《土壤污染與修復(fù)》課件

土壤污染與修復(fù)探索土壤環(huán)境問(wèn)題與修復(fù)技術(shù)從污染成因到治理方案的系統(tǒng)講解為什么關(guān)注土壤污染？全球形勢(shì)嚴(yán)峻全球約19%土壤受污染中國(guó)狀況國(guó)內(nèi)約1/5耕地存在污染風(fēng)險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)影響每年造成數(shù)千億經(jīng)濟(jì)損失土壤的定義與功能植物生長(zhǎng)基質(zhì)支持各類植物生長(zhǎng)發(fā)育水源凈化過(guò)濾凈化地表水和地下水生物多樣性地下生態(tài)系統(tǒng)棲息地碳儲(chǔ)存全球最大碳匯之一土壤環(huán)境現(xiàn)狀概覽監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)全國(guó)建成31600個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)工業(yè)污染重工業(yè)區(qū)污染物超標(biāo)率36.3%農(nóng)田污染南方稻田鎘污染問(wèn)題突出土壤污染研究發(fā)展歷程11960年代日本發(fā)生水俁病，引發(fā)土壤污染關(guān)注21980年代歐美開(kāi)展系統(tǒng)研究與修復(fù)實(shí)踐32005年中國(guó)開(kāi)展首次土壤污染調(diào)查42018年《土壤污染防治法》正式實(shí)施相關(guān)法律法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)《土壤污染防治法》2018年8月正式實(shí)施確立預(yù)防為主原則明確責(zé)任主體《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB15618-2018農(nóng)用地GB36600-2018建設(shè)用地分風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管控值《農(nóng)用地土壤污染管控標(biāo)準(zhǔn)》按優(yōu)先保護(hù)類、安全利用類分類嚴(yán)格管控類土地利用限制土壤污染的基本概念污染物超標(biāo)物質(zhì)含量超出安全限值潛在風(fēng)險(xiǎn)可能損害人體健康和生態(tài)本底值自然狀態(tài)下物質(zhì)本底含量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定污染程度的依據(jù)土壤污染的主要類型化學(xué)污染重金屬、有機(jī)物等化學(xué)物質(zhì)超標(biāo)物理污染結(jié)構(gòu)破壞、壓實(shí)與板結(jié)生物污染病原微生物與外來(lái)有害生物重金屬污染重金屬主要來(lái)源危害特點(diǎn)鉛(Pb)采礦冶煉、燃油神經(jīng)系統(tǒng)損傷汞(Hg)礦業(yè)、電池制造高毒性、生物富集砷(As)農(nóng)藥、木材防腐致癌風(fēng)險(xiǎn)高鎘(Cd)電鍍、磷肥骨骼系統(tǒng)損害有機(jī)物污染有機(jī)農(nóng)藥DDT、六六六等持久性有機(jī)污染物揮發(fā)性有機(jī)物苯系物、氯代烴類工業(yè)溶劑多環(huán)芳烴(PAHs)不完全燃燒產(chǎn)物，強(qiáng)致癌性石油烴類油田開(kāi)采與泄漏事故放射性污染典型放射性元素鈾(U)鐳(Ra)釷(Th)銫(Cs)鍶(Sr)主要來(lái)源核設(shè)施事故核試驗(yàn)活動(dòng)鈾礦開(kāi)采醫(yī)療廢物處置放射性污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)危害持久土壤酸化與鹽堿化土壤酸化pH降低至5.5以下酸雨沉降影響鋁毒害風(fēng)險(xiǎn)增加養(yǎng)分流失加快土壤鹽堿化鹽分累積超0.2%不合理灌溉導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受抑耕地退化