土壤污染与修复 PPT

2004年深圳研究生院《环境工程概论》 —— 籍国东
土壤污染与修复
2004年03月29日
1 土壤中污染物的来源与危害
▪ 1.1 污染土壤的定义 ▪ 1.2 土壤污染的特点 ▪ 1.3 土壤中污染物的来源 ▪ 1.4 土壤污染的类型 ▪ 1.5 土壤污染的危害
▪ （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、酚类以及后来张土灌区的镉 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。
汞的生物循环
2.4 影响微生物降解和转化的因素
▪ （1）微生物活 性：这是最重要 的影响因素，包 括微生物的种类 和生长速率等方 面。不同种类微 生物对同一有机 底物或有毒金属 反应不同。
2.4 影响微生物降解和转化的因素
▪ （2）化合物的结构： 通常，结构简单的较复 杂的易降解，分子量小的较分子量大的易降解， 聚合物和复合物抗生物降解。碳原子上的氢都 被烷基或芳基取代时，会形成生物阻抗物质。
2.4 影响微生物降解和转化的因素
▪ （3）温度； ▪ （4）营养； ▪ （5）酸碱度； ▪ （6）氧； ▪ （7）底物浓度； ▪ （8）适应驯化。
3 污染土壤修复现场的调查与评价
▪ 开展生物修复之前需要对修复现场进行调查评价，确定生物 修复的适应性。主要指标包括：污染物的性质；污染物的浓 度和分布；现场的微生物活性；现场的水力条件；现场的氧 化还原电位；土壤和水的特性；养分的有效性等。现场评估 必须回答这些问题，获得足够的数据，便于工程设计。
▪ （2）影响农产品的产量和质量：植物可从污 染土壤中吸收污染物，从而引起代谢失调， 生长发育受阻或导致遗传变异。
▪ （3）影响生态系统安去：通过生态系统的能 量流动和物质循环影响整个生态系统。
2 土壤中污染物的生物降解与转化
▪ 2.1 污染物生物降解和转化的特点 ▪ 2.2 典型有机污染物的降解 ▪ 2.3 重金属的微生物转化 ▪ 2.5 影响微生物降解和转化的因素
Confining Unit
Deep Aquifer
▪ 土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从 污染物的属性来考虑，一般可分为有机物污 染、无机物污染、生物污染和放射性物质的 污染。
▪ （1）有机物污染: 石油、有机农药等； ▪ （2）无机物污染：重金属污染等； ▪ （3）生物污染：细菌、真菌等； ▪ （4）放射性污染：放射性核素等。
▪ (8) 矿化:也称终极生物降解)共代谢:不与微生物生长相关联的有机物降解代谢, 即微生物只能使有机物发生转化,而不能利用它们作 为碳源和能量维持生长,必须补充其它的基质；
2.1 污染物生物降解和转化的特点
▪ 2.1.2 生物降解和转化的特点
▪ (1) 反应迅速； ▪ (2) 微生物是主要作用者； ▪ (3) 生物降解与微生物的生长直接相关； ▪ (4) 受环境因素影响大； ▪ (5) 生物降解和转化的产物变化大。
2 土壤中污染物的生物降解与转化
2.1 污染物生物降解和转化的特点
▪ 2.1.1 有关术语
▪ (1) 合成化学品 ▪ (2) 异生素:也称作外来化合物、生物异源物质，指
由人工合成，异于生物合成的有机物，一般指农药、 医药和化工原料，以及石油烃; ▪ (3) 抗生物降解物质:也就是难降解有机物,包括许多 异源物质和一些天然高分子聚合物,如腐殖质和木质 素等; ▪ (4) 可生物降解性物质:糖类、蛋白质、脂肪和有机 酸等；
Ocean
Fresh w ater
septic tank leakage
Saline Water
Lateral intrusion of saline w ater
Infiltration of pesticides and fertilizers from
farmlands
Brine leakage from ruptured w ell casing
3.4 过程控制评价
▪ （1）流体的流向； ▪ （2）流速； ▪ （3）污染物迁移时间； ▪ （4）养分迁移； ▪ （5）捕获百分率； ▪ （6）评价含水层导水率变化； ▪ （7）确定运行中注入或回收速率。
4 污染土壤修复的可处理性研究
▪ 所谓污染土壤修复的可处理性研究，是指在实际工程建设之 前，进行的小试和中试实验研究，通过可处理性研究为土壤 修复工程设计提出标准、费用和运行方案等。目的是节省修 复项目建设工程的投资，一个造价千万美元的土壤修复工程 一般可处理性研究费用为5－20万美元，可以节省100万美 元的工程建设费用。
Confining Unit
Abandoned oil w ell
M unicipal landfill
Accidental fuel spill
pond
Water table
Leaking petroleum
tank
