北京中大華遠認證中心內部培訓教材第二章污染物控制技術6土壤污染及其修復技術TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"土壤污染 ?2\o"CurrentDocument"土壤污染的定義 ?2土壤污染的類型和來源 ?3\o"CurrentDocument"土壤污染的特點 ?5\o"CurrentDocument"土壤污染的危害 ?5\o"CurrentDocument"土壤污染及治理 6我國土壤污染現狀 -6\o"CurrentDocument"土壤污染治理 -7\o"CurrentDocument"修復技術 -9\o"CurrentDocument"熱力學修復 -9\o"CurrentDocument"熱解吸修復技術 -9\o"CurrentDocument"焚燒法 10\o"CurrentDocument"土地填埋法 10\o"CurrentDocument"化學淋洗 10\o"CurrentDocument"堆肥法 10\o"CurrentDocument"植物修復 10\o"CurrentDocument"滲透反應墻 10\o"CurrentDocument"生物修復 10北京中大華遠認證中心 內部培訓教材6土壤污染及其修復技術土壤污染土壤是自然環境要素的重要組成之一，它是處在巖石圈最外面的一層疏松的部分，具有支持植物和微生物生長繁殖的能力，被稱為土壤圈。土壤圈處于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈之間的過渡地帶，是聯系有機界和無機界的中心環節。土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。土壤固相包括礦物質和有機質，其中礦物質約占土壤固體總重量的90%以上，而有機質約占固體總重量的1%?10%。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤中有無數孔隙充滿空氣，即土壤氣相。典型土壤約有35%的體積是充滿空氣的孔隙，因而土壤具有疏松的結構。土壤具有兩個重要的功能，一是土壤作為一項極其寶貴的自然資源，是農業生產的基礎，二是土壤對于外界進入的物質具有同化和代謝能力。由于土壤具有這種功能，所以人們肆意開發土壤資源，同時將土地看作人類廢物的垃圾場，而忽略了對土地資源的保護。由于這種原因，人類面臨著土地退化、水土流失和荒漠化以及土壤污染等諸多問題。其中，土壤污染的形勢極為嚴峻。土壤污染的定義土壤背景值土壤背景值是指未受或少受人類活動特別是人為污染影響的土壤環境本身的化學元素組成及其含量。土壤背景值是各種成土因素綜合作用下成土過程的產物，地球上的不同區域，從巖石成分到地理環境和生物群落都有很大的差異，所以實質上它是各自然成土因素（包括時間因素）的函數。由于成土環境條件仍在不斷地發展和演變，特別是人類社會的不斷發展，科學技術和生產水平不斷提高，人類對自然環境的影響也隨之不斷地增強和擴展，目前已難以找到絕對不受人類活動影響的土壤。因此，現在所獲得的土壤背景值也只能是盡可能不受或少受人類活動影響的數值。研究土壤背景值具有重要的實踐意義。因為污染物進入土壤環境之后的組成、數量、形態和分布變化，都需要與背景值比較才能加以分析和判斷，所以土壤背景值是土壤環境質量評價，特別是土壤污染綜合評價的基本依據，是研究和確定土壤環境容量，制定土壤環境標準的基本數據，也是研究污染元素和化合物在土壤環境中的化學行為的依據。