第四章-土壤环境与污染.ppt

第四章土壤环境与污染 土壤是自然环境要素的重要组成之一 它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部分 具有支持植物和微生物生长繁殖的能力 称作土壤圈 土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物质能力 所以土壤又是保护环境的重要净化剂 这就是土壤的两个重要的功能 简介 4 1土壤环境概述 土壤是地球陆地表面具有肥力 植物能够生长的疏松表层 是由岩石经风化发育而成的历史自然体 土壤具有供应与调控植物根系所需水 气 热和养料的能力 土壤肥力 所以它是绿色植物生长的基地 是人类世世代代赖以生存和繁衍的不可缺少的环境条件和极其宝贵的自然资源 土壤还具有同化和代谢外界进人土壤中物质的能力 净化力 所以土壤又是环境的重要净化剂 4 2土壤的组成 土壤的组成物质极其复杂多样 土壤的组成包括固相 矿物质和有机质 液相 土壤水分或溶液 和气相 土壤空气 等三相物质有机地组合在一起构成的一种疏松多孔体 固相物质包括矿物质 有机质和土壤生物 在固相物质之间 为形状和大小不同的孔隙 孔隙中存在水分和空气 1 土壤矿物质 土壤矿物质是岩石经过物理和化学风化的产物 主要元素O Si Al Fe C Ca K Na Mg Ti N S P等 原生矿物 原生矿物质直接来源于岩石受不同程度的物理风化做形成的碎屑 构成土壤骨架 提供营养元素 主要包括四类 a 硅酸盐类矿物 主要种类有 长石KAlSi3O8 云母K Si3Al Al2O10 OH 2 辉石 Mg Fe SiO3 角闪石 Mg Fe 7 Si4O11 2 OH 2 橄榄石 Mg Fe 2SiO4等 特点 大多不稳定 易风化 易风化成盐 释放K Ca Na Mg b 氧化物类 石英SiO2 金红石TiO2 赤铁矿Fe2O3 特点 相当稳定 不易风化性质稳定 c 硫化物类 土壤中只含FeS2化合物 黄铁矿 白铁矿 特点 极易风化 是土壤中硫元素主要来源 d 磷酸盐类 氟磷石Ca5 PO4 3F 氯磷灰石Ca PO4 3Cl 特点 易风化 是土壤中氟元素的主要来源 提供无机磷 氧化 水解 岩石化学风化的过程 酸性水解 络合 次生矿物 由原生矿物化学风化后形成 具有胶体性质 为无机胶体或粘粒 可分为 1 简单盐类方解石 白云石 CaCO3MgCO3 石膏 CaSO4 泻盐 MgSO4 水氯镁石 MgCl2 芒硝 Na2SO4 等 2 水合氧化物Fe2O3 H2O Al2O3 3H2O以及游离硅酸等3 次生硅酸盐次生硅酸盐类矿物 蒙脱石 高岭石 伊利石 长石类风化形成 是粘粒矿物主要成分 2 土壤有机质 土壤有机质是土壤形成的主要标志 土壤肥力的表现 土壤中含碳有机物的总称包括 活体 根系 土壤中的生物 细菌 藻类和原生动物等 非活体非腐殖质一类是组成生物残体的各种有机化合物 称为非腐殖质 约占土壤有机质总量的30 40 非腐殖物质包括糖类 蛋白质 维生素 氨基酸 有机酸等 腐殖质 土壤中特有的有机物 由植物经微生物降解转化而成 不属于有机化学中现有的任何一类 包括腐殖酸 富里酸和胡敏素等 它们普遍存在于土壤 腐熟的有机肥料 各种地面水体的底泥和煤炭之中 土壤腐殖质占土壤有机质总量的60 70 3 土壤水分 土壤的水分是土壤的重要组成部分 这些水充当了土壤中所发生各种化学反应的介质 对于岩石风化 土壤形成 植物生长有着决定性意义 土壤中的水分并不纯净 当水分进入土壤后 即和土壤中其他组成物质发生作用 土壤中的一些可溶性物质 如盐类和空气都将溶解在水里 这种溶有盐类和空气的土壤水 称为土壤溶液 土壤溶质包括 无机胶体 有机胶体 无机盐类 有机化合物 配合物 溶解气体土壤水分的意义 土壤水分既是植物营养物的来源 也是污染物向其他圈层迁移的媒介 土壤水分存在的形式 土壤颗粒表面有很强的粘附力 土壤颗粒吸附的水分称吸着水 几乎不移动 不被植物吸收 外层的膜状水称内聚水或毛细管水 是植物生长的主要水源 4 土壤空气 土壤空气也是土壤的重要组分之一 它对土壤微生物活动 营养物质的转化以及植物的生长发育都有重大的作用 因此 土壤空气的状况是决定土壤肥力的重要因素之一 土壤是多孔体系 土壤空气存在于未被水分占据的土壤空隙中 这些气体主要来源于大气 其次是产生于土壤内发生的化学和生物化学过程 土壤空气组成与大气基本相似 主要成分都是CO2 O2 N2 土壤空气有异于大气之处是 特性 不连续性 存在于土粒间隙之间 湿度更高 O2少 CO2多 有机质腐烂分解 大气土壤O221 v v 15 CO20 03 几 有还原性气体 H2S NH3 H2 CH4 厌氧细菌和污染物等存在 4 3土壤的理化性质 4 3 1土壤的酸碱度 土壤的酸碱度是土壤的重要的化学性质之一 1 土壤酸度根据土壤中H 离子的存在方式 土壤酸度可分为活性酸度和潜性酸度两大类型 1 活性酸度土壤活性酸度是自由扩散到土壤溶液中的氢离子浓度直接反映出来的酸度 氢离子的浓度越大 活性酸的酸度越强 通常用pH表示活性酸 这是一个强度指标 土壤溶液中氢离子的来源 主要是土壤中CO2溶于水形成的碳酸和有机物质分解产生的有机酸 