《土壤修復(fù)》

1、整理課件,土 壤 修 復(fù),整理課件,一、 土壤環(huán)境與污染,二、 污染土壤與修復(fù),整理課件,第一部分 土壤環(huán)境與污染,整理課件,土壤污染與修復(fù)研究是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)新的生長(zhǎng)點(diǎn)之一， 倍受國(guó)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(gè)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(gè)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(jī)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(kù),科學(xué)問題,整理課件,我國(guó)農(nóng)藥、化肥和重金屬污染農(nóng)產(chǎn)品的問題 是限制我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品出口的主要瓶頸。 減少與消除高毒農(nóng)

2、藥的危害， 已成為我國(guó)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(zhǎng)時(shí)期影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。,國(guó) 家 需 求,土壤污染與修復(fù)研究 是中國(guó)進(jìn)入WTO、保證農(nóng)產(chǎn)品安全、推動(dòng)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境 保護(hù)和全面建設(shè)小康社會(huì)的國(guó)家戰(zhàn)略需求。,整理課件,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(dòng)的主要資源，具有質(zhì)量、數(shù)量的雙重性,2、對(duì)土壤環(huán)境的基本認(rèn)識(shí),土壤具有三個(gè)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,整理課件,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

3、污染物的活體,負(fù) 荷 容 量,功 能 強(qiáng) 度,整理課件,1、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(jī)制不同,同一作物, 對(duì)不同污染物的生物 效應(yīng)、吸收累積、釋放機(jī)制不同,土壤肥力、養(yǎng)分含量、土壤質(zhì)地、機(jī) 械組成, 對(duì)污染物毒性影響程度不同,2-1 土壤污染基本特征,整理課件,發(fā)生的隱蔽性,形成的復(fù)雜性,恢復(fù)的長(zhǎng)期性,毒性的緩效性,診斷的特殊性,土壤污染的特點(diǎn),整理課件,環(huán)境土壤學(xué)研究的目的,認(rèn)識(shí) 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,整理課件,農(nóng)林土壤學(xué),環(huán)境土壤學(xué),以提高農(nóng)

4、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)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(jī)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,整理課件,50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(píng)價(jià)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(zhǎng)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

5、究回顧,2000：土壤污染生態(tài)過程與生態(tài)安全,整理課件,資 源 調(diào) 查,質(zhì) 量 評(píng) 價(jià),污 染 防 治,規(guī) 律 研 究,機(jī) 制 研 究,實(shí)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,整理課件,58年污水灌溉在主要城市郊區(qū)興起,推動(dòng)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(zhǎng)倒伏,增施礦質(zhì)肥料 調(diào)整作物Si / N營(yíng)養(yǎng)比,3-2 土壤環(huán)境與土壤污染研究事例,污灌,整理課件,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,整理課件,污 水 灌 溉

6、 研 究 成 果,污水灌溉地區(qū)水質(zhì)、糧食和地下水評(píng)價(jià) 礦物油、苯并（a）芘、重金屬在土壤 植物 系統(tǒng)遷移分布 主要污染物生物學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià) 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,整理課件,土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)方法及其指標(biāo)體系,區(qū)域性 土壤環(huán)境,重 點(diǎn) 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(xiàng) 指 標(biāo),綜 合 指 標(biāo),3-3 區(qū)域土壤環(huán)境研究,整理課件,意義,土壤環(huán)境質(zhì)量與污染評(píng)價(jià) 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(diǎn)地區(qū) 土壤、水體及

7、生物背景值試點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn) 1979 年 13 個(gè)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 省市土壤背景值調(diào)查,3-4 土 壤 環(huán) 境 背 景,整理課件,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(yàn) 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,整理課件,污染地點(diǎn) ：沈陽(yáng)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(shí)鎘 0.4 - 1.0 mg / kg 米,

8、3-6 鎘 土 污 染 及 防 治,整理課件,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,整理課件, 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(jì)和有效地進(jìn)行管理 對(duì)污水中 N、P 資源加以利用 對(duì)可降解污染物加以凈化 實(shí)現(xiàn)無害化、資源化的生態(tài)工程技術(shù), 適合國(guó)情 投資少，運(yùn)行費(fèi)用低 可回收再生水資源,3-8 污水生態(tài)工程土地處理,整理課件, 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(diǎn)的評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析 土壤污染生態(tài)過程及其微觀機(jī)理研究 土壤生態(tài)毒理學(xué)診斷

9、,污染土壤生態(tài)過程,4、污染物的生態(tài)過程研究,整理課件, 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(jī) 污染物在土壤中的遷移動(dòng)態(tài)研究，探討污染物的最適 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(jī)制及預(yù)測(cè) 耐污植物對(duì)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(diǎn)有機(jī)、無機(jī)污染物的土壤生態(tài)過程區(qū)域比較研究,研究?jī)?nèi)容,整理課件,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(jī)氯類 與 農(nóng) 藥,雜 環(huán) 化合物,離子型有機(jī)化合物,

