重金属污染土壤的修复方法PPT课件.ppt

重金属污染土壤的修复方法重金属污染土壤的修复方法1.土壤重金属来源与分布土壤重金属来源与分布 v 1.1 随着大气沉降进入土壤的重金属随着大气沉降进入土壤的重金属 v 1.2 随污水进入土壤的重金属随污水进入土壤的重金属 v 1.3 随固体废弃物进入土壤的重金属随固体废弃物进入土壤的重金属 v 1.4 随农用物资进入土壤的重金属随农用物资进入土壤的重金属 1.1 随着大气沉降进入土壤的重金属随着大气沉降进入土壤的重金属 v大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进人土壤。1.2 随污水进入土壤的重金属随污水进入土壤的重金属 v利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术，主要是把污水作为灌溉水源来利用。污水按来源和数量可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。1.3 随固体废弃物进入土壤的重金属随固体废弃物进入土壤的重金属 v固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。v有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染 v还有一些固体废弃物来自于污水处理 1.4 随农用物资进入土壤的重金属随农用物资进入土壤的重金属 v农药、化肥和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。v肥料中重金属含量一般是 磷肥复合肥钾肥氮肥。2.重金属污染土壤的特点和危害v 2.1 普遍性v 2.2 不可逆性v 2.3 表聚性v 2.4 土壤中重金属危害2.1 普遍性v随着工业化生产的普及，重金属污染日趋普遍。早在五六十年代，日本的“骨痛病”就是由于用含镉废水灌溉土壤造成土壤的镉污染，导致稻米中镉含量超标而引起的；“水俣病”是由于土壤受到重金属汞的污染而导致。2.2不可逆性v土壤中的重金属污染与有机污染物污染不同 的是土壤中重金属具有生物不可降解性和相对稳定性，使得重金属易在土壤中积累，并且修复困难。2.3 表聚性v土壤中重金属污染物大部分残留于土壤耕作层，在一般环境条件下，较少向土壤下层迁移，这是由于土壤中存在有机胶体、无机胶体和复合胶体，它们对重金属有较强的吸附和螯合能力，限制重金属在土壤中迁移的能力，使重金属易在土壤表层积累。2.4 土壤中重金属危害v对环境产生危害主要有下列途径:v受污染的土壤直接暴露在环境中，通过土壤粒物等形式能直接或间接地为动物或人所吸收；v通过雨水淋溶作用，土壤中的重金属向下缓慢渗透，可能导致地下水的污染；v外界环境条件的变化，例如酸雨、施加土壤添加剂等因素提高了土坡中重金属的活性和生物可利用性，使得重金属较容易为植物吸收利用而进人食物链，对动物和人体产生毒害作用。3 土壤重金属污染修复技术土壤重金属污染修复技术 v 3.1 物理方法 v 3.2 化学修复v 3.3 生物修复 3.1 物理方法 v v 3.1.1 换土法v 3.1.2玻璃化技术v 3.1.3 电动修复3.1.1 换土法v原理：用新鲜未受污染的土壤替换或部分替换原污染土壤,以稀释原污染物浓度,增加土壤环境容量。v方法：（1）翻土：深翻土壤,使聚集在表层的污染物分散到土壤深层,达到稀释和自处理的目的。v（2）换土：把污染土壤取走,换人新的干净土壤.v（3）客土法：向污染土壤内加人大量的干净土壤,覆盖在表层或混匀,使污染物浓度降低或减少污染物与植物根系的接触。3.1.2玻璃化技术 v方法：将重金属污染的土壤置子高温高压条件下，形成玻璃态结构，使重金属固定于其中，稳定了土壤中的重金属。