以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸 还有施用的无机肥料中残留的无机酸 如硝酸 硫酸 磷酸等 此外 大气污染形成的大气酸沉降 也会使土壤酸化 所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源 2 潜性酸度土壤潜性酸度是由于土壤胶体吸附的H 和A13 所造成的 这两种致酸离子只有在通过离子交换作用产生H 进入土壤溶液时 才显示出酸性 所以它们是土壤酸度的潜在来源 故称之为潜性酸度 根据测定土壤潜性酸度所用的提取液 可以把潜性酸度分为交换性酸度和水解酸度 土壤胶体 H KCl 土壤胶体 K HCl 土壤胶体 Al3 3KCl 土壤胶体 3K AlCl3AlCl3 H2O Al HO 3 3HCl 用过量的中性盐 KCl NaCl等 淋洗土壤 溶液中金属离子与土壤中H Al3 离子交换 代换性酸度 用强碱弱酸盐淋洗土壤 溶液中金属离子可将土壤胶体吸附的H Al3 离子代换出来 同时生成弱酸 此时测定该弱酸的酸度称水解性酸度 水解性酸度 NaAc H2O HAc Na OH 土壤胶体 Al3 H 4NaAc 土壤胶体 4Na Al OH 3 4HAc代换性酸度只是水解性酸度的一部分 因此水解性酸度高于代换性酸度 活性酸度和潜性酸度二者的关系活性酸度与潜性酸度是存在于同一平衡体系的两种酸度 二者可以相互转换 一定条件下可处于暂时平衡 活性酸度是土壤酸度的现实表现 土壤胶体是H Al3 的储存库 因此潜性酸度是活性酸度的储备 2 土壤碱度土壤溶液中的OH 离子 主要来源于碱金属和碱土金属的碳酸盐类 土壤溶液之所以出现碱性反应 是由于土壤溶液中存在水解性的弱酸强碱盐类 其中最多的弱酸根是碳酸根和碳酸氢根 因此 通常皆以碳酸根和碳酸氢根的含量 作为土壤液相碱度的指标 碳酸盐碱度和重碳酸盐度之和称为总碱度 可用中和滴定法测定 不同碳酸盐和重碳酸盐对碱度的贡献不同 CaCO3 MgCO3难溶 石灰性土壤pH7 5 8 5 Na2CO3pH 10 NaHCO3 Ca HCO3 2pH7 5 8 5 4 3 2 土壤的缓冲性 土壤具有一定的抵抗 缓冲 土壤溶液中H 或OH 离子浓度改变的能力 称为土壤的缓冲性 土壤的缓冲性也是土壤的重要性质之一 土壤缓冲性主要来自土壤胶体及其吸附的阳离子和土壤所含的弱酸及其盐类 土壤中含有多种弱酸及弱酸强碱盐 两性物质 如氨基酸 构成缓冲体系 土壤的缓冲性可使土壤避免因施肥 微生物和根的呼吸 有机质的分解等引起土壤酸碱度的剧烈变化 为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境 对植物的正常生长和微生物的生命活动都有重要意义 1 土壤溶液的缓冲作用 pH6 2 7 8 土壤溶液中含有碳酸 硅酸 磷酸 腐殖酸和其它有机酸及其盐类 构成很好的缓冲体系 2 土壤胶体的缓冲作用土壤胶体吸附有各种阳离子 盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用 土壤溶液的缓冲作用 pH6 2 7 8 土壤溶液中含有碳酸 硅酸 磷酸 腐殖酸和其它有机酸及其盐类 构成很好的缓冲体系 特别某些有机酸是两性物质 如 蛋白质 氨基酸 胡敏酸等 土壤胶体的缓冲作用土壤胶体中存在有代换性阳离子土壤胶体 M HCl 土壤胶体 H MCl 缓冲酸 土壤胶体 H MCl 土壤胶体 M HCl 缓冲碱 土壤胶体的数量和盐基代换量越大 土壤的缓冲能力越强 代换量相当时 盐基饱和度越高 土壤对酸的缓冲能力越大 反之 盐基饱和度减小 土壤对碱的缓冲能力增加 有些学者认为酸性土壤中单独存在的Al3 也起缓冲作用 酸性土壤 pH 5 中Al H2O 63 与碱作用 当加入碱使土壤溶液中OH 继续增加时 Al3 周围水分子继续离解H 中和OH 使土壤pH不致发生大的变化 铝离子对碱的缓冲作用 以上原因导致Al3 的增加 Al对土壤的危害 三价Al与土壤胶体结合能力强 易排挤其它阳离子使其进入土壤溶液而遭受淋溶损失 研究表明 土壤对植物的酸害实际是铝害 过多的铝离子抑制植物生长 4 3 4 土壤的吸附性能 土壤的吸附性能是指土壤具有吸收和截留一些物质的能力 土壤的吸附性能主要是指土壤胶体的吸附性能 直径在1nm 100nm之间的颗粒一般称为胶体 土壤是一种多类胶体微粒共存的分散系 胶体是土壤形成过程中的产物 包含各类粘土矿物质微粒和腐殖质 蛋白质等有机高分子 以及铝 铁 锰 硅等水合氧化物等无机高分子 土壤胶体具有巨大的比表面和巨大的表面能 带有电荷 具有凝聚性和分散性 1 土壤胶体的性质 直径1 100nm 土壤胶体具有极大的比表面积和表面能蒙脱石比表面积最大 600 800m2 g 高岭石最小 7 30m2 g 有机胶体比表面积也大 700m2 g 胶体表面分子与内部分子所处的状态不同 受到内外部两种不同的引力 因而具有多余的自由能即表面能 这是土壤胶体具有吸附作用的主要原因 比表面积愈大 表面能愈大 胶体的吸附性愈大 土壤胶体的电性土壤胶体微粒一般带负电荷 形成一个负离子层 决定电位离子层 其外部由于电性吸引而形成一个正离子层 反离子层或扩散层 