土壤中主要污染物及其迁移转化.ppt

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1、土壤环境,世界土壤污染状况,1977 美 纽约州 拉夫运河污染事故 引起美国对污染关注 颁布超级基金法，加强污染场地管理,2000年，荷兰、奥地利、西班牙 投入大量资金欧元用于恢复被污染土地,2002年，德国有128000hm2土地遭污染,2004年，欧盟形成一份土壤监测协议,日本最早发现和重视土壤污染1970年 农地土壤污染防治法，并对污染土壤进行修复,近年来，集成电路板、电子产品、净洗金属零件、交通污染等使挥发性有机物成为土壤污染的新动向,我国土壤污染状况,农药、重金属污染达到上千万公顷其中，矿区污染面积200万hm2，石油污染500 万hm2，固废堆放5万hm2 特征：多源、复合、量大、

2、持久毒害的现代污染特征，常量污染物向微量持久性有毒污染物。我国16个省，蔬菜、水果农药检出率20-60%，超标率20-45%，带来食品安全问题。,主要内容,4.1土壤组成4.2土壤污染4.3土壤污染的危害4.4土壤中主要污染物及其迁移转化4.5土壤污染的综合防治,4.1土壤组成,1土壤及其组成概念 土壤是地球陆地表面具有一定肥力，能够生长绿色植物的疏松表层。,“土壤”的涵义说文解字,土壤是地球岩石最表层经亿万年风化和生物活动所形成的物质。土壤是生物圈、岩石圈、大气圈和水圈的交汇点。,构成,土壤中有什么？讨论 人们常说蚯蚓靠吃土为生，蚯蚓从土壤中获得了什么？,固相：矿物质、有机质、细菌微生物液相

3、：水分、土壤溶液气相：N2、O2、CO2、水蒸气等,矿物质：土壤中矿物养分的主要来源有机质：其含量是土壤肥力高低的重要标志水分和空气：共同影响着土壤的热量状况,组成,理想土壤的成分体积比例,土壤的形成过程,(1)岩石风化过程,形成疏松的成土母质,(2)低等植物着生过程,形成原始土壤,(3)高等植物生长过程,形成成熟土壤,裸露的岩石,（含矿物养分没有肥力）,成土母质,原始土壤,成熟土壤,2.土壤有机质土壤有机质是指存在于土壤中的所含碳的有机物质。它包括各种动植物的残体、微生物体及其会分解和合成的各种有机质。可分为：普通有机质和腐殖质（胡敏酸、富里酸和胡敏素）,3.土壤机械组成粗细不等的土粒按照不

4、同比列组合称为土壤机械组成，又称土壤质地,4.土壤溶液土壤水分及其所含气体、溶质和悬浮物质的总称。土壤水是植物吸收养料的主要媒介。5.土壤剖面天然土壤一般分为：覆盖层A0、淋溶层A、淀积层B、母质层C和基岩D。,基岩,母质层,淀积层,淋溶层,覆盖层,二、土壤的物理化学性质,1.物理性质（1）土壤的温度季节性变化：表层15cm土层的平均温度在全年中较气温为暖，而春夏较冷。,（2）土壤孔隙度 土壤中土粒与土粒之间形成的大小不同的空间为土壤孔隙。土壤孔隙在单位土壤容积中所占的百分比称为土壤孔隙度。（3）土壤密度与容重土壤固体部分的重量与同体积水的重量之比，土壤密度。单位体积干土重与同体积水的重量之比

5、，称为土壤容重。,2.化学性质（1）土壤的酸碱度活性酸度：溶液中H+浓度所引起的酸度，pH值（酸性土、中性土和碱性土）潜在酸度：土壤胶体或吸收性复合体的交换性H+和Al3+所引起的酸度。,我国土壤的pH大多在范围内，并有由南向北pH值递增的规律性。,土壤的酸碱性首先决定于土壤的组成：我国长江以南的土壤，Si、Al、Fe含量较高，三者占土壤总量的95%以上，土壤多为酸性和强酸性，如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pH值大多在之间，有少数低至；华中华东地区的红壤，pH值在之间；长江以北的土壤（如华北、西北的土壤）大多含 CaCO3，多为中性或碱性，pH值一般在 之间，少数强碱性土壤的 pH高达

