第6、7章 土壤环境与土壤污染

1、第6章 土壤环境与土壤污染 土壤是生态环境的重要组成部分，是人类赖以生存的主要资源之一，也是物质生物地球化学循环的储存库，对环境变化具有高度的敏感性。 造成其恶化的原因主要有： （1）农业上不断增加的化肥使用量； （2）化学农药的广泛使用； （3） 工业废水的农田排放； （4） 有毒有害污染物的事故性排放； （5）固体废物特别是有毒有害固体废物的填埋所引起的有毒有害物质的泄漏等。 被污染的土壤通过对地表水和地下水形成二次污染和经土壤植物系统由食物链进入人体，直接危及人体健康。因此土壤生态环境的保护与治理已引起人们的普遍关注。 第一节 土壤环境概述一、土壤的组成和性质 土壤土壤是位于陆地表面具有

2、肥力的疏松层次。它具有独特的组成成分、结构和功能。 土壤的本质特征：土壤的本质特征：（1）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；（2）具有同化和代谢外界输入物质的能力。（一）土壤的组成 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）等三相物质四种物质有机地组合在一起构成的一种特殊物质。 1 1 土壤矿物质： 原生矿物：岩石受物理风化做形成的碎屑。 次生矿物：岩石经风化和成土过程中新生成的矿物。 2 2 土壤有机质： 土壤腐殖质是土壤有机质的主要成分（5065%5065%），包括土壤生物。 3 3 土壤空气

3、： 土壤孔隙中除液相外的体积即为土壤空气的容量，其组分与大气一样。 4 4 土壤溶液： 由土壤中的水与溶于其中的矿物质（离子）形成。参与水循环因而组分经常变动。（二）、土壤的理化性质 主要讨论土壤的化学性质：土壤酸碱度、土壤缓冲性、土壤的氧化还原性质和土壤吸收性能等1 1、土壤的酸碱度（也称土壤反应） 土壤的酸碱度直接决定因素是土壤溶液中的H H+ +或OHOH的浓度，它是由许多因素形成的。主要是土壤溶液中的CO2CO2、各种有机酸和部分离解的酸性盐和碱性盐的含量，以及碳酸盐的数量和种类。 植物对土壤的酸碱度是有一定要求的，如小麦对pH pH 值的最适宜范围是6-76-7，水稻为5.7-6.5

4、5.7-6.5，棉花为6-86-8，油菜为5.8-6.75.8-6.7。过酸性和过碱性的土壤都不利于作物的生长。一般土壤中pH pH 值大多在5-8 5-8 之间，酸性土壤的pH pH 值可能小于4 4，碱性土壤的pH pH 值则可高达1111。2 2、土壤的缓冲性 土壤具有一定的抵抗（缓冲）土壤溶液中H+H+或OHOH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，它对土壤中物质的迁移起间接影响。3 3、土壤的氧化还原性质 在土壤化学反应和生物化学反应中占极其重要的位置。在土壤中存在着许多氧化还原系统，其中主要是溶解氧和微生物分泌的氧化态和还原态物质，其次是各种金

5、属的氧化态和还原态盐和有机物分解产物。氧化还原电位变化后，将使土壤溶液中水溶性重金属形态发生变化，从而影响重金属在土壤中的迁移和对植物的有效性。4 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。 主要方式有：机械吸收作用、物理吸收作用、化学吸收作用和生物吸收作用。n土壤的吸附性能主要是指土壤胶体的吸附性能。土壤的吸附性能主要是指土壤胶体的吸附性能。（1 1）土壤环境中的胶体的性质 直径在1nm100nm 之间的颗粒一般称为胶体称为胶体。 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、

6、硅等水合氧化物等无机高分子。n胶体的性质主要有表面性质和电学性质胶体的性质主要有表面性质和电学性质。 胶体的性质对土壤的吸附性能影响最大，它也必然影响到物质在土壤中的迁移、转化。胶体的表面性质A 、胶体具有巨大的比表面 吸附量与胶体的比表面积有关，表面积越大，吸附量吸附量与胶体的比表面积有关，表面积越大，吸附量越大。越大。 其中以蒙脱石的表面积最大（600m2/g800m2/g 、），伊利石次之，高龄石（7m7m2 2/g 30m/g 30m2 2/g /g ）最小； 有机胶体也具有巨大的外表面（700m700m2 2/g /g ），与蒙脱石相当。一般来说，有机胶体的比表面积较无机胶体的要大，

