____环境科学概论第四章土壤环境.ppt

1 第4章 土壤环境问题 2 4 1土壤环境概述 4 1 1土壤的概念和特征土壤是位于陆地表面具有肥力的疏松层次 土壤的本质特征 一是具有肥力 即具有供应和协调植物生长所需要的营养条件 水分和养分 和环境条件 温度和空气 的能力 二是具有同化和代谢外界输入物质的能力 3 4 1 2土壤的组成土壤由矿物质 有机质 包括土壤生物 水分和空气四种物质组成 4 1 土壤矿物质按成因可将土壤矿物分为 原生矿物和次生矿物 原生矿物是各种岩石 主要趋岩浆岩 受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物 其原来的化学组成和结晶构造都没有改变 土壤中最主要的原生矿物有四类 硅酸盐类矿物 氧化物类矿物 硫化物类矿物和磷酸盐类矿物 1 硅酸盐类矿物长石类 云母类 辉石类和闪角石类等矿物 容易风化而释放出K Na Ca Fe Mg和Al等元素可供植物吸收 同时形成新的次生矿物 5 2 氧化物类矿物石英 SiO2 赤铁矿 Fe2O3 金红石 TiO2 蓝晶石 Al2SiO5 等 3 硫化物类矿物土壤中通常只有铁的硫化物 即黄铁矿和白铁矿 二者是同质异构物 分子式均为Fe2S 极易风化 成为土壤中硫元素的主要来源 4 磷酸盐类矿物土壤中分布最广的是磷灰石 包括氟磷灰石和氯磷灰石两种 其次是磷酸铁 铝以及其它磷的化合物 是土壤中无机磷的重要来源 6 次生矿物大多数是由原生矿物经风化后重新形成的新矿物 其化学组成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物 土壤中次生矿物可分为 简单盐类 三氧化物类和次生铝硅酸盐类 1 简单盐类如方解石 CaCO3 白云石 Ca Mg CO3 2 石膏 CaSO4 2H2O 等 是原生矿物化学风化的最终产物 结晶构造都较简单 常见于干早和半干旱地区的土壤 7 2 三氧化物如针铁矿 Fe2O3 H2O 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 等 是硅酸盐类矿物彻底风化的产物 常见于湿热的热带和亚热带地区的土壤中 特别是基性岩 玄武岩 安山岩和石灰墙 上发育的土壤中含量最多 3 次生硅酸盐类由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成 是构成土壤粘粒的主要成分 故又称粘土矿物或粘粒矿物 可细分为伊利石 蒙脱石和高岭石 在土壤形成过程中 原生矿物以不同的数量与土壤中的次生矿物混合存在 成为土壤矿物质 8 2 土壤有机质土壤有机质包括 非腐殖质 包括动植物残体的组成部分以及有机质分解的中间产物 主要为碳水化合物和含氮化合物 我国各主要土壤表土中碳水化合物的含量约占有机质总量的15 27 主要是微生物来源的多糖混合物 小部分为植物纤维 土壤中已知的含氮化合物主要是结合态的氨基酸和氨基糖 土壤腐殖质 是土壤特有的有机物质 是土壤有机质的主体 主要是动植物残体通过微生物作用 发生复杂转化而成 主要为胡敏酸和富里酸 9 3 土壤中的水分 10 4 土壤中的空气土壤孔隙中所存在的各种气体的混合物称为土壤空气 以O2 N2 CO2及水汽等为主要成分 其次由于土壤进行生物化学作用产生的气体 如H2S NH3 NO2 CO等 另外一些醇类 酸类以及其它挥发性物质通过挥发作用也进入土壤 11 4 1 3土壤的分层 土壤从上到下通常分为A B C D四层 A层 淋溶层 厚度在10厘米左右 含有丰富的有机物和腐殖质 B层 淀积层 由上层土淋滤出来的有机物 盐类 以及粘土颗粒组成 C层 母质层 风化的成土母岩组成 D层 原始层 为未风化的基岩 12 4 1 4土壤的性质1 土壤是一个多相的疏松多孔体土壤中的腐殖质和粘粒通过Ca2 Mg2 联接作用形成微团粒 继而形成团粒结构 在团粒结构内部具有较多的毛细管空隙 而在团粒和团粒之间具有较大的非毛细管空隙 这些构成空气和水分的通道 2 土壤胶体及其吸附特性土壤胶体是土壤中颗粒直径小于1微米或2微米的微细固体颗粒 是由矿物质微粒 腐殖质 铝 铁 锰 硅和含水氧化物组成 13 土壤胶体的种类 1 无机胶体主要是细颗粒的粘土微粒 包括粘土矿物中的高岭石 伊利石等以及铁 铝 锰水合氧化物 2 有机胶体主要是腐殖质和生物活动的产物 