1、土壤的污染与修复邹金平 8081302509 环境本（1）班摘要：土壤污染是指各种外来物质进入土壤并积累到一定程度，超过土壤本身的自净能力，而导致土壤性状变劣、质量下降的现象。本文将介绍一些土壤污染的形式和修复技术，探讨土壤污染与修复的一些问题。关键词:土壤污染、土壤修复1.土壤重金属污染土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。随着我国人民生活水平的提高,生态环境
2、保护日趋受到重视,国家对污染土壤治理和修复的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修复问题,已成为土壤环境研究领域的重要课题。而生物修复技术是近 20 年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,同传统处理技术相比具有明显优势，例如其处理成本低,只为焚烧法的 1/2-1/3，处理效果好,生化处理后污染物残留量可达到很低水平;对环境影响小,无二次污染,最终产物 CO2、H2O 和脂肪酸对人体无害，可以就地处理,避免了集输过程的二次污染,节省了处理费用，因而该技术成为最有发展潜力和市场前景的修复技术。1. 1 污染土壤生物修复的基本原理和特点土壤生物修复的基本原理是利用土壤中天然的微生物资源
3、或人为投加目的菌株,甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中,将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质,使土壤恢复其天然功能。由于自然的生物修复过程一般较慢,难于实际应用,因而生物修复技术是工程化在人为促进条件下的生物修复,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烃类及各种有毒有害的有机污染物，降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、pH 值、通气及营养添加等)来完成,也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。1. 2 污染土壤生物修复技术的种类目前,微生物修复技术方法主要有 3 种:原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。1. 2. 1 原位修复技术：原位修复技术是在不
4、破坏土壤基本结构的情况下的微生物修复技术。有投菌法、生物培养法和生物通气法等,主要用于被有机污染物污染的土壤修复。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同时投加微生物生长所需的营养物质,通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物,过氧化氢则在代谢过程中作为电子受体,以满足土壤微生物代谢,将污染物彻底分解为 CO2 和 H2O。生物通气法是一种加压氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上几眼深井,安装鼓风机和抽真空机,将空气强行排入土壤中,然后抽出,土壤中的挥发性有机物也随之去除。在通入空气时,加入一定量的氨气,可为土壤中的降
5、解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。1. 2. 2 异位修复技术：异位修复处理污染土壤时,需要对污染的土壤进行大范围的扰动,主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。预制床技术是在平台上铺上砂子和石子,再铺上 15-30cm 厚的污染土壤,加入营养液和水,必要时加入表面活性剂,定期翻动充氧,以满足土壤微生物对氧的需要,处理过程中流出的渗滤液,即时回灌于土层,以彻底清除污染物。生物反应器技术是把污染的土壤移到生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宣的 pH 值,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓入空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充