即合称双电层 土壤胶体的凝聚性和分散性由于土壤胶体微粒带负电荷 胶体粒子相互排斥 具有分散性 负电荷越多 分散性越强 另一方面土壤溶液中含有阳离子 可以中和负电荷使胶体凝聚 同时由于胶体比表面能很大 为减少表面能 胶体也具有相互吸引 凝聚的趋势 2土壤胶体的离子交换吸附 土壤胶体扩散层中的补偿离子 可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换 称离子交换 或代换 作用 包括阳离子交换吸附和阴离子交换吸附 土壤胶体的阳离子交换吸附 可逆过程 土壤胶体微粒带负电荷 表面可吸附阳离子 可与土壤溶液中另一些阳离子发生交换 可交换阳离子 致酸阳离子 Al3 H 盐基阳离子 Ca2 Mg2 K Na 等 盐基饱和土壤 土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离子时 这种土壤称为盐基饱和土壤 土壤胶体的阴离子交换吸附带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离子交换 易被吸附的阴离子是PO43 H2PO4 HPO42 等 与带正电荷的土壤胶体中阳离子Ca2 Fe3 Al3 等结合生成难溶性化合物而被强烈吸附 4 4土壤环境污染 土壤污染研究一直是环境科学研究的一个重点 日本是世界上土壤污染发现最早 也是污染较为严重的国家之一 但土壤污染研究是在经历土壤镉污染造成的 骨痛病 等环境事件后 于二十世纪60 70年代才步入正轨 我国土壤污染研究经历了两个典型时期 二十世纪70年代主要研究了以农药为主的有机物造成的土壤污染 底泥重金属污染和污水灌溉对农田系统带来的影响 80年代国家组织全国范围内的土壤背景值调查和环境容量研究等工作 这个时期的研究成果得到系统化 理论化 为土壤质量评价及土壤污染控制奠定了基础 4 4 1 土壤环境背景值 土壤本底值 土壤环境背景值是指未受人类活动 特别是人为污染 影响的土壤环境本身的化学元素组成及其含量 现在所获得的土壤环境背景值也只能是尽可能不受或少受人类活动影响的数值 因而 所谓土壤环境背景值只是代表土壤环境发展中一个历史阶段的 相对意义上的数值 4 4 2 土壤环境容量土壤环境容量可定义为一定环境单元 在一定时限内 遵循环境质量标准 在既保证农产品产量和生物学质量 又使环境不至于被污染的条件下 土壤所能容纳污染物的最大负荷量 即土壤环境容量是指土壤环境中允许承纳污染物的最大负荷量 4 4 3 土壤的自净作用土壤的自净作用 又称土壤的自然净化作用 是指土壤利用自身的物理 化学及生物学特性 通过吸附 分解 迁移 转化等作用 使污染物在土壤中的数量 浓度或毒性 活性降低的过程 土壤净化是环境自净能力的一种 通过生物和化学降解 污染物变为毒性较小或无毒的物质 甚至有营养的物质 土壤的自净作用包括物理净化作用 物理化学净化作用 化学净化作用 生物净化作用四个方面 也就是通过在土壤环境中发生物理 物理化学 化学和生物化学等一系列反应过程 促使污染物质逐渐分解或消失 4 4 3土壤污染 人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度 引起土壤质量恶化 并进而造成农作物中某些指标超过国家标准的现象 称为土壤污染 土壤污染的特点 1 土壤污染具有隐蔽性和滞后性 大气污染 水污染和废弃物污染等问题一般都比较直观 通过感官就能发现 而土壤污染则不同 它往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测 甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定 因此 土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间 如日本的 痛痛病 经过了10 20年之后才被人们所认识 3 土壤污染具有不可逆转性 重金属对土壤的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 譬如 被某些重金属污染的土壤可能要100 200年时间才能够恢复 2 土壤污染的累积性 污染物质在大气和水体中 一般都比在土壤中更容易迁移 这使得污染物质在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释 因此容易在土壤中不断积累而超标 同时也使土壤污染具有很强的地域性 4 土壤污染很难治理 如果大气和水体受到污染 切断污染源之后通过稀释作用和自净化作用也有可能使污染问题不断逆转 但是积累在污染土壤中的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除 5 治理污染土壤通常成本较高 治理周期较长 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 有时要靠换土 淋洗土壤等方法才能解决问题 其他治理技术可能见效较慢 因此 治理污染土壤通常成本较高 治理周期较长 鉴于土壤污染难于治理 而土壤污染问题的产生又具有明显的隐蔽性和滞后性等特点 因此土壤污染问题一般都不太容易受到重视 