第12章--土壤有机物污染及修复 环境土壤学

第12章 有机污染土壤修复与利用
目录
• 第一节 土壤中有机污染物迁移机制 • 第二节 有机污染土壤修复技术类型 • 第三节有机污染土壤修复案例分析
第一节 有机污染物在土壤中迁移机制
首先：有机污染物在土壤中的环境行为是 由其自身性质决定的，如憎水性、挥发性 和稳定性。
其次：环境因素也会产生重要的影响， 如土壤的组成和结构、土壤中微生物的状 况、温度、降雨及灌溉等。进入土壤的有 机污染物同土壤物质和土壤微生物发生各 种反应，进而产生降解作用。
土壤中的有机质对有机物的行为影响很大。
土壤中的有机质可以分为两大类：非腐殖物 质(未完全分解的植物和动物残体)和腐殖物 质(程度不同地改变或重新合成的产物)。
近几十年来，由于示踪原子等先进技术的应 用，对土壤有机质，特别是腐殖物质的形成 、转化、分布，其胶体和离子交换性质、功 能、成土和与污染物的相互作用等，已研究 得比较透彻。
有机污染物的吸附行为与土壤有机质含量 关系紧密，通常土壤有机质被认为是影响 农药在土壤中行为的最重要的参数。
当大分子有机质达到百分之几以上时，土 壤矿物表面就会被阻塞，不再起吸附作用 。在这种情况下，农药与土壤的吸附量取 决于土壤中有机质的种类和含量。
土壤对农药的吸附量还与土壤质地、黏土 矿物类型和pH等有关。
环境中的多环芳烃降解
多环芳烃在环境中降解缓慢
原因是：缺少微生物生长的合适碳源和多环芳烃化 合物的有限的生物有效性。
研究发现将含有16种多环芳烃的土壤过筛后平衡45 天后，加入适量的水后可以使土壤中的多环芳烃的 缓慢降解速度加快，可以达到原来的3倍。
增加可溶性的有机物后可以加速4-6环的多环芳烃的 降解速度。多环芳烃的生物有效性会因为水的加入 使土壤呈水饱和状态而提高，加入其他的含碳的底 物，比如某些与多环芳烃相类似的物质可以降低多 环芳烃的生物有效性。
主要的影响因素包括：
有机污染物的特性(化学特性、水溶解度、蒸汽压、吸附
特性、光稳定性和生物可降解性等)；
环境特性(温度、日照、降雨、湿度、灌溉方式和耕作方式)
；
土壤特性(土壤类型、有机质含量、氧化还原电位、水分含量 、pH、离子交换能力等)。
一、有机污染物在土壤中的吸附与解吸
有机污染物在土壤中的吸附和解吸是污染 物在环境中重要的分配过程之一，对环境 行为有显著的影响，是研究有机污染物在 土壤中的环境行为的基础。
有机污染物进入土壤后，可能经历以下几个过 程： ①与土壤颗粒的吸附与解吸。 ②挥发和随土壤颗粒进入大气。 ③渗滤至地下水或者随地表径流迁移至地表水中。 ④通过食物链在生物体内富集或被降解。 ⑤生物和非生物降解。
其中吸附与解吸、渗滤、挥发和降解等过程 对土壤中有机污染物的消失贡献较大。
土壤有机污染物在土壤中的环境行Biblioteka Baidu主要包括 吸附、解吸、挥发、淋滤、降解残留、生物富集 等。
二、有机污染物在土壤中的降解和代谢
有机污染物的降解分非生物降解与生物降解 两大类；
非生物降解：有机污染物在环境中受光、热 及化学因子作用引起的降解现象；
生物降解：在生物酶作用下，有机污染物在 动植物体内或微生物体内外的降解。
有机污染物母体及其降解物若能迅速被降解 ，就不会发生残留问题。
环境中有机污染物降解主要包括生物降解、 化学降解和光解三种形式。
有机污染物在土壤黏土矿物中的吸附主要决定于污 染物与水、污染物与胶体和胶体与水的相互作用。
对污染物的吸附作用的研究最简单的方法是采用批 量平衡法，通过测定水相和吸附相中的浓度，将吸 附量与平衡浓度作图得到该温度下的吸附等温线， 即在相同温度下，单位质量的吸附剂的吸附容量与 流体相中吸附质的分压或浓度的比值的变化规律， 一般可分为三种类型：线性吸附等温线、 Langmuir吸附等温线和向上弯曲的吸附等温线。
共代谢是指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 他可以利用的基质，微生物才能生长。
在共代谢降解过程中，微生物通过酶来降 解某些能维持自身生长的物质，同时也降 解了某些非微生物生长必需的物质。
大量的研究显示，与有机氯农药降解有关 的微生物并非某种特定菌种，通常是通过 土壤中各种微生物的共代谢作用进行的。
三、有机污染物在土壤中的迁移和吸收
迁移是指污染物在环境中发生的空间位置 的相对移动过程，可分为机械性、物理-化 学性和生物迁移。
吸收就是外源物质经各种途径透过有机体 的生物膜而进入血液循环的过程。主要通 过消化道、呼吸道和皮肤这三种途径。
目前，有机污染物在土壤的吸附-解吸研究 主要集中在黏土矿物-水界面的吸附解吸， 以及它们在土壤腐殖物质中的吸附-解吸行 为。
在污染物运移的诸多机制中，污染物在水相 与固体颗粒间的吸附-解吸过程最为重要。
天然土壤中土壤颗粒常具有次级结构，如团 聚体或裂隙结构。即使在较干燥的情况下， 由于小孔隙的毛细作用，团聚体内的小孔隙 都为静止的水所充满，而团聚体间的大孔隙 则为流动相(水相、气相或水气共存)所占据 。污染物在水相与团聚体间的吸附过程不仅 包括水与团聚体内小孔隙壁间的物质交换， 而且还包括污染物在团聚体内小孔隙静止的 水中的扩散过程。
诸多因素同时控制着有机污染物的降解过程 ，其中比较重要的因素包括污染强度、营养 物、氧化剂、表面活性剂、温度、湿度、土 壤扰动状况。而且在降解的不同阶段，各个 因素的重要性以及最佳水平会发生变化。
常规环境条件下能降解目标污染物的微生物数量 少，且活性比较低，当添加某些营养物包括碳源 与能源性物质或提供目标污染物降解过程所需因 子，将有助于降解菌的生长，提高降解效率，也 就是所说的共代谢。
• 土壤中的黏土矿物(clays)和腐殖酸(humic acids)是对农药吸附的两类最主要的活性组分 。
• 关于污染物在土壤活性组分上吸附机理的研究 ，国内外已有较多的报道。迄今为止，已发现 的吸附机理主要有化学吸附(chemisorption) 、物理吸附(physisorption)和离子交换(ion exchange) 。