6、分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水这种方法处理效果好、速度快,但仅仅适宜于小范围的污染治理。厌氧处理技术适于高浓度有机污染的土壤处理,但处理条件难于控制。常规堆肥法是传统堆肥和生物治理技术的结合,向土壤中掺入枯枝落叶或粪肥,加入石灰调节 pH 值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有机物向稳定的腐殖质转化,是一种有机物高温降解的固相过程。上述方法要想获得高的污染去除效率,关键是菌种的驯化和筛选。由于几乎每一种有机污染物或重金属都能找到多种有益的降解微生物。因此,寻找高效污染物降解菌是生物修复技术研究的热点。2. 土壤石油污染随着工业的发展，石油的需求量大幅度增加，并且在开采、运输、
7、贮藏、加工过程中，由于意外事故或管理不当，导致石油排放到农田、地下水、海洋，使环境遭受污染，直接危害人类生产与生活。据资料统计，目前每年有 800 多万吨石油进入世界环境，污染土壤、地下水、河流和海洋，其中石油对土壤的污染主要是破坏土壤结构影响土壤通透性，损害植物根部，阻碍根的呼吸与吸收，最终导致植物死亡。2. 1 土壤石油污染的主要危害2.1.1 破坏土壤 石油物质进入土壤后，会引起土壤理化特性的变化，如堵塞了土壤的孔隙结构，破坏土壤结构，使土壤的透水性降低；其富含的反应基能够与土壤中的无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用，从而使土壤的有效磷、氮含量减少，导致土壤有机质的碳氮比（C /
8、N）和碳磷比（ C / P）的变化，由于这些变化，一方面恶化了土壤微生物的生存环境，另一方面石油自身对土壤中微生物也具有一定的负面影响，进而导致了反映土壤活性的微生物数量减少，微生物群落和微生物区系发生变化，使得未污染的土壤环境中微生物的五大功能明显降低，土壤的活性降低甚至没有活性，破坏土壤微生态环境3。 2.1.2 污染水体 土壤中的石油向下渗漏污染地下水，或被雨水携带污染地表水体，影响用水安全和农作物安全。长期使用含油污水灌溉，农作物正常生长发育受阻，抗倒伏、抗病虫害的能力降低，直接导致粮食的减产，芳香族化合物等有毒有害物质在农作物中产生残留、富集效应，并通过食物链危及人类健康。如沈抚灌渠
9、上游污灌区水稻出现生长缓慢、烂根、粒瘪等现象，出产的大米有浓重的石油味，感官指标极差。正因这些危害使得很多影响周围环境的加油站关闭，如北京安家楼加油站和六里屯加油站近年来均发生过严重漏油事故，使附近自来水厂一度停止运行。 2.1.3 污染空气 土壤中的石油向空气中挥发、扩散和转移，使空气质量下降，直接影响人体健康、生命安危和后代繁衍。某些脂溶性物质能侵蚀中枢神经系统；一些挥发性组分在紫外线照射下与氧作用形成有毒性气体，危害人和动物的呼吸系统，多环芳烃类物质影响肝、肾和心血管系统等的正常功能，甚至引起癌变。 综上所述，土壤石油污染的隐弊性大，潜伏期长，涉及面广，治理困难，危害日益凸现，已成为不容
10、忽视的环境问题。2.2 土壤石油污染治理技术研究进展2.2.1 物理修复技术的研究进展 物理修复技术是利用土壤和污染物的各自特性，使污染物固定，不易在土壤中扩散、迁移、降低其对环境破坏的一类环境物理技术。土壤石油污染的物理修复技术主要包括焚烧法、隔离法、换土法等。 物理修复技术的焚烧法、隔离法、换土法等都充分发挥了土壤和污染物的各自特性，不用外加其他化学药剂或生物来进行处理，但也存在着处理成本高，工作量大，并只能处理小面积污染的土壤的局限性。因此，如何更好地利用土壤本身特性，突破其局限性，将是物理修复技术的研究方向。 2.2.2 化学修复技术的研究进展 化学修复技术是利用污染物与改良剂之间的化
11、学反应从而对土壤中的污染物进行固定、氧化、分离、提取等，来降低土壤中污染物含量的一类环境化学技术。土壤石油污染的化学修复技术主要包括萃取法、土壤洗涤法、化学氧化法等。 化学氧化法与萃取法、土壤洗涤法相比，它不会对环境造成二次污染，对石油烃类物质有较高的清除效率，氧化反应可以在瞬间完成，适用于石油污染的突发事件处理，但其操作比较复杂，又要较高的技术水平。因此，该技术的推广还需要进一步的完善。 2.2.3 生物修复技术的研究进展 生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物, 从而修复被污染环境或消除环境中污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施，是一类低耗、高效和环境安全的环境