v特点：该技术可以从根本上消除土壤中重金属的污染且去除速度快，但其技术工程量大、费用高，常用于重金属重污染区的抢救性修复。3.1.3 电动修复v原理和方法：将电极插入受污染土壤的溶液中，在电极上施加直流电压，形成两电极之间的直流电场。土壤中的污染物在电场作用下发生运动，其主要运动机制有电迁移、电渗流以及电泳等。在这些机制作用下，污染物最终积累在电极附近，再用电镀(吸附到电极上)或抽取电极附近的水等方法加以去除。运动机制：v运动机制：v（1）电迁移：如图1，在土壤溶液中，带正电的阳离子向阴极迁移，带负电的阴离子向阳极迁移。迁移速度则取决于土壤一水体系的导电情况，它的强弱则与电流的大小以及离子所带电荷数等相关。v v（2）电渗流：如图1，由于土壤孔隙表面带有负电荷，它与土壤微孔隙水中的离子形成了双电层，在外加电场作用下，孔隙水向阴极流动，同时随孔隙水迁移的污染物质则会富集在阴极附近，最终可以被抽出处理。v（3）电泳：如图1，是带电粒子或胶体在外加电场作用下的迁移。土壤中的细小土壤颗粒、腐植质及微生物细胞等胶体上吸附的污染物质在外加电场下会随之迁移，从而可以去除这类污染物质。由于电动修复过程中带电土壤颗粒的移动性小，电泳作用可以忽略。主要电极反应：v阳极：2H2O-4e-O2+4H+；v阴极：2H2O+2e-H2+2OH-PH控制方法（亦为电动修复强化方法）：v中和阴极电解产生的OH一 v将修复体系自身在阳极产生的H十和阴极产生的OH一相互中和。v通过添加无机和有机酸来中和OH一。如盐酸、磷酸、乙酸等。v改变重金属的沉淀区域。v还用一些其它方法控制OH一的迁移。3.2化学修复v3.2.1化学淋洗修复技术化学淋洗修复技术(chemical leaching and flushing/washing remediation)v3.2.2 化学固定（原位固定）化学固定（原位固定）3.2.1化学淋洗修复技术化学淋洗修复技术(chemical leaching and flushing/washing remediation)v原理和方法：在重力作用或通过水力压头推动下，将能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学生物化学溶剂（清洗液）注入到被污染土层中，然后再将含有污染物的液体从土层中抽提出来后进行分离和污水处理的技术。3.2.2 化学固定（原位固定）化学固定（原位固定）v原理和方法：通过往土壤中加入有机质、沸石和磷酸盐等外源添加物，调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质，使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化还原等一系列反应，降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性从而减少这些重金属元素对动植物的毒性 外源物质的选择v实际应用过程中，最典型的固定剂可分为v有机、无机和有机一无机复合3种类型。原位固定修复的局限：v原位化学固定修复为低浓度下的面源污染的治理提供了可能,但金属离子依然还存留在土壤环境中,并可能随着环境条件的改变,生物有效性也可能变化。v在实地修复过程中,原位固定面临一些实际问题：例如,在污染土壤中诸如石灰和水合离子氧化物之类的固定物质能降低金属离子水溶性和可交换性,但对植物吸收金属离子的影响并不明显。3.3生物修复 v3.3.1 微生物修复技术v3.3.2 植物修复v3.3.3 动物修复v3.3.4 动物微生物植物的交互作用 3.3.1微生物修复技术v原理和方法：v微生物在污染的胁迫下,能够从体内分泌出具有络合或分解转化污染物能力的有机物质,使污染物的移动性降低或极性改变,从而不容易进入生物体内；v污染物在微生物分泌的胞外酶的作用下,在体外被分解转化为无毒无害的物质。