环境学概论 4土壤环境

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第四章 土壤环境 19
4、土壤重金属具有形态变化。 土壤中重金属存在的形态不同,其活性、 生物毒性及迁移特征也不同。 在研究土壤中重金属污染危害时,不仅应 注意他们的总含量,还必须重视重金属各 种形态的含量。
第四章 土壤环境
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土壤中重金属形态的划分有两层含义 一是土壤中化合物或矿物的类型,如Cd的 化合物:CdO、β-Cd(OH)2、CdCO3、 CdSO4· H2O、CdSiO3、CdSO4· 2Cd(OH)2 、CdSO4、Cd(OH)2、Cd3(PO4)2、CdS、 2CdSO4· Cd(OH)2和土壤Cd等 其二是操作定义上的重金属形态,即测定 方法。
5、热解吸法 对于挥发性的重金属,采用加热的方法可 以将其从土壤中解吸出来,这种方法主要 用于土壤Hg污染的治理。美国的一家汞回 收服务公司对汞的回收利用进行了实验室 和中型模拟实验研究,最后成功地应用于 现场治理,并且开始了商业化服务。迄今为 止,此项技术已成功地治理了2300t以上被 汞污染的土壤,治理后土壤中汞的浓度达 到了背景值(<1mg/kg)


土壤中增施有机肥 可增加土壤土壤胶体对重金属离子的吸附 能力,从而减轻重金属对作物的危害。 有机物分解耗氧,可降低土壤Eh,促使重 金属以硫化物形成沉淀,也可使Cr+6转化为 Cr+3,降低毒性。
第四章 土壤环境 4
二、土壤污染源及污染物
1、土壤污染源

工业污染源:废水、废气、废渣。


农业污染源:农药、化肥、地膜。
生活污染源:塑料、生活垃圾、建筑垃圾。 生物污染源:动物排泄物、动植物遗体等。
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2、土壤污染物 有机物类
通常造成土壤污染的有机物主要是化学农药, 主要农药类型有有机氯类(六六六、DDT、艾 氏剂、狄氏剂等);有机磷类(马拉硫磷、对 硫磷、敌敌畏);氨基甲酸酯类(杀虫剂、除 草剂); 工业排放的有机物常见的有酚、油类、多氯 联苯、苯并芘等。
大量的试验证明,pH值升高,土壤对重 金属的吸附量增加。 如在pH=4时,土壤中镉的溶出率超过 50%, 当pH达7.5时,镉就很难溶出。廖敏等人 的试验表明,pH值>7.5时,94%以上的水 溶态镉进人土壤中,这时的镉主要以粘土 矿物和氧化物结合态及残留态形式存在。
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Eh的影响 土壤的氧化还原电位影响重金属的存在形态, 从而影响重金属化学行为、迁移能力及对生 物的有效性。 一般来说,在还原条件下,很多重金属易产 生难溶性的硫化物,而在氧化条件下,溶解 态和交换态含量增加 以Cd为例,CdS是难溶物质,而在氧化条件 下的CdSO4的溶解度要大得多。
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水体污染型 污染来源:污水灌溉或受污染水淹没
污染分布特点:沿河流或灌溉干支渠成枝形片
状分布
沈阳冶炼厂日排污水量2.7 万m3,污染源治理 前,污水中含Cd 1.16-6.0 mg/L,年排Cd量10 000kg。沈阳张士灌区用污水灌溉20多年后, 污染耕地2500多公顷,造成了严重的镉污染, 稻田土壤含镉5~7mg/kg。灌区居民每人每 日摄入Cd量则达558μg,约为对照区的32倍 。
农业污染型