土壤污染防治措施 在对土壤污染问题有了较深刻的认识之后 人们对土壤本身污染的治理也作出了很多努力 控制和消除污染源是防治污染的根本措施 除制订相应政策法令以降低土壤遭受污染的可能和程度外 还提出了以下一些常用的方法 1 沉降法将取自于天然水体 如河水 的灌溉用水 先引入一沉降池 以除去水中吸附了有害物质的颗粒物 2 稀释法将污染灌溉水以清净的水稀释到无害程度的方法 对酸性强的灌溉用河水同时使用稀释法和加药剂的方法可收到更好的效果 3 铺垫客土法是对受污染的本土在其上层铺垫一层非污染客土的方法 4 排土法将污染土层移去 用作敷设道路路基 建筑物地基等的方法 5 混层法和倒转层法 将表层污染土与下层清洁土经翻耕后两相混合的方法 使用这种方法实际上是对污染土起了掺稀的作用 在表土污染程度较高的情况下 甚至可采用倒转层法 即将上下土层易位的方法 6 土壤改良法 主要是用化学类方法 例如向土壤投加石灰 磷酸盐 硅酸盐等化学物质 能达到改性土壤的目的 4 5化学农药污染 4 5 1农药的种类农药是指用于预防 消灭或者控制危害农业 林业的病 虫 草害等有害生物 以及有目的地调节植物 昆虫生长的化学药品 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 农药根据防治对象和主用途不同 可分为杀虫剂 杀菌剂 杀螨剂 引诱剂 杀线虫剂 杀鼠剂 除草剂 脱叶剂 植物生长调节剂等 根据原料来源可分为矿物源农药 无机化合物 生物源农药 天然有机物 抗生素 微生物 及化学合成农药三大类 矿物源农药是起源于天然矿物原料的无机化合物和石油的农药 矿物源农药是起源于天然矿物原料的无机化合物和石油的农药 它包括砷化物 硫化物铜化物 磷化物和氟化物 以及石油乳剂等 目前使用较多的品种有硫悬浮剂 波尔多液等 生物源农药是指利用生物资源开发的农药 如除虫菊素 乙烯利等 化学合成农药由人工研制合成 并由化学工业生产的一类农药 其品种繁多 常用的约300种 应用范围广 药效高 根据加工剂型可分为粉剂 可湿性粉剂 可溶性粉剂 乳剂 乳油 浓乳剂 熏烟剂 熏蒸剂等 4 5 2禁止使用农药的种类 人们在20世纪30年代先后发现2 4 D 2 4 二氯苯氧乙酸 具有清除杂草的能力 DDT 双对氯苯基三氯乙烷 具有杀虫的功效 从此开始了农药使用的时代 目前 世界范围年产农药约200多万吨 种类数达500之多 大量生产又广泛应用的约有50种 自20世纪40年代广泛应用以来 累计已有数千万吨农药散入环境 大部分进入土壤 施用农药确实能对农作物的增产增收起重要作用 但世界范围内连年大量使用农药 引起许多不良后果 如药效随害虫抗药性不断增强而相对降低 施用农药对抑制害虫的天敌也有毒杀作用 从而破坏了农业生态平衡 更为重要的是由施用农药而引起环境污染 并通过食物链使农作物或食品中的残毒引入人体 危及人体健康 多数农药有很强脂溶性和很弱水溶性 可通过食物链在生物体中高度富集 从已经使用的农药中 筛选出危害性大的有毒污染物的作为控制对象 称为优先污染物 优先污染物具备的条件 1 难以降解 在环境中有一定的残留水平 如DDT 六六六等 2 具有生物积累性 3 具有三致作用 致癌 致畸 致突变 4 高毒 高残留的农药 5 对人体和生态环境构成潜在的威胁 根据这样的原则 国家明令禁止使用的农药 六六六 HCH 滴滴涕 DDT 毒杀芬 二溴氯丙烷 二溴乙烷 EDB 除草醚 艾氏剂 狄氏剂 汞制剂 砷 铅类 敌枯双 氟乙酰胺 甘氟 毒鼠强 氟乙酸钠 在蔬菜 果树 茶叶 中草药材上不得使用和限制使用的农药 甲胺磷 甲基对硫磷 对硫磷 久效磷 磷胺 甲拌磷 甲基异柳磷 特丁硫磷 甲基硫环磷 治螟磷 内吸磷 克百威 涕灭威 灭线磷 硫环磷 蝇毒磷 地虫硫磷 氯唑磷 苯线磷19种高毒农药不得用于蔬菜 果树 茶叶 中草药材上 三氯杀螨醇 氰戊菊酯不得用于茶树上 任何农药产品都不得超出农药登记批准的使用范围使用 4 5 3化学农药在土壤中的残留 农药在土壤中虽经挥发 淋溶 降解而逐渐消失 但仍有一部分残留于土壤中 人们比较关心的是农药在土壤中的残留量和残留期 因为农药在环境中的残留 是导致农药对环境污染和生物危害的根源 农药在土壤中的残留量 既与农药的施用量有关 也取决于农药在土壤环境中的行为 农药按残留特性可分为 容易在植物体内残留的农药即植物残留性农药如六六六等 容易在土壤中残留的农药如艾氏剂 狄氏剂等 易溶于水 能长期残留在水中的农药如异狄氏刑等 所谓农药残留 是指施用农药以后在食品内部或表面残存的农药 包括农药本身 农药的代谢物和降解物 以及有毒杂质等 人吃了有残留农药的食品后而引起的毒性作用 叫做农药残留毒性 按残留时间长短 可分为无残留性农药 残留期1 12个月 中残留性农药 残留期12 18个月 长残留性农药 残留期2 5年 永久残留性农药 在外界环境中不易被分解破坏 农药在土壤中的残留期 随它们的化学性质及分解的难易程度不同而差别悬殊 一般用以说明农药残留持续性的标志是农药在土壤中的半衰期和残留期 前者指施药后土壤中残留农药消失 半所需时间 后者指消失75 一100 所需时间 有机氯农药化学性质稳定 其半衰期达数年之久 故已被越来越多的国家禁止使用 