12、生物技术11 。土壤石油污染的生物修复技术按所应用的类型不同，可以将其分为植物、动物、微生物修复技术等。总之，土壤石油污染的生物修复技术无论是植物、动物还是微生物修复技术等都具有很宽广的发展前景，加强对生物降解烃类过程的研究，开发低成本、无污染、高效率的生物修复技术，使其更加完善、高效、成熟。3.土壤酸化土 壤 吸 收 性 复 合 体 接 受 了 一 定 数 量 交 换 性 氢 离 子 或 铝 离 子 ， 使 土 壤 中碱 性 (盐 基 )离 子 淋 失 的 过 程 。 酸 化 是 土 壤 风 化 成 土 过 程 的 重 要 方 面 ， 导 致 ph 值 降 低 ， 形 成 酸 性 土 壤 ，
13、影 响 土 壤 中 生 物 的 活 性 ， 改 变 土 壤 中 养 分 的 形 态 ， 降 低 养 分 的 有 效 性 ， 促使 游 离 的 锰 、 铝 离 子 溶 入 土 壤 溶 液 中 ， 对 作 物 产 生 毒 害 作 用 。3.1 传 统 改 良 方 法对 于 酸 性 土 壤 的 改 良 ,我 国 使 用 的 办 法 是 撒 施 石 灰 ,石 灰 是 强 碱 ,与 土 壤的 酸 性 物 质 进 行 中 和 ,在 一 定 程 度 上 能 起 到 改 良 作 用 。 但 是 石 灰 同 施 入 的 营养 物 质 易 发 生 化 学 反 应 ,形 成 难 溶 的 磷 酸 盐 、 挥 发 性
14、氨 ,加 速 有 机 质 分 解 ,造 成 土 壤 中 速 效 磷 、 钾 无 法 能 吸 收 ,从 而 造 成 土 壤 活 力 不 断 退 化 。3.2 土 壤 改 良 剂 的 应 用土 壤 改 良 剂 是 专 治 酸 性 土 壤 的 高 科 技 产 品 ,是 在 土 壤 学 、 植 物 营 养 学 、作 物 根 系 土 壤 生 态 学 原 理 等 农 业 综 合 科 学 的 基 础 上 ,针 对 土 壤 连 年 耕 作 和 大量 使 用 化 学 及 物 理 结 构 变 异 情 况 而 研 制 的 具 有 环 保 意 义 的 产 品 1,它 不 仅能 迅 速 调 节 酸 性 土 壤 的 中
15、性 机 能 、 活 化 土 壤 结 构 ,同 时 也 能 调 节 磷 和 钾 ,大幅 度 提 高 土 壤 中 速 效 磷 、 钾 的 含 量 ;抑 制 病 虫 害 ,分 解 残 留 农 药 ,为 农 作 物 的生 长 营 造 一 个 最 佳 的 土 壤 环 境 ,从 而 提 高 肥 料 使 用 效 率 ,达 到 增 产 、 增 效 、提 高 品 质 的 目 的 。4. 土 壤 盐 渍 化土壤盐渍化是指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程。是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程，也称盐碱化。中国盐渍土或称盐碱土的分布范围广、面积大、类型多，总面积约
16、 1 亿 hm2。主要发生在干旱、半干旱和半湿润地区。盐碱土的可溶性盐主要包括钠、钾、钙、镁等的硫酸盐、氯化物、碳酸盐和重碳酸盐。硫酸盐和氯化物一般为中性盐，碳酸盐和重碳酸盐为碱性盐。4.1 国 内 外 土 壤 盐 渍 化 危 害在 世 界 各 国 灌 溉 历 史 上 ， 土 壤 盐 渍 化 曾 是 影 响 农 业 发 展 甚 至 决 定 国 家 盛衰 的 重 要 原 因 之 一 。 目 前 世 界 上 大 约 仍 有 一 半 的 灌 溉 土 地 不 同 程 度 地 遭 到 盐渍 化 的 危 害 。 据 报 道 ， 苏 联 灌 溉 面 积 中 ， 次 生 盐 演 化 约 占 43 ， 其 中
17、盐 渍化 程 度 严 重 的 有 16 。 苏 联 过 去 每 年 围 盐 渍 化 而 废 弃 的 土 地 占 灌 溉 面 积 的1 2 。 美 国 约 有 30 的 灌 溉 土 地 受 盐 演 化 危 害 。 印 度 盐 渍 化 面 积 约 占 灌溉 面 积 的 65 ， 埃 及 占 30 ， 叙 利 亚 占 50 ， 伊 拉 克 占 60 。4.2 改 良 盐 渍 土 的 方 法(1)建 立 完 善 的 灌 溉 系 统 ， 使 地 下 水 深 度 保 持 在 临 界 深 度 以 下 。 前 苏 联 科学 院 v AKovda 等 专 家 认 为 ， 可 能 引 起 土 壤 盐 渍 化 的