污染物来源:农业施用的化肥、农药
影响因素:污ຫໍສະໝຸດ Baidu程度与农药、化肥的数 量、种类、利用方式和耕作制度有关。
第四章 土壤环境
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固体废弃物污染型 污染物来源:工业企业的尾矿废渣、污 泥和城市垃圾
第四章 土壤环境
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四、土壤的自净作用 土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化, 而使土壤污染的浓度降低而消失的过程。 可分为物理净化、化学净化和生物净化。 为什么土壤具有净化功能? 土壤中的动物和微生物的分解转化作用 植物的吸收利用 土壤胶体对污染物的吸附、解吸和代换 第四章 土壤环境 过程
土壤污染的特征
土壤污染的隐蔽性
土壤污染往往通过对土壤样品进行分析化验和农作物 残留检测情况,甚至通过粮食、蔬菜和水果等农作物 以及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来,从遭 到污染到产生‘恶果’需要相当长的过程
土壤污染的持久性 土壤环境使污染难于扩散和稀释,在土壤中容易积 累并达到很高浓度 土壤污染的间接有害性 • 次生污染源 • 影响作物品质
有机-无机胶体的吸附作用 重金属被土壤胶体的吸附固定可分为 两种方式:如金属元素被吸附在胶体表面
的交换点上,则较易被释放;如保持在胶 体矿物的晶格中,则很难释放,不利于金 属元素的迁移。
第四章 土壤环境
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土壤中重金属的络合-螯合用作 土壤中的羟基和氯离子是主要的络合离子, 羟基与重金属的络合作用可大大提高重金 属氢氧化物的溶解度,同样氯络重金属离 子的形成也可提高重金属在土壤中的迁移。 螯合作用是络合作用的特殊形式(形成环 状络合物),可降低重金属的迁移能力。
1.38 1549
1.13 1549
0.31 309
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大气污染型

污染来源:被污染的大气,污染物通过降 水或沉降落入土壤表层 污染分布特点:以大气污染源为中心呈环 状或带状分布,长轴沿主风向伸长。 冶金工业烟囱排放的金属氧化物粉尘,则 在重力作用下以降尘形式进入土壤,形成 以排污工厂为中心、半径为2至3公里范围 的环状污染
二、土壤条件与土壤重金属污染

pH的影响 土壤中pH值降低,某些重金属如铅、铜、锌、 铬等易转化为水溶性的重金属盐类,pH值越 低其活动度越大,越易于迁移; pH增高,某 些重金属则转化为难溶性化合物。 pH值越高, 它们越易于趋于固定而减低其活性,在土壤 中容易积累。类金属砷例外
第四章 土壤环境 24
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3、电动修复法
电动修复法是通 过在污染的土壤中 置入正负电极,产 生低强度的电流, 土壤中的正负离子 和带电的微粒分别 移向正负电极而达 到从土壤中清除污 染物质的目的。 污染土壤电动修复原理示意图
4、土壤淋洗 运用试剂和土壤中的重金属作用,形成溶 解性的重金属离子试剂络合物,最后从提 取液中回收重金属,并循环利用或金属提 取液,应用EDTA络合剂去除土壤中的Cu 、Ni、Cd、Zn,0.01mol/L的EDTA能去除 初始浓度为100—300mg/kg重金属的80%. 采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子,使 重金属离子迁移至较深土层中,以减少表 土中重金属离子的浓度;或者将含重金属 离子的水排出田外。
土壤背景值研究方法 情报检索与资料收集 样点布设与样品采集 样品分析与数据处理 土壤背景值应用 制定土壤环境质量标准 农业生产上的应用:施肥 人体健康研究中的应用:地方病 找矿上的意义

第二节 土壤重金属污染



土壤污染物最突出而又很难降解的有两大类, 一是重金属(heavy metal),二是持久性有机 (化学农药)。 土壤重金属污染物(heavy metal pollutant) 主要有镉、砷、铅、铬、汞等。它们在土壤 中的活性小,易于积累,土壤一旦被其污染 则极难消除。其中镉和砷是极毒的;汞、铅、 镍是中等毒性;硼、铜、锰、锌的毒性较低。 土壤中的重金属来源主要是“三废”的排放 所致。
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(二)化学修复
化学修复主要是通过添加各种化学物质、 改变土壤条件等,直接或间接改变重金属 形态及其生物有效性,抑制或降低农作物 对重金属的吸收。 1、施用改良剂