而有机磷农药及氨基甲酸酯类杀虫剂 残留期只有几天或几周 所以它们在土壤中很少有积累 从环境保护的角度看 各种化学农药的残留期越短越好 以免造成对环境的污染进而通过食物链危害人体健康 但从植物保护来说 如果残留期太短 就难以达到理想的杀虫 治病 灭草的效果 因此 对于农药残留期问题的评价 要从防治污染和提高药效两方面考虑 最理想的情况是 农药的毒性保持的时间长到足以控制作为其目标的生物 而又衰退得足够快 对非目标生物无持续影响 并不使环境遭受污染 4 5 4农药污染危害 农药是一类特殊的化学品 它既能防治农林病虫害 也会对人畜产生危害 因此 农药的使用 一方面造福于人类 另一方面也给人类赖依生存的环境带来了严重危害 据文献报道 农药利用率一般为10 约90 的残留在环境中 造成对环境的污染 大量散失的农药挥发到空气中 流入水体中 沉降聚集在土壤中 严重污染农畜渔果产品 并通过食物链的富集作用转移到人体 对人体产生危害 农药可以间接对人体造成危害 间接途径就是农药对环境造成污染 经食物链的逐步富集 最后进入人体 引起慢性中毒 农药主要由三条途径进入人体内 一是偶然大量接触 如误食 二是长期接触一定量的农药 如农药厂的工人 周围居民和使用农药的农民 三是日常生活接触环境和食品 化妆品中的残留农药 后者是大量人群遭受农药污染的主要原因 环境中大量的残留农药可通过食物链经生物富集作用 最终进入人体 农药对人体的危害主要表现为三种形式 急性中毒 慢性危害和 三致 危害 农药经口 吸呼道或接触而大量进入人体内 在短时间内表现出的急性病理反应为急性中毒 长期接触或食用含有农药残留的食品 可使农药在体内不断蓄积 对人体健康构成潜在威胁 即慢性中毒 可影响神经系统 破坏肝脏功能 造成生理障碍 影响生殖系统 产生畸形怪胎 导致癌症 农药在人体内不断积累 短时间内虽不会引起人体出现明显急性中毒症状 但可产生慢性危害 农药慢性危害虽不能直接危及人体生命 但可降低人体免疫力 从而影响人体健康 致使其它疾病的患病率及死亡率上升 国际癌症研究机构根据动物实验确证 18种广泛使用的农药具有明显的致癌性 还有16种显示潜在的致癌危险性 越战期间 美军在越南喷洒了大量植物脱叶剂 致使不少接触过脱叶剂的美军士兵和越南平民得了癌症 遗传缺陷及其它疾病 大量使用农药 在杀死害虫的同时 也会杀死其它食害虫的益鸟 益兽 使食害虫的益鸟 益兽大大减少 从而破坏了生态平衡 经常使用农药 使害虫产生了抗药性 导致用药次数和用药量的增加 加大了对环境的污染和对生态的破坏 由此形成滥用农药的恶性循环 使用农药不仅不能从根本上除掉害虫 反而会加速害虫的进化 加强它们的抗药性 甚至会产生无法用农药消灭的害虫 鸟类是农药的最大受害者之一 农药直接造成的蜜蜂的大量死亡 不仅直接降低蜂蜜产量 还使作物传粉率降低 影响作物产量和质量 4 5 6滴滴涕 DDT 滴滴涕是第一个大量使用的有机合成杀虫剂 DDT的合成是1847年有德国著名化学家蔡德勒完成的 当时人们并没有发现它有什么用途 蔡德勒合成它完全是出于对反应研究和化合物结构的兴趣 1939年 瑞士化学家保罗 赫尔曼 缪勒经过4年多的苦苦探索 终于发现一种名叫 二氯二苯基三氯乙烷 即滴滴涕DDT 的化合物对昆虫具有很好的致死作用而对大多数生物无害 为之申请了专利 DDT自1939年发现它的杀虫活性 其应用范围的研究很快从各个角度展开 对其进行进一步的研究 发现它具有下列特性 对害虫毒性很高 对温血动物及植物无害 无刺激性及气味极淡 能广泛施用 化学性质稳定且残效期长 廉价且容易大量生产 DDT的这些特性后来甚至成为评价有机化合物是否能够称得上理想杀虫剂的重要依据 当时DDT被学术界认定为安全的 无风险的杀虫剂 当时DDT被学术界认定为安全的 无风险的杀虫剂 1942年 DDT开始在市场上公开销售 1943年 意大利战场上将DDT撒在士兵身上 平民百姓也将DDT稀释成溶液大面积喷洒 蚊 蝇 虱明显减少 迅速死亡 斑疹 伤寒几乎绝迹了 DDT有效地控制了对人类有毁灭性的打击的疾病 斑疹伤寒 疟疾的流行 对保护人类的健康起了重大作用 在DDT作为农药使用9年以后的1948年 DDT的杀虫性最先发现者保罗 赫尔曼 缪勒登上了瑞典斯德哥尔摩的领奖台 获得了该年度诺贝尔医学及生理学奖 从发现DDT的优越杀虫活性开始 人们便欣喜万分 从中看到了许多希望 一些从前束手无策的害虫和人类疾病是可以杀死和控制的 DDT的使用场所和范围越来越广 从世界范围看 在20世纪40年代 DDT的使用达到了顶峰 甚至有人把它当作可以杀百虫的 神药 而滥用 任何一种东西一旦滥用或泛用都会造成负面影响 事实上 正因为DDT的持效性强 它在土壤中持久性可达4年之久 因而也就意味着它相当稳定 故能在自然界及生物体内较长时间停留 并通过食物链富集 在动物体内特别是动物体内的脂肪组织内积累 还可通过胚胎传给胎儿 或通过母乳毒害婴儿 形成典型的累积性残留 对人体健康和生态环境都有不利影响 20世纪40 70年代初的三十多年里 滴滴涕一直是一个重要的广泛应用的杀虫剂 然而 长期使用中 它也暴露了自己的缺点 不易被生物分解 且脂溶性很强 很容易蓄积在动物体脂肪中残留下来 造成环境 食品的污染和对人类健康的潜在威胁 于是 