環(huán)境工程土-壤修復(fù)

1、 一、 土壤環(huán)境與污染 二、 污染土壤與修復(fù)孫鐵珩院士(沈陽應(yīng)用生態(tài)所研究員) 精選ppt 第一部分 土壤環(huán)境與污染 精選ppt 土壤污染與修復(fù)研究是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)新的生長點之一， 倍受國內(nèi)外環(huán)境科技工作者的重視。 與大氣、水體相比，土壤是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)與生物的復(fù)合環(huán)境介質(zhì)，是一個重要的生態(tài)剖面，許多環(huán)境化學(xué)、環(huán)境生物、環(huán)境毒理的規(guī)律與機制，可以通過土壤生態(tài)剖面加以觀察、研究。 污染土壤污染底泥土壤污染的控制與治理成為重要的科學(xué)問題。 1、背景與需求成為主要污染源成為二次污染庫 科學(xué)問題精選ppt我國農(nóng)藥、化肥和重金屬污染農(nóng)產(chǎn)品的問題 是限制我國農(nóng)產(chǎn)品出口的主要瓶頸。減少與消除高毒農(nóng)藥的危

2、害， 已成為我國農(nóng)業(yè)環(huán)境亟待解決的重要問題。污灌、污泥等造成的土壤污染， 還將長時期影響農(nóng)作物的生長和農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。 國 家 需 求土壤污染與修復(fù)研究 是中國進(jìn)入WTO、保證農(nóng)產(chǎn)品安全、推動農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)和全面建設(shè)小康社會的國家戰(zhàn)略需求。 精選ppt 生態(tài)系統(tǒng)的基本單元，具有 S W P 系統(tǒng)的整體性 人類活動的主要資源，具有質(zhì)量、數(shù)量的雙重性 2、對土壤環(huán)境的基本認(rèn)識土壤具有三個基本特征 肥 力 質(zhì) 量 環(huán) 境 質(zhì) 量 健 康 質(zhì) 量 內(nèi) 涵 安全生產(chǎn)土壤質(zhì)量 保證最大生產(chǎn)力 最佳生物學(xué)質(zhì)量 不引發(fā)二次環(huán)境污染精選ppt 自然體、環(huán)境介質(zhì)，具有多功能性 承接污染物的載體 凈化污染物的活體

3、負(fù) 荷 容 量 功 能 強 度精選ppt1、系統(tǒng)之間2、研究過程 3、污染效應(yīng)4、干擾因素與大氣環(huán)境、水環(huán)境不同理論體系、化學(xué)形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化、恢復(fù)治理機制不同同一作物, 對不同污染物的生物效應(yīng)、吸收累積、釋放機制不同土壤肥力、養(yǎng)分含量、土壤質(zhì)地、機械組成, 對污染物毒性影響程度不同 2-1 土壤污染基本特征精選ppt發(fā)生的隱蔽性形成的復(fù)雜性恢復(fù)的長期性毒性的緩效性診斷的特殊性 土壤污染的特點 精選ppt 環(huán)境土壤學(xué)研究的目的認(rèn)識利用調(diào)控土壤肥力的培育土壤污染的防治土壤凈化功能的利用污染土壤的清潔精選ppt 農(nóng)林土壤學(xué) 環(huán)境土壤學(xué) 以提高農(nóng)業(yè)生物生產(chǎn)力為 目的的土壤肥力和資源研究 以提高土壤三質(zhì)