7、因此吸附量更大。B、 胶体具有巨大的表面能 胶体的表面分子受到的力是内、外两种不同的吸引力，具有多余的自由能，这是胶体与周围接触面上产生表面能的原因，胶体的比表面越大，表面能越大，吸收性能也越强。C、 土壤胶体带有电荷 土壤胶体的电荷有：永久负电荷、可变正、负电荷、净电荷，它们通过电荷数和电荷密度两种方式对土壤性质产生影响，从而影响元素的迁移。其中土壤胶体带负电的胶体较多。D、 土壤胶体的动电性质 带有电荷的土壤胶体分散在水中时，在胶体颗粒与液相的界面上形成双电层，在电场与其他电场的作用下，固体颗粒或液相对另一相做相对移动时表现出来的电学性质即为动电性质，其与胶体的电荷密切相关。 土壤中离子吸

8、附 是指溶液中的溶质在固相界面附近或胶体表面上浓度改变的现象，在吸附过程中，胶体每吸附一部分离子，同时也释放出等当量的其他同号离子。 土壤的凝聚和消散 凝聚和消散是各种胶体微粒之间的相互作用，它决定着土壤中胶体微粒与微量污染物结合的粒度分布规律，影响到污染物的迁移输送的归宿及去向。 凝聚即胶体与带异种电荷的电解质中和的现象； 消散即溶胶的发生，带同号电荷的胶体互相排斥成为分散状态而形成溶胶。（2 2）土壤的离子交换 土壤胶体表面上吸附的离子可与土壤溶液中的同号离子进行交换的现象即土壤的离子交换，上述过程为可逆过程。包括土壤阳离子的交换和土壤阴离子的交换。 土壤的离子交换在一定程度上影响土壤的吸

9、附性能。二、土壤环境背景值和土壤环境容量1 1、土壤环境背景值（土壤背景含量或土壤本底值）（1） 概念 是指土壤不受或少受人为污染的情况下，即人类活动已经参与土壤表层的自然生态平衡但未破坏自然生态平衡，土壤保持的化学成分的含量和存在形式。（2）土壤背景值分析或研究步骤：选定未受污染代表性土壤类型，确定土壤母质中主要重金属元素，选择恰当的测定方法，对测定数据进行必要的检验：平均值加标准差法、差异检验法、富集系数法、元素相关分析法。2 2、土壤环境容量（1）概念 是指土壤环境中允许承纳污染物的最大负荷量。 最大负荷量的界定观点有二： 一种观点认为，最大负荷量为农作物不致于受到危害的污染物最大浓度或

10、组成； 另一种观点认为最大负荷量为不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的污染物最大浓度或组成。（2）土壤环境容量的定量表示： 土壤绝对容量（静容量） WQ=WSWQ=WSB B WQ WQ 指某一土壤环境所容纳的某种污染物的最大负荷量（其没有时间限制、与年限无关） WQWQ单位：mg/kg mg/kg WS WS 指土壤环境标准规定值 B B 指土壤环境背景值 WQ=MWQ=M（WSWSB B ） M M 指每亩耕地的土壤重 土壤年容量（动容量） WA=KWQ = KWA=KWQ = K（ WSWSB B ） 土壤年容量是指某一土壤环境每年所能容纳污染物的最大负荷量，用WA WA 表示。 K

11、K 为土壤环境的年净化率 K= A / AK= A / A A A 指土壤环境年输入量； A A 土壤环境年净化量 第二节 土壤污染和净化一、土壤污染和净化1 1、土壤污染 是指人类活动所产生的污染物通过多种途径进入土壤，其数量超过土壤容纳的能力和速度超过土壤净化的速度，污染物在土壤中累积到一定程度，使土壤的性质、组成及性状等发生变化，破坏了土壤的自然动态平衡，从而导致土壤自然功能失调，引起土壤质量恶化，影响农作物的生长发育，以致造成产量和质量下降，并可通过食物链引起对生物和人类的直接伤害，甚至形成对有机生命的超地方性的危害。2 2、土壤净化 是指土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化，使进入土壤

12、的污染物的浓度降低的过程。土壤净化是环境自净能力的一种。 土壤净化包括： （1）某些污染物可以在土壤中通过稀释、扩散、分解等作用逐步降低污染物浓度，减少毒性；（2）经沉淀、胶体吸附等作用使污染物发生形态变化，变成难以被植物利用的形态存在于土壤中，暂时退出生物小循环，脱离食物链；（3）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。n土壤的净化作用主要是指生物和化学的降解作用。土壤的净化作用主要是指生物和化学的降解作用。3 3、土壤污染的发生 污染物质进入土壤后，并不一定引起土壤污染，因为土壤本身有净化能力。 进入土壤的污染物，一方面通过土壤的物理吸附、过滤阻留、胶体的物理

