土壤环境的污染与净化

土壤污染的特点；主要污染源及污染物；污染物在土壤中的迁移与净化;污染土壤的修复技术。一、土壤环境污染“绝对性”定义:由人类的活动向土壤添加有害化合物，此时土壤即受到了污染。这个定义的关键是存在有可鉴别的人为添加污染物。“相对性”定义：以特定的参照数据来加以判断，如以背景值加两倍标准差为临界值，若超过这一数值，即认为该土壤为某元素所污染。“综合性”定义：不但要看含量的增加，还要看后果，即加入土壤的物质给生态系统造成了危害。1、土壤污染（SoilPollution）由于具有生理毒性的物质或过量的植物营养元素进入土壤而导致土壤性质恶化和植物生理功能失调的现象;或指进入土壤的污染物超过土壤的环境容量，而且对土壤、植物和动物造成损害的状况。2、土壤污染的特点：（1）隐蔽性或潜伏性水体和大气的污染比较直观，严重时通过人的感官即能发现。而土壤污染则往往要通过农作物包括粮食、蔬菜、水果或牧草以及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来，从遭受污染到产生恶果有一个相当长的逐步积累过程，具有隐蔽性或潜伏性。例如：日本的第二公害病——痛痛病60年代发生于富山县神通川流域，直至70年代才基本证实是镉污染土壤所生产的“镉米”所致。（2）不可逆性和长期性土壤一旦遭到污染后极难恢复，重金属元素对土壤的污染是一个不可逆过程，而许多有机化学物质的污染也需要一个比较长的降解时间。例如1966年冬至1977年春，沈阳—抚顺污水灌区发生的石油、酚类以及后来的镉污染，造成大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味，含镉量超过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用改良剂、深翻、清灌、客土、选择品种等各种措施，才逐步恢复其部分生产力，付出了大量的劳力和代价。（3）后果的严重性由于土壤污染的隐蔽性或潜伏性、以及它的不可逆性或长期性，因而往往通过食物链危害动物和人体的健康。例如：一些土壤污染事故严重威胁着粮食生产，三氯乙醛的污染是一个比较典型的事例，它是由于施用含三氯乙醛的废硫酸生产的普通过磷酸钙肥料所引起。其中万亩以上的污染事故在山东、河南、河北、辽宁、苏北、皖北等地曾多次发生，轻则减产，重则绝收，损失十分惨重。农药、化肥的使用污水灌溉大气沉降固体废物堆放二、土壤污染源及污染物种类1、污染源农药在生产、贮存、运输、销售与施用过程中都会产生污染，施在作物上的杀虫剂大约有一半左右流入土壤中。进入土壤中的农药虽然在生物、光解与化学作用下，可有一部分降解，但对于像有机氯这样的长效农药来说，那是十分缓慢的。农药在土壤中残留性与土壤的理化性质与环境条件密切的关系。化肥对土壤的污染一是不合理的过量施用，促使土壤养分平衡失调。二是有毒磷肥特别是含三氯乙醛磷肥，它是由含三氯乙醛的废硫酸生产的，当它在土壤中施用后，三氯乙醛转化为三氯乙酸，两者均可给植物造成毒害，由此而造成的作物大面积受害的情况屡有发生。磷肥中重金属特别是镉的含量也是一个不容忽视的问题。据估计，我国每年随磷肥带入土壤的总镉量约为37吨，因而应当认为含镉磷肥是一种潜在的污染源污灌常可引起土壤污染。污灌是指利用城市污水、工业废水或混合污水进行农田灌溉。大量的污水未加处理而直接倾注于环境中，使一些灌区土壤中有毒有害物质有明显的积累。京津唐地区污灌对生态环境的影响表明，北京东郊由污灌引起的土壤污染约占检测样品的60%，污染的糙米样品数约占检测样品数的36%。气源重金属微粒是土壤重金属污染的途径之一，它的构成主要是金属飘尘。在金属加工过程中，在交通繁忙的地区，往往伴随有金属尘埃进入大气，其种类视污染源的不同而异。这些飘尘自身降落或随雨水接触植物体或进入土壤后随之为植物或动物所吸收，在大气污染严重的地区，作物亦有污染。酸沉降本身既是一种土壤污染源，又可加重其它有毒物质的危害，我国长江以南大部分地区本身就是酸性土壤，在酸雨的作用下，土壤进一步酸化，养分淋溶，结构破坏，肥力降低，作物受损，从而可破坏土壤生产力。