它是高分子有机物 具有极大的表面积 吸附作用强 3 有机 无机复合体是由土壤中一部分矿物胶体和腐殖质胶体结合在一起所形成的 这种胶体的特点是比表面减少 形成稳定的团粒结构 能改善水 肥 气 热的状况 14 土壤胶体的性质 带电荷 一方面由于表面基团解离或吸附离子而带电荷 另一方面 胶体内部的电荷不平衡表现出来的表面电荷 吸附作用 由于其颗粒细小 所以表面积大 产生吸附作用 1 机械吸附 土壤胶体能把大于孔隙的物质阻留 小于孔隙的颗粒也能阻留在土壤中 机械吸附对不溶性颗粒物的作用最为明显 2 物理吸附 是指土壤胶体颗粒对分子态物质的吸附作用 3 物理 化学吸附 是指土壤胶体对土壤溶液中离子态物质的保蓄作用 15 吸附作用是使许多金属离子和分子从不饱和溶液中转入固相的主要途径 土壤胶体对重金属粒子的吸附作用具有双重效果 一是使它们不易被植物吸收 暂时退出生物圈的小循环 另一方面却使它们长期滞留在农田内 并随时间的推移而富集 很难让它们通过地下渗水 水田放水等途径离开土壤 最终还是只有让植物吸收 危及生物圈 16 3 土壤酸碱性和土壤缓冲性 1 土壤酸碱性的产生 土壤酸性的产生主要有以下几个途径 首先 植物根系活动以及土壤中有机质的分解产生的有机酸和大量的CO2 以及某些微生物产生的矿质酸 都是土壤溶液中H 的来源 其次 当土壤胶体上吸附的H 达到一定的数量后 粘粒矿物的晶格遭到破坏 使粘粒矿物中的铝被溶解出来 溶液中出现了活性铝 水解后释放出H 17 第三 胶体上吸附的H 和Al3 Fe3 被其他阳离子代换到溶液中而使土壤成酸性 土壤碱性的产生土壤碱性主要来自土壤中大量存在的碱金属 如钾 钠 钙 镁的碳酸盐和重碳酸盐的水解 土壤pH在7 5 8 5之间时 主要由于含有的CaCO3水解所致 pH 8 5时土壤中可能含有Na2CO3 2 土壤酸碱性的表示土壤酸碱性的主要指标是pH值 pH越小 表示土壤的酸性越强 碱性越弱 大部分土壤的PH值在4 5 9 5之间 其中6 5 7 5为中性 18 3 土壤的缓冲性指土壤抵制pH值改变的能力 土壤中起缓冲作用的主要因素是土壤胶体上吸附的阳离子 H Al3 和Fe3 的存在可以缓冲碱 其他阳离子可以缓冲酸 土壤缓冲能力越大 对酸碱污染物质的容纳量就越大 一般土壤缓冲能力的大小顺序是 腐殖质土 粘土 砂土 土壤酸碱度的影响 影响土壤中微生物的活性和有机污染物的分解 影响土壤中物质的存在形态和迁移转化规律 影响养分的有效性和植物的生长发育 19 4 土壤的氧化还原性土壤中的主要氧化剂 氧气 NO3 离子和高价金属离子 土壤中的主要还原剂 有机质和低价金属离子 土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧化还原反应的重要参与者 影响 影响土壤中营养元素的状态和有效性 影响元素离子的价态 从而影响其迁移 转化 20 21 4 1 5土壤环境元素背景值和土壤环境容量 1 土壤环境元素背景值土壤环境元素背景值 简称土壤环境背景值 是指未受或很少受人类活动特别是人为污染影响的土壤化学元素的自然含量 不同土壤类型的土壤环境背景值差别较大 它是统计性的范围值 平均值或中位值 而不是一个简单的确定值 土壤环境背景值是我们研究土壤环境污染 土壤生态和进行土壤环境质量评价和管理 确定土壤环境容量 环境基准 制定土壤环境标准时重要的参考标准或本底值 22 2 土壤环境容量土壤环境容量 是指在人类生存和自然生态不致受害的前提下 土壤环境所能容纳的污染物的最大负荷量 在一定土壤环境单元和一定时限内遵循环境质量标准 既维持土壤生态系统的正常结构和功能 保证农产品生物学产量和质量 也不致使环境系统超过受污染时土壤环境能容纳污染物的最大负荷量 土壤环境容量是制定土壤环境标准的重要依据 23 4 1 6土壤在地球表层环境系统中的地位和作用 土壤是地球表层环境系统的一个重要组成要素 由于土壤圈在地球表层环境系统中位于大气圈 水圈 岩石圈和生物圈的界面结合地带 是无机界和有机界联系的纽带 是地球表层环境系统中物质与能量迁移和转化的重要环节 土壤不仅是维持地球上大多数动物 植物生长发育的基础 也是人类生存和发展必需的条件 24 4 2土壤污染和土壤自净 4 2 1土壤污染的概念土壤污染是指污染物质通过多种途径进入土壤 其数量和速度超出了土壤的容纳能力和土壤的净化速度 