另外，在土地利用及其規劃，研究土壤生態、施肥、污水灌溉、種植業規劃，提高農、林、牧、副業生產水平和產品質量，食品衛生、環境醫學等方面，土壤環境背景值也是重要的參比數據。我國在20世紀70年代后期開始進行土壤背景值的研究工作，先后開展了北京、南京、廣州、重慶以及華北平原、東北平原、松遼平原、黃淮海平原、西北黃土、西南紅黃壤等的土壤和農作物的背景值研究。內部培訓教材北京中大華遠認證中心內部培訓教材土壤環境容量土壤環境容量是針對土壤中的有害物質而言的。它是指在人類生存和自然生態不致受害的前提下，土壤環境單元所容許承納的污染物質的最大數量或負荷量。簡言之，土壤環境容量實際上是土壤污染起始值和最大負荷值之間的差值。若以土壤環境標準作為土壤所能承納的最大允許限值，則該土壤的環境容量便是土壤環境標準值減去土壤背景值。在尚未制定土壤環境標準的情況下，還可以通過土壤環境污染的生態效應試驗，加之考慮土壤環境的耋凈作用與緩沖性能，來確定土壤環境容量。土壤環境容量能夠在土壤環境質量評價、制訂污水灌溉水質標準、污泥施用標準、微量元素累積施用量等方面發揮作用。土壤環境容量充分體現了區域環境特征，是實現污染物忘量控制的重要基礎。在此基礎上人們可以經濟、合理地制定污染物總量控制規劃，也可以克分利用土壤環境的納污能力。土壤污染的定義土壤污染是指加入土壤的污染物超過土壤的自凈能力，或污染物在土壤中積累量超過土壤基準量，而給生態系統乃至人類造成危害的現象。土壤環境中污染物的輸入、積累和土壤環境的自凈作用是兩個相反而又同時進行的對立、統一的過程，在正常情況下，兩者處于一定的動態平衡，在這種平衡狀態下，土壤環境是不會發生污染的。但是，如果人類的各種活動產生的污染物質，通過各種途徑輸入土壤，其數量和速度超過了土壤環境的自凈作用的速度，打破了污染物在土壤環境中的自然動態平衡，使污染物的積累過程占據優勢，可導致土壤環境正常功能的失調和土壤質量的下降；或者土壤生態發生明顯變異，導致土壤微生物種類、數量或者活性的變化，土壤酶活性的減少。同時，由于土壤環境中污染物的遷移轉化，從而引起大氣、水體和生物的污染，并通足食物鏈最終影響到人類的健康，這種現象屬于土壤環境污染。因此，我們說，當土壤環境中所含污染物的數量超過土壤自凈能力或當污染物在土壤環境中的積累量超過土壤環境基準或土壤環境標準時，即為土壤環境污染。從土壤污染概念來看，判斷土壤發生污染的指標：一是土壤自凈能力，二是動植物直接、間接吸收而受害的臨界濃度。土壤污染的類型和來源土壤污染物的分類(1)化學污染物：包括無機污染物和有機污染物。無機污染物主要包括汞、鎘、鉛、砷等重金屬，過量的氮、磷植物營養元素以及氧化物和硫化物等。有機污染物則包括各種化學農藥、石油及其桑解產物以及其他各類有機合成產物等?；瘜W污染物是土壤污染物中最重要、影響也最強烈和廣泛的污染物，目前人們對于這類污染物的污染效應、治理等相關研究進行得比較多。(2)物理污染物：指來自工廠、礦山的固體廢棄物如尾礦、廢石、粉煤灰和工業垃圾等。(3)生物污染物：指帶有各種病菌的城市垃圾和由衛生設施排出的廢水、廢物以及廄肥等。內部培訓教材北京中大華遠認證中心內部培訓教材（4）放射性污染物：主要存在于核原料開采和大氣層核爆炸地區，以鍶和銫等在土壤中生存期長的放射性元素為主。污染物的來源（1）污水灌溉。用未經處理或未達到排放標準的工業污水灌溉農田是污染物進入土壤的主要途徑。生活污水和工業廢水中，含有氮、磷、鉀等許多植物所需要的養分，所以合理地使用污水灌溉農田，一般有增產效果。