此外，尚有多种污染物（包括重金属、非金属有毒有害物质及放射性散落物等）的同时污染。固体废弃物包括工业废渣、污泥、城市垃圾等。由于污泥中含有一定的养分，因而可用来作为肥料使用，城市生活污水处理厂的污泥含量为0.8－0.9%，含磷量为0.3－0.4%，含钾量0.2－0.35%，有机质含量为16－20%。但如混入工业废水或工业废水处理厂的污泥，其成分较生活污泥要复杂得多，特别是金属的含量很高，这样的污泥如在农田中施用不当，势必造成土壤污染。一些城市历来都把大量的垃圾运往农村，由于垃圾中含有大量的煤灰、砖瓦碎块、玻璃、塑料等。含这些成分的垃圾长期施用农田，可逐步破坏土壤的团粒结构与理化性质。同时城市垃圾亦有一定量的金属，使土壤中重金属含量随着垃圾施用量的增多而增加。2、土壤污染物污染物种类主要来源无机污染物重金属汞镉铜锌铬铅镍砷硒制碱、汞化物生产等工业废水和污泥，含汞农药，金属汞蒸汽冶炼、电镀、染料等工业废水，污泥和废气，肥料杂质冶炼、铜制品生产废水、废渣和污泥，含铜农药冶炼、镀锌、纺织等工业废水，污泥和废渣，含锌农药，磷肥冶炼、电镀、制革、印染等工业废水和污泥颜料、冶炼等工业废水，汽油防爆燃烧排气，农药冶炼、电镀、炼油、染料等工业废水和污泥硫酸、化肥、农药、医药、玻璃等工业废水和废气，含砷农药电子、电器、油漆、墨水等工业的排放物放射元素铯锶原子能、核动力、同位素生产等工业废水和废渣，大气层核爆炸原子能、核动力、同位素生产等工业废水和废渣，大气层核爆炸其他氟盐碱酸冶炼、氟硅酸钠、磷酸和磷肥等工业废气，肥料纸浆、纤维、化学等工业废水硫酸、石油化工、酸洗、电镀等工业废水，大气有机污染物有机农药酚氰化物3,4-苯并芘石油有机性洗涤剂有害微生物农药生产和使用炼油、合成苯酚、橡胶、化肥、农药等工业废水电镀、冶金、印染等工业废水，肥料石油、炼焦等工业废水石油开采，炼油，输油管道漏油城市污水，机械工业厩肥，城市污水、污泥汞主要来源土壤的汞污染主要来自于污染灌溉、燃煤、汞冶炼厂和汞制剂厂（仪表、电气、氯碱工业）的排放。含汞颜料的应用、用汞做原料的工厂、含汞农药的施用等也是重要的汞污染源。危害汞对植物的危害因作物的种类和发育而异。汞在一定浓度下使作物减产，在较高浓度下甚至使作物死亡。形态及特点无机汞与有机汞在一定条件下互相转化。土壤中的无机汞主要有HgSO4，HgCl2，Hg(OH)2，HgO。无机汞的溶解度低，在土壤中迁移转化能力很弱。在土壤微生物作用下，无机汞可向甲基化方向转化。在好氧条件下主要形成脂溶性的甲基汞，在厌氧条件下，主要形成二甲基汞，在微酸性环境下，二甲基汞可转化为甲基汞。甲基汞可被微生物吸收、积累，而转入食物链造成对人体的危害。土壤中的含量天然土壤含镉量为0.01~0.70mg/kg，我国土壤含汞量0.001~91.46mg/kg，平均值为0.097mg/kg。镉主要来源主要来源于镉矿、镉冶炼厂，以及电镀、颜料、塑料稳定剂、镍镉电池、电视显像管等制造业。危害含镉化合物毒性极大，具有积蓄性，镉中毒潜伏期长。镉能降低植物细胞中ATP酶活性镉对农业最大的威胁是产生“镉米”、“镉菜”，进入人体后使人得骨痛病。另外，镉会损伤肾小管，出现糖尿病，还有镉引起血压升高，出现心血管病，甚至还有致癌、致畸的报道。形态与特点无机汞与有机汞在一定条件下互相转化。土壤中的无机汞主要有HgSO4，HgCl2，Hg(OH)2，HgO。无机汞的溶解度低，在土壤中迁移转化能力很弱。在土壤微生物作用下，无机汞可向甲基化方向转化。在好氧条件下主要形成脂溶性的甲基汞，在厌氧条件下，主要形成二甲基汞，在微酸性环境下，二甲基汞可转化为甲基汞。甲基汞可被微生物吸收、积累，而转入食物链造成对人体的危害。土壤中的含量天然土壤含镉量为0.01~0.70mg/kg，我国土壤含镉量0.001~91.46mg/kg，平均值为0.097mg/kg。铅主要来源汽油里添加抗爆剂烷基铅，随汽油燃烧后的尾气而积存公路两侧百米范围内的土壤中，另外，铅字印刷厂、铅冶炼厂、铅采矿场等也是重要的污染源，随着我国乡镇企业的发展，“三废”中的铅已大量进入农田。