嚴(yán)重土壤酸化與鹽堿化對(duì)比效果微生物與生物多樣性變化正常土壤微生物群落細(xì)菌、真菌、放線菌多樣平衡污染初期變化敏感種群減少，耐受種增加長(zhǎng)期污染影響多樣性下降，群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化功能退化養(yǎng)分循環(huán)減弱，自凈能力降低土壤物理結(jié)構(gòu)破壞土壤板結(jié)土壤顆粒緊密排列，通氣透水性差機(jī)械壓實(shí)重型機(jī)械作業(yè)導(dǎo)致土壤壓實(shí)度增加團(tuán)聚體破壞有機(jī)質(zhì)減少導(dǎo)致團(tuán)聚結(jié)構(gòu)崩解荒漠化風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)破壞加速土地退化進(jìn)程新型土壤污染物微塑料定義：直徑小于5mm的塑料顆粒來(lái)源：塑料降解、化妝品添加危害：影響土壤結(jié)構(gòu)，可富集其他污染物狀況：平均每公斤土壤含40-120顆內(nèi)分泌干擾物代表物：雙酚A、鄰苯二甲酸酯來(lái)源：塑料制品、農(nóng)藥殘留危害：干擾生物內(nèi)分泌系統(tǒng)特點(diǎn)：低劑量長(zhǎng)期效應(yīng)明顯農(nóng)田土壤中的微塑料污染揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）及其影響排放源工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、溶劑使用、油氣揮發(fā)土壤滲透滲入土壤孔隙，吸附于有機(jī)質(zhì)地下水污染垂直遷移污染地下水資源危害影響致癌風(fēng)險(xiǎn)、神經(jīng)毒性、生殖毒性典型污染土壤案例一：工礦企業(yè)周邊工礦企業(yè)周邊土壤重金屬超標(biāo)率高達(dá)41.3%鉛鋅冶煉廠周邊鉛超標(biāo)面積可達(dá)3-5公里典型污染土壤案例二：農(nóng)田農(nóng)藥殘留65%農(nóng)藥利用率僅65%被作物吸收利用25%土壤殘留約1/4農(nóng)藥殘留于土壤43.7%蔬菜基地超標(biāo)率集約蔬菜基地農(nóng)藥殘留超標(biāo)12年DDT半衰期部分農(nóng)藥可長(zhǎng)期存在土壤污染的成因綜述自然成因火山噴發(fā)、礦體風(fēng)化、生物積累2工業(yè)活動(dòng)冶煉、化工、電鍍等排放農(nóng)業(yè)投入農(nóng)藥、化肥過(guò)量及不當(dāng)使用城市生活生活垃圾、污水處理不當(dāng)工業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致的土壤污染有色金屬冶煉化工生產(chǎn)電鍍加工采礦活動(dòng)鋼鐵制造其他工業(yè)農(nóng)業(yè)源土壤污染農(nóng)藥過(guò)量平均施用量超發(fā)達(dá)國(guó)家40%化肥濫用氮肥利用率僅30-35%農(nóng)膜殘留地膜殘留率高達(dá)15-25%生活垃圾填埋對(duì)土壤污染的影響滲濾液高濃度有機(jī)物與重金屬混合物填埋氣甲烷、二氧化碳、微量有害氣體地下水污染滲濾液垂直遷移污染地下水土地退化填埋場(chǎng)土壤結(jié)構(gòu)破壞城市化進(jìn)程中的土壤污染城市擴(kuò)張農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘杏玫?，自然土壤減少工業(yè)遺留地老工業(yè)區(qū)搬遷，留下污染場(chǎng)地交通排放道路兩側(cè)重金屬富集帶形成不透水面增加硬化表面導(dǎo)致土壤功能喪失礦山開(kāi)采與尾礦堆存露天開(kāi)采植被破壞土壤剝離酸性礦山廢水揚(yáng)塵污染尾礦風(fēng)險(xiǎn)重金屬淋溶尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)蝕揚(yáng)塵土壤酸化我國(guó)有1萬(wàn)多座尾礦庫(kù)，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)巨大