13、化学吸附、化学沉淀、生物吸收等过程，使污染物在土壤中不断累积，当其含量达到一定数量时，便引起土壤污染； 另一方面，进入土壤的污染物，土壤本身的净化能力可通过多种途径使土壤的污染物的浓度降低；经挥发和淋溶进入大气和水体使土壤的污染物的浓度降低。 在土壤中，污染物的累积和净化过程是同时进行的，两者处于一定的平衡状态，如果输入土壤的污染物质其数量和浓度超过了土壤的净化作用速度，就使积累过程逐渐占居了优势，积累到一定数量，就必然导致土壤正常功能的失调，使土壤质量下降，影响植物生长发育，并通过植物吸收，最终影响到人体。4 4、土壤污染的主要发生途径 土壤污染的发生特征主要是与土壤的特殊地位和功能相联系的

14、：（1）是把土壤作为农业生产的劳动对象和生产手段，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（有的直接用富营养水灌溉），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；（2）土壤历来就作为废物（垃圾、废渣和污水等）的处理场所，而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主要途径；（3）土壤作为环境要素之一，因大气或水体中的污染物质的迁移转化，从而进入土壤，使土壤亦随之遭受污染。二、土壤污染物的来源和种类1 1、土壤污染源 土壤污染源可分为自然源和人工源两类：（1 1）自然源 有火山喷发、含有重金属或放射性元素的矿藏等。（2 2）人工源

15、工业污染源-工业“三废”农业污染-化学农药，除草剂等生物污染源-生活污水2 2、土壤污染物 主要污染物有化肥、农药、重金属、放射性元素、病原菌等。有机物类：主要是指化学农药（有机氯、有机磷等）。常见的污染物有酚、PAHSPAHS、甲烷、油脂等，这些物质通过不同途径进入土壤后，一部分发挥其应有作用，另一部分因其较稳定不易分解；无机物类：主要是指重金属（HgHg、CrCr）、放射性物质（CsCs、U U、SrSr）、营养性物质（N N、P P 等）和其它无机物（F F、酸、碱、盐等）；致病微生物：各类细菌与病毒如：炭疽杆菌、肠细菌、蠕虫等。三、土壤污染的发生类型1 1、按照土壤污染物进入土壤的途径

16、分为：（1）大气污染型：大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物，通过沉降和降水降落到地面。（2）水污染型（3）固体废弃物污染型：主要指城市垃圾和矿渣、煤渣、煤研石和粉煤灰等工业废渣。（4）农药污染型2 2、按土壤污染物的属性划分：（1）化学性污染（2）放射性污染：一是放射性试验，二是原子能工业中所排出的三废。（3）生物性污染 第三节 土壤污染的危害和改良措施(一)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.土壤污染危害人体健康。4.土壤污染导致其他环境问题。(二)已污染土壤可采取的改良措施1.可用排水的办法。2.改变耕作制度，促进污染物分解。3.采取深翻

17、土地的方法。4.采取换客土的办法。 第7章 固体废物污染及其综合利用 一、概念 固体废物(solid waste)亦称废物，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。 废物具有相对性，一过程的废物，往往可以成为另一过程的原料，所以有人说固体废物是“被错待了的原料”，“废物”不废，更不应该“弃”，而应该加以利用。二、固体废物的分类 （1）按其组成可分为有机废物和无机废物; （2）按其形态可分为固体(块状、粒状、粉状)和泥状的废物; （3）按其来源可分为工业废

18、物、矿业废物、城市垃圾、农业废物和放射性废物等; （4）按其危害特性可分为有害有毒废物和一般废物 我国我国制定的中华人民共和国固体废物污染环境防治法从固体废物管理的需要出发，将固体废物分为生活垃圾、工业固体废物和危险废物生活垃圾、工业固体废物和危险废物三大类。 (一)生活垃圾 是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。 主要特点是成分复杂，有机物含量高，产量不均匀。 生活垃圾主要有纸品类、金属类、塑料类、橡胶类、玻璃类、废电池类、电子废物及有机垃圾等。 目前城市生活垃圾中比较突出的是废电池类、电子目前城市生活垃圾中比较突出的是废电

19、池类、电子废物及塑料薄膜白色污染。废物及塑料薄膜白色污染。 每个城市居民一般平均每天产生1. 2 kg生活垃圾，一年便达440 kg之多。根据现代的生活水平，这些垃圾中32%为生物垃圾，18%为塑料垃圾，8%为纸垃圾，4%为纺织品，3%为金属，1. 5%为玻璃制品。 迄今为止，处理城市垃圾的主要方法仍是填埋、堆肥和部分焚烧。(二)工业固体废物 是指在工业生产活动中产生的固体废物，其中有很多属于危险废物。 工业固体废物按行业主要包括以下几类: 冶金工业固体废物、能源工业固体废物、石油化工工业固体废物、矿业工业固体废物、轻工业工业固体废物、城市建筑废物、其他工业固体废物。1、固体废物的危害 (1)

