土壤污染控制与修复复习整理.doc

土壤污染控制与修复绪论第一节 土壤环境污染概述土壤的基本特征：三相体系 胶体体系 氧化还原体系 络合螯合体系 生命体系 有自净作用 一旦污染很难治理土地污染的定义：外来物质或能量的侵害，导致令人不快的或有害的后果。主要污染物：重金属 石油烃 有毒痕量有机污染物 其他工业化学品 固体废弃物 放射性核素 致病生物土地污染的方式（污染型）：水体（污灌） 大气（酸雨、工业废气排放降尘） 农业（农药、化肥、激素、地膜） 固废（矿渣、粉煤灰、垃圾、白色污染、污泥） 生物（医院废水、病死牲畜填埋）土壤污染的危害：经济损失严重 农产品品质下降 大气质量下降 导致水体富营养化 威胁农业生态安全 导致人类致病第二节 土壤环境背景值土壤环境背景值定义：土壤在未受人类活动影响时，其中的物质含量和状况。影响因素：自然因素：时间、地点、成土过程 人为因素：测试手段、测试技术意义：基础资料 评价依据 防治疾病 发展空间第三节 土壤环境容量Q定义：土壤所能容纳污染物的最大量计算：Q=差值容量+同化容量 （差值容量=（CKB）150 g/亩； 同化容量：自净作用所带来的容量）第二章 土壤污染的诊断与风险评价第一节 土壤污染诊断的概念概念：通过土壤生态系统中最具有代表性的生物指示物，快速而准确地使生态系统受害的现状得到充分反映的工作。诊断分类方法：按地点分：a实验室诊断（通过生物对化学品产生的反应，来说明土壤污染的情况。缺点：忽略了生物之间的关系。改进：微宇宙、中宇宙） b田间诊断（通过现场条件或接近现场条件下，土壤生物对污染物的反应来说明土壤污染的情况）按时间分：a急性毒性试验 b慢性毒性试验生态毒理学诊断（通过污染物所引起的土壤生态效应（系统、群落、种群等的状态）来说明土壤污染的情况。方法：将多个代表不同营养级不同食物链上敏感生物的实验结果所判定的土壤污染诊断结果进行综合，从而判定土壤的污染状况）第二节 生态毒理学诊断方法一、高等植物毒性试验：高等植物的生长情况能反应土壤生态系统的污染状况，已应用于废物倾倒点，土壤污染现场和土壤生物修复中。方法：症状法 生长（物）量法 种子发芽与根伸长抑制法 蚕豆根尖微核技术 藻类毒性试验二、敏感动物指示法：陆生无脊椎动物试验方法（野外试验法） 蚯蚓毒性试验 鱼类毒性试验三、敏感微生物诊断法：硝化细菌诊断法 发光细菌诊断法 四、生物标记物诊断法（生物标记物的定义：化学污染物导致的生物有机体的生物化学和生理学变化。 常见生物标记物：a金属硫蛋白 金属暴露 b DNA加合物 DNA损伤 c细胞色素P450 有机污染物）第三节 土壤污染的风险评价土壤污染风险评价内容：生态风险评价+健康风险评价意义：制定危险化学品管理方法和条例的基础 污染土壤修复前的基础工作生态风险评价：形式：风险=危险暴露（危险：潜在的危害性 暴露：污染物浓度，接触时间等）步骤：不良生态效应识别（通过了解污染物的有关信息，来确定其可能出现的不良生态效应） 剂量效应分析（资料调研、试验、外推分析） 生态暴露评估（土壤污染源分析、分析污染物在土壤中的时间和空间分布、分析污染物与生物的接触） 生态风险表征（工作步骤：确定表征方法，给出结论，选择结论表达方式）健康风险评价：评价原因：土壤污染物可经食物链危害人类和动物；评价的目的：估计污染物对人体、动植物、生态系统造成危害的可能性和程度大小；评价方法：ADI、ASL第三章 主要土壤环境污染及控制第一节 土壤重金属污染及其防治重金属：一般指比重4.5mg/cm3的金属，多为有色金属污染源：多为点源（采矿和冶炼；煤和石油的燃烧；化工；其他工业）土壤重金属污染的特征：主要集中在土壤的表层（020cm 土壤胶体吸附 有机质吸附） 有可变的价态（淹水、肥沃的土壤为还原性） 