土壤复合污染修复

,土壤复合污染的环境化学,目录,土壤复合污染的定义及其类型,土壤复合污染的效应及作用机理,土壤复合污染的联合修复,土壤复合污染的表征,土壤复合污染的联合修复展望,1、土壤复合污染的定义：,土壤复合污染（combined pollution ）的定义：两种或两种以上污染物同时存在，并共同对土壤产生综合性的污染现象。,污染物来源,污染物类型,同源复合污染,异源复合污染,大气复合污染型,水体复合污染型,土壤复合污染型,大气-土壤复合型,大气-水体复合型,土壤-水体复合型,大气-土壤-水体复合型,无机复合污染,有机复合污染,有机-无机复合污染,2、土壤复合污染类型,3、土壤复合污染效应,01,02,03,加和作用,协同作用,拮抗作用,图： 两共存元素复合毒性效应形式示意图图中Ac、Bc分别为A、B两元素毒性临界值；各曲线与logA 、logB轴所包围面积为A、B共存时的作物正常产量区。,1.协同作用,2.加合作用logA*B,3.加合作用logA+B,4.独立作用,5.拮抗作用,3、土壤复合污染效应,联合作用,其它作用,加和作用,协同作用,独立作用,拮抗作用,竞争效应,保护效应,抑制效应,土壤-植物系统中几种常见的重金属复合污染,4、土壤复合污染的机理：,干扰正常生理过程,竞争结合位点,络合与螯合作用,改变细胞结构与功能,对酶活性的影响,沉淀作用,5、土壤复合污染的联合修复,5.1物理与化学联合修复： 物理、化学联合修复：是利用污染物的物理、化学特性，通过分离、固定以及改变存在状态等方式,将污染物从土壤中去除。 优点：周期短、操作简单、适用范围广等优点。 缺点：修复费用高昂、易产生二次污染、破坏土壤及微生物结构等缺点，制约了此方法从实验室向大规模应用的转化。,Flores等报道了一种化学氧化与超声波联合修复甲苯和二甲苯污染土壤的技术。使用Fenton型催化剂和H2O2,可以将有机物完全氧化成CO和CO2,整个反应过程在室温下进行，而且实施时间短。许多研究发现,氧化过程发生在有机物溶解在溶剂以后，而有机物的溶解是整个修复过程的限速步骤，使用超声波一方面可以显著加快这一过程，另一方面对氧化过程中的OH-的形成起着重要的作用。,例子：,物理、化学与生物的联合修复的研究很少，且方法主要集中在以一种修复技术为主，辅助其他方法来进一步完善修复过程。 生物修复 ： 优点：成本低、不破坏土壤环境、污染物降解效率高、不产生二次污染、可原地处理、操作简单等优点。 缺点：生物修复周期长，往往需要几个月甚至几年的时间才能完成；用微生物进行原位修复，其结果可能会与实验室模拟有很大的差别；非土著微生物对生物多样性会产生威胁等等。,5.2物理、化学与生物联合修复：,Goi等最近报道了用化学氧化剂和微生物共同降解土壤中石油污染的方法。用化学氧化剂预处理过的土壤再用微生物降解，其降解效率明显比单独使用其中任何一种高。修复过程中，要注意控制氧化剂在合适的范围。,例子：,植物作用于污染物主要有吸收、降解、转化以及挥发等几种方法，主要是针对重金属污染治理。 微生物修复的机理包括细胞代谢、生物大分子吸收转运、生物吸附、沉淀和氧化还原反应、空泡吞饮等。 优点：大大地提高了修复过程的安全性，降低了成本。 缺点：植物修复缓慢、对高浓度污染的耐受性低，微生物的修复易受到土著微生物的干扰等。,5.3植物与微生物联合修复：,与植物共生去除土壤中的污染物： 某些根际微生物在土壤中独立生长的速度很慢， 但是与植物共生后则快速生长。Sriprang等报道了将金属硫蛋白四聚体基因导入细菌Mesorhizobium huakuiisubsp rengei B3中，并与植物Astragaluss inicus共生后，使植物对土壤中Cd2+的吸收量增加1.72.0倍。,例子1：,例子 2：,改变污染物的性质： 通过释放螯合剂、酸类物质和氧化还原作用，根际微生物不仅会影响土壤中重金属的流动性,使重金属元素的活性降低，还可以增加植物的利用度。一种荧光假单细胞菌(Pseudomonas fluorescen L B 300)能在含有高达270 mg/L Cr3+的介质中生长，原因是它能还原Cr6+，在降低Cr6+毒性的同时，也增加了植物对重金属的吸收能力。,例子 3：,微生物促进植物生长,维持土壤肥力： 土壤微生物几乎参与土壤中一切生物及生物化学反应，在土壤功能及土壤过程中直接或间接地起重要作用，如硅酸盐细菌可以将土壤中云母、长石、磷灰石等含钾、磷的矿物转化为有效钾，提高土壤中有效元素的水平。此外，许多细菌都可以产生细胞分裂素、乙烯、维生素类等物质，对植物的生长具有不同程度的促进作用。,6 土壤复合污染的表征,锌当量 20世纪70年代提出了“锌当量 ( ZE)”的定义，并认为土壤中Zn、Cu和Ni的有效态含量对植物的毒性比为1：2：8，故其综合影响又可以折算为相当于Zn的毒害浓度，其效应表达试为： ZE= CZn+ 2C Cu+8 CNi ( 其中C 为浓度) 该方法具有明显的局限性，首先它认为重金属之间的交互作用是一种协同效应，而实际情况明显不是这样；另外，它仅考虑了Zn、Cu和Ni 3种元素，缺少其他数据。,离子冲量 Romero 等采用离子冲量来评价重金属的复合污染效应，与植物吸收之间进行相关分析，得到较好结果。其表达式为：式中：Ci为每种离子的浓度，m mol/g;n为每种金属离子的氧化数。可用于土壤重金属有效态的预测。,内梅罗污染指数法 该方法可用于复合污染的评价，其表达式为：PN= (P i( max)2+ mean( Pi ) 2)1/ 2 Pi (max)2 为最大单项污染指数，而mean(Pi) 为所有单项污染指数的平均值。该评价方法常常被用于区域环境调查的污染水平评价。,近年来，Chen H. M. 等再一次完善了重金属复合污染的表征方式，提出了污染综合指数的表征方法，即污染综合指数：I = X( 1+RPE ) + YDDMB / ( ZDDSB)相对污染当量：土壤重金属浓度偏离背景值的程度：土壤重金属浓