引起土壤的性质 组成及性状等发生变化 并导致土壤的自然功能失调 土壤质量恶化 从而影响植物的正常生长和发育 以致在植物体内积累 使作物产量和质量下降 最终影响人体健康的现象 25 固体废物的堆放 严重污染土壤 26 27 28 29 30 全国现有沙化土地一百七十四点三万平方公里 占国土面积的百分之十八点二 据专家测算 中国每年因土地沙化造成的直接经济损失高达五百四十亿元 直接或间接影响近四亿人口的生存 生产和生活 31 因水土流失造成退化 沙化 碱化草地约100万平方公里 占我国草原总面积的50 32 由于暴雨集中 植被稀疏 土壤抗蚀性差 使黄河中游黄土高原成为我国水土流失最严重的地区 黄土高原严重的水土流失使黄河成为驰名世界的多泥沙河流 33 4 2 2污染源土壤污染源来源及其广泛途径 人类把土壤作为农业生产的劳动对象和获得生命能源的生产基地 为了提高农产品的数量和质量 要向农田中施用化肥和农药 要进行水利灌溉 这样使污染物质进入土壤 并随之积累起来 这是土壤污染的重要发生途径 土壤历来就作为废物 垃圾 废渣和污水等 的堆放 处置和处理场所 使大量有机和无机污染物质随之进入土壤 这是造成土壤污染的重要途径 土壤环境是个开放系统 不断地进行物质和能量交换 大气 水体或生物体中的污染物质迁移转化而进入土壤 使土壤遭受污染 34 污染源分类自然污染源 自然界中某些矿床或物质富集中心周围由于自然扩散使附近土壤中某些物质的含量超出土壤正常含量的范围 造成土壤污染 人为污染源 工业污染源 直接由工业 三废 引起的土壤污染 农业污染源 农业生产本身产生的 如化肥 农药和农用地膜等的施用 使用 造成的 生活污染源 是指含有致病的各种病原微生物和寄生虫的生活污水 医院污水 垃圾以及被病原菌污染的其他水体等 它们是造成土壤环境生物污染的重要污染源 35 4 2 3土壤污染物输入土壤环境中的足以影响土壤环境正常功能 降低作物的产量和生物学质量 有害于人体健康的物质 化学污染物 有机污染物其中数量较大而又比较重要的是化学农药 化学农药的种类繁多 主要分为有机氯和有机磷两大类 主要有 有机氯类 如DDT 六六六 艾氏剂 狄氏剂等 有机磷类 马拉硫磷 对硫磷 敌敌畏等 氨基甲酸脂类 其中有除草剂和杀虫剂苯氧羧酸类 主要有除草剂如2 4 D 2 4 T等 苯酰胺类 全部为除草剂 36 其他有机污染物 酚类物质 石油 稠环芳烃 有机洗涤剂等 无机污染物重金属污染物如HgAsCdPbCrCuZn等以及有害的氧化物 酸 碱 盐 氟等 过量的氮和磷植物营养元素 物理污染物来自工厂 矿山的固体废物如尾矿 废石 粉煤灰和工业垃圾等 放射性污染物如 铯 锶等放射性元素为主生物污染物各种带病菌如肠细菌 破伤风杆菌 肠寄生虫 结核杆菌等的污染物 包括城市垃圾 医院废水 废物及厩肥等 37 4 2 4土壤污染的类型1 水质污染型工业废水 城市生活废水和受污染的地面水体 通过灌溉污染土壤 2 大气污染型大气中的二氧化硫 氮氧化合物和颗粒物通过沉降和降水污染土壤 3 固体废物污染型工矿业废物 污泥和城市垃圾等的污染 4 农业污染型化肥 农药 城市垃圾堆肥 污泥等引起的污染 5 综合污染型由多源污染造成 38 4 2 5土壤污染的特点1 土壤污染具有隐秘性和滞后性 2 土壤污染的易积累性 3 土壤污染具有不可逆转性和长期性 4 土壤污染的难治理性 4 2 6土壤污染的危害1 土壤污染导致严重的直接经济损失 2 土壤污染导致食物品质不断下降 3 土壤污染影响植物生长发育和危害人体健康 4 污染污染会导致环境问题 39 4 2 7土壤的自净能力概念 是指进入土壤的物质 通过稀释 扩散 挥发 淋洗 吸附 生物和化学降解等过程降低浓度或毒性的现象 1 物理净化作用难溶性固体污染物被土壤机械阻留 可溶性污染物可被土壤水分稀释或被土壤固相表面吸附 可挥发或转化为气态物质的污染物的污染物还可迁移入大气 实质 污染物的迁移 不能从自然环境中消除 40 2 物理化学净化作用是指污染物的阴阳离子与土壤胶体上原来吸附的阴阳离子的交换吸附作用 土壤胶体主要带负电荷 故对带正电荷的污染物净化能力较强 增加土壤胶体含量可相应提高净化能力 增加pH 有利于污染物阳离子净化 反之 有利于污染物阴离子净化 物理化学净化作用不能消除污染物 故只能相对减轻危害 物理化学净化作用是暂时的 不稳定的 物理化学净化作用是污染物在土壤环境中的积累过程 