与土壤微生物存在相互作用（不能降解，可促进转化为金属有机化合物，毒性增强） 具有隐蔽性和永久性土壤重金属的迁移转化规律：物理迁移：机械搬运为主（水的冲刷、风的吹扬） 化学迁移：a无机胶体吸附（专性吸附：胶体本性、重金属的种类、土壤pH； 非专性吸附：胶体电荷的符号及数量）b有机胶体吸附（土壤有机质对重金属离子的络合、螯合和表面吸附）c溶解和沉淀作用（重金属难容电解质在土壤固液相间的平衡，土壤酸碱度、土壤Eh、络合效应） 生物迁移：生物富集（重金属的含量和形态、土壤状况、作物种类、伴随离子）土壤重金属污染的防治原则：施加化学沉淀剂 改变耕作制度 翻土、客土和换土 生物改良汞污染：来源：工业污染、农业污染迁移转化：土壤氧化还原状态Eh和pH决定Hg的价态；土壤胶体吸附汞；络合螯合作用；有机质对汞的螯合能力强；汞对作物的影响：植物对汞的吸收取决于东的形态而不是全量。防治措施：施加石灰（提高pH到6.5以上，使成为难溶态）；适当增施磷肥（使成正磷酸汞，降低溶解度）；慎用有机肥（避免汞蒸气危害）；水田改旱田砷污染：来源：砷矿的开采和冶炼 化学工业 农用含砷农药迁移转化：土壤氧化还原状态和pH决定As的价态；土壤胶体吸附汞；砷对作物的影响：有毒，但微量是有刺激生长和增产的作用防治措施：水田改旱田、水稻田垄作栽培或勤排浅灌、慎用有机肥第二节 土壤化学农药污染及其防治农药对土壤的污染：污染途径：直接施用、已被污染的生物带入（植株的落叶）、污水带入 在土壤中的残留性：有机氯有机磷农药在土壤中的迁移转化：土壤对农药的吸附：吸附是农药残留的主要原因，被吸附的农药在形态，迁移能力和毒性方面发生变化；有机农药在土壤溶液中多为有机阳离子；土壤胶体对农药的吸附能力，有机胶体最强；不同类型土壤对农药的吸附能力不同；农药自身特点的影响，有机阳离子，分子量大，挥发性溶度小的易被吸附；吸附解吸，pH、酸碱度、高价阳离子的存在和温度均影响解吸；土壤吸附对农药污染的意义：降低农药在土壤中的有效浓度，减轻农药对植物的污染，是暂时的净化。农药在土壤中的降解：微生物降解是主要途径，有机质含量高时微生物降解能力强；化学降解以水解和氯化反应为主；农药降解产物可能无毒，可能更毒。农药在土壤中的移动性：主要指农药在土壤中的挥发、扩散、淋溶等。迁移性强，土壤净化了但是其他环境因子污染了。农药对农业生态系统的危害：植物对农药的吸收 农药对农产品的污染与危害（发育周期改变、缺苗、颜色改变、植株形成斑点、植株形态异常、产量及品质下降） 农药对动物的危害（物种减少、杀害天敌，次要虫害上升为主要虫害）土壤农药污染的防治：减少用量（轮作和间作套作，控制覆盖度，选用抗性品种） 选用高效低毒低残留农药 提倡生物防治（生物农药、性引诱剂、基因工程、天敌人工繁育） 提倡物理防治（光、声、味）土壤有机物污染：石油污染：a污染途径：污水灌溉 大气沉降 溢油事故 车辆污染 含油固废堆放 b土壤净化：生物作用微生物降解、植物吸收，物理作用光解、蒸发、渗漏 c危害：影响作物的品质 抑制土壤酶活性 抑制土壤微生物 其他有机污染物：种类：天然有机污染物，人工合成有毒有机污染物；危害：造成土壤通气不良，影响作物根部呼吸，直接对植物产生毒作用，中间产物的危害氟污染：a来源：主要来源于矿物的开采和扩散，以及含氟工业三废；高氟地下水。 b迁移与积累：酸性土壤pH5时，活性铝离子增加，与氟离子形成+1和+2价络合离子被植物吸收而积累；碱性土壤中，以为钠离子含量高，形成NaF可溶盐，增加了污染植物和地下水的可能；氟离子因交换能力强，在土壤中可与正电荷胶体形成稳定的配体化合物或难容的盐，从而积累于土壤。c危害：主要表现为慢性积累危害。