土壤污染与防治.ppt

土壤污染与防治 土壤污染的概念 污染物 重金属 农药和固体废物 的来源及其危害土壤净化污染物的过程土壤污染的防治措施 内容提要 第一节土壤污染的概念 一 土壤污染的概念 土壤污染直接的影响是土地生产力的下降 通过土壤 植物 动物 人体食物链的污染 危害人体健康 威胁人类生存 土壤污染还危害其他环境要素如水体 大气等 土壤污染是指进入土壤中的有害 有毒物质超出土壤的自净能力 导致土壤的物理 化学和生物学性质发生改变 降低农作物的产量和质量 并危害人体健康的现象 中国重金属污染耕地总计 2000万公顷中国有机物污染农田总计 6000万公顷 据报道 人类活动向土壤施加有害物质 是加速土壤污染 引起土壤环境质量恶化加剧的主要原因 二 土壤污染的原因 导致土壤污染人类活动 工农业生产 生活废弃物排放 如开矿 冶炼 化工生产 施肥等等 土壤发生污染是由于进入土壤的污染物净积累 土壤自净作用 指进入土壤的污染物 在土壤矿物质 有机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 从而消除或降低污染物毒性的现象 国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要 决定从2006年起 开展全国土壤污染现状调查 综合治理土壤污染 2006年7月18日 国家环保总局组织召开全国土壤污染状况调查视频会议 全国土壤污染状况调查7月18日在北京启动 全国土壤现状调查及污染防治项目由环保总局和国土资源部共同承担 包括八个专题 总经费预算约为10亿元 将在除台湾省和港澳地区以外的各省 自治区 直辖市所辖全部陆地国土展开 计划在三年半左右的时间完成 全国土壤污染状况调查 三 土壤污染的定量化 如何判断土壤受到了污染 污染严重程度多少 方法 1 定量方法 生物 土壤系统法化学法背景值法土壤污染指数法 生物 土壤系统法 以植物从土壤中吸收污染物后 其可食部分污染物含量达到食品卫生标准 或产量因污染而减少10 时的土壤污染物浓度为土壤污染临界值 超过该值为污染 化学法 是在生物 土壤系统法的基础上建立起来的 利用 土壤污染临界值 的概念 直接取其 临界值 的测定方法与指标 土壤全量或有效量 判断土壤是否受污染 或进行污染等级的划分 背景值法 建立在环境背景值的统计基础上 能反映出环境变异的数量特征 以土壤背景值加二倍标准差为临界值 在实践中使用较多 但不能反映出生物适应能力因环境和自身长势而变异的影响 土壤背景值 未受到人类活动影响的土壤本身的化学元素组成 土壤污染指数法 按污染物的污染指数 土壤中污染物的实测浓度与其污染临界浓度的比值 来划分污染程度 上述四种方法中 最基本的依据是土壤污染临界值和背景值 而土壤污染临界值至今只有极少数的标准 亟待研究 即当加入土壤的污染物超过土壤的自净能力 或污染物在土壤中积累量超过土壤基准量 而给生态系统造成了危害 此时才能被称为污染 土壤污染 定量化 概念 根据土壤环境质量的功能和保护目的 将我国土壤划分为三类 2 土壤 环境 质量标准 类 主要适用于国家规定的自然保护区 集中式生活饮用水源地 茶园 牧场和其它保护地区的土壤 土壤质量基本上保持自然背景值 类 主要适用于一般农田 蔬菜地 茶园 果园 牧场等土壤 土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染 类 主要适用于林地土壤及污染物容量较大地高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤 蔬菜地除外 土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染 将土壤质量标准分为三级 一级标准为保护区域自然生态 维持自然背景的土壤环境质量的限制值 二级标准为保障农业生产 维护人体健康的土壤限制值 三级标准为保障农林业生产和植物正常生长地土壤临界值 执行 I类土壤环境质量执行一级标准 II类土壤环境质量执行二级标准 III类土壤环境质量执行三级标准 土壤环境质量标准 GB15618 1995 mg kg 宁波市江东等五个蔬菜基地土壤的重金属含量 mg kg 引自 陆针松等 土壤环境 施肥与农产品品质的关系 