但污水中還含有重金屬、酚、氰化物等許多有毒有害的物質，如果污水沒有經過必要的處理而直接用于農田灌溉，會將污水中有毒有害的物質帶至農田，污染土壤。例如冶煉、電鍍、燃料等工業廢水能引起鎘、汞、銘、銅等重金屬污染；石油化工、肥料、農藥等工業廢水會引起酚、三氯乙醛、農藥等有機物的污染。污水灌溉和污水土地處理系統對土壤環境的污染防治和生態環境保護都是需要研究的重要土壤環境問題。（2）酸雨和降塵。工業排放的二氧化硫、氟化物、臭氧、氮氧化物、碳氫化合物等有害氣體在大氣中發生反應而形成酸雨，以自然降水形式進入土壤，引起土壤酸化。我國酸雨區面積約占國土面積的1/3。工業排放的粉塵、煙塵等固體粒子及煙霧、霧氣等液體粒子，在重力作用下以降塵形式進入土壤造成污染。例如，有色金屬冶煉廠排出的廢氣中含有銘、鉛、銅、鎘等重金屬，對附近的土壤造成污染；生產磷肥、氟化物的工廠會對附近的土壤造成粉塵污染和氟污染。大氣酸沉降與土壤酸化，已成為全球性的生態環境問題。（3）化肥農藥。施用化肥是農業增產的重要措施，但不合理的使用，會使作物貪青、倒伏而減產，同時引起土壤中營養元素的不平衡，形成土壤污染。例如長期大量使用氮肥，會破壞土壤結構，造成土壤板結，生物學性質惡化，影響農作物的產量和質量。過量地使用硝態氮肥，會使飼料作物含有過多的硝酸鹽，妨礙牲畜體內氧的輸送，使其患病，嚴重的導致死亡。農藥能防治病、蟲、草害，如果使用得當，可保證作物的增產，但它是一類危害性很大的土壤污染物，施用不當，會引起土壤污染。農作物從土壤中吸收農藥，在根、莖、葉、果實和種子中積累，通過食物、飼料危害人體和牲畜的健康。此外，農藥在殺蟲、防病的同時，也使有益于農業的微生物、昆蟲、鳥類受到傷害，破壞了生態系統，使農作物遭受間接損失。另外，長期使用農藥造成病蟲草害物種抗藥性增強，導致農藥投入量持續增加。（4）固體廢物。土壤向來都作為廢棄物的處理場所。隨著工農業生產的發展和城市擴大化，固體廢棄物的種類和數量、成分日益增多和復雜化，如工礦業的固體廢棄物包括金屬礦渣、煤肝石、粉煤灰、城市垃圾、污泥等。例如，各種農用塑料薄膜作為大棚、地膜覆蓋物被廣泛使用，如果管理、回收不善，大量殘膜碎片散落田間，內部培訓教材北京中大華遠認證中心內部培訓教材會造成農田“白色污染”。這樣的固體污染物既不易蒸發、揮發，也不易被土壤微生物分解，是一種長期滯留土壤的污染物。（5）汽車尾氣。汽車使用含鉛汽油，其排放的廢氣中含有鉛化合物，經雨水沖刷沉積于土壤中，造成鉛污染。汽車尾氣對土壤的污染隨著我國汽車擁有量的增加而日益顯現出來。土壤污染的特點土壤污染的特點主要有以下四個。具有隱蔽性和滯后性。大氣污染、水污染和廢棄物污染等問題一般都比較直觀，土壤污染不像大氣與水體污染那樣容易為人們所發現，因為土壤是更復雜的三相共存體系。各種有害物質在土壤中，總是與土壤相結合，有的為土壤生物所分解或吸收，從而改變其本來面目而被隱藏在土體里，或自土體排出且不被發現。當土壤將有害物輸送給農作物，再通這食物鏈而損害人畜健康時，土壤本身可能還繼續保持其生產能力而經久不衰。所以土壤污染往往要通過對土壤樣品進行分析化驗和農作物的殘留檢測，甚至通過研究對人畜健康狀況仿影響才能確定。這也導致土壤污染從產生污染到出現問題，通常會滯后很長時間。土壤污染的隱蔽性和滯后性使認識土壤污染問題的難度增加，以致污染危害持續發展。土壤污染有累積性和地域性。污染物質在大氣和水體中，一般都比在土壤中更容易遷移。這使得污染物質在土壤中并不像在大氣和水體中那樣容易擴散和稀釋，因此容易在土壤中不斷積累而超標，同時也使土壤污染具有很強的地域性。土壤污染具有不可逆性。