将产生严重的潜在威胁 41 3 化学净化作用污染物在土壤中经凝聚与沉淀反应 氧化还原反应 配合 螯合反应 酸碱中和反应 水解 分解和化合反应 或光化学降解作用等转化成难溶性 难解离性物质而减小危害程度和毒性 或分解为无毒物质或营养物质的作用 化学降解和光化学降解作用可将污染物降解为无毒物 而从土壤环境中消除 但多氯联苯 稠环芳烃 有机氯农药等性质稳定的化合物则难以净化 其他化学净化作用只能暂时降低污染物在土壤溶液中的浓度 或暂时减小其活性和毒性 起到一定的减缓作用 不能将污染物从土壤环境中消除如重金属 42 4 生物净化作用污染物在土壤中被生长在土壤中的植物吸收 动物和微生物吞食 或在生物体内酶或分泌酶的催化下降解为危害程度小或无毒物质的现象 生物降解作用是土壤环境自净作用的主要途径 1 纤维素 淀粉等转变为CO2和H2O 蛋白质 多肽 核酸等转变为NH3 CO2和H2O 有机磷化合物释放出无机磷酸等 这些维系自然的C N P循环 2 降解各种其他有机物为无毒的残留物和CO2 3 降低无机污染物的活性和毒性 土壤水分适宜 温度30 左右 通气良好 电势较高pH偏中性到碱性 碳氮比在20 1左右 有利于天然有机物的降解 43 4 3 1重金属在土壤中的迁移转化1 物理迁移 溶解部分随水迁移至地面水体 在颗粒内或吸附于土壤胶体表面可随水机械搬移或随风机械搬运 2 物理化学迁移和化学迁移 土壤环境中的重金属污染物以离子交换吸附和土壤胶体相结合 以配合 螯合等形式和土壤胶体相结合 发生溶解与沉淀作用 4 3土壤污染物的迁移转化 44 3 生物迁移 植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属 并在植物体内积累该迁移途径不仅受到重金属总量和形态 土壤环境状况等的影响 还受到根际微区氧化还原屏障 pH值屏障和根系分泌物的影响 土壤微生物的吸收土壤微生物对重金属的固定和活化受微生物胞外配合作用 胞外沉淀作用和金属的微生物转化的影响 土壤动物啃食重金属含量较高的表土受污染的生物残体可将重金属重新归还给土壤 45 4 3 2几种主要重金属在土壤中的迁移转化 1 汞的迁移转化土壤中有金属汞 无机汞和有机汞 按其存在形态有离子吸附和共价吸附的汞 可溶性汞 HgCl2 难溶性汞 如HgHPO4 HgCO3 HgS 影响汞迁移转化的因素主要有 吸附剂的种类 粘土矿物对HgCl2的吸附顺序是 伊利石 蒙脱石 高岭石 对醋酸汞的吸附作用 蒙脱石 水铝英石 高岭石 Hg2 Hg22 可被带负电的土壤胶体吸附 HgCI3 等可被带正电的胶体所吸附 而土壤中有机胶体对汞的吸附比粘土矿物 氧化物高得多 46 pH也影响胶体对汞的吸附 在pH值在1 8范围内 吸附量随pH值增高而增大 除沙土和土层极薄的耕地外 汞绝大部分积累在耕层土壤 不易向深层迁移 汞的氧化还原状态土壤中汞有三种价态 0 1 2 在还原条件下 Hg2 可还原为Hg0 Hg2 在含有H2S的还原条件下 将生成极难溶的硫化汞 当氧气充足时 HgS又可慢慢氧化为亚硫酸盐和硫酸盐 使HgS转化为Hg2 47 有机汞和无机汞之间的转化 有机汞之间的转化 在碱性环境和无机氮存在时有利于A转化 在酸性介质中二甲基汞不稳定分解为甲基汞 A在酸性介质中 烷氧烷基汞很不稳定 易分解 B表示有机汞分解成无机汞 C表示厌氧或好氧条件下可以通过生物或化学合成途径合成甲基汞 48 植物对汞的吸收和累积与土壤汞的含量关系实验证明 水稻生长的 汞米 和 土汞 之间生物吸收富集系数为0 01 汞在作物不同部位的累积顺序为根 叶 茎 种子 不同作物对汞的吸收和积累能力是不同的 在粮食作物中的顺序为 水稻 玉米 高粱 小麦 49 4 3 3农药在土壤中的迁移转化所谓 农药 是泛指农业和林业上用来防治农作物病虫害和调节植物生长所施加药剂的总称 主要有杀虫剂 除草剂 杀真菌剂等 1 主要农药类型 有机氯类农药该类农药是含氯的有机化合物 主要的有DDT 六六六 氯丹 毒杀芬 艾氏剂 狄氏剂和异狄氏剂等 这类农药的特点是 化学性质稳定 在环境中残留时间长 短期内不易分解 脂溶性高 易在脂肪中积累 通过食物链进入人体的有机氯农药能在肝 肾 心脏等组织中蓄积 蓄积的残留农药也能通过母乳排出 或转入卵蛋等组织 影响后代 50 有机磷类农药有机磷农药大部分视磷酸的酯类或酰胺类化合物 