4、量為目的 (肥力、健康、環(huán)境) 土壤生態(tài)過程研究 污染發(fā)生機制研究 土壤功能、容量研究 2-2 環(huán)境土壤學(xué)的發(fā)展歷程精選ppt50年代: 土地資源開發(fā)利用 提高生產(chǎn)研究60年代: 水土保持，鹽堿地改良 土地環(huán)境資源保護(hù)研究 污水灌田，施用農(nóng)藥 土地環(huán)境污染研究70年代: 區(qū)域性 土壤環(huán)境評價及污染 綜合防治研究 80年代:土壤環(huán)境背景容量及基準(zhǔn) 土壤-植物系統(tǒng) 凈化功能及其應(yīng)用研究90年代:土地植物系統(tǒng)污染生物地球化學(xué) 長期定位研究 無公害農(nóng)業(yè)及綠色食品生產(chǎn)技術(shù) 應(yīng)用技術(shù)研究 流域及湖泊水污染治理關(guān)鍵技術(shù) 3、土壤環(huán)境與土壤污染研究回顧2000：土壤污染生態(tài)過程與生態(tài)安全精選ppt資 源 調(diào)

5、查質(zhì) 量 評 價 污 染 防 治 規(guī) 律 研 究 機 制 研 究實用技術(shù)研究 3-1 土壤環(huán)境與土壤污染 - 學(xué)科發(fā)展歷程精選ppt58年污水灌溉在主要城市郊區(qū)興起推動灌溉事業(yè)，促進(jìn)北方水稻農(nóng)作發(fā)展 N肥過剩，貪青倒伏，作物受害，土壤毒化土壤毒化診斷指標(biāo)確立N肥定額防止徒長倒伏 增施礦質(zhì)肥料調(diào)整作物Si / N營養(yǎng)比 3-2 土壤環(huán)境與土壤污染研究事例污灌精選ppt 污染物在土壤-植物系統(tǒng) 遷移-分布土壤-地下水 污染污水灌溉研究作物污染及殘留與毒性研究 灌區(qū)人體健康調(diào)查精選ppt污 水 灌 溉 研 究 成 果 污水灌溉地區(qū)水質(zhì)、糧食和地下水評價 礦物油、苯并（a）芘、重金屬在土壤 植物 系統(tǒng)

6、遷移分布 主要污染物生物學(xué)質(zhì)量評價 重金屬、礦物油等土壤環(huán)境容量 污灌區(qū)綜合治理與防治規(guī)則精選ppt土壤環(huán)境質(zhì)量評價評價方法及其指標(biāo)體系區(qū)域性 土壤環(huán)境重 點 污 灌 區(qū)石 油 化 工 區(qū)工 礦 開 發(fā) 區(qū)污 染 起 始 值 污 染 標(biāo) 準(zhǔn) 單 項 指 標(biāo) 綜 合 指 標(biāo) 3-3 區(qū)域土壤環(huán)境研究精選ppt意義 土壤環(huán)境質(zhì)量與污染評價 制定土壤環(huán)境容量與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 土壤污染清潔技術(shù)土地利用與土地管理成果 1973 -1977 年 北京、南京、廣東等重點地區(qū) 土壤、水體及生物背景值試點研究實驗 1979 年 13 個省市主要農(nóng)業(yè)土壤和主要作物 9 種元素背景值調(diào)查 1986 年 29 省市

7、土壤背景值調(diào)查 3-4 土 壤 環(huán) 境 背 景精選ppt意義 制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn) 污染物排放、污泥和污水的農(nóng)業(yè)利用 區(qū)域污染物管理與控制成果 敏感作物盆栽生物試驗 土壤微生物生態(tài)及土壤酶活性 同位素示蹤技術(shù) 田間物質(zhì)平衡 土壤凈化功能 3-5 土 壤 環(huán) 境 容 量精選ppt污染地點 ：沈陽市張士灌區(qū)污染原因 ：含鎘工業(yè)污水灌田污染面積 ：2 8 0 0 ha污染狀態(tài) ：土壤含鎘 5 - 10 mg / kg 土 稻米耔實鎘 0.4 - 1.0 mg / kg 米 3-6 鎘 土 污 染 及 防 治精選ppt鎘土污染治理客土法深耕 換土農(nóng)作法 排水曬田 淹水厭氧化學(xué)法改良 施用石灰磷肥及其它改良

8、劑生物法改良 作物吸收富集木本凈化 3-7 鎘土污染治理研究成果精選ppt 利用土壤 - 植物系統(tǒng)生物、化學(xué)、物理的凈化功能 通過科學(xué)設(shè)計和有效地進(jìn)行管理 對污水中 N、P 資源加以利用 對可降解污染物加以凈化 實現(xiàn)無害化、資源化的生態(tài)工程技術(shù) 適合國情 投資少，運行費用低 可回收再生水資源 3-8 污水生態(tài)工程土地處理精選ppt 土壤環(huán)境污染現(xiàn)狀的描述 污染危害的調(diào)查和污染點的評價及風(fēng)險分析 土壤污染生態(tài)過程及其微觀機理研究 土壤生態(tài)毒理學(xué)診斷污染土壤生態(tài)過程 4、污染物的生態(tài)過程研究精選ppt 復(fù)合污染條件下，常用農(nóng)藥與石油及其化工產(chǎn)品等有機 污染物在土壤中的遷移動態(tài)研究，探討污染物的最適

9、 降解條件 污染物在土壤中的降解過程及其影響因素，確立其微 生物降解的最佳條件 污染物在土壤中的固定 - 再釋放機制及預(yù)測 耐污植物對污染物的吸收能力 污染脅迫條件下，土著微生物群落的變化規(guī)律 農(nóng)作物連作條件下，土壤生物污染的發(fā)生過程 重點有機、無機污染物的土壤生態(tài)過程區(qū)域比較研究研究內(nèi)容精選ppt平衡研究遷移降解吸附與解析植物吸收積累揮發(fā)過程供試化學(xué)品多 環(huán) 芳烴類有機氯類 與 農(nóng) 藥雜 環(huán) 化合物離子型有機化合物菲 熒蒽 苯并芘1,2,4-三氯苯 鄰苯二甲酸二丁酯 鄰苯二甲酸二異辛酯多效唑西瑪津直鏈烷基苯磺酸鈉精選ppt效應(yīng)研究對宏觀系統(tǒng)的影響對微觀系統(tǒng)的影響生物量生 物多樣性 生物學(xué)質(zhì)

10、量對植物形態(tài)學(xué)上的影響對土壤微生物土壤酶的影響精選ppt轉(zhuǎn)化研究 有機污染物本體（A）在陸地生態(tài)系統(tǒng)中向其代謝及合成物（B, C, D . . . ）的轉(zhuǎn)化過程 物理、化學(xué)、生物過程及其動力學(xué)過程。 轉(zhuǎn)化過程中的發(fā)生條件及其影響因素。精選ppt典型污染土壤的成因分析與生態(tài)風(fēng)險預(yù)測土壤生態(tài)毒理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)實驗方法土壤生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)體系測生物毒性指標(biāo)體系土壤生物污染的診斷與評價指標(biāo)體系污染土壤清潔標(biāo)準(zhǔn)土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)土壤生態(tài)毒理學(xué)診斷與安全預(yù)警系統(tǒng)的建立及其驗證 土壤生態(tài)毒理學(xué)診斷精選ppt 污染生態(tài)化學(xué)過程 土壤污染發(fā)生機制 土壤污染早期診斷 土壤污染過程調(diào)控 土壤污染系統(tǒng)監(jiān)測 污染生態(tài)毒理過程生態(tài)過程研

11、究 5、需要加強的重要研究方向精選ppt6、土壤污染生態(tài)學(xué)研究展望土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與生物質(zhì)量綜合指標(biāo)體系土壤 - 植物系統(tǒng)生態(tài)剖面分析土壤 - 植物系統(tǒng)生態(tài)風(fēng)險評價方法論及技術(shù)支撐系統(tǒng)土壤 - 植物系統(tǒng)凈化功能研究土壤圈及其邊界污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)污染衛(wèi)生學(xué)生態(tài)毒理學(xué)生物生產(chǎn)力綜合分析作用機理確立環(huán)境參數(shù)實驗手段測試技術(shù)環(huán)境容量土壤 - 水反應(yīng)動力學(xué)土壤 - 環(huán)境長期定位觀測土壤 - 大氣建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)精選ppt 第二部分：污染土壤與修復(fù) 精選ppt1990 s 德國，英國，荷蘭等開展土壤污染修復(fù)研究水生生態(tài)系統(tǒng)問題-1960- 1970陸地生態(tài)系統(tǒng)問題-1980s 始1990s-