18、矿 化 地 下 水 的 深 度 平 均为 2 5 3m。 (2)建 立 现 代 化 排 水 系 统 ： 水 平 排 水 ， 主 要 以 明 沟 、 暗 管 的 形 式 进 行 ，既 能 降 低 地 下 水 位 ， 又 可 以 排 出 土 壤 中 的 盐 份 ； 垂 直 (竖 井 )排 水 ， 竖 井排 水 价 格 低 、 不 占 地 、 水 量 大 、 水 质 好 、 控 制 调 节 性 地 下 水 位 灵 活 、 维 修 工作 少 ， 同 时 又 可 以 和 灌 溉 相 结 合 ， 竖 直 设 井 以 梅 花 型 布 井 效 果 为 最 好 。 (3)化 学 改 良 。 一 些 发 达 国
19、家 如 美 国 、 澳 大 利 亚 在 盐 渍 土 上 ， 特 别 在 碱 土上 施 化 学 改 良 剂 ， 如 ： 石 膏 、 硫 酸 、 矿 渣 (磷 石 膏 )， 因 土 地 类 型 不 同 ， 施入 量 也 不 同 ， 施 用 时 间 长 短 取 决 于 当 地 的 经 验 和 资 金 的 状 况 。 施 用 改 良 剂 后需 用 大 量 水 冲 洗 ， 在 水 资 源 缺 乏 的 情 况 下 应 用 困 难 ， 而 且 成 本 高 。 但 是 ， 用这 种 方 法 能 使 土 壤 积 水 从 379 天 降 到 145 天 ， 渗 水 从 292mm 升 到 605mm。化 学 改
20、良 尽 管 成 本 高 ， 但 是 从 经 济 效 益 看 是 有 益 的 。 (4)种 植 水 稻 对 碱 土 的 改 良 较 有 效 。 匈 牙 利 、 罗 马 尼 亚 、 前 苏 联 、 泰 国 、中 国 都 在 大 面 积 盐 土 上 种 水 稻 ， 取 得 良 好 的 改 土 增 产 效 果 。 匈 牙 利 专 家 通 过对 中 欧 及 东 欧 地 区 盆 遗 土 的 研 究 提 出 灌 溉 冲 洗 、 施 用 化 学 改 良 剂 和 种 稻 改 良三 结 合 的 综 合 改 良 措 施 ， 这 一 措 施 为 当 前 改 良 盐 渍 化 的 重 点 措 施 。 但 这 一 措施 要
21、 求 水 平 徘 水 畅 通 。 (5)日 本 东 京 大 学 研 究 向 土 壤 中 注 入 聚 丙 烯 酸 脂 溶 液 ， 与 土 壤 形 成0 5cm 的 不 透 水 层 ， 从 而 减 少 土 壤 水 分 的 蒸 发 ， 减 少 盐 份 随 毛 管 水 蒸 发 向 表土 累 积 ， 使 作 物 产 量 明 显 增 加 。 伊 拉 克 土 壤 学 家 研 究 将 沥 青 混 入 表 层 5cm土 层 中 ， 然 后 冲 洗 ， 可 提 高 土 温 1.32.3 ， 从 而 提 高 盐 份 的 溶 解 度 ， 增加 淋 洗 效 果 。 (6)利 用 咸 水 灌 溉 。 咸 水 灌 溉 虽
22、然 能 增 加 土 壤 中 盐 份 ， 但 也 能 增 加 土 壤 湿度 ， 降 低 土 壤 溶 液 中 的 浓 度 。 美 国 、 突 尼 斯 、 意 大 利 、 中 亚 、 阿 拉 伯 和 北 非分 别 用 小 于 1g 1 或 38g 1 的 咸 水 灌 溉 ， 印 度 还 研 究 利 用 稀 得 了 的 海 水灌 溉 。 美 国 和 前 苏 联 为 利 用 咸 水 灌 溉 提 供 了 大 量 的 理 论 与 实 践 基 础 。 (7)种 植 耐 盐 碱 的 树 种 特 别 是 能 固 氮 的 耐 盐 树 种 和 草 木 (绿 肥 )植 物 ， 既可 以 减 少 地 表 水 分 的 蒸
23、发 、 防 止 土 壤 表 面 积 盐 ， 又 可 以 降 低 地 下 水 位 和 盐 份 ，改 良 土 壤 的 物 理 性 状 ， 增 加 有 机 质 和 土 壤 微 生 物 ， 降 低 土 壤 pH 值 ， 从 而 彻底 改 善 周 围 的 生 态 环 境 。5. 参 考 文 献1 土 壤 重 金 属 污 染 修 复 技 术 及 应 用 展 望 作 者 ： 尹 光 甫2 土 壤 石 油 污 染 现 状 与 治 理 技 术 研 究 进 展 作 者 ： 未 知3 中 原 油 田 土 地 污 染 现 状 及 治 理 对 策 作 者 ： 任 祥 源 曹 颖4 土 壤 酸 化 改 良 及 肥 料 施 用 作 者 ： 李 媛 媛5 我 国 土 壤 污 染 现 状 及 治 理 措 施 作 者 ： 熊 严 军6 土 壤 盐 渍 化 作 者 ： 王 东
