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文檔簡介
第13章污灌、工礦和設施農業土壤污染修復第一節污水灌溉對土壤的污染與防治第二節工礦區污染土壤修復與利用第三節設施農業土壤質量規劃與防治第一節污水灌溉對土壤的污染與防治
污水灌溉:一般指使用經過一定處理的污水灌溉農田、森林和草地,污水灌溉可分為純污水灌溉、清污混灌和間歇污水灌溉。一、國內外污水灌溉現狀
2.1中國的污水灌溉現狀我國自1957年開始污水灌溉實驗工作,北京、天津、西安、撫順、石家莊等城市先后開辟了大型污水灌溉區。隨著廢污水排放量日益增多,以及農業用水日漸緊張,許多大、中城市近郊和工礦區附近的農田越來越多利用污水灌溉。由于污水灌溉管理工作跟不上,大部分灌區灌溉的廢污水(特別是鄉鎮企業)未經處理即直接利用,造成了部分農田嚴重污染,對土壤生態環境構成了威脅。污水灌溉的農田主要集中在水資源嚴重短缺的海、遼、黃、淮四大流域,約占全國污水灌溉面積的85%。大型污水灌區有北京污灌區、天津武寶寧污灌區。污水灌區占耕地面積比例雖然不大,但往往是我國人口密度最大的地區,是糧食、蔬菜、水果等農產品的主產區。我國污灌發展階段50年代末-60年代初,初步階段,4.2萬hm260年代后期-70年代初中期,初步發展階段,全國污水灌溉增加到18萬hm2;70年代后期到1995年,迅速發展階段,達到361.8萬hm2,占全國灌溉總面積的7.3%;1995年至今,穩定發展階段,污水灌溉面積有所下降。1.2國外的污水灌溉現狀國外一些缺水國家把城市污水再生利用作為解決水資源短缺的重要途徑。城市污水處理后,用于工業生產、農田灌溉、牧草灌溉、市政綠化、生活雜用、回灌地下水及補充地表水源等方面。美國、日本和以色列等國家污水灌溉技術相比較成熟。美國是污水再利用最早的國家之一,20世紀70年代開始大規模建設污水處理廠,隨后開始回用污水。美國城市污水處理等級基本在二級以上,再生水已成為城市水資源的重要組成部分。為了改進農村生活環境和水源水質,日本從1977年開始實行農村污水處理計劃,并高度重視污水灌溉。日本在鄉鎮建有許多小型污水處理廠,處理系統多為日本農村污水處理協會研制的JATUS模式,出水各項指標都達到污水處理水質標準。將處理過的污水排入河流作為河流的基流或排入灌排系統中進行淡化后再引入農田灌溉農作物,并且對灌溉水質要求嚴格,必須不傷害作物和土壤。以色列是嚴重缺水國家,為緩和水資源短缺對經濟發展的制約,采取了一系列措施推進城市污水再生利用。目前,91%的工業和生活污水由下水道收集,57%的污水經過凈化處理后通過國家輸水管道用于農業灌溉和園林草地灌溉。其中大約3億立方米處理過的再生水用于農業灌溉,計劃2010年全國三分之一的農業灌溉將使用處理過的廢污水。由于擁有污水處理、回用經驗和先進的灌溉方法,以色列已成為污水回用于農業灌溉的領先者。1.3.污水灌溉的效益提供灌溉水源提高土壤肥力凈化污水物理化學交換吸附和交換吸附生物氧化作用化學和光化學降解作用植物吸收和代謝作用二、污水灌溉對土壤的影響2.1、灌溉污水中的主要污染物質污染物組成及來源1固體污染物泥沙、爐渣、鐵屑、煤灰,來源選煤廠、鋼鐵廠、火力發電廠等工業廢水,以及生活污水和城市沖刷水;有機固體廢棄物,源于造紙廠、制糖廠、肉聯廠、制革廠2有機污染物碳水化合物、脂肪、蛋白質,生活污水和某些工業廢水
3有毒、有害物質氰、汞、鎘、鉻、鉛、砷、有機磷、酚、醛、苯、硝基化合物,機械加工、化工、選礦4植物營養物質氮、磷、鉀、微量營養元素、促進植物生長物質5放射性污染物原子能工業、某些使用放射性物質的工業企業和醫院排出的廢水6酸堿無機物7生物污染物蛔蟲、蠕蟲和其他類型的寄生蟲和病菌,城市污水,工業廢水8油類物質食品加工業、脂肪提煉與加工業、肥皂制造業、人造黃油和石蠟制造業2.2、灌溉污水中重金屬對土壤的影響