6、10.5。,化学原因:主要是矿物的风化过程产生的无机酸或大量二氧化碳；土壤弱酸盐的水解；无机肥料残留的酸根；重金属和有机物对土壤的污染；酸雨的影响；土壤胶体吸附的H+、Al3+等被其它阳离子交换：,土壤酸化的原因：,土壤酸化的第二个原因是微生物对有机物降解。,土壤的碱化 土壤溶液中OH-离子的主要来源是 CO32-和 HCO3-的碱金属（Na、K）及碱土金属（Ca、Mg）的盐类。交换性阳离子的水解：,土壤酸化和碱化的原因：,（2）土壤的缓冲性 土壤胶体吸收了许多代换性阳离子，如Ca2+、Mg2+、Na+等可对酸起缓冲作用，H+和Al3+可对碱起到缓冲作用。（3）土壤的氧化还原反应 土壤溶液中普

7、遍存在氧化还原反应。用Eh氧化还原电位表示。,4.2土壤污染,土壤环境背景值：土壤的环境要素在未受到明显污染时，其化学元素的正常含量，以及环境中能量分布的正常值为环境背景值，又称作环境本底值。,土壤背景值意义,1.研究确定土壤环境容量的基础2.研究化学元素等污染物在土壤环境中行为的依据3.土壤环境质量评价的依据4.土地规划和利用的参比数据,2.土壤环境容量,土壤环境单元所容许容纳的污染物的最大量意义a.制定土壤环境质量标准的依据b.农田灌溉水水质的依据c.污泥施用量的依据d.土壤污染预测和评价的依据e土壤污染物总量控制的依据,4.1土壤污染及污染物,定义：人类活动产生的污染物质通过各种途径进入

8、土壤，其数量上超过了土壤的容纳和净化能力，从而使土壤性质、组成及结构发生变化、并导致土壤功能的失调、土壤质量恶化的现象。标志：土壤生产力下降,土壤污染源：1.工业和城市废水和固体废弃物2.农药化肥3.牲畜排泄物和生物残体4.大气污染物5.放射性废物,土壤污染物,分类1无机污染物：主要是重金属、放射性物质、营养物质和其他无机物质等。有机污染物：主要是化学农药，目前在全球大量使用的农药约50余种。致病微生物：各种细菌、病毒等。,分类2化学污染物：如汞、镉、铅、砷等重金属，过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物、各种化学农药、石油及其裂解产物,以及其他各类有机合成产物等。物理污染物：指来自工厂、

9、矿山的固体废弃物。生物污染物：指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施（包括医院）排出的废水、废物等。放射性污染物：主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区，以锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素为主。,土壤污染的特点,1.隐蔽性和滞后性2.累积性和地域性3.不可逆转性4.治理难而周期长,土壤污染特点：一旦污染，难于消除,中国土地污染形势严峻,4.2土壤污染的危害,1直接导致严重的经济损失农作物的污染、减产。仅以土壤重金属污染为例，全国每年就因重金属污染而减产粮食 1000 多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达 1200 万吨，合计经济损失至少200 亿元。,因土壤受到金属污染导致秧苗在不同时期

10、的外在表象,2、土壤污染导致生物品质不断下降 我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。土壤污染除影响食物的卫生品质外，也明显地影响到农作物的其他品质。有些地区污灌已经使得蔬菜的味道变差，易烂，甚至出现难闻的异味；农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深加工的要求。,金昌市造纸厂的废水流到灌溉水渠，用于灌溉,市郊的农民说，“废水、废气对庄稼的影响越来越大”,尖头、裂腮,蘑菇群落可反映土壤污染状况,2、土壤污染危害人体健康,土壤污染会使污染物在植（作）物体中积累，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人畜健康，引发癌

11、症和其他疾病等。,3、土壤污染导致其他环境问题,土地受到污染后，含重金属浓度较高的污染表土容易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中，导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。,4.3土壤中的主要污染物及其迁移转化,重金属元素主要指那些密度大于4 1 g/cm的金属元素或者准金属元素。这些重金属元素通常源于地壳，可在土壤、岩石、沉积物、水体和微生物中富集（在正常情况下含量较低）。人们的生产和生活也会产生相当数量的重金属元素，这些重金属会在不同环境介质中积累。,重金属对土壤的污染,重金属来源（自然源和人为源）,重金属在土壤中的一般迁移和转化规律（1）机械迁移和