多數無機污染物，特別是金屬和微量元素，都能與土壤有機質或礦質相結合，并長久地保存在土壤中。無論它們怎樣轉化，也無法使其重新離開土壤。如被某些重金屬污染的土壤需要200?1000年才能夠恢復。土壤污染治理的艱難性。如果大氣和水體受到污染，切斷污染源之后通過稀釋作庫和自凈化作用也有可能使污染問題不斷逆轉，但是積累在污染土壤中的難降解污染物則很難靠稀釋作用和自凈化作用來消除。土壤污染一旦發生，則很難恢復，治理成本較高、治理周期較長。依據上述特點，土壤污染的預防勝于治理。土壤污染的危害土壤是各種污染物最終的“宿營地”，土壤通過對污染物的吸附、固定形成了對污染物的富集作用，世界上90%的污染物最終滯留在土壤內。植物從土壤中選擇吸收必需的營養物，同時也被動地、甚至被迫地吸收土壤釋放出來的有害物質。土壤污染主要是通過它的產品一一植物來表現其危害。植物的吸收利用，有時能使污染物濃度達到危害自身或危害人畜的水平，即使沒有達到毒害水平的含毒植物性食品，只要為內部培訓教材北京中大華遠認證中心內部培訓教材人畜食用，當它們在動物體內排出率低時，也可以逐日積累，由量變到質變，最后引起動物病變。土壤污染的危害主要如下。（1）土壤污染導致食物品質不斷下降。土壤是作物生長的基礎。目前，由于土壤污染的原因導致許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、銘、碑、鉛等重金屬含量超標和接近臨界值。有些地區污水灌溉已經使得蔬菜的味道變差，易爛，甚至出現難聞的異味；農產品的儲藏品質和加工品質也不能滿足深加工的要求。（2）土壤污染危害人體健康。土壤污染會使污染物在植物體中積累，并通過食物鏈富集到人體和動物體中，危害人畜健康，造成功能異常和其他荷爾蒙系統異常、生殖障礙和種群下降、腫瘤和癌癥、行為失常、免疫系統障礙以及性別混亂等癥狀和疾病等。目前，我國對這方面的情況仍缺乏全面的調查和研究，對土壤污染導致污染疾病的總體情況并不清楚，但是，從個別城市的重點調查結果來看，情況并不樂觀。（3）土壤污染導致嚴重的經濟損失。土壤污染能夠造成作物減產，從而造成嚴重的經濟損失。（4）土壤污染導致其他環境問題。土地受到污染后，污染表土容易在風力和水力的作用下分別進入到大氣和水體中，導致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態系統退化等其他次生生態環境問題。6.2土壤污染及治理我國土壤污染現狀土壤重金屬污染土壤重金屬污染是我國土壤污染的一個主要方面，我國大多數城市近郊土壤都遭受不同程度的重金屬污染。污水灌溉是我國土壤重金屬污染的主要原因。據我國農業部進行的全國污灌區調查，在約140萬公頃的污水灌區中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區面積的64.8%,其中輕度污染的占46.7%,中度污染的占9.7%,嚴重污染的占8.4%。我國每年因重金屬污染而減產糧食1000多萬噸，被重金屬污染的糧食每年多達1200萬噸，合計經濟損失至少200億元。土壤有機污染目前我國土壤的有機污染十分嚴重。例如，我國從1959年起在長江中下游地區用五氯酚鈉防治血吸蟲病，其中的雜質二嗯英已造成區域性污染，洞庭湖、鄱陽湖底泥中的二嗯英含量很高。有機氯農藥已禁用了近20年，土壤中的殘留量已大大降低，但檢出率仍很高。一些地區最高殘留量仍在lmg/kg以上。同時，隨著城市化和工業化進程的加快，城市和工業區附近的土壤有機污染也日益加劇。