(1)灌溉污水中重金屬含量(2)不同污水類型灌區土壤中重金屬累積量2.3、灌溉污水中有機污染物對土壤的影響(1)灌溉污水中油脂類對土壤的影響一般容易被土壤微生物降解和土壤物理化學中溶解氧,導致水質惡化。但礦物油中的致癌物質苯并芘在土壤中的殘留,絕大部分集中在0-15cm土層中,這是由于土壤黏粒部分對苯并芘具有強烈的吸附和結合能力。并且其隨含礦物油污水增多而不斷增加,并導致土壤上的植物中的殘留量增加。(2)灌溉污水內酚類化合物對土壤的影響酚類化合物分為揮發性酚與不揮發性酚兩大類。壤中的酚能被土壤微生物降解(3)灌溉油污水中苯對土壤的影響苯在土壤中凈化快、殘留少,苯被植物吸收、氧化而解除毒性,對作物生長無明顯影響。但在薄土層尤以砂件土及土壤厚度不足1m以及地下水位高的地區,有地下水受苯污染的現象。(4)灌溉污水中三氯乙醛對土壤的影響三氯乙醛是有機氯和有機磷農藥廠以及其他一些化工廠的一種中間產物,在酸性條件下比較穩定,在堿性條件下則易分解。因此,可在廢水中加入石灰或氨水等堿性物質,以減輕其毒性。三氯乙醛在動植物體內及土壤中可以很快轉化成三氯乙酸。三氯乙酸在土壤中容易被微生物降解,不易發生累積現象,但容易對作物產生直接的毒害作用。2.4污水灌溉對土壤理化性質的影響(1)污灌對土壤物理性質的影響污灌可引起土壤孔隙度明顯下降污灌對土壤三相物質組成比率的影響(反映出土壤通氣、透水的狀況)(2)污灌對土壤化學性質的影響污灌對土壤有機質的影響
對土壤肥力有影響的主要是胡敏酸(H)和富里酸(F)的數量及其比值。一般情況下在我國北方地區土壤腐殖質的品質好,其H/F>l。一般土壤腐殖質的品質常H/F比值作為判斷標準,有機質H/F>l品質較好,而H/F<l則品質差。其原因是胡敏酸分子大,穩定度高,與高價離子易于結合沉淀,對重金屬離子的吸附固定能力強,并對促進土壤團粒結構的形成起到極為重要的作用。而富里酸分子小,活動性強,無論吸附低價或高價的金屬離子仍保持水溶性,故易于促使重金屬遷移,對環境引發二次污染的風險比較大。
污灌對土壤氮素含量的影響
污灌對土壤磷素含量的影響
連續不斷地用含磷濃度較高的污水灌溉,會使土壤吸磷能力顯著降低。因此,土壤長時間地用來凈化污水,勢必要降低其對磷的吸收能力,而讓土壤作定期的休灌,則可恢復其吸收能力,并能增強土壤吸磷能力。污灌對土壤鹽基離子的影響廢水灌溉使Ca、Mg受到淋失,長期下去可能會使土壤Ca、Mg大量淋失,Na含量相對增加,最終導致土壤鹽堿化,土壤理化性質變劣。2.5污水灌溉對作物生長發育的影響
水稻的葉片壽命低于清水灌溉,這對光合生產產生不利作用。營養元素使作物枝葉生長過快,果實減少。2.6污水灌溉對作物產量的影響(1)灌溉水質和污灌歷史長短對產量的影響(2)污灌對作物外觀與加工品質的影響(3)污灌對作物營養品質的影響(4)污水灌區污染物在農產品中的殘留三、國內外污水灌溉的研究現狀3.1污水中的污染物控制標準研究現狀以色列WHOFAO中國3.2污染土壤修復標準的研究現狀(1)污染物選擇(2)分析監測方法(3)修復標準的分類四、典型污水灌溉區的污染現狀北京污灌區
金屬類別西郊污水灌區東郊及南郊污水灌區北郊污灌區Hg0.001-0.0072未檢出-0.025未檢出-0.044Cd0.002-0.0184未檢出-0.0216未檢出-0.0033Pb0.212未檢出-0.0038未檢出-0.037Zn0.3800.1500-0.5700.050-1.600Cu0.0120-0.0210.0180-0.1900.0020-0.209Cr0.020-0.3000.0014-0.441未檢出-0.026As痕-0.010未檢出-0.025未檢出-0.027沈撫污灌區白銀污灌區石家莊市污灌區五.污水灌區土壤修復技術5.1重金屬污染土壤物理修復物理分離修復工程措施熱處理修復技術固定化/穩定技術電動法5.2污灌區重金屬污染土壤化學修復技術土壤性能改良技術土壤淋洗法污灌區重金屬污染土壤生物修復技術植物修復微生物修復5.3污灌區有機污染土壤修復技術物理技術化學技術植物修復微生物修復微生物-植物聯合修復甘肅白銀市農田土壤工程修復項目(2011.4-2012.10)總平布置圖修復費用非常高5.4污水灌溉技術措施的研究