12、转化 重金属被包含于矿物颗粒或有机胶体内，或被吸附于无机、有机悬浮物上，随土壤水分流动而被迁移转化。也有随空气而运动的，如元素汞可转化为汞蒸汽扩散，也有因其本身比至较大而发生沉淀，或闭蓄于其它无机、有机沉淀之中。,A 土壤胶体的吸附 B 配位作用 C 沉淀-溶解作用 D 氧化-还原作用,（2）化学、物理迁移和转化,包括无机胶体、有机胶体和有机-无机复合胶体无机胶体：无机胶体在数量上远比有机胶体要多，主要是土壤粘粒，它包括Fe、Al、Si等含水氧化物类粘土矿物以及层状硅酸盐类粘土矿物。,土壤胶体,粘土矿物（clay minerals），它们是一些含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物。除海泡石、坡缕石具

13、链层状结构外，其余均具层状结构。颗粒极细，一般小于0.01毫米。加水后具有不同程度的可塑性。（含水的铝硅酸盐）,配位作用,C 沉淀-溶解作用,D 氧化-还原作用,铈,（3）生物迁移,被植物体吸收在植物体富集的过程一般，不同植物富集能力不同豆类小麦水稻玉米植物体不同部位不同：根茎叶果壳籽实,（1）汞的迁移转化,2.几种主要重金属在土壤中的迁移转化,（2）镉的迁移转化,（3）铬的迁移转化,（4）砷的迁移转化,（5）铅的迁移转化,重金属污染案例,化学农药对土壤的污染,农药对水生生物毒性,土壤中农药迁移,（1）有物理吸附（范德华力）、化学吸附(吸附呈离子态农药)、氢键或配价键与胶体结合、与粘土矿物构成

14、复合体（2）不同胶体对农药的吸附能力为：有机胶体蛭石蒙脱石伊利石绿泥石高岭石。（3）土壤胶体对有些农药的吸附作用是有选择性的。如高岭石对除草剂2D，4一D的吸附能力，要比蒙脱石和蛭石大。（4）土壤对化学农药的吸附作用还决定于农药本身的化学性质。（5）带有R3N+、-OH、-CONH2、-NH2COR、-NH2、-OCOR、-NHR功能团的，都能增强吸附强度，尤其是带-NH2的化合物，吸附能力更强。（6）在同一类型的农药，农药的分子愈大，则吸附能力愈强；反之，在水中溶解度愈大，如一些有机类农药，土壤对其吸附能力愈弱,1.土壤对农药的吸附,（1）土壤中农药的迁移是指土壤溶液中或吸附在土壤颗粒上的农

15、药随水和大气移动，或者从土壤直接挥发到大气中。（2）土壤中农药的挥发主要取决于农药的蒸气压、土壤的温度、湿度及影响土壤孔隙状况的质地与结构条件。（3）农药蒸气压大，挥发作用就强，它们在土壤中的迁移主要以挥发、蒸气扩散的形式进行。,2.化学农药在土壤中的扩散和迁移,（4）农药属非极性有机化合物，在水中的溶解度很低，各种农药在等体积水和空气中的溶解量的比值作为衡量各种农药扩散性能的指标，当比值1104时，农药主要是以气态挥发的形式扩散，当比值3l04时，则以水体扩散为主。,（5）土壤中农药的淋溶，主要取决于它们在水中的溶解度。溶解度大的农药，淋溶能力强，在土壤中的迁移主要以水扩散形式进行。农药的水

16、迁移方式有两种：一是直接溶于水中；二是被吸附在土壤固体细粒表面上，随水分移动而进行机械迁移。除水溶性大的农药易淋溶外，由于农药被土壤有机质和黏土矿物强烈吸附，一般在土体内不易随水向下淋移，因而大多累积在030 cm的土层内。农药对地下水污染并不严重，但由于土壤侵蚀，农药可通过地表径流进入水体，造成水体污染。,3.化学农药在土壤中的残留,施用农药对环境的危害,（1）农药对大气的污染 农药微粒和蒸汽散发到空中，或放大气中的飘尘所吸附，或以气体或气溶胶的状态悬浮在空气中。北极地区的格陵兰，估计在1500万km2的水里每年可能沉积295t滴滴涕。,1.农药环境的影响,（2）农药对水体污染 一般以田沟水