在20世纪60年代末70年代初 美国及西欧许多发达国家开始宣布限制和禁止使用DDT 中国台湾也于1972年7月1日宣布禁止使用 中国大陆于1983年宣布停止生产和使用 曾经在历史上为人类的发展和社会繁荣做出过杰出贡献的农药DDT随着社会的发展退出了历史舞台 随着DDT更为广泛的应用 它对环境的污染也日益凸显出来 1962年美国海洋生物学家卡尔逊女士出版了 寂静的春天 一书 该书向人们描述了人们使用化学农药给环境带来的严重后果 加深了人们对化学农药的全面认识 人们开始全面审视化学农药的功与过 利与弊 鉴于DDT的严重残留所带来的环境污染 宣布停止生产和使用DDT 随着科学的发展 通过科学家尤其是化学家的不懈努力 许多结构新颖的高效低毒的农药品种不断问世 完全可以替代DDT的杀虫作用 而且新的替代杀虫剂的杀虫效果更好 用量更少 对环境的污染小 DDT退出历史舞台是科学技术发展 知识创新 技术创新的必然结果 4 5 7氨基甲酸酯 氨基甲酸酯类农药主要有呋喃丹 西维因 速灭威等 是新的农业杀虫药 它们杀虫选择性强 作用快 在人体内不易积蓄中毒 因此使用较广 但存于植物中残毒不易清除 接触此类农药就会使人中毒 所以仅限于拌种用 它们遇碱性物质易水解而失去毒性作用 氨基甲酸酯类农药用作农药的杀虫剂 除草剂 杀菌剂等 这类杀虫剂分为五大类 萘基氨基甲酸酯类 如西维因 苯基氨基甲酸酯类 如叶蝉散 氨基甲酸肟酯类 如涕灭威 杂环甲基氨基甲酸酯类 如呋喃丹 杂环二甲基氨基甲酸酯类 如异索威 除少数品种如呋喃丹等毒性较高外 大多数属中 低毒性 氨基甲酸酯类农药可经呼吸道 消化道侵入机体 也可经皮肤粘膜缓慢吸收 主要分布在肝 肾 脂肪和肌肉组织中 在体内代谢迅速 经水解 氧化和结合等代谢产物随尿排出 24小时一般可排出摄入量的70 80 4 5 8有机磷农药 有机磷农药是目前我国生产和使用最多的一类农药 在农药所致的职业危害中占有很大的比例 有机磷农药是用于防治植物病 虫 害的含有机磷农药的有机化合物 这一类农药品种多 药效高 用途广 易分解 在人 畜体内一般不积累 在农药中是极为重要的一类化合物 有机磷杀虫剂是我国目前使用范围最广 用量最大的农药 与其它种类杀虫剂相比 具有杀虫谱广 残效期较短 价格低廉及抗药性不显著等优点 易于为广大农民所接受 正因为如此 使得有机磷残留成为我国食物中农药残留最突出的问题 它的种类较多 包括甲拌磷 3911 内吸磷 1059 对硫磷 1605 敌百虫 乐果 马拉松 4049 甲基对硫磷 甲基1605 二甲硫吸磷 敌敌畏 甲基内吸磷 甲基1059 氧化乐果 久效磷等 敌百虫在碱性溶液中还可变成毒性较强的敌敌畏 4 6固体废弃物4 6 1 固体废物 1 固体废物亦称废物 一般指人类在生产 加工 流通 消费以及生活等过程提取目的组分之后 废弃去的固态或泥浆状物质 按其组成可分为有机废物和无机废物 按其形态可分为固态的废物 半固态的废物和液态 气态 废物 按其污染特性可分为有害废物和一般废物等 在 固体废弃物污染环境防治法 中将其分为城市固体废弃物 工业固体废物和有害废物 通常按照固体废弃物的来源分为城市生活固体废弃物 工业固体废弃物和农业废弃物 2 分类 按化学性质分 有机废物和无机废物按危害状况分 有害废物和一般废物按来源分 欧美 工业固体废物 矿业固体废物 城市固体废物 农业固体废物和放射性固体废物 按固体废物的管理需要 我国 分 工矿业固体废物 有害固体废物和城市垃圾 3 固体废物的来源目前我国固体废物的主要来源是工矿业固体废物和城市垃圾 工业废物是指在工业 交通等生产活动中产生的采矿废石 选矿尾矿 燃料废渣 化工生产及冶炼废渣等固体废物 又称工业废渣或工业垃圾 依废渣的毒性又可分为有毒与无毒废渣两类 凡含有氟 汞 砷 铬 铅 氰等及其化合物和酚 放射性物质的均有毒废渣 城市生活固体废弃物主要是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物 即城市生活垃圾 主要包括居民生活垃圾 医院垃圾 商业垃圾 建筑垃圾 又称渣土 一般来说 城市每人每天的垃圾量为1 2公斤 其多寡及成分与居民物质生活水平 习惯 废旧物资回收利用程度 市政建筑情况等有关 如国内的垃圾主要为厨房垃圾 农业固体废物主要是农用化学塑料薄膜和塑料制品 但数量较少 农村的大量有机垃圾通常经发酵后在农业上自行消化 4 6 2 危险废物 1 危险废物的概念危险废物又称为有毒有害废物 这类废物泛指除放射性废物以外 具有毒性 易燃性 反应性 腐蚀性 爆炸性 传染性因而可能对人类的生活环境产生危害的废物 美国的定义 能引起或助长死亡率的上升或严重不可恢复的疾病 可造成严重残疾 在操作 储存 运输 处理或其他管理不当时 会对人体健康或环境带来重大威胁的废物称为危险废物世界卫生组织的定义 根据其物理或化学性质 要求必须对其进行持殊处理和处置的废物 以免对人体健康或环境造成影响的废物 2 危险废物的类别 a 急性毒性废物 用1 1浸提液灌胃对小鼠 或大鼠 能引起小鼠 或大鼠 在48小时内死亡半数以上者定为有急性毒性的固体废物 b 易燃性废物 闪点低于60 的液体 经摩擦 吸湿或自发产生着火倾向的固体 着火时燃烧较剧烈并能持续 以及在管理期间会引起危险者 