d防治：污染源应远离养殖区和人类居住区、酸性土壤可施石灰降低活性氟、碱性土壤可施石膏降低氟离子的含量、改种耐氟的棉花等。土壤放射性污染：a来源：核试验、核泄漏、放射性矿物的开采和冶炼、放射性同位素的生产和应用 b积累：土壤中放射性物质的归宿是衰变 c危害：引起病变、引发肿瘤、引起基因突变和染色体突变 d防治：防：研发核聚变以减少核裂变，遵守规定，加强核三废的管理，停止核试验，新能源。治：施加土壤改良剂、施加化学肥料第四章 土壤污染的修复修复的含义：通过各种技术手段，是得污染土壤已丧失的生产功能及其他功能得以恢复。修复技术：植物修复 微生物修复 化学修复 物理修复 综合修复第一节 植物修复植物修复的定义：利用植物及其根际微生物体系的吸收挥发，降解等作用来清楚环境中污染物的一种新技术。植物修复的类型：植物提取修复：利用超富集植物的超量吸收，再将植物收获，如此反复至污染物含量下降到可接受的水平。 植物挥发修复：挥发性污染物植物吸收以气态物质释放入大气。 植物稳定修复：通过植物根系分泌物来积累和沉淀根际圈的污染物，使其丧失生物有效性，并防止污染物向下淋移或向周围转移。 植物降解修复：主要针对有机物，一般有两种形式：吸收降解（矿化，挥发，贮藏，解毒等）；根际分泌物解毒。仅适用于结构简单的有机物，有较高的去除率。 根际圈生物降解修复：利用根际圈的真菌、细菌等微生物的降解作用达到有机污染物的修复目的。植物修复的技术强化：修复植物的搭配种植，以多种植物同时修复多种污染物，提高效率 活化重金属，提高土壤溶液中重金属的浓度 为植物的生长创造良好条件 缩短修复周期植物修复的局限性和问题：植物的耐受是有限度的 超过根际作用范围的土壤污染难以修复 修复植物多为野生植物，种子收集困难，修复完成后会像杂草般影响作物的生长 动物对修复植物的取食有安全问题 生物量处理问题尚未解决 修复植物生长期一般较长，难以快速修复 受季节变化的影响大选植物时应该注意哪些问题：生物量大，速生 根系发达 易于收割 避免进入食物链，不危害生态 有经济效应污染植物修复进展：有机污染物植物修复 重金属污染的植物修复：提取修复、挥发修复、稳定修复修复植物的筛选和改进：修复：常用方法：野外采样分析法方便、快速；土壤盆栽模拟法易于操作；微量分析法标本馆采样方便，但易漏选，量小可信差；野外试纸初步诊断法 性能改进：利用作物育种技术加以改进；化学强化第二节 微生物修复场地条件：主要是各种运行条件和因子的调控。a基本条件：氧化（有机化合物降解在好氧条件下进行） 水分与湿度 营养元素（施加有机、无机肥料可促进微生物降解） 温度（影响微生物的生长和代谢） 土壤pH 污染物的特征 微生物接种（1存在土著微生物不易降解的污染物 2污染物浓度过高或有金属抑制土著微生物 3需要对事故性污染现场进行迅速生物修复 4污染物降解中间产物毒害土著微生物 5难降解污染物的低浓度现场）筛选和培养接种菌应注意一下几点：1接种菌的生态适应性 接种菌应在现场环境相似的条件下培养 2接种菌进入土壤后数量会减少，故需给予高接种量，以保证足够的存活率和种群数量，但费用提高 3对石油烃的微生物降解，土壤状况有影响，但尚未有系统的研究b自然无色修复的场地条件：对现场土壤进行调查和分析 对现场有降解作用的微生物做详细的调查 通过现场监督，检验自然微生物修复的效率c工程微生物修复的场地条件：工程微生物修复是一种利用现场工程化改造加速污染土壤中微生物活动的修复方法，其战略是分离和控制现场的各个点使成为原位生物反应器。条件：进行地下水循环的系统，含有污染物的地段的水力传导率要大于每秒0.0001cm 进行气体循环的系统，整体渗透性大于0.000000001cm2 高浓度有机污染物(石油产品和含氯溶剂)每公斤风干土 小于810g.