20、城市固废造成对水体的污染 固废可随雨水径流进人地面水体 固废的有害成分通过土壤渗漏进入地下水体 通过倾废直接倾人而污染湖泊、河流、海洋(2)固废对空气的污染 固废的恶臭在空气中的散发 细颗粒废物在空气中的扩散 有害气体、粉尘、放射性物质在大气中的扩散 (3)固废对土壤的污染 植物吸收固废中的污染物质而进入食物链，最终影响人体健康。 腊芙运河(Love Canal)污染案 1980年美国发生了一件轰动世界的特大公害事件，即所谓腊芙运河污染 案。腊芙运河位于纽约州尼亚加拉的边区，是一条不到1 000 m长的河道。1942年一家农药工厂购买了这块土地的产权，用来倾倒废弃物。 在11年中，倾倾倒了多种

21、氮化物、硫化物等化学物质达21 000 t。 1953年这家工 厂填埋了运河，赠交给当地政府，此后在这里建起了1200栋房子和1所学校。 25年后，经日晒雨淋，从运河覆盖层渗透出一层黑色油腻的污液，随雨水流经附近的房子和地下室。居民们不知道是什么东西，立即向环境部门反映，经有关部门对空气、地下水、土壤的测定，发现有六六六、氯仿、氯苯、三氯苯酚等82种化学物质，其中有11种被认为有致癌危险。同时，发现该地区孕妇的流产率是正常地区的1.5倍，婴儿先天性缺陷也比正常地区高，等等。 之后，政府采取了一系列措施，将几千户居民迁走。据估计美国有25 000-50 000处填埋场，这些地方就像定时炸弹，不知

22、何时要出现严重后果。2、固体废物的管理及消除污染的途径 固体废物处理的原则仍然是减量化、无害化、资源化。应以减量化、资源化为核心，大力综合利用工业固体废物，妥善处置未利用的工业固体废物。 制定促进废物利用的强制性和指示性的法规、准则;禁止建设无工业固体废物污染处理设施的项目，制定淘汰的产生固体废物严重污染的工艺、设备的名录。对现有露天贮存工业固体废物，无专用的贮存设施、场所的企业，要限期建设，限期内未建设的，禁止产生新的工业固体废物，对排放工业固体废物的企业要限期禁止排放。(三)危险废物 1.危险废物的定义 危险废物是一类对环境影响极为恶劣的废物。由于有许多政府机构负责管理与处置危险废物，所以

23、它有很多定义:n 中华人民共和国固体废物污染环境防治法中规定:危险废物是指列人国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物。 这个定义是从归类来划定的，并未表明危险废物的本质。n 美国的定义是“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”。n 世界卫生组织的定义则是:“根据其物理或化学性质、要求必须对其进行特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称危险废物。”2、危险废物内容 危险废物不仅包括医院垃圾、废树脂、药渣、含重金属污

24、泥、酸和碱废物等，还包括确认为急性危险废物的商业化学品及其中间产物、半成品、残留物，以及放射性核废料等。3、危险废物的特性 急性毒性、爆炸性、易燃性、腐蚀性、化学反应性、浸出毒性和疾病传染性。 其特有的性质对环境造成污染，如果不处置或处置不当，其危害是严重的、长期的、潜在的，其中的有毒有害物质对人体和环境构成很大威胁。n 危险废物大部分来自化学和石油化学工业。现在全世界已登记的化学物质约700多万种，正在使用的有约6万种，每年有数千种新的化学物质投放市场。n 我国国家环保总局、国家经贸委、外经贸部和公安部于1998年7月1日实施了国家危险废物名录。国家危险废物名录共47类，名录列出了废物类别、

25、废物来源和常见危害组分或废物名称三部分。n 2003年10月1日中华人民共和国放射性污染防治法开始施行，该法的第六章就专门论述了“放射性废物管理”;n 2003年10月9日国家环境保护总局又发出了废电池污染防治技术政策的文件，使废电池的处置开始有了可操作性的规范。 但就我国目前的现状看，对危险废物的管理还存在着不够规范之处，除极少部分危险废物得到综合利用外，大部分危险废物均处于随意排放和任意堆放的状态，极易对环境造成污染。危险废物污染环境问题已成为我国在解决大气污染和水体污染之外面临的又一个重要环境问题。 3.危险废物现有的处置、处理方式及存在的问题 （1）将危险废物变废为宝，用作另一产品的生产原料。如将电石渣用作水泥掺和料; 生产抗生素的企业将全部医药废物再加工制成动物饲料添加剂等。但实际操作中往往只将其看成原料，而忽略了其作为危险废物的特性，容易造成二次污染。 （2）由生产厂家自行回收，返回生产工艺再利用。 如石棉废物、废钢板及边角料