按结构可分为 磷酸酯 如敌敌畏等 硫代磷酸酯 如乐果 对硫磷等 膦酸酯和硫代膦酸酯 如敌百虫等 磷酰胺和硫代磷酰胺类 如甲胺磷等一般有剧烈毒性 但易于分解 在环境中残留时间短 在动植物体内受酶的作用 磷酸酯进行分解不易蓄积 所以常被认为是较安全的一种农药 有机磷农药对昆虫及哺乳类动物均可呈现毒性 阻碍其一些生理作用 使之致死 所以 在短期内有机磷类农药的环境污染毒性引起动物的致癌 致突变作用 氨基甲酸酯类农药该类农药在环境中易分解 在动物体内也能迅速代谢 而代谢产物的毒性多数低于其本身的毒性 因此 属于低残留的农药 51 3 农药在土壤中的迁移转化 土壤对化学农药的吸附作用土壤对农药的吸附作用有物理吸附 物理化学吸附 借氢键或配位键与胶体结合 与粘土矿物构成复合体等 其中主要是物理化学吸附 离子交换吸附 土壤胶体对离解为有机阳离子的农药吸附的顺序是 有机胶体 蛭石 蒙脱石 伊利石 绿泥石 高岭石解离为阴离子的有机农药可被带正电荷的土壤胶体吸附如砖红壤 土壤胶体对某些农药具有选择性吸附作用 同一类型的农药 分子愈大 吸附能力愈强 在溶液中 溶解度小的农药 土壤对其吸附能力也愈强 52 化学农药向大气与水体的迁移进入土壤中的农药 在被土壤固相物质吸附的同时 还通过气体挥发 随水淋溶 为生物体吸收 进而导致大气 水体和生物污染 化学农药挥发作用的大小 主要决定于农药本身的溶解度和蒸汽压以及土壤的湿度 温度 影响土壤孔隙的质地和结构条件 土壤中农药向大气扩散是大气农药污染的主要途径 农药的水迁移方式有两种 一是直接溶于水中 二是被吸附于土壤固体细粒表面上随水分移动而进行机械迁移 农药对地下水的污染作用不大 受土壤侵蚀作用的影响 大部分农药通过地表径流流入地面水体 造成地表水体污染 53 化学农药在土壤中的降解作用农药在土壤中的降解包括光化学降解 化学降解和微生物降解等 光化学降解是指土壤表面受太阳辐射和紫外线等作用而引起的农药中的C C C H C O C N等键断裂 形成激发态分子 从而发生光化学降解 化学降解是指土壤中的农药发生水解 氧化 异构化和离子化等而降解 可分催化反应和非催化反应 化学降解以水解和氧化最为重要 微生物降解是通过微生物的生命活动对农药分解而最后消失 是农药在土壤中的主要降解过程 是对农药的最彻底净化 主要有脱氯作用 氧化还原作用 脱烷基作用 水解作用 环裂解作用等 54 土壤微生物对农药的降解 是土壤对农药最彻底的净化 但各种农药的性质和降解过程是很复杂的 有些剧毒农药 一经降解就失去了毒性 而另一些农药 虽然自身的毒性并不大 但它们的分解产物毒性很大 还有些农药 其本身和代谢产物都有较大的毒性 所以 在评价某一农药是否对环境有污染的时候 不仅要看药剂本身的毒性 而且还要注意代谢产物是否有潜在的危害 55 4 化学农药在土壤中的残留农药在土壤中的存留时间用半衰期和残留期来表示 半衰期是指进入土壤中农药因降解等原因使其浓度减少一半所需要的时间 残留期是指土壤中的农药因降解等原因含量减少75 100 所需要的时间 有机氯农药在土壤中残留时间最长 可有几年至二三十年 均三氮杂苯类 取代脲类和苯氧乙酸类除草剂 残留期在几个月至一年左右 有机磷和氨基甲酸酯类以及一些杀菌剂的残留时间一般为几天或几周 在土壤中很少积累 56 农药残留与土壤质地 有机质含量 酸碱度 水分含量 土壤微生物群落等多种因素有关 残留时间 有机质土壤 沙壤 粉砂壤 黏壤土壤pH值较高时 一般农药的消失速度均较快土壤水分适宜 温度较高时 农药残留期相对较短 各种农药在土壤中的残留时间的长短 对于环境保护和植物保护工作者来说是不同的 从环境保护角度看 各种农药的残留期越短越好 以免造成环境污染 但从植物保护角度来说 如果残留期太短 就难以达到理想的杀虫 治病 灭草的效果 57 4 4土壤污染防治 预防为主 防治结合 的环境保护方针 一 控制和消除土壤污染源控制和消除工业 三废 排放加强土壤污灌区的监测和管理合理使用化肥和农药增加土壤容量和提高土壤净化能力 58 二 土壤污染的治理和修复措施 物理改良法重金属污染物大多富集于地表或耕作层内 采用排土 挖去污染土层 客土 用非污染客土覆盖于污染土之上 法可获得理想效果 但是此法需耗费大量劳动力且需要有丰富的客土来源 排出的污染土壤亦需要妥善处理以防造成二次污染 因此 这种方法只适用于小面积污染土地 