污染物在土壤中的遷移與轉(zhuǎn)化吸附作用污染物被土壤顆粒吸附固定淋溶作用水分帶動(dòng)污染物向下遷移揮發(fā)作用揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)入大氣環(huán)境生物轉(zhuǎn)化微生物參與的降解與轉(zhuǎn)化土壤重金屬的生物有效性影響因素土壤pH值有機(jī)質(zhì)含量氧化還原狀態(tài)陽(yáng)離子交換容量形態(tài)差異水溶態(tài)：高活性交換態(tài)：中等活性碳酸鹽結(jié)合態(tài)殘?jiān)鼞B(tài)：低活性評(píng)價(jià)方法化學(xué)提取法生物測(cè)試法同位素示蹤法原位測(cè)定技術(shù)食物鏈中的富集效應(yīng)污染土壤重金屬與持久性有機(jī)物植物吸收根系吸收轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部初級(jí)消費(fèi)者草食動(dòng)物攝入積累高級(jí)消費(fèi)者捕食富集，濃度放大10-100倍污染對(duì)地下水與地表水的影響降水入滲雨水?dāng)y帶污染物向下滲透包氣帶遷移污染物穿過(guò)土壤未飽和帶地下水污染重金屬與有機(jī)物污染含水層地表水污染地下水排泄影響河流水質(zhì)土壤污染導(dǎo)致的生物多樣性下降健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法簡(jiǎn)介危害識(shí)別確定污染物類型與毒性特征暴露評(píng)估確定暴露途徑與接觸劑量劑量-反應(yīng)評(píng)估建立污染物劑量與健康效應(yīng)關(guān)系風(fēng)險(xiǎn)表征計(jì)算與分析健康風(fēng)險(xiǎn)水平土壤修復(fù)的意義與目標(biāo)生態(tài)修復(fù)恢復(fù)土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保障農(nóng)產(chǎn)品安全與糧食生產(chǎn)土地再利用提升土地資源價(jià)值與利用效率健康保障降低污染物暴露與健康風(fēng)險(xiǎn)土壤修復(fù)技術(shù)體系概述原位修復(fù)定義：不挖掘土壤直接在污染場(chǎng)地修復(fù)優(yōu)點(diǎn)：成本低，擾動(dòng)小適用：污染深度大、面積廣代表技術(shù)：氣相抽提、化學(xué)氧化異位修復(fù)定義：挖掘污染土壤并轉(zhuǎn)移至處理設(shè)施優(yōu)點(diǎn)：效率高，控制好適用：污染程度重、土方量小代表技術(shù)：土壤淋洗、熱脫附不同修復(fù)方法適用于不同污染場(chǎng)景物理修復(fù)技術(shù)覆蓋隔離覆蓋層阻斷暴露途徑土壤氣相抽提抽取土壤氣體移除VOCs熱處理技術(shù)加熱促進(jìn)污染物揮發(fā)分解土壤淋洗水洗分離污染物與土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)化學(xué)氧化原理：強(qiáng)氧化劑破壞有機(jī)污染物藥劑：過(guò)氧化氫、高錳酸鉀特點(diǎn)：處理速度快，可處理復(fù)雜污染化學(xué)還原原理：還原劑將污染物轉(zhuǎn)化為低毒形態(tài)藥劑：零價(jià)鐵、硫化物適用：重金屬、含氯有機(jī)物固化/穩(wěn)定化原理：減少污染物遷移性與生物有效性材料：水泥、石灰、黏土優(yōu)勢(shì)：適用于重金屬與難降解有機(jī)物生物修復(fù)技術(shù)微生物修復(fù)利用微生物降解轉(zhuǎn)化污染物植物修復(fù)利用植物吸收、穩(wěn)定與降解污染物動(dòng)物修復(fù)蚯蚓等土壤動(dòng)物輔助修復(fù)過(guò)程4綜合生態(tài)修復(fù)多種生物協(xié)同作用恢復(fù)土壤生態(tài)植物修復(fù)（Phytoremediation）實(shí)例超富集植物東南景天可富集鎘達(dá)5000mg/kg深根系樹(shù)木柳樹(shù)根系可達(dá)3-5米深度禾本科植物根系發(fā)達(dá)，耐受性強(qiáng)微生物修復(fù)（Bioremediation）實(shí)例微生物修復(fù)技術(shù)處理石油烴效率可達(dá)70-90%耐受菌株可在高濃度污染環(huán)境中生存繁殖土壤重金屬修復(fù)案例分析鎘去除率(%)鉛去除率(%)砷去除率(%)有機(jī)污染物修復(fù)案例分析1污染狀況評(píng)估前某農(nóng)藥廠地塊，有機(jī)氯農(nóng)藥超標(biāo)28倍2技術(shù)篩選采用土壤熱脫附技術(shù)處理3修復(fù)實(shí)施處理土方量32000立方米，平均溫度400℃4結(jié)果驗(yàn)收污染物去除率達(dá)98.5%，滿足建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)熱脫附與氣相抽提技術(shù)熱脫附技術(shù)原理：加熱揮發(fā)有機(jī)物溫度范圍：200-600℃設(shè)備：回轉(zhuǎn)窯、直接加熱爐效率：VOCs去除率>99%缺點(diǎn)：能耗高，成本較大氣相抽提技術(shù)原理：負(fù)壓抽取土壤氣體適用污染物：VOCs、SVOCs影響因素：土壤透氣性優(yōu)點(diǎn)：原位處理，不擾動(dòng)缺點(diǎn)：處理時(shí)間長(zhǎng)熱脫附設(shè)備處理有機(jī)污染土壤土壤修復(fù)材料：生物炭、膨潤(rùn)土等生物炭高吸附性能，固定重金屬與有機(jī)污染物膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量高，吸附固定能力強(qiáng)納米材料高比表面積，催化降解有機(jī)污染物土壤修復(fù)效果評(píng)價(jià)與后期監(jiān)控目標(biāo)確定明確修復(fù)目標(biāo)值與評(píng)價(jià)指標(biāo)樣品采集制定科學(xué)抽樣方案，確保代表性檢測(cè)分析污染物含量與生物毒性測(cè)試效果評(píng)估對(duì)比修復(fù)前后，評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)情況長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)定期跟蹤，防止二次污染修復(fù)工程實(shí)踐難點(diǎn)與挑戰(zhàn)污染復(fù)雜性多種污染物復(fù)合污染難以同時(shí)處理成本約束高效技術(shù)成本高，經(jīng)濟(jì)可行性差時(shí)間長(zhǎng)度生物修復(fù)周期長(zhǎng)，難以快速見(jiàn)效規(guī)模效應(yīng)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)難以大規(guī)模應(yīng)用"綠色修復(fù)"與可持續(xù)發(fā)展理念生態(tài)優(yōu)先保護(hù)與恢復(fù)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能能源節(jié)約低碳低能耗修復(fù)技術(shù)路線選擇資源再生污染物資源化利用，變廢為寶風(fēng)險(xiǎn)管控基于風(fēng)險(xiǎn)的差異化修復(fù)目標(biāo)設(shè)定中國(guó)土壤修復(fù)市場(chǎng)現(xiàn)狀與前景主要修復(fù)企業(yè)與技術(shù)創(chuàng)新國(guó)內(nèi)土壤修復(fù)企業(yè)已超過(guò)500家頭部企業(yè)年修復(fù)規(guī)模超百萬(wàn)方技術(shù)創(chuàng)新集中于低成本高效材料與裝備"碳中和"背景下的土壤管理增加碳匯功能土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存生物炭固碳技術(shù)農(nóng)田管理優(yōu)化減少修復(fù)排放低能耗修復(fù)技術(shù)原位技術(shù)優(yōu)先太陽(yáng)能輔助系統(tǒng)協(xié)同治理土壤-大氣污染協(xié)同農(nóng)田溫室氣體管控碳足跡評(píng)估認(rèn)證公共參與與科普教育公眾宣傳科普材料及媒體報(bào)道提高認(rèn)知公民科學(xué)公