17、与浅层地下水污染最严重，但污染范围较小；河水污染程度次之，但因农药在水体中的扩散，随水流运动而迁移，其污染程度较大；海水污染程度更次之，自来水与深层地下水因经过净化处理或土壤吸附过渗，污染程度最小。,（3）农药对土壤的污染 农药本身不易被阳光和微生物分解，对酸和热稳定，下易挥发，难溶于水，故残留时间很长，在粘土和富含有机质的土壤残留更大，主要集中0-30cm深度。,（4）农药对农作物和食品污染,（5）农药除虫害带来的问题A农作物 农业害虫 害虫天敌 杀益虫B将抗病的害虫筛选出来,（6）农药对人体健康的伤害A 对神经的影响 长期接触杀虫眯(一种有机氮杀虫剂)的入普遍有神经衰弱综合症，急性中毒可表

18、现为：头晕、乏力、尿颇、尿急和尿血等。B三致性 研究表明，滴滴涕、放百虫、放敌畏、乐果对实验动物有致突变作用C对酶的影响 有机磷农药与体内乙酰胆碱酶结合，使胆碱脂酶失去活性，丧失对乙酰胆碱的分解能力，使神经传导生理功能紊乱。D对生殖功能的影响 有机氯农药对多种三磷酸酶具有抑制作用，可导致性周期失调、胚胎发育障碍、子代发育不良或死亡等。,1、土壤污染防治措施 1）控制和消除工业“三废”排放,控制和消除工业“三废”的排放，必须大力推广闭路循环、无毒工艺，以减少或消除污染物。对工业“三废”要进行回收处理，化害为利。当前必须排放的“三废”也要进行处理净化，控制污染物排放的数量和浓度，使之符合排放标准。

19、,4.4土壤污染的综合防治,灌溉到田间地头的污水,生长中的河藕叶被污水烧焦,2）加强灌区的监测和管理,灌区要加强监测，经常了解污染物的成分、含量及动态，控制污水灌溉量，避免滥用污水灌溉引起土壤污染。,造纸污水名正言顺地冠以“绿化功臣”，直接排向林地，但事实与此相反,3）合理使用农药与化肥,对残留量高，毒性大的农药，应控制使用范围、使用量和使用次数。大力试制和发展高效、低毒和低残留的农药新品种，探索和推广生物防治作物病虫害的途径，尽可能减少有毒农药的使用。对本身含有有毒物质的化肥品种，使用范围和数量要严控。对硝酸盐和磷酸盐类化肥，要合理施肥，经济用肥，避免过多而造成土壤污染。,4）生物防治,土壤

20、污染物可以通过生物降解或吸收而净化土壤。研究分离和培育新的微生物品种，以增强生物降解作用。这是提高土壤净化能力的重要措施之一。此外，某些鼠类和蚯蚓对一些农药也有降解作用。,5）施加抑制剂,轻度污染的土壤施加某些抑制剂，可改变污染物在土壤中的迁移转化方向，促进某些有毒物质的移动，淋洗或转化为难溶物质而减少作物吸收。常用的控制剂有石灰、碱性磷酸盐等。施用石灰可提高土壤pH值，使镉、铜、锌和汞等形成氢氧化物沉淀。施用石灰石，稻谷含镉量可降低30左右。施用石灰还可以使作物降低对放射性物质的吸收达7080。,6）增施有机肥，改良砂性土壤,有机胶体和粘土矿物对土壤中重金属和农药有一定的吸附力。因此，增加土

21、壤有机质，改良砂性土壤，能促进土壤对有毒物质的吸附作用，是增加土壤容量，提高土壤自净能力的有效措施。,7）改变耕作制度,改变耕作制度，改变土壤环境条件，可消除某些污染物的毒害。DDT和六六六在旱田中降解速度慢，积累明显，残留量大。改水田后DDT降解加快，仅1年左右土壤中残留的DDT已基本消失。所以实行水旱轮作，是减轻或消除农药污染的有效措施。,8）换土、深翻,被重金属与难分解的农药严重污染的土壤在面积不大的情况下，可采用换土法，这是目前彻底清除土壤污染的最有效手段，但是对换出的污染土壤必须妥善处理，防止次生污染。此外也可进行深翻，将污染的土壤翻到下层，掩埋深度应根据不同作物根系发育特点，以不致