c 反应性废物 性质不稳定 在无爆震时即易发生剧烈变化 遇水能剧烈反应 遇水能形成爆炸性混合物 与水混合产生有毒气体 蒸气或烟雾 在有引发源和加热时能引起爆震或爆炸 在常温 常压下易发生爆炸或爆炸性反应 根据其他法规所定义的爆炸品 d 浸出毒性e 腐蚀性废物 pH 12 5或pH 2的废物 4 6 3固体废弃物的污染 固体废物在一定的条件下会发生化学的 物理的或生物的转化 对周围环境造成一定的影响 如果采取的处理方法不当 有害物即将通过水 气 土壤 食物链等途径危害环境与人体健康 一般工业 矿业等废物所含的化学成分会形成环境污染 人畜粪便和有机垃圾是各种病原微生物的孳生地和繁殖场 形成病原体型污染 1 固体废物的特点 首先 具有呆滞性和不可稀释性 污染物的最终形态 其次 在自然条件下 固体废物中的有害成分会转入大气 水体和土壤中 参与生态系统的物质循环 具有长期潜在的危害性 最后 由于固体废物具有呆滞性 不可稀释性 长期潜在的危害性 因而对固体废物必须从其产生 运输 存贮 处理及处置的每个环节都进行控制 即具有全过程管理的特点 2 固体废物对环境的危害 侵占土地 1990年 我国历年工业固体废物堆存总量为64 82亿吨 占地5 84亿平方米 污染土壤和地下水 堆存垃圾渗滤液会污染土壤和地下水 污染水体 许多人将垃圾倾入水体 造成水体污染 污染大气 尾矿粉煤灰 污泥和垃圾颗粒随风飞扬 固体废物的焚烧产生有害气体和粉尘等 3 危险废物的危害 1 危险废物危害环境的途径 处理前的堆放过程中 可污染空气 水体和土壤 处理处置过程中 潜在的危险物质会从一种介质转入另一种介质引起污染 处理处置后 危险废物仍然可通过空气 水和土壤污染人类健康与环境 2 危险废物对人体健康的危害 短期危害 通过摄入 吸入和皮肤吸收 眼接触引起毒害 引起燃烧 爆炸 腐蚀等危险性事件 长期危害 长期接触导致的长期中毒 致癌 致畸和致变等 4 6 4 固体废物的处理技术 1 物理法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 贮存 利用或处置的形态 物理处理方法包括压实 破碎 分选等 2 化学法化学处理是采用化学方法破坏团体废物中的有害成分从而达到无害化 或将其转变成为适于进一步处理 处置的形态 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 化学处理方法包括氧化 还原 中和 化学沉淀和化学溶出等 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 3 生物处理生物处理是利用微生物分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 固体废物经过生物处理 在容积 形态 组成等方面 均发生重大变化 因而便于运输 贮存 利用和处置 生物处理方法包括好氧处理 厌氧处理 兼性厌氧处理 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 4 热处理 热处理是通过高温破坏和改变固体废物组成和结构 同时达到减容 利用的目的 热处理方法包括焚化 热解 湿式氧化以及焙烧 烧结等 1 焚烧处理在高温 800一1000 下 通过燃烧 使固体废物中的可燃成分转化成惰性残渣 同时回收热能 通过燃烧 可使固体废物进一步减容 城市垃圾经燃烧后可减小体积80 90 重量将降低75 一80 同时可以较彻底的消灭各种病源体 消除腐化源 优点 焚烧占地小 焚烧对垃圾处理彻底 残渣二次污染危险较小 焚烧操作是全天侯的不受天气影响 焚烧可安装在接近垃圾源的地方 节约运输费用 焚烧的适用面广 除城市垃圾以外的许多城市废物也可以采用焚烧方法进行净化 缺点 燃烧处理也有明显缺陷首先 仍然存在二次污染 燃烧仍然要排出灰渣 废气 特别是近年来出现的 二恶英 其毒性比氰化物大一千倍 使人忧心仲仲 其次 单位投资和处理运转成本较高 再次 对废物有一定要求 即要求其热值至少大于4000KJ kg 对经济不发达国家来说 城市垃圾热值几乎都达不到要求 且经济上很难承受 故很难普遍推广使用 2 热解热解是将有机物在厌氧或缺氧条件下高温 500一1000 加热 使之分解为气 液 固三类产物 气态的有氢 甲烷 碳氢化合物 一氧化碳等可燃气体 液态的有含甲醇 丙酮 醋酸 乙醛等成分的燃料油 固态的主要为固体碳 该法的主要优点是能够将废物中的有机物转化为便于贮存和运输的有用燃料 而且尾气排放量和残渣量较少 是一种低污染的处理与资源化技术 4 7化肥污染 4 7 1化肥的种类及其功能农用化肥包括氮 磷 钾 复合肥 复混肥及各种植物生长调节剂 按照作物对养分需求量的多少分为大量元素肥料 包括氮肥 磷肥和钾肥 中量元素肥料 包括钙 镁 硫肥 微量元素肥料 包括锌 硼 锰 钼 铁 铜肥 此外 还有一些有益元素肥料如含硅物料 稀土元素等 4 7 2化肥的使用引起的环境问题 为解决粮食生产问题 国家大力发展化肥工业 化肥生产和消费用量不断上升目前我国年化肥施用量占世界总用量的1 3 成为世界化肥生产和消费第一大国 化学氮肥的使用 在提高作物产量 保障我国的粮食安全方面发挥了巨大作用 