12、加拿大，美國等開展土壤污染修復(fù)研究與工程1995 中國開展土壤污染生物修復(fù)項目 1、污染土壤修復(fù)研究的歷史回顧 精選ppt80年代， 荷蘭投資15億美元進(jìn)行土壤修復(fù)試驗研究1976-1990年，聯(lián)邦德國科技部資助的項目 306個1990-1996年，聯(lián)邦德國廢物管理與土壤修復(fù)項目投資 75億美元美國政府近期投資100億美元進(jìn)行土壤修復(fù)技術(shù)開發(fā)1995 ，國家基金委，科學(xué)院等資助土壤污染生物修復(fù)項目項目資助精選ppt 2000-2003年國內(nèi)土壤修復(fù)研究（根據(jù)發(fā)表論文統(tǒng)計）精選ppt原位修復(fù)（接菌法,生物培養(yǎng)法,生物通風(fēng)法,土耕法） 異位修復(fù)（生物泥漿，堆腐，制備床，厭氧處理）化學(xué)修復(fù)物理修復(fù)化

13、學(xué)清洗, 超臨界萃取，光化學(xué)降解，化學(xué)氧化，化學(xué)柵（沉淀柵，吸附柵，聯(lián)合柵）清洗法，蒸發(fā)法，電修復(fù)法，熱修復(fù)法挖掘添埋法，通風(fēng)去污法，焚燒法植物提取，植物富集，植物穩(wěn)定生物修復(fù)植物修復(fù)聯(lián)合修復(fù) 2、土壤修復(fù)技術(shù)精選ppt 污染土壤生物降解處理技術(shù)污染物生物降解最適條件的建立，包括土壤中大量和微量元素的適當(dāng)比例，游離酶的選擇與濃度確立及土壤溫度、濕度、pH和有機質(zhì)等常規(guī)條件土著微生物的馴化與接種菌的篩選和培養(yǎng)特異性降解微生物的構(gòu)建提高污染物生物可利用性技術(shù)等 有機污染土壤堆腐清潔技術(shù) 污染區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)的營造、管理及其持續(xù)高效無害化 農(nóng)業(yè)利用技術(shù) 土壤生物改良劑發(fā)研制與開發(fā) 2-1 生物清潔技術(shù)

14、精選ppt 污染物的固定/穩(wěn)定化處理 技術(shù) 污染土壤固定 - 覆蓋技術(shù) 電滲析技術(shù) 樹脂/活性炭浮選技術(shù) 污染土壤蒸汽萃取技術(shù) 污染土壤泥漿反應(yīng)器處理技術(shù) 污染土壤沖洗技術(shù) 針對特定的頑固性污染物的溶 劑萃取技術(shù)重金屬或其它類型無機污染土壤石油或其它有機污染土壤 2-2 物理化學(xué)清潔技術(shù)精選ppt 針對石油、多環(huán)芳烴為目標(biāo)的污染物生物修復(fù) 優(yōu)勢菌種的篩選與功能實驗 生物修復(fù)技術(shù)：泥漿反應(yīng)器、土壤堆腐、超 富集植物篩選 2-3 土壤清潔技術(shù)研究進(jìn)展精選ppt 1，外源微生物引入-（關(guān)鍵）條件和原則2，微生物的適應(yīng)性-（重點）機制與影響因素3，生物修復(fù)過程中污染物的降解-限制因素-濃度）4，有機污