59 化学改良剂法通过向土壤施加化学抑制剂可以改变有毒物质在土壤中的迁移方向 使其被淋洗或转化为难溶性物质以减少被作物吸收的机会 但这种方法只能起到临时性抑制作用 时间过长常会引起污染物积累 在条件变化时污染物可再次转化为可溶态 因而只适用于污染较轻的地区 常用的化学抑制剂有石灰 磷酸盐 硅酸钙等 60 生物改良措施利用生物的吸收转化消除土壤中的污染物 1 种植某些非食用的 吸收重金属能力强的植物来逐步降低土壤重金属含量 以恢复土壤环境质量 如羊齿类铁角蕨属的一种植物对土壤中镉 Cd 的吸收率可达10 连续种植可明显降低土壤的含镉量 2 利用特种微生物修复被有机物质污染的土壤 日本学者研究发现 土壤中红酵母和蛇皮藓菌对剧毒性的聚氯联苯的降解率分别高达40 和30 3 利用土壤动物 如蚯蚓 降低污染和改良土壤 蚯蚓不仅能翻耕土壤 改良土壤 而且还能处理农药 重金属等有害物质 因此可以通过专门放养和收集蚯蚓以降解和消除土壤中的污染物 61 控制土壤氧化 还原状况控制土壤氧化 还原状况 也是减轻重金属污染危害的重要措施 据研究 在水稻抽穗到成熟期 无机成分大量向穗部转移 淹水可明显地抑制水稻对镉的吸收 落干则促进水稻对镉的吸收 改变耕作制度通过土壤耕作改变土壤环境条件 可消除某些污染物的危害 增施有机肥 改良沙性土壤有机胶体和黏土矿物对土壤中重金属和农药有一定的吸附力 因此 增加土壤有机质 改良沙性土壤 能促进土壤对有毒物质的吸附作用 是增加土壤环境容量 提高土壤自净能力的有效措施 62 4 5固体废弃物及其处理 63 一 固体废弃物概述 1 概念固体废物 简称废物 又称固体废弃物或固体遗弃物 是指在生产建设 日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态 半固态废弃物质 中华人民共和国固体废物污染环境防治法 中的定义 是指在生产 生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态 半固态和置于容器中的气态的物品 物质以及法律 行政法规规定纳入固体废物管理的物品 物质 64 2 固体废弃物的来源 分类和特点2 1来源 65 66 67 2 2固体废弃物的特点 1 资源性固体废物是 放在错误地点的原料 可再次利用固体废弃物代替天然原料 2 污染的 特殊性 固体废物通过水 气和土壤污染环境 是水 气 土壤污染的 源头 污染经治理后生成 新的固体废物 如不进行彻底治理 又会成为新的 污染源 68 3 危害性 侵占土地 污染土壤据估算 每堆积1万吨废物 占地约需1亩 工业废渣及污泥中的有毒化学物质 医院 屠宰厂矿废弃物中的病原菌因废物堆放而带入土壤 使土壤遭受污染 在被污染的土壤上种植农作物 不但使土壤肥力下降 而且使作物吸收 富集有毒物质 然后通过食物影响人的健康 69 污染水体 淤塞水域进入水体的途径 垃圾 废渣随雨水径流而进入地面水体 垃圾 废渣中的渗漏水 通过土壤进入地下水体 细颗粒的垃圾 废渣还能随风飘扬落入地面水体 有些城市竟将垃圾 废渣直接倒入湖泊 河流或海洋造成更严重的污染 固体废弃物造成的水体污染是非常严重的 70 污染大气进入途径 某些有机物在微生物分解过程中发生恶臭 细颗粒的废弃物 运输和处理废渣过程中产生的有害气体和粉尘 都可随风飘散 工业废弃物煤矸石含全硫量达1 5 时会自燃 达3 以上就会发火 放出大量的二氧化硫 71 影响环境卫生和视觉卫生 传播疾病不少固体废弃物和垃圾含有毒有害物质以及病原体 除通过水 气的媒介传播外 还通过生物来传播 目前我国90 以上的粪便 垃圾未经无害化处理 直接倾倒 而且医院 传染病院的粪便 垃圾也混入普通粪便 垃圾之中 广泛传播肝炎 肠炎 痢疾以及各种蠕虫病 寄生虫病 等 浪费人力 财力和资源 72 二 固体废物的处理1 预处理分选作业之前的预处理 主要包括筛分 分级 破碎和粉磨等 使废物单体分离或分成适当的级别 更利于下一步工序的进行 运输前或最终处理 处置前的预处理 主要包括破碎 压缩和各种固化方法等 目的是使废物减容以利于运输 贮存 焚烧或填埋等 73 2 固体废物的分选 固体废物的分选 就是将混合废物中可回收利用的或不利于后续处理 处置工艺要求的不同成分分离开来 以便于分别进行相应的处理 处置 一般是根据物质的粒度 密度 磁性 电性 光电性 摩擦性 