某鋼鐵集團四周的農業土壤和工業區附近的土壤的調查結果表明，農業土壤中 15種多環芳烴總量的平均值為4.3mg/kg,且主要以4環以上具有致癌作用的污染物為主，占總含量的約85%,僅有6%的采樣點尚處于安全級。而工業區附近的土壤污染遠遠高于農業土壤，其中多氯聯苯、多環芳烴、塑料增塑劑、除草劑、丁草胺等高致癌的物質都很容易在重工業區周圍的土壤中被檢測到，而且超過國家標準多倍。北京中大華遠認證中心 內部培訓教材由于土壤是植物和一些生物的營養來源，所以土壤中的有機污染物會通過食物鏈發生傳遞和遷移，目前動物和人類自身都遭受有機污染物的污染和威脅。在有機污染物沿食物鏈傳遞和遷移的過程中，含量逐級增加，其富集系數在各營養級中均可達到驚人的程度。六六六和DDT作為高殘留率農藥于1983年已停止生產，隨著時間的推移，土壤中已幾乎檢測不到這兩種劇毒農藥的殘留，但在魚類身上檢測出的含量卻比土壤中高出了近100倍，而到了夜鷺、白鷺的鳥卵中，這個含量被放大了100?200倍。如太湖鳥類生物監測結果表明：太湖湖底淤泥中六六六未檢測出，DDT為3.4ng/g,通過魚類生物富集，六六六達到28.5ng/g,DDT達到270.7ng/g,最終到夜鷺、白鷺的鳥卵中時，六六六可高達460.0ng/g,DDT可高達5626.7ng/g。此外，有毒有機污染物正在通過食物鏈危及人體健康，這些有機污染物長期貯存在人體中，并可通過母乳喂養間接轉移給新生兒。土壤的放射性污染近年來，隨著核技術在工農業、醫療、地質、科研等各領域的廣泛應用，越來越多的放射性污染物進入到土壤中，這些放射性污染物除可直接危害人體外，還可以通過生物鏈和食物鏈進入人體，在人體內產生內照射，損傷人體組織細胞，引起腫瘤、白血病和遺傳障礙等疾病。如科研表明，氫子體的輻射危害占人體所受的全部輻射危害的55%以上，誘發肺癌的潛伏期大多都在15年以上，我國每年因氫致癌約5萬例。汽車尾氣對土壤的污染汽車尾氣中的含鉛物質對土壤的污染逐漸加重，在道路兩側尤為嚴重。鉛對土壤的污染已深達30cm,地下30cm以下深度的鉛含量比較穩定，鉛污染主要集中在表層30cm的土壤，而這一深度往往正是農作物根系生長的深度，這直接導致蔬菜等農作物中鉛含量嚴重超標。固體廢物類對土壤的污染在土壤環境中堆置固體廢物也能對土壤造成污染，這種污染狀況雖然沒有重金屬污染、有毒有機物污染那樣嚴重，但仍然是土壤污染治理中不容忽視的一個問題。比如，沈陽市某公路兩側，由于附近建筑物、公路的頻繁施工，造成大量的建筑垃圾摻雜在土壤中，導致沿線土壤質量趨于惡化，破壞了樹木的生存條件，不得不更換新土，以保證樹木存活。6.2.2土壤污染治理土壤污染表面上離百姓生活較遠，實際上卻與每個人的身體健康息息相關。比如，糧食中的重金屬含量、蔬菜中的農藥殘留、飲用水源的安全情況，都會受到土壤環境質量的直接影響。我國土壤污染治理的形勢在當前土壤污染形勢日趨嚴峻的情況下，我國已經充分認識到土壤污染的嚴重性和危害性，逐步開展了土壤污染的研究、治理以及管理等多方面行動。我國于2006年開展了全國首次土壤污染狀況調查，以全面、系統、準確掌握我國土，污染的真實情內部培訓教材北京中大華遠認證中心內部培訓教材況，有效防治土壤污染，確保百姓身體健康。全國土壤污染狀況調查的范圍包括除我國臺灣省和港澳地區以外的所轄全部陸地國土，調查的重點區域是長三角、珠三角、環渤海灣地區、東北老工業基地、成渝地區、渭河平原以及主要礦產資源型城市。調查的主要任務如下。（1）開展全國土壤環境質量狀況調查與評價。在全國范圍內系統開展土壤環境現狀調查，通過分析土壤中重金屬、農藥殘留、有機污染物等項目的含量及土壤理化性質，結合土地利用類型和土壤類型，開展基于土壤環境風險的土壤環境質量評價。