温州市城郊兴通桥等六个蔬菜基地土壤的重金属含量 mg kg 引自 王亮等 温州市城郊污灌对土壤和蔬菜品质的影响 杭州市城郊转塘等十一个蔬菜基地土壤的重金属含量 mg kg 引自 谢正苗等 杭州市郊菜园土部分重金属污染状况的调查研究 第二节土壤污染物的来源及危害 工业污染源 交通运输污染源 农业污染源 生活污染源 土壤中污染物的来源具有多源性 主要是工业 三废 化肥农药 城市污泥 垃圾等 1 土壤中污染物的来源 土壤污染源 工业区周围工业 三废 污水灌溉等 农业生产本身产生的 农药和化肥 动物废弃物等 尾气等 生活垃圾 废水等废弃物 无机污染物 有机污染物 有害微生物 三大类土壤污染物 2 土壤污染物的种类 进入土壤中并影响土壤正常功能的物质 即会改变土壤的成分 降低农作物的数量和质量 有害人体健康的物质 统称土壤污染物质 重金属 非金属 放射元素 无机酸碱等 有机农药 石油 酚类等 污染病虫害等 重金属 在当前环境污染研究中 重金属主要指标汞 镉 铅 铬 铜 锌 类金属砷和非金属氟也包括其中 重金属元素对土壤的污染特点 不移动 不微生物分解 通过食物链积累 重金属主要通过采矿 冶炼 污灌 污泥 施肥 大气沉降等流失到环境中 城镇垃圾农用控制标准值 总镉 3mg kg总汞 5mg kg总铅 100mg kg总铬 300mg kg总砷 30mg kg总氮 N 0 5 总磷 P2O5 0 3 总钾 K2O 1 0 农用污泥污染物控制标准值 mg kg干污泥 pH 6 5pH 6 5Cd520Hg515Pb3001000Cr6001000As7575Cu250500Zn5001000Ni100200 我国无公害蔬菜卫生指标 重金属 宁波市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查 陆正松等 2000年 内部资料 温州市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查 王亮等 2000年 内部资料 上海市蔬菜地土壤重金属累积情况 2003 2004年调查结果 上海市蔬菜地土壤Hg累计分布情况 2003 2004年调查结果 上海市蔬菜地土壤Cd累计分布情况 2003 2004年调查结果 上海市蔬菜地土壤Zn累计分布情况 2003 2004年调查结果 农药 农药是指用于防治 消灭或者控制危害农业 林业的病 虫 草和其他有害生物以及有目的地调节植物 昆虫生长的化学合成的或者来源于生物 其他天然物质的一种物质或者几种物质的混合物及其制剂 有机氯农药 重金属制剂 有机磷农药 氨基甲酸脂类杀虫剂 除草剂等在土壤中积累 引起土壤污染 进入土壤中的农药通过吸附与解吸 径流与淋溶 挥发与扩散等过程 可从土壤中转移和消失 但往往会造成生态环境的二次污染 化肥 建国初到2005年 化肥用量从1 3万吨增加到4146 4万吨 增长了3000多倍 2005年化肥用量中 氮肥2126 5万吨 磷肥690 5万吨 农业高强度投入浙江省化肥用量持续超过90万吨 纯养分 每公顷耕地用量达到了570多公斤 远远超出了国际上认可的维持土壤持续利用所允许化肥用量临界值 225公斤 公顷 氮肥利用率仅35 左右 与发达国家的50 60 相比差距很大 每公斤氮素的水稻生产力不及产量水平相当的日本和韩国的1 2 年浙江省肥料消费量 2006 万吨 总量 纯养分 93 98氮肥 N 55 41磷肥 P2O5 12 19钾肥 K2O 7 74复合肥 18 63 浙江省农作物播种面积变化动态 浙江省每公顷播种面积化肥用量变化动态 浙江省单位面积化肥用量与国内若干省份比较 2006年浙江省耕地面积2390万亩 作物播种面积4272 6万亩 浙江省单位耕地面积化肥用量与世界若干地区比较 1997 浙江省单位耕地面积化肥用量与世界若干国家比较 2005 部分肥料中的重金属含量 固体废物 城市生活垃圾有害有毒固体废物 即危险废物 包括医院垃圾 废树脂 药渣 含重金属污泥 酸和碱废物等 无毒无害固体废物 不含放射性物质的粉煤灰 建筑垃圾等 固体废物是固态或半固态废弃物的总称 三大类 其中前两类固体废物的任意排放会严重污染和破坏环境 3 土壤污染的危害 造成减产 导致严重的直接经济损失导致食物品质下降通过食物链危害人体健康导致其他环境 大气 地表水 