进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合，极不易溶解，土壤铅大多发现在表土层，表土铅在土壤中几乎不向下移动。危害过多的铅对植物的危害主要表现为抑制或不正常的促进某些酶的活性，从而阻碍植物的呼吸及光合作用，不利于植物对养分的吸收。铅对动物和人的危害则是累积中毒。人体中铅能与多种酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动，对神经系统、血液和血管有毒害作用。铅慢性中毒会出现贫血、高血压、生殖能力和智能减退。铅急性中毒症状为：便秘、腹绞痛、伸肌麻痹。特点由于吸持、钝化或沉淀作用，植物根系所吸收的铅难向地上部输送，90%以上仍留在根系。例如谷类作物吸铅量较大，多数集中在根部，茎秆次之，籽实中较少。因此铅污染的土壤所生产的禾谷类茎秆不宜作饲料。土壤中的含量天然土壤含铅量为2~200mg/kg，平均含量变化幅度为13~42mg/kg，未污染土壤含铅量10~30mg/kg，城区公路两旁及低污染区域的土壤含铅量30~100mg/kg，受铅锌矿土壤含铅量可高达几万mg/kg。铬主要来源电镀、制革废水、铬矿开采与冶炼形成的铬渣等。危害铬对动植物的作用有利有弊。对植物来讲，低浓度的Cr6+能提高植物体内酶活性与葡萄糖含量，高浓度时则阻碍水分和营养向上部输送，并破坏代谢作用。铬对种子萌发、作物生长的影响主要是使细胞质壁分离、细胞膜透性变化，使组织失水，影响氨基酸含量，改变植株体内的羟羧化酶和抗坏血酸氧化酶。人体中含铬过低会产生食欲减退症状。但饮水中超标400倍时，会发生口角糜烂、腹泻、消化紊乱等症状。铬对人体的危害主要表现为对皮肤和粘膜具有强烈的刺激和腐蚀作用，对全身具有毒害作用，可引起血功能障碍，骨功能衰竭，皮炎。此外还具有致癌、致畸、致突变的作用。形态与特点铬在土壤中主要有两种价态：Cr6+和Cr3+。两种价态的行为极为不同，前者活性低而毒性高，后者恰恰相反。Cr3+主要存在于土壤与沉积物中，Cr6+主要存在于水中，但易被Fe2+和有机物等还原。土壤中的含量我国土壤含铬量平均值小于80mg/kg，一般在50～60mg/kg。铬主要分布在0～20cm的土层内，40cm以下几乎不受影响。砷主要来源主要来自大气降尘与含砷农药。燃煤是大气中砷的主要污染源。在有色金属开采过程中，砷化合物进入土壤也是主要途径。危害土壤含砷量在5～10mg/kg时，能刺激植物生长，杀灭有害微生物，促进固氮菌生长与磷的释放。在环境卫生方面也常用雄黄做消毒杀虫剂。但是过量砷会带来系列危害。砷可以取代DNA中的磷，防碍水分特别是养分的吸收，抑制水分从根部向地上部输送，从而使叶片凋萎以致枯死。砷对人体的危害是由于三价砷的氧化物与细胞蛋白质的巯基结合，从而抑制细胞呼吸酶的活性，并导致其分解过程及有关的中间产物均遭到破坏，使中枢神经系统发生机能紊乱，毛细血管麻痹和肌肉瘫痪。砷还具有致癌性。砷对人体的毒害作用潜伏期长，一般1～2年，有时长至10年。特点土壤中砷大部分为胶体吸收或和有机物络合――螯合或和磷一样与土壤中铁、铝、钙离子相结合，形成难溶化合物，或与铁、铝等氢氧化物发生共沉淀。pH和Eh值影响土壤对砷的吸附。pH值高土壤砷吸附量减少而水溶性砷增加；土壤的氧化条件下，大部是砷酸，砷酸易被胶体吸附，而增加土壤固砷量。随Eh降低，砷酸转化为亚砷酸，可促进砷的可溶性，增加砷害。含量土壤含砷量0～195mg/kg，平均为9.36mg/kg。我国土壤含砷量平均10.38mg/kg。铜主要来源铜等有色金属开采冶炼过程中排出的三废，化石燃料的燃烧，城市垃圾污泥，含铜的农药（硫酸铜、波尔多液）化肥的使用。危害植物缺铜时，幼叶尖端干枯，叶片脱落，生长受到抑制。谷类作物一般不能结实。农作物受铜危害的症状，主要表现在根部。当根部铜积累过多时，新根的生长便受到了抑制，常常长到2一4厘米就停止生长，根尖的生长点开始硬化，吸收养分的能力减弱，严重时，全株枯死。此外，由于铜的存在能促进二价铁离子变成三价铁离子，故铜的存在会阻碍许多植物对二价铁