弹性以及表面润湿性等性质的差异 采用相应的手段进行分选 根据所利用的性质 分选方法可分为 筛分 重力分选 磁力分选 电力分选 浮选 光电分选 摩擦分选 弹性分选等 74 3 固体废物的压实 1 压实的原理和目的固体废物的压实亦称压缩 是利用机械的方法对固体废物施加压力 使废物颗粒变形或破碎 挤除颗粒间隙 减小固体废物的空隙率 从而减小表观体积的处理方法 目的 便于装卸 运输 贮存和填埋 75 1 概念固体废物处理 将固体废物转化为适于运输 贮存 利用和处置的过程或操作 即采取防污措施后将其排放于允许的环境中 或暂存于特定的设施中等待无害化的最终处置 2 固体废弃物的处理原则无害化 减量化和资源化 三固体废弃物的处理和处置 76 1 固体废物无害化处理是将固体废物通过工程处理如垃圾焚烧 卫生填埋 堆肥 厌氧发酵等 达到不损害人体健康 不污染周围自然环境的目的 2 固体废物减量化处理通过清洁生产和固体废物的处理等手段 减小和减少废物的数量和容积 3 固体废物资源化处理资源化即为废物的再循环利用 回收能源和资源 资源化利用应尽可能在排放源就近利用 节省运输和储存等费用 资源化利用应技术可行 能取得一定的经济效益 具有较强生命力 77 3 固体废弃物处理方法 1 物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废物的结构 使之成为便于运输 储存 利用或处置的形态 该方法主要包括 压实 破碎 分选 脱水和干燥等 2 化学处理是指采用化学方法破坏固体废物中的有害成分从而使其达到无害化 化学处理方法包括 氧化 还原 中和 化学沉淀和化学溶出等 化学处理方法通常只用在所含成分单一或所含几种化学成分特性相似的废物处理方面 有些有害固体废物 经过化学处理还可能产生含毒性成分的残渣 须对残渣进行解毒处理或安全处置 78 3 生物处理利用微生物降解固体废物中可降解的有机物从而达到无害化和综合利用 生物处理方法包括好氧处理 厌氧处理 兼性厌氧处理 应用比较广泛的有 堆肥处理 沼气发酵 废纤维糖化技术和生物淋滤 与化学处理方法相比 生物处理在经济上一般比较便宜 应用也相当普遍 但处理过程所需时间较长 处理效率有时不够稳定 79 四 处理有机固体废物的方法 主要有堆制法 厌氧消化法 填埋法和焚烧法 80 1 堆制处理 1 堆制的概念堆制处理是利用多种微生物人为地促进生物来源的有机废物好氧分解和稳定化的过程 堆制处理后 产物中含丰富的氮 磷营养物质和有机物质 故称为堆肥 Compost 81 2 堆制处理的优点 有机废物分解并达到稳定化易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定的物质 体积大大缩小 40 60 干有机质被分解 便于处置和运输 有毒化学品 如农药 形成腐殖质 消除毒性 干化作用人粪尿 动物粪便和污泥含水达80 95 经过堆制处理 大大降低其含水率 82 杀灭有害生物堆制过程释放大量热能 堆温较高 据测定 60 70 维持3d 可使脊髓灰质炎病毒 病原细菌和蛔虫卵失活 堆温50 60 持续6 7d 即可杀灭病原和虫卵 堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂 83 3 堆肥处理存在的问题 堆肥质量不易稳定 原料来源不同 随季节变化 给标准化处理带来困难 物料温度不均匀 受社会 文化 经济因素的影响 84 Compostingpile 85 86 2 卫生填埋 卫生填埋 sanitarylandfill 始于20世纪60年代 是在传统堆制的基础上 避免环境免受二次污染而发展起来的一种较好的固体废物处理法 优点 投资少 容量大 见效快 87 AnaerobicBioreactor LiquidsStorage GasCollectiontoGenerateEnergy GroundwaterMonitoring 88 根据地形 地貌和土壤条件 水文地质 气候 运输距离 出入道路条件等进行选择 使填埋处理不影响当地居民的生活和健康 场地底部要构筑不漏水的防水层 集水管和集水井等设施 四周要防止水流冲刷 防止地下水和地面水受污染 避免一般填埋出现的卫生条件差 二次污染频繁的问题出现 2 场地的建设 89 90 3 垃圾填埋处理 将垃圾在填埋场内分区分层进行填埋 每天的垃圾 