22、污染作物为原则。,污染土壤的生物修复,植物修复重金属的类型,植物提取植物固定根系过滤植物挥发,工程修复措施,稳定/固化 指通过固态形式在物理上隔离污染物或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态，降低污染物的危害，适用于重金属污染土壤的修复和处理无机污染物质。,土壤淋洗法 对象：重金属、农药、油等,指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水力压头推动清洗液，将其注入被污染土层中，然后再将包含污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理的技术，用于处理被重金属、放射性核素、石油烃类、挥发性有机物、多氯联苯和多环芳烃等污染的土壤。,车载式,固定式,30m3/h处理能力淋洗修复工程,汽

23、提技术,指利用物理方法通过降低土壤孔隙的蒸汽压，把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除的技术，适用于挥发性有机化合物，如挥发性有机卤代物或非卤代物，也可用于去除土壤中的油类、重金属、多环芳烃或二噁英等污染物。,热处理,指通过直接或间接热交换，将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度（150540），使有机污染物从污染介质挥发或分离的过程，适用于处理土壤中挥发性有机物、半挥发性有机物、农药、高沸点氯代化合物。,热处理 直接加热使污染物挥发或分解，间接加热使污染物挥发 针对高浓度土壤污染。对象：水银、农药、油等；优点：日处理能力可达200t。,实际工程,污染土壤,外热装置,修复土壤,焚烧装

24、置,烟囱,热交换,填埋,热解气体,化学试剂,热处理典型流程：,环境地球化学灾害-“化学定时炸弹”,地球化学灾害的具体表现形式很多，例如:大面积植被死亡、农作物大幅度减产、野生动物行为异常、大量水生动物死亡、人类的地方病或地球化学环境病等。隐藏在这些地球化学灾害后面的元凶，正是由于环境污染造成的、存在于土壤或沉积物中的化学定时炸弹”。,化学炸弹来源,持久性有机污染物、重金属、放射性物质、杀虫剂、化肥等。它们可缓慢地通过各种途径(呼吸、接触、饮水、摄食等)进入人体，导致癌症、畸形、基因突变、破坏或抑制神经系统与免疫系统，破坏与干扰人群的内分泌系统及影响生殖能力。,化学炸弹实例,美国Adironda

25、ck山脉中的Big Moose湖。在10年或更长的一段时问里，酸雨的下降也许不会使湖泊的pH值产生影响。但当湖泊的缓冲容量消耗殆尽后，湖水的pH值会陡然下降，并可以使得积累在沉积物中的重金属元素重新活化起来，由不活动的吸附状态转化成活动的溶解态，导致水体环境的剧烈变化。白19世纪80年代开始，来白上游的SO2部分进入Big Moose湖水中。SO2经氧化后生成H2SO4，可以使湖水的pH值继续下降，但在1920年左右稍有反弹。当湖水的pH值降低到5.0以下时，鳄鱼也开始死亡。到20世纪40时年代中期，湖水的pH值突然迅速降低，到1980年pH值约等于4.5 0期间，大量的鲈鱼、鲤鱼死亡。,化学

26、炸弹定义,Stigliani(1990)给出了化学定时炸弹的定义：化学定时炸弹的概念涉及一系列事件，其主要指随着环境(气候和土地利用)的缓慢变化，使存储土壤和沉积物中的化学物质活化引致延缓而突然爆发的有害效应”。,化学定时炸弹的分类,化学炸弹形成机制,（1）SOM(土壤有机质)与重金属的结合力下降和容量减小，是造成重金属释放的关键因素。（2）土壤细土物质流失、土壤阳离了交换量减小、土壤酸化、氧化还原条件的变化和不合理的灌溉都可造成化学定时炸弹的爆发。在外因方面，气候变化、土壤退化、采矿和冶炼等也可引发化学定时炸弹。,保护土壤的随手小事,1）少用塑料袋、一次性发泡塑料饭盒：它们会引起白色污染2）不乱抛弃电池 3）不滥用化肥：过多使用化肥，除了会污染水资源，还会使土壤板结，影响农作物对水和养分还有氧气的吸收。,本节课到此结束！谢谢！,