为了增加土地肥力 施用大量化肥是当今世界粮食增产的只要技术手段之一 然而 化肥对环境的危害却被人们所忽视 农田所施用的任何种类的化肥 都不能全部被植物吸收利用 过剩的化肥对人类生存的环境构成很大的威胁 化肥污染引起的环境问题主要有 1化肥对水体的污染氮 磷等营养物质过多 引起最严重的后果之一是水体的富营养化 2化肥对土壤的污染长期过量而单纯地施用化肥 会使土壤酸化或碱化以及物理性质恶化 一旦土壤中某种营养元素过剩 还会造成土壤对其他元素的吸收性能下降 从而破坏了土壤的内在平衡 导致土壤板结 另外 制造化肥的矿物原料及化工原料中 有的含有多种重金属 放射性物质和其他有害成分 它们随施肥进入农田 造成土壤污染 3 化肥对大气的污染化肥对大气污染主要是氮肥分解成氨气与反硝化过程中生成的N2O所造成的 4 化肥对食物的污染化肥污染还通过食物严重影响人们的健康 因而被视为是仅次于农药的一种污染 尤其是大棚内栽种的蔬菜受到化肥污染较严重 科学研究证明 施氮肥过多的蔬菜硝酸盐含量是正常的20 40倍 人食用含硝酸盐的食物后 硝酸盐在体内转化生成亚硝酸盐 与体内的胺类反应 会产生毒性很大的亚硝酸胺 同时亚硝酸盐容易与血红素中的铁离子结合 导致高铁血红素白血症 使人们出现行为反应障碍 体力能力下降 头晕目眩 意识丧失等症状 4 8白色污染 废塑料 4 8 1概述通常所用的塑料是由许多材料配制而成的 高分子聚合物 或称合成树脂 是塑料的主要成分 为了改进塑料的性能在聚合物中添加各种辅助材料如填料 增塑剂 润滑剂 稳定剂 着色剂等才能成为性能良好的塑料 合成树脂是塑料的最主要成分 常用的种类有聚氯乙烯 PVC 聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 聚苯乙烯 PS ABS塑料在塑料中的含量一般在40 100 由于含量大而且树脂的性质常常决定了塑料的性质 所以人们常把树脂看成是塑料的同义词 增塑剂可增加塑料的可塑性和柔软性 降低脆性 使塑料易于加工成型 增塑剂一般是能与树脂混溶 无臭 对光 热稳定的高沸点有机化合物 最常用的是邻苯二甲酸酯类 为了防止合成树脂在加工和使用过程中受光和热的作用分解和破坏 延长使用寿命 在塑料中加入稳定剂 常用的有硬脂酸盐 环氧树脂等 着色剂可使塑料具有各种鲜艳 美观的颜色 常用有机染料和无机颜料作为着色剂 润滑剂的作用是防止塑料在成型时粘在金属模具上 同时可使塑料的表面光滑美观 常用的润滑剂有硬脂酸及其钙镁盐等 除了上述助剂外 塑料中还可加入阻燃剂 发泡剂 抗静电剂等以满足不同的使用要求 白色污染 是人们对塑料垃圾污染的 一种形象称谓 其丰要包括废弃的塑料袋 农用薄膜 一次性聚苯乙烯快餐饭盒及塑料饮料瓶等 白色污染一般会对环境产生两种危害 即 视觉污染 和 潜在危害 视觉危害是指散落在环境中的废塑料制品对市容 景观的破坏 在大城市 旅游区 水体中 铁道旁散落的废塑料给人们的视觉带来不良刺激 影响城市 风景点的整体美感和市民的心情 潜在危害是指废塑料制品进入自然环境后难以降解从而引起长期的更深层次的环境问题 4 8 1白色污染现状 塑料自20世纪30年代问世之后 随着塑料生产的工业化 其用途不断拓展 塑料走进了人们的生活 例如购物袋 塑料快餐盒 发泡快餐盒 饮料瓶 塑料杯盘 塑料包装 农用地膜 垃圾袋 医疗卫生用品等 这些塑料制品因其质量 美观 在人类社会生活中得到广泛应用 但长期以来 人们普遍缺乏这些塑料制品使用后对环境影响知识的了解 大量废旧塑料制品被随意抛弃 并且塑料的密度小 体积大 数量多 在自然环境中能残留200年而不分解 经过多年的日积月累 便成为污染视觉 影响城市市容卫生的环保公害 白色污染所造成的危害是十分巨大的 首先 自然环境下很难直接被降解 大量遗弃于自然界将造成严重的景观污染 第二 抛弃在陆地或水体中的废旧塑料包装物 被动物当作食物吞入 导致动物死亡 在动物园 牧区和海洋中 此类情况已屡见不鲜 第三 混入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理 填埋处理将会长期占用土地 混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理 分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用 目前 人们反映强烈的主要是 视觉污染 问题 而对于废旧塑料包装物长期的 深层次的 潜在危害 大多数人还缺乏认识 第三 混入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理 填埋处理将会长期占用土地 混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理 分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用 目前 人们反映强烈的主要是 视觉污染 问题 而对于废旧塑料包装物长期的 深层次的 潜在危害 大多数人还缺乏认识 几乎所有的塑料制品中都含有大量的增塑剂 而增塑剂对人体有着潜在的巨大危害 过去 人们一直认为增塑剂类化合物毒性低 增塑剂的急性毒性很