10、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,整理課件,效應(yīng)研究,對(duì)宏觀系統(tǒng)的影響,對(duì)微觀系統(tǒng)的影響,生物量,生 物多樣性,生物學(xué)質(zhì) 量,對(duì)植物形態(tài)學(xué)上的影響,對(duì)土壤微生物土壤酶的影響,整理課件,轉(zhuǎn)化研究,有機(jī)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(dòng)力學(xué)過程。 轉(zhuǎn)化過程中的發(fā)生條件及其影響因素。,整理課件,典型污染土壤的成因分析與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè),土壤生態(tài)毒理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法,土壤生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)體系測(cè),生物毒性指標(biāo)體系,土壤生物污染的診斷與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,污染土

11、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(yàn)證,土壤生態(tài)毒理學(xué)診斷,整理課件,污染生態(tài)化學(xué)過程,土壤污染發(fā)生機(jī)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(cè),污染生態(tài)毒理過程,生態(tài)過程研究,5、需要加強(qiáng)的重要研究方向,整理課件,6、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(xiǎn)評(píng)價(jià),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(cè)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(jī)理,確立環(huán)境參數(shù),實(shí)驗(yàn)手段,測(cè)試技術(shù),環(huán)境容量

12、,土壤 - 水,反應(yīng)動(dòng)力學(xué),土壤 - 環(huán)境,長(zhǎng)期定位觀測(cè),土壤 - 大氣,建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),整理課件,第二部分：污染土壤與修復(fù),整理課件,1990 s 德國(guó)，英國(guó)，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-加拿大，美國(guó)等開展土壤污染修復(fù)研究與工程,1995 中國(guó)開展土壤污染生物修復(fù)項(xiàng)目,1、污染土壤修復(fù)研究的歷史回顧,整理課件,80年代， 荷蘭投資15億美元進(jìn)行土壤修復(fù)試驗(yàn)研究 1976-1990年，聯(lián)邦德國(guó)科技部資助的項(xiàng)目 306個(gè) 1990-1996年，聯(lián)邦德國(guó)廢物管理與土壤修復(fù)項(xiàng)目投資 75億美元 美國(guó)政府近期投資100

13、億美元進(jìn)行土壤修復(fù)技術(shù)開發(fā),1995 ，國(guó)家基金委，科學(xué)院等資助土壤污染生物修復(fù)項(xiàng)目,項(xiàng)目資助,整理課件,2000-2003年國(guó)內(nèi)土壤修復(fù)研究（根據(jù)發(fā)表論文統(tǒng)計(jì)）,整理課件,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),整理課件, 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

14、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(jī)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(jī)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(yíng)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),整理課件,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(duì)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(jī)污染土壤,石油或其它有機(jī)污染土壤,2-2 物

15、理化學(xué)清潔技術(shù),整理課件, 針對(duì)石油、多環(huán)芳烴為目標(biāo)的污染物生物修復(fù) 優(yōu)勢(shì)菌種的篩選與功能實(shí)驗(yàn) 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,整理課件,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(diǎn)）機(jī)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(jī)污染物次生代謝過程-問題-毒性代謝產(chǎn)物生成,5，生物修復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)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(píng)價(jià),3、土壤修復(fù)研究的現(xiàn)存問題,整理課件,3-1 外源微生物引入,條件及原則： (1)當(dāng)現(xiàn)存的土著微

16、生物不能降解土壤中的污染物, 如有機(jī)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(duì)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,整理課件,(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)境中是否能快速生長(zhǎng)并具有較高酶活性; (4) 是否具有較強(qiáng)的與土著微生物生存生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)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,整理課件,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(duì)有機(jī)污染物的氧化

17、能力較強(qiáng),這種現(xiàn)象被稱為適應(yīng)性。 適應(yīng)性的可能機(jī)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(jī)體的選擇性富集。,機(jī)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(jī)制與影響因素,整理課件,污染物的降解因其性質(zhì)、濃度，對(duì)微生物暴露方式不同而異 解決高濃度污染對(duì)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(shí)，生物修復(fù)的速率開始下降，有時(shí)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）,整理課件,很多情況下污染物并不能很

18、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(gè)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(duì)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)中最重要課題之一。,3-5 有機(jī)污染物的次生代謝過程-毒性代謝產(chǎn)物的生成,整理課件,土壤安全性評(píng)價(jià)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(gè)關(guān)鍵性問題。 有關(guān)污染釋放機(jī)制與淋溶控制因素,如溶解有機(jī)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(shí)驗(yàn)為一個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)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,整理課件,生物修復(fù)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)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(píng)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(shí)的支持與融合問題， 生物修復(fù)場(chǎng)地異質(zhì)性,目前生物修復(fù)在我國(guó)尚處于研究發(fā)展時(shí)期，實(shí)際運(yùn)作上缺少