增加土壤中抗性微生物的数量,不仅可以降低污染程度,同时还可以提高土壤的肥力,这是一项既经济又实效的技术3.3.2 植物修复v原理和方法：v植物提取：:采用对重金属富集能力较高的植物，通过吸收和转移过程将重金属富集在可收割的部位 v 植物挥发：利用一些植物的生理活动来促使重金属转变为可挥发的形态，挥发出土壤和植物表。v植物稳定（类似于化学固化）：通过植物的根系过滤、固定和钝化使土壤中重金属吸附于土壤表面，从而降低重金属中土壤中的活性、减轻重金属的污染 v植物促进：有些植物本身并不能吸收重金属，但其根系分泌物(氨基酸、糖、酶等)可促进根系周围土堆中微生物的活性和生化反应，有利于土壤中重金属的释放和微生物的吸收。超富集植物应同时具备两个特征：v是植物地上部(茎和叶)重金属含量是普通植物在同一生长条件下的100倍。v 其临界含量分别为v Zn10000mg/kg Cd100mg/kg v Au 1mg/kg Pb，Cu，Ni，Co均为1000mg/kg;v是植物地上部重金属含量大于根部该种重金属含量。v其实,植物地上部生物量没有明显下降(与生长在未污染土壤同种植物生物量相比)同时v上部富集系数(BioaccurMulation coefficient)大于1也是必不可少的特征。九节木 Ni酸模叶蓼澳洲坚果 Mn鸭 跖 草酮鸭 跖 草皱叶酸模印度芥菜3.3.3 动物修复v 原理：利用土壤中的某些低等动物（如蚯蚓、鼠类等）能吸收重金属的特性，在一定程度上降低了污染土壤中的重金属的含量，达到了动物修复重金属污染土壤的目的。v近些年人们有关蚯蚓指示土壤污染的研究,主要放在蚯蚓对污染的指示作用上，并从以下三个方面着手：v 通过调查污染区土壤中蚯蚓种群的数量和结构反映土壤污染情况；v利用蚯蚓对污染物进行生态毒理风险评价；v利用蚯蚓的分子生物化学和生理反应(生物标志物)监测土壤污染蚯蚓强化土壤污染修复的潜力分析：v首先,污染区土壤通常具有恶劣的物理化学性质,而蚯蚓是改善土壤物理结构!改善土壤通气性和透水性，增强土壤肥力的能力。将蚯蚓引入土壤中,将有利于退化的污染土壤生态系统的恢复；v其次,污染土壤中的微生物数量减少,活性降低。由于蚯蚓体内能携带各种微生物,如果将v蚯蚓引入污染土壤,随同蚯蚓一起,可以向土壤中引入各种微生物。3.3.4动物微生物植物的交互作用 v动物对植物：关于蚯蚓能促进植物生长的作用已被大量研究证明，蚯蚓也能通过取食，排泄等生命活动影响土壤-植物系统中重金属的化学行为。v动物对微生物：蚯蚓还能影响土壤微生物存在的种类，数量，活性,从而影响重金属存在的种类和有效性。总结 v总的来说,物理化学技术修复重金属污染土壤,不仅费用昂贵,难以应用于大规模污染土壤的改良,而且常常导致土壤结构破坏，生物活性下降和肥力退化等。v 植物修复技术作为一种新兴的，高效的植物修复途径已为人们所接受,并逐步走向商业化。但该技术目前还处于田间试验和示范阶段尚缺乏系统的评价,需要更多的田间试验结果来支撑该技术的应用与发展。从近期而言,选择超积累植物的品种，土壤改良剂以及植物栽培等农业措施是该领域的研究方向；从远期而言,应用分子生物学和基因工程技术,提高超积累植物的重金属含量和生产产量,深入了解，调控金属积累作用机理和分子机制,是该领域研究的前沿课题。v土壤中重金属污染特殊性质单一处理方法很难将其去除干净，组合修复技术是近几年新兴起来的一种新塑修复技术。如清洗剂一微生物修复、螯合剂一植物修复、电力一植物修复等。组合修复技术能很大限度地去除土壤中的重金属，并且投资省.相对于单一修复方法而言修复周期极大地缩短，操作程序简单。因此系统开发组合修复技术是该研究领域的发展方向。