地下水污染 生态系统退化等 问题 第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响 土壤的组成和性质决定土壤具有一定的净化能力 土壤的净化能力是有限的 当进入土壤的污染物质数量和速度超过了土壤的净化能力时 污染物在土壤中积累 危害作物的正常生长发育 通过食物链会直接影响人类健康 土壤的净化能力是指污染物进入土壤后 经生物和化学降解成为无毒物质 通过化学沉淀 络合和螯合 氧化还原等作用转化为其它物质 被土壤牢固吸附 不被植物利用 一 土壤组成对污染物毒性的影响 一般认为 土壤中某污染物的水溶态或交换态有效浓度越大 其对生物的毒性较大 而专性吸附态 氧化物态或矿物固定态含量越高 则其毒性越小 粘粒矿物 有机质 土壤生物 吸附作用 静电吸附和络合 螯合 作用 土壤组成 降低 消除土壤污染物的主要机制 对有机污染物的 降解 转化作用 土壤环境容量 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允许的最大数量或负荷量 由定义可知 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 二 土壤性质对污染物毒性的影响 1 通过影响土壤组分和污染物的电荷特性 沉淀溶解 吸附解吸和络合解络平衡来改变污染物的毒性 2 通过土壤微生物的活性来改变污染物的毒性 土壤酸碱性 土壤氧化还原性质 土壤氧化还原状况主要影响沉淀溶解 变价元素 第四节土壤污染的防治 一 土壤污染的特点 隐蔽性和滞后性 土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间 日本的 骨痛病 累积性 污染物在土壤中不断积累 同时也使土壤污染具有很强的地域性 不可逆转性 土壤重金属污染基本上是一个不可逆转的过程 许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解 土壤污染治理难度大 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 土壤污染一旦发生 仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复 治理污染土壤通常成本较高 治理周期较长 控制和消除土壤污染源 增加土壤容量 提高土壤净化能力 预防为主 防治结合 二 土壤污染的防治原则 实行污染总量控制 严格控制工业 三废 的排放量和排放浓度 合理施用肥料和使用农药等 污染土壤的治理 对已污染的土壤 采取措施防治土壤中污染物的迁移转化 进入食物链 三 污染土壤的治理方法 由于土壤污染多为复合污染 且修复难度大 应根据污染物的来源及污染实际情况采取相应措施进行治理 通常需要结合不同方法 开展污染土壤的综合治理 污染土壤的治理可分为原位或异位物理 工程措施 化学措施 生物措施 农业措施及改变土地利用方式 异位物理 化学措施所需时间较短 而且更能确定处理的一致性 但挖掘土壤常导致花费和工程量增大 因而不适宜于大面积的土壤治理 1 理化措施客土深翻 施用石灰及其它化学试剂等 重金属污染的土壤 通过施加改变重金属污染物在土壤中的迁移转化方向 常用的有石灰 磷酸盐 硅酸盐等 施用石灰提高土壤pH 使Cd Cu Hg形成氢氧化物沉淀 有机物 包括石油 农药 PAHs等 污染的土壤 采用化学治理方法如化学清洗法 光化学降解法和化学栅防治法等 理化治理方法的费用高 化学法对环境造成二次污染的风险性高 2 农艺措施 改变耕作制度 轮作 灌溉等 改变土壤环境 可消除某些污染物或减小污染物的活性 合理施肥 降低土壤污染物活性 严重污染的土壤 改种其他抗性 耐性 低积累型作物 农艺措施的费用低 但治理效果有限 利用生物转化或降解的方法来去除或消除有毒有害污染物 是改善环境质量最有效的方法 利用生物的吸收 富集 代谢等作用将污染物转化或降解为无害物质甚至有用物质 从而去除或消除环境污染的一种生物技术 也被称为生物清除 生物恢复 3 生物修复 包括微生物 植物修复及微生物 植物联合修复 生物修复技术具有成本低 无继发污染 操作简便 环境影响小 维持自然生态 并能够提高土壤肥力 利于可持续发展等优越性 应用微生物治理土壤有机污染 可以