Leakage from hazardous w aste site
Contaminated shallow w ell
2.2 典型有机污染物的生物降解
▪ 2.2.1 脂烃类的降解特点
▪ 微生物对脂烃类的降解特点：①很多微生物可以降 解脂烃类；②脂烃的生物降解一般都需要氧；③长 链脂肪烃（C10-C24）比短链脂肪烃(<C10)易于降解， 小于C10的脂肪烃大部分只能通过共代谢作用降解， 大于C24则不容易降解； ④ 链烃比环烃容易降解， 直链烷烃比直链烷烃容易降解；⑤不饱和脂肪烃比 饱和脂肪烃容易降解 ⑥水分低于50％，或pH高于 8.5时会抑制生物降解作用。
2.1 污染物生物降解和转化的特点
▪ (5) 持久性物质:化学未定性强，难于转化或降解， 长期滞留在环境和生物体内，如重金属、PAHs等；
▪ (6) 生物转化:在生物酶的作用下,使污染物的形态、 结构发生改变，因而使污染物的毒性加强或减弱；
▪ (7) 生物降解:有机物在生物酶的作用下，经过一系 列的生物化学反应转化为简单化合物的现象；
▪ 3.1 现场调查 ▪ 3.2 生物过程评价 ▪ 1.3 原位生物修复评价 ▪ 1.4 过程控制评价
3.1 现场调查
▪ （1）污染物的性质； ▪ （2）污染物的浓度与分布； ▪ （3）地下水的水文概况； ▪ （4）地质概况。
了解现场特性的目的一是收集使土壤修复过程 最优化的信息，二是收集控制环境条件使之维 持最佳条件的信息。因此，第一阶段是收集有 关修复原理的数据，第二阶段是收集有关工程 设计和过程控制等数据。
2.2 典型有机化合物的生物降解
▪ 2.2.2 脂烃类的降解特点
▪ (1) 链烃的降解：单末端氧化、双末端氧化、次末端 氧化和直接脱氢；
▪ (2) 环烷烃的生物降解：
2.2 典型有机化合物的生物降解
▪ 2.2.2 芳香烃的降解特点
▪ (2)单环芳烃的好氧降解
由加氧酶氧化为儿条酚，二 羟基化的芳香环再氧化，邻 位或间位开环。邻位开环生 成已二烯二酸，再氧化为β— 酮已二酸，后者再氧化为三 羧酸循环的中间产物琥珀酸 和CoA。间位开环生成2—羟 已二烯半醛酸，近一步代解 生成甲酸、乙酸和丙酮酸。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
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▪ 土壤污染源可分为天然污染源和人为污染源。天然 污染源是指自然界自行向环境排放有害物质或造成 有害影响的场所，如正在活动的火山；人为污染源 是指人类活动所形成的污染源。后者是土壤污染研 究和污染土壤修复的主要对象，而在这些污染源中， 化学物质对土壤的污染是人们最为关注的。污染物 进入土壤的途径按照所划分的土壤污染源可分为污 水灌溉、固体废弃物的利用、农药和化肥、大气沉 降物等。
▪ 多氯联苯是人工合成的有机氯化物，作为稳定 剂，用途很广(润滑油、绝缘泊油、增塑剂、热 载体、油漆、油墨等都含有)。 PCBs有毒，对 皮肤、肝脏、神经、骨骼等都有不良影响，且 是一种致癌因子。美国环境保护局(EPA)把它定 为环境污染元凶。1968年日本的“米糠油事件” 即是由于食用了污染PCBs的米糠油而引起的。 PCBs性质极稳定，在环境中很难分解。但是， 目前也已经发现很多微生物可以降解PCBs。
富集外源性化合物降解菌的一般方法
2.2 典型有机化合物的生物降解
▪ 2.2.4 典型农药的降解特点
DDT DDT 的共代谢
2.3 重金属的微生物转化
▪ 当今人们主要关心的是：汞、砷、铅、锡、锑、 铜、镉、铬、镍和钒。它们以空气、水和土壤 的污染物以及食品残渣之类各种各样的化学形 态存在于环境中。 金属在一定浓度时对微生物 有毒害作用。重金属在很低浓度时，对大多数 微生物即有明显毒性。金属对微生物的毒性强 度固然与其浓度有关，但更取决于其存在状态。 例如，六价铬比三价铬毒得多；在各种汞化物 中，甲基汞的毒性最强；有机锡比无机锡毒， 烷基锡比芳基锡毒，三烷基锡比四烷基锡更毒。
▪ （1）影响人体和生物健康: 土壤可以通过食 物链影响人体健康；
▪ （2）影响农产品的产量和质量：植物可从污 染土壤中吸收污染物，从而引起代谢失调， 生长发育受阻或导致遗传变异。
▪ （3）影响生态系统安去：通过生态系统的能 量流动和物质循环影响整个生态系统。
▪ （1）影响人体和生物健康: 土壤可以通过食 物链影响人体健康；
1.2 土壤污染的特点
▪ （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。研究表明，土壤和粮 食的污染与一些地区居民肝肿大之间有着明显的剂 量—反应关系，污灌引起的污染越严重，人群的肝 肿大串越高。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、辽子、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。