灌溉技術的研究灌溉制度的研究六、污水灌區土壤污染防治與污水資源化利用準則6.1污水灌區土壤污染防治措施全面調查,科學規劃,統一管理推行灌溉污水預處理技術,控制污水水質,禁止用原污水直接灌溉重視開展污水灌溉技術和污水土地利用的科學研究加強監測管理,建立健全污水灌溉的規范化管理體系6.2污水灌區污水資源化利用準則根據污灌區土壤環境容量、自凈能力及水文地質特點將整個污水灌區細分為不宜污灌區、控制污灌區和適宜污灌區,因地制宜,分類采取措施,進行科學解決。
對污灌區所引用的城市污水根據污水類型確定灌水定額和灌溉作物,對不符合國家農灌水標準(GB5084—2005)的污水最好用于林地和綠化草坪及花卉的灌溉,以最大限度地降低污染物通過食物鏈危害人體健康的風險。
對于干旱嚴重地區,污灌水水質不能達到國家農灌水質標準的(GB5084—92),可采用清水和污水混合灌溉的方式,這樣既可降低因干旱缺水對農業的損失,又可避免因污水中有毒有害污染物濃度過高污染土壤和農產品。第2節工礦區污染土地的合理
利用與復墾一、工礦區的概念及范圍工礦區是工程建設區、工廠和礦區的總稱,是指國土范圍內修筑公路、鐵路、水利工程、開辦礦山、電力、化工、石油等工業企業以及采礦、取石、挖砂等建設活動的場地。二、煤礦區土壤污染的來源高速公路建設Yoursitehere貴溪冶煉廠是目前國內規模最大、技術最先進的閃速煉銅廠,但冶煉過程中產生的廢渣約20萬t/a。周圍農田受到廢氣、滲漏水和廢水等的污染面積達2000-3000畝。廠渣冶貴貴溪冶煉廠修復工程項目(2012.1-2013.12)項目中標價格:1572.36萬元江西省領導視察并給予高度評價江銅貴冶周邊區域九牛崗土壤修復示范項目貴冶周邊Cu/Cd土壤集成修復示范工程修復前修復中修復后337504kg貴溪竄山垅老灌區修復區水稻測產(2012,10,09)處理株高(cm)穗長(cm)每畝株數(萬)每株有效穗每畝有效穗(萬)每穗粒數每穗實粒數結實率(%)千粒重(g)畝產(折合干重、公斤)對照100.423.41.0710.110.81591469232.5338單改劑90.825.51.0715.316.323120689.529.5448綜調劑107.226.61.1317.419.722420290.5631.0504竄山垅老灌區修復區水稻稻米中銅鎘含量處理大米銅(mg/kg)大米鎘(mg/kg)未施用7.250.562單修復劑5.190.232單+綜合調理劑5.080.22食品衛生標準≤10.0≤0.2主要修復單元區修復前后土壤有效態銅鎘含量核心修復區巨菌草長勢第三節設施農業土壤質量退化及防治一、我國設施農業概況我國設施農業栽培面積達到86.7萬公頃,按絕對面積計算為世界第一。其中塑料中小棚40.7萬公頃,占46.9%;塑料大棚23.3萬公頃,占26.9%;溫室22.7萬公頃,占26.2%。設施農業在我國各地得到了廣大推廣,目前我國已經成為世界上設施栽培面積及總產量最大的國家
。二、設施土壤環境問題團粒結構被破壞,土壤容重變小,土壤板結,通氣透水性差。長期大量使用化學肥料,尤其是許多生理酸性肥料或者氮肥均會造成土壤酸化。缺少雨水淋溶作用,且土壤蒸發程度高,出現土壤鹽分累積,最高可達到露地土壤的20倍以上。經常處于高溫高濕條件,土壤中真菌等各種病菌大量繁殖,侵害蔬菜秧苗培育和設施大田的種植生長,病菌的繁殖危害極大影響到設施蔬菜的產量與品質。三、設施土壤質量退化防治與改良土壤酸化防治與改良加入堿性物質改良增加有機肥配方施肥培育和選擇耐酸作物品種設施土壤鹽漬化防治與改良平衡施肥增施有機肥施用改良劑擊飛深施,追肥限量科學灌溉深耕改良地面覆蓋輪換種植客土法
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