化学改良尽管成本高，但是从经济效益看是有益的。 (4)种植水稻对碱土的改良较有效。匈牙利、罗马尼亚、前苏联、泰国、中国都在大面积盐土上种水稻，取得良好的改土增产效果。匈牙利专家通过对中欧及东欧地区盆遗土的研究提出灌溉冲洗、施用化学改良剂和种稻改良三结合的综合改良措施，这一措施为当前改良盐渍化的重点措施。但这一措施要求水平徘水畅通。 (5)日本东京大学研究向土壤中注入聚丙烯酸脂溶液，与土壤形成05cm的不透水层，从而减少土壤水分的蒸发，减少盐份随毛管水蒸发向表土累积，使作物产量明显增加。伊拉克土壤学家研究将沥青混入表层5cm土层中，然后冲洗，可提高土温1.32.3，从而提高盐份的溶解度，增加淋洗效果。 (6)利用咸水灌溉。咸水灌溉虽然能增加土壤中盐份，但也能增加土壤湿度，降低土壤溶液中的浓度。美国、突尼斯、意大利、中亚、阿拉伯和北非分别用小于1g1或38g1的咸水灌溉，印度还研究利用稀得了的海水灌溉。美国和前苏联为利用