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调节土壤pH值和施用石灰
一般说来,金属氢氧化物溶解度之低仅次于硫化 物,而且还可通过提高pH进一步降低其溶解度。 在这当中,如果使用石灰作为碱制剂,则可通过 引起与钙的共沉淀现象而促进沉淀的产生
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重金属污染物 主要有汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍、砷等。 污染途径主要有污水灌溉、污泥肥料、废渣堆 放、大气降尘等。 放射性物质 核爆炸降落物、核电站废弃物,通过降雨淋滤 进入土壤。 致病的微生物 各种细菌、病毒。通过污灌、污泥、垃圾进入 土壤
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三、土壤污染的发生类型
土壤污染的类型 土壤中污染物的来源具有多源性,主要是工业废 气、废水、废渣,以及化肥、农药、城市污泥、 垃圾。 根据污染物的来源,可将污染分为: 水体污染型 大气污染型 农业污染型 固体废弃物污染型
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株洲冶炼厂
距离 (km)
0.25
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
背景 值
Cd
14.1 3.31
2.2 1.29 0.52 0.34 0.29
汽油中添加的防爆剂四乙基铅随废气排 出污染土壤,行车频率高的公路两侧常 形成明显的铅污染带 。我国从2000年 开始停止生产、使用含铅汽油
第四章 土壤环境 12
第四章 土壤环境 18
一、重金属元素在土壤中污染特征
1、重金属元素在土壤中一般不易随水移动, 不能为微生物分解,而在土壤中累积。 2、具有表聚现象。 3、植物对各种重金属的需求有很大差别: 有些重金属是植物生长发育中并不需要的, 对人体健康的危害明显等; 有些元素则是植物正常生长发育所必需的 微量元素,但土壤中含量过高时,也会发 生污染危害。
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五、环境背景值
环境背景值是指环境诸要素,如大气、水休、土壤以及 植物、动物和人休组织等在正常情况下,化学元素的含 量及其赋存形态。 土壤环境背景值是指未受人为污染影响的土壤环境本身 的化学元素组成及其含量 就世界范围而言,环境背景值的研究始于20世纪60年 代,其中美国的研究具有一定的规模性与系统性 我国土壤元素背景值的研究始于20世纪70年代初, “七五”期间,将土壤元素背景值列为重点攻关课题 之一,获得了主要土类中 余种元素的背景值。 16 第四章60 土壤环境
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祁东铅锌矿
距排 污口
1km
4.5km
9km
14km
17.5km 对照区
Cd 8.26 Pb 298
3.08 283
3.58 1.15 1.96 0.31 202 136.8 131.5 34.3
湘潭锰矿
距离 沟边 50m 150m 250m 对照区
Cd Mn
6.25 5.0 14100 5119
第四章 土壤环境 26


但主要以阴离子状态存在的砷的情况正相反。 在还原条件下,一方面,As5+被还原为As3+, 而亚砷酸盐的溶解度大于砷酸盐,从而增加 了土壤溶液中的As浓度,使As的迁移能力增 强;另一方面,与砷酸盐结合的Fe3+被还原 为Fe2+,使与Fe3+结合的砷酸盐溶解。 对某些重金属来说,在不同的氧化还原电位 条件下,有不同的价态,其化合物的溶解度 和毒性显著不同。如Cr3+是农作物所需要的 微量元素,但其化合物的溶解度较低,而 Cr6+对农作物来说,是有毒元素,其化合物 27 的溶解度也较大。
第四章 土壤环境
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三、重金属污染土壤修复技术
治理土壤重金属污染的途径主要有两种: 一是改变重金属在土壤中的存在形态,使 其固定,降低其在环境中的迁移性和生物 可利用性。 二是从土壤中去除重金属。
(一)物理修复 1、客土法、换土法 客土法是在被污染的土壤上覆盖上非污染土 壤; 换土法是部分或全部挖除污染土壤而换上非 污染土壤。 2、玻璃化技术 将土壤置于高温条件下,形成玻璃态结构, 使重金属固定于其中,降低其活性。

原子吸收光谱法是将待测元素的溶液在高 温下进行原子化,变成原子蒸气,由一束 锐线光源穿过一定厚度的原子蒸气,光的 一部分被原子蒸气中的基态原子吸收。透 射光经单色器分光,测量减弱后的光强度 。然后,利用吸光度与火焰中原子浓度成 正比的关系求得待测元素的浓度。



步骤:标准曲线绘制 、土壤样品处理、测 定数据处理 土壤样品处理:风干、研碎、过筛、提取 Tessier根据提取试剂将土壤重金属分为水 溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化 物结合态、有机物结合态、残渣态
第四章 土壤污染与防治
第四章 土壤环境
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第一节 土壤污染概述
一、土壤污染
土壤污染:人类活动产生的污染物进 入土壤并积累到一定程度,引起土壤 质量恶化,对生物、水体、空气或人 体健康产生危害或可能有危害的现象。
第四章 土壤环境
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植物受到伤害而导致产量减少或死亡 污染物被吸入植物体内,使农产品中 有害物质含量过高,人畜食用后引起 中毒或各种疾病 土壤中污染物含量较高,间接污染了 空气、地表水、地下水等
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