在限定范围铺散为40 75cm的薄层 然后压实 垃圾层厚度应为2 5 3m 一次性填埋处理垃圾层最大厚度为9m 每层垃圾压实后覆土20 30cm 废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元 即填埋单元 cell 当天的垃圾 当天压实覆土 成为一个填埋单元 91 具有同样高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层 按上述工序完成的卫生填埋场由一个或几个填埋层组成 当填埋到最终的设计高度以后 再在该填埋层上层盖一层90 120cm的土壤 压实后就成为一个比较标准的卫生填埋场 92 五可燃固体废物的焚烧 从焚烧角度分析 城市生活垃圾可分为可燃和不可燃两部分 可燃垃圾 橡塑 纸张 破布 竹木 皮革 果皮及动植物 厨房垃圾等 其组分 物性和燃烧特性等非常复杂 不易直接填埋 不可燃垃圾 金属 建筑垃圾 玻璃 灰渣等 除可回收利用部分外 大多可直接安全填埋 1 焚烧法一般是指将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉中 在高温条件下 一般为900 左右 炉心最高温度可达1100 垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈化学反应 放出热量 转化成高温烟气和性质稳定的固体残渣 93 IncineratorDiagram 94 1 垃圾焚烧后 体积可减少85 95 质量减少20 80 2 高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质 无害化 3 焚烧排出的气体和残渣中的一些有害副产物的处理远比有害废弃物直接处置容易得多 4 焚烧法具有处理周期短 占地面积小 选址灵活等特点 5 热能可以利用 优点 95 缺点 焚烧法对垃圾的热值有一定要求 建设成本和运行成本相对高 管理水平和设备维修要求高 焚烧产生的废气若处理不当 很容易对环境造成二次污染 不同季节 年份垃圾热值的变化不同 96 固体废物焚烧热的利用包括供热和发电 垃圾焚烧发电存在的问题 垃圾发电当前遇到的关键问题是电站的发电量波动性大 稳定性小 其原因是垃圾中可燃废弃物的质量和数量随季节和地区的不同而发生明显变化 因此 垃圾焚烧电站的多余电力向电力公司出售时 价格不高 主要靠国家政策扶持 另外 垃圾焚烧发电本身属于环保项目 如果处理的不好可能造成二次污染 97 天津双港垃圾焚烧发电厂 98 1 概述废物固化是用物理 化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中 使其稳定化的一种过程 目前采用的方法 使污染物转变或引入到某种晶格中去 通过物理过程把污染成分直接渗入到惰性基材中 或兼而有之 主要处理无机废物电镀污泥 砷渣 汞渣 氰渣 铬渣等有害废 固化剂 水泥 沥青 玻璃 塑料等 六固化处理 99 2 对固化处理的基本要求包括 固化体应具有良好的抗渗透性 抗浸出性 抗干湿性 抗冻融性及足够的机械强度等 最好能作为资源加以利用 固化过程中材料和能量消耗要低 增容比 即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比 要低 固化工艺过程简单 便于操作 固化剂来源丰富 价廉易得 处理费用低 100 水泥固化 水泥固化是将废物和水泥混合 经水化反应后形成坚硬的水泥固化体 从而达到降低废物中浸出成分的目的 水泥固化的基本原理是通过固化包容减少有害固化废物的表面积和降低其可渗透性 达到稳定化 无害化的目的 工艺设备简单 操作方便 材料来源广 价钱便宜 固化产物强度高等优点 被世界许多国家广泛用于处理含各类重金属 如镉 铬 铜 铅 镊 锌等 的危险废物 常用作固化剂的水泥品种有 硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 矾土水泥和沸石水泥 101 水泥固化的混合方法 外部搅拌混合法 筒内 200L钢筒 混合法 注入法 优点 电镀污泥处理十分有效设备和工艺过程简单 设备投资 动力消耗和运行费用低添加剂价廉易得对含水率较高的废物可以直接固化操作常温即可 沥青涂覆可降低污染物的浸出产品的强度 耐热性和耐