土壤環境質量狀況調查的重點區域是基本農田保護區和糧食主產區。（2）開展重點區域土壤污染風險評估與安全等級劃分把重污染企業周邊、工業遺留或遺棄場地、固體廢物集中處理處置場地、油田、采礦區、主要蔬菜基地、污灌區、大型交通干線兩側以及社會關注的環境熱點區域作為調查重點，查明土壤污染的類型、范圍、程度以及土壤重污染區的空間分布情況，分析污染成因，確定土壤環境安全等級，建立污染土壤檔案。（3）開展全國土壤背景點環境質量調查與對比分析.在“七五”全國土壤環境背景值調查的基礎上，采集可對比的土壤樣品，分析20年來我國土壤背景環境質量變化情況。（4）開展污染土壤修復與綜合治理試點。通過自主研發、引進吸收和技術創新，篩選污染土壤修復技術，編制污染土壤修復技術指南，開展污染土壤修復與綜合治理的試點示范。（5）建設土壤環境質量監督管理體系。制定適合我國國情的土壤污染防治基本戰略，提出國家土壤污染防治政策法規和標準體系框架，擬定土壤污染防治法草案，完善國家土壤環境監測網絡。土壤污染治理措施防治土壤污染可以從源頭和治理兩方面著手，即一方面剪斷土壤污染物的來源，另一方面利用環境科學技術對污染土壤進行治理。從源頭上控制土壤污染的措施包括以下幾項。（1）科學地進行污水灌溉.工業廢水種類繁多，成分復雜，有些工廠排出的廢水可能是無害的，但與其他工廠排出的廢水混合后，就變成有毒的廢水。因此在利用廢水灌溉農田之前，應按照《農田灌溉水質標準》規定的標準進行凈化處理，這樣既利用了污水，又避免了對土壤的污染。（2）合理使用農藥，重視開發高效低毒低殘留農藥。合理使用農藥，不僅可以減少對土壤的污染，還能經濟有效地消滅病、蟲、草害，發揮農藥的積極效能。在生產中，不僅要控制化學農藥的用量、使用范圍、噴施次數和噴施時間，提高噴灑技術，還要改進內部培訓教材北京中大華遠認證中心內部培訓教材農藥劑型，嚴格限制劇毒、高殘留農藥的使用，重視低毒、低殘留農藥的開發與生產。(3)合理施用化肥，增施有機肥.根據土壤的特性、氣候狀況和農作物生長發育特點配方施肥，嚴格控制有毒化肥的使用范圍和用量。增施有機肥，提高土壤有機質含量，可增強土壤膠體對重金屬和農藥的吸附能力。如褐腐酸能吸收和溶解三氯雜苯除草劑及某些農藥，腐殖質能促進鎘的沉淀等。同時，增加有機肥還可以改善土壤微生物的流動條件，加速生物降解過程。(4)施用化學改良劑。在受重金屬輕度污染的土壤中施用抑制劑，可將重金屬轉化成為難溶的化合物，減少農作物的吸收。常用的抑制劑有石灰、堿性磷酸鹽、碳酸鹽和硫化物等。例如，在受鎘污染的酸性、微酸性土壤中施用石灰或堿性爐灰等，可以使活性鎘轉化為碳酸鹽或氫氧化物等難溶物，改良效果顯著。因為重金屬大部分為親硫元素，所以在水田中施用綠肥、稻草等，在旱地上施用適量的硫化鈉、石硫合劑等有利于重金屬生成難溶的硫化物。對于砷污染土壤，可施加硫酸鐵和氯化鎂等物質使之生成難溶物減少砷的危害。土壤修復技術為了解決日益嚴重的土壤污染問題，許多科研人員開始研究土壤污染的治理技術。在20世紀70年代后期，以土壤環境化學為基礎的土壤治理技術應運而生。這項技術不僅對土壤污染進行治理使其不危及人類健康，更著力于恢復土壤的功能，因而名為土壤修復技術。土壤修復利用物理、化學、數學、生物、信息和管理等科學技術原理和方法，主要研究土壤污染監測與診斷，污染土壤中污染物時空分布、環境行為及形態效應；研究污染土壤生態健康風險和環境質量指標；研究污染物容納、遏制、消減、凈化方法及其過程和機理；研究土壤修復的安全性、穩定性及