否则会在亚表层有机液体层,限制液体和气体的通过微生物修复的主要工艺：原位处理工艺：这种工艺常常需要各种工程化措施加以强化，以提高处理的效果。如：泵处理（P/T技术）生物通气（Bioventing）渗滤（Percolation）空气扩散（1）泵处理：在污染区域需钻井，一般钻两组井：一组为注入井，用以提供微生物，水，养料，电子受体等。一组为抽水井，造成地下水在地层下的流动，促进营养物的运输和微生物的分布。该工艺的特点：简单，费用较低。但因强化措施少，处理的时间较长。该工艺的适用：土壤污染状况已较稳定的土壤，或污染面积较大的地区。（2）生物通气：一般至少打两口井，分别安装鼓风机和真空泵。这种强化措施的作用有：去处土壤中的挥发性毒物、排出土壤中的二氧化碳并补充氧气、提供养料和水。这种强化措施的适用：各种污染土壤。特别适用地下储油（物）罐泄漏造成的污染。（3）渗滤工艺和空气扩散：渗滤是将抽吸上来的地下水加入营养物和微生物后，散布在土壤表面，经渗滤到达土壤深层或地下水，在这过程中去除污染物。空气扩散则是直接将空气通过管道注入土壤和地下水，并分批加入养料或降解菌，使污染物降解。（4）三种工艺的共同优点：工艺路线和处理过程都较简单。处理费用低。对周围环境影响小，生态风险小。非原位修复工艺：土地耕作、堆肥化、挖掘堆置（1）土地耕作(Land-farming)：将污染土以1030厘米的厚度铺于非透性的垫层和沙层土上，淋洒降解菌及营养物，定期翻土充氧，并收集渗漏液回淋，以彻底清除污染物。（2）挖掘堆置处理工艺：也称处理床（Treatment bed）或预备床（Prepared bed）,就是将污染土运输到事先准备好的工程场地堆放成斜坡，经处理后再运回原地。预备的工程场地可简单可复杂，依经济和处理要求而定。用于土壤污染初期限制污染物扩散和迁移，减少污染范围。但费用高。（3）堆肥修复工艺（ composting bioremediation ）： 将污染土壤和有机废物混合后堆置，靠堆肥过程中的微生物作用降解土壤中的难以降解的有机污染物。方法有三种：污染土和堆肥原料混合堆置（从无到有）、污染土和已堆制过的材料混合堆置（已有）、污染土中施用堆肥产品（已有）反应器处理修复工艺：类似于污水处理，处理后的土壤脱水后再运回原地。产生的水根据水质或直接排放或送入处理厂处理后排放。反应器有两种类型：生物反应器、土壤泥浆反应器（ 1 ）生物反应器：注意：有机污染物与土壤吸附时，需用易降解的有机溶剂或表面活性剂洗脱下。降解菌形式是生物膜或絮状体，为强化对目标污染物的降解可以外起源投加。（ 2 ）土壤泥浆反应器：也叫液固接触式（ Liqid Solid Contact LSC ）方法。序批式。 第一 单元：将土壤，降解菌 ， 营养物，水表面活性剂等混合，形成土壤固体为20-25 混合相。第二单元：初步处理，完成大部分污染物的生物降解。第三单元：深度处理。三种生物修复方法的比较：以同一种污染物的污染土壤用三种方法处理,进行比较。生物反应器处理效果最佳,比原位处理高25%以上,速率最快,比原位处理快一倍,比较顺序如下：生物反应器 非原位处理 原位处理；考虑经济,简便等因素,根据不同情况选择不同生物修复的方法.第三节 土壤污染的化学修复定义：利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应,使污染物被降解和毒性被降低的修复技术,称化学修复.化学修复剂: 氧化剂,还原剂,沉淀剂；修复剂形态: 气体,液体和活性胶体；技术要点: 将化学修复剂渗透到土壤表层以下.； 技术手段：井注射(传统),各种创新技术,如土壤深度混合,液压技术等；技术类型：原位化学淋洗、 异位化学淋洗、溶剂浸提、化学氧化修复、化学还原和还原脱氯、土壤性能改良修复；技术特点：快捷, 积极, 对污染物的类型和浓度不敏感等.