15、染物次生代謝過程-問題-毒性代謝產(chǎn)物生成5，生物修復(fù)的現(xiàn)場放大技術(shù)-技術(shù)的應(yīng)用6，污染物的淋溶過程 可溶性組分的地下遷移-二次污染7，污染土壤修復(fù)的生態(tài)安全性評價 3、土壤修復(fù)研究的現(xiàn)存問題精選ppt 3-1 外源微生物引入條件及原則：(1)當(dāng)現(xiàn)存的土著微生物不能降解土壤中的污染物, 如有機污染物降解過程中的中間產(chǎn)物不能為土著微生物降解，考慮引入外來微生物(2)土壤中污染物濃度過高, 對土著微生物有毒害作用而不能有效降解污染物，考慮引入外來微生物(3)土壤被污染后需要立即處理，考慮引入外來微生物精選ppt(1) 是否能夠降解大部分目標(biāo)污染物; (2) 遺傳穩(wěn)定性如何; (3) 在環(huán)境中是否能快

16、速生長并具有較高酶活性;(4) 是否具有較強的與土著微生物生存生長競爭能力；(5) 是否無致病性且不產(chǎn)生有毒代謝產(chǎn)物等。3-2 外源微生物引入需要考慮的因素精選ppt預(yù)先暴露于污染環(huán)境中的微生物決定生物降解速率。有些微生物對有機污染物的氧化能力較強,這種現(xiàn)象被稱為適應(yīng)性。適應(yīng)性的可能機制有以下3種： 特定酶的誘導(dǎo)和抑制； 基因突變產(chǎn)生新的代謝群體； 有機體的選擇性富集。機制研究的成功是生物修復(fù)技術(shù)成功的關(guān)鍵要素3-3 微生物的適應(yīng)性-機制與影響因素精選ppt污染物的降解因其性質(zhì)、濃度，對微生物暴露方式不同而異 解決高濃度污染對生物降解影響的方式通常是進(jìn)行稀釋，以滿足微生物降解的濃度要求。 當(dāng)污

17、染物濃度過低（但尚未達(dá)到環(huán)境質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)）時，生物修復(fù)的速率開始下降，有時甚至難于進(jìn)行。解決低濃度污染物降解是生物修復(fù)過程中面臨的重要問題。3-4 生物修復(fù)過程中的污染物的降解（濃度限制因素）精選ppt 很多情況下污染物并不能很快的被微生物完全降解，其結(jié)果是母體污染物濃度減少，次生代謝產(chǎn)物濃度增加。修復(fù)介質(zhì)的整體污染狀況沒有得到根本的治理。 次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生主要在兩個方面 一、是產(chǎn)生所謂空端產(chǎn)物。即污染物的附加代謝過程中產(chǎn)生的一種使細(xì)菌酶無法進(jìn)行轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物。 二、即使污染物被完全降解也伴隨中間產(chǎn)物的生成。而以細(xì)菌為媒介的反應(yīng)對這類中間產(chǎn)物的降解速度緩慢次生污染及毒性代謝問題為生物修復(fù)中最重要

18、課題之一。3-5 有機污染物的次生代謝過程-毒性代謝產(chǎn)物的生成精選ppt 土壤安全性評價應(yīng)以污染物由固態(tài)轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)的濾出物為依據(jù)。淋溶是個關(guān)鍵性問題。 有關(guān)污染釋放機制與淋溶控制因素,如溶解有機碳(DOC)與膠體的相互作用等問題尚未得到充分研究。 在土壤修復(fù)過程中，淋溶實驗為一個指標(biāo)評價生物修復(fù)效果非常重要，但目前的工作仍處于研究階段3-6 污染物的淋溶過程 可溶性組分的地下遷移精選ppt生物修復(fù)技術(shù)的現(xiàn)場放大涉及一系列問題： 微生物的降解效率問題， 干擾因素的影響評估問題， 環(huán)境工程、水利學(xué)、環(huán)境化學(xué)及土壤學(xué)等多種學(xué)科知識的支持與融合問題， 生物修復(fù)場地異質(zhì)性 目前生物修復(fù)在我國尚處于研究發(fā)展時期，實際運作上缺少實例。