原位化学淋洗技术：1. 技术路线：水力压头推动清洗液溶解污染物抽提清洗液 分离污染物及污水处理循环或排放。2. 技术关键：提高土壤中污染物的溶解性和可迁移性是该技术的关键。一般用表面活性剂处理有机污染物；用螯合剂或酸处理重金属. 3. 适用范围：(1) 土壤类型：多孔隙,易渗透的土壤. 如沙地沙砾土壤,冲击土和滨海土等. 推荐水传导系数 0.001cm/s的土壤，红壤和黄壤等因质地较细,与污染物吸附较强,需多次淋洗. (2) 污染位置：地下水位以上的吸附态污染物. (3) 污染物类型: 最适合用于重金属,易挥发卤代有机物和非卤代有机物污染；低辛烷 / 水分配系数的较适合. (4) 淋洗液类型：水、水加添加剂、 有机溶剂(不提倡用于原位) 4. 淋洗系统：由三部分组成 (1).加液设备：a地面实施-用漫灌,沟渠或喷洒等,适合处理深度4米内的污染物.地势平坦,坡度 3% ；b地下注射-用浸渗沟和浸渗床等,先挖空土再填粗沙砾形成区域,靠压力驱动可使淋洗液纵横向分散 (2)下层淋出液收集系统：包括抽提井,物理屏障等。物理屏障用于收集水量过大时。(3) 淋出液处理系统： 可在原位可运至处理厂.一般原则：易挥发有机物活性炭柱；难挥发有机物活性炭柱,生物处理；重金属化学沉淀,离子交换异位化学淋洗技术：主要用于重金属和多环芳烃污染土壤的修复溶剂浸提技术：异位技术, 序批式, 处理量可达125 t /d.；优点:可处理难以从土壤中除去的污染物，适用于，等，不适用于重金属和无机物原位化学氧化修复技术：适用于有机污染物的土壤的修复优点是修复完成后只在原污染区留下水和等无害物质原位化学还原修复技术：适用于地下水的污染治理利用还原剂的注入造成一个还原区，将污染物还原为难溶态，而难以在土壤迁移，同时可使其生物有效性降低土壤性能改良技术：主要适用于重金属（如前）第四节. 土壤污染的物理修复主要包括以下方法：物理分离 蒸汽浸提 固定 / 稳定化修复 玻璃化修复 低温冷冻修复 热力学修复 电动力学修复一. 物理分离： 是一项无机物污染修复的技术，特别是针对重金属污染，一般作为土壤污染修复的初步处理，难以达到修复要求，其作用有两个：初步分选、减少体积1. 分离原理：根据粒级（粗砂，细砂和粘粒等），粒径，形状用筛子分离。根据水动力学原理，将不同沉降速率和不同密度的颗粒分离。根据污染物或颗粒是否有磁性进行分离。2. 方法举例（1）格筛，震动筛等。（2）淘洗机（原理）（3）泡沫浮选：气体在泥浆池中升流，选择性黏附特定的颗粒升至上部形成泡沫而得以收集分离。3. 方法特点：（1）原位挖掘修复，设施通常是流动单元。（2）工艺简单，费用较低。（3）处理能力一般在9-450立方米 / 天。二. 土壤蒸汽浸提修复1. 原理：通过降低土壤孔隙的蒸汽压，使土壤污染物转化为蒸汽而去除。2. 方法有两大类：一是挖提取井，真空泵抽提造成负压，驱使空气通过土壤孔隙将污染物解吸并带出土壤。适合在水不饱和土层进行。二是空气注射井+提取井真空泵抽提，这是一的改进和拓展，使之可用地下水和饱和土层。甚至可注射热空气或蒸汽以提高挥发性组分的驱除率。该技术使用大约10年。3. 适用：该技术适用于高挥发性化学污染的土壤的修复。如汽油，苯类，四氯乙烯等有机物的污染。（VOCs）三. 固化 / 稳定化修复（solidification/stabilization）：该方法通常用于重金属和放射性污染土壤的无害化处理。也用于底泥修复。可原位可异位。 固化：通过机械的方法将污染土壤密封隔离起来，从而消除或减低污染物暴露，泄露和释放的表面积，达到控制污染物迁移的目的。可以是土壤压缩，也可以是容器封装，也可以浇水泥等使