第五章土壤环境化学.ppt

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1、第五章第五章 土壤环境化学土壤环境化学一、土壤组成二、土壤的结构层次三、土壤的性质第一节第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质 土壤是陆地表面具有一定肥力、能够生长植物的疏松表层。1.土壤的形成一、土壤的组成一、土壤的组成状态体积比例肥力特性作 用肥 力矿 物质固45%经风化分解释放出如钾、磷、钙、镁等养分元素，是土壤中矿物 养分的主要来源肥力高低取决于土壤中水、肥、气、热四个因素之间的协调程度，以及能否满足植物 生长过程中的各种需求有 机质固5%在微生物分解作用下释放以氮素为主的养分，是土壤肥力的标志水分液20%30%此消彼长，影响土壤热量状况、通气性等空气气20%30%2 土壤的组成及肥

2、力特性二、土壤的结构层次二、土壤的结构层次三、土壤的性质1、土壤吸附性2、土壤酸碱性3、土壤的氧化还原性第二节 土壤中的固体废物一、概论1 固体废物的定义及特征固体废物是指人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的,在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。从广义上讲，根据物质的形态划分，废物包括固态、液态和气态废弃物质。在我国,它们被习惯地称为废水和废气，而纳入水环境或大气环境管理体系管理。不能排入水体的液态废物和不能排入大气的置于容器中的气态废物，由于多具有较大的危害性，在我国被归入固体废物管理体系。固体废物一词中的“废”具有鲜明的时间和空间特征。从时间方面讲,它仅

3、仅相对于目前的科学技术和经济条件,随着科学技术的飞速发展，矿物资源的日逐枯竭,生物资源滞后于人类需求,昨天的废物势必又将成为明天的资源。从空间角度看,废物仅仅相对于某一过程或某一方面没有使用价值,而并非在一切过程或一切方面都没有使用价值。某一过程的废物，往往是另一过程的原料。用粉煤灰制砖,用煤矸石发电,用高炉渣生产水泥,从电镀污泥中回收贵重金属等。固体废物又称谓“放错地方的资源”。来源进入经济体系中的物质，仅有1015%以建筑物、工厂、装置、器具等形式积累起来，其余都变成了废物。产品也有使用寿命，一定年限后也变成废物。以美国为例，投入使用的食品罐头盒，饮料瓶等，平均几个星期就变成了废物，家用电

4、器和小汽车平均710年变成废物。2 固体废物的分类固体废物的分类按其形态可分：固态的废物、半固态废物和液态（气态）废物；按其组成可分：有机废物和无机废物；按其污染特性可分：危险废物和一般废物等。根据根据固体废物污染环境防治法固体废物污染环境防治法分：分：城市生活垃圾、工业固体废物和危险废物。（1）城市生活垃圾城市生活垃圾又称为城市固体废物，它是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，主要成分包括厨余物，废纸，废塑料，废织物，废金属，废玻璃陶瓷碎片，砖瓦渣土，粪便，以及废家用什具，废旧电器，庭园废物等等。生生活活垃垃圾圾的的绝绝大大部部分分为为碳碳，其其次次为为氧氧

5、、氢氢、氮氮、硫硫等等。根据其组分的不同，含有不等量的灰分。城市垃圾的来源：城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。成分复杂，有机物含量高。城市垃圾的特点：（2）工业固体废物冶金工业固体废物；能源工业固体废物；石油化学工业固体废物；矿业固体废物；轻工业固体废物；其他工业固体废物。工业固体废物工业固体废物（3）危险废物危危险险废废物物的的定定义义：“危危险险废废物物是是固固体体废废物物,由由于于不不适适当当的的处处理理、贮贮存存、运运输输、处处置置或或其其他他管管理理方方面面,它它能能引引起起或或明明

6、显显地地影影响响各各种种疾疾病病和和死死亡亡,或对人体健康或环境造成显著的威胁。或对人体健康或环境造成显著的威胁。”（4）其它废弃物固体废物的分类，除以上三者之外，还有来自农业生产、畜禽饲养、农副产品加工以及农村居民生活所产生的废物，如农作物秸杆、人畜禽排泄物等。这些废物多产于城市郊区以外，一般多就地加以综合利用，或作沤肥处理，或作燃料焚化。在我国的固体废物污染环境防治法中，对此未单独列项作出规定。3影响垃圾产生量的因素A 城市化的影响城市化的影响第三世界国家第三世界国家欧美发达国家欧美发达国家B GDP的影响的影响 表表4 4 城市人口、国内生产总值与垃圾产生量城市人口、国内生产总值与垃圾产

7、生量(1995(1995年年)C 居民生活水平的影响居民生活水平的影响经济发达、居民生活水平高的城市，垃圾产生量要高出居民生活水平相对较低的地区。!表表5 5 中中国国主主要要城城市市的的城城市市生生活活垃垃圾圾产产生生率率(1996(1996年年)kg/kg/天天 人：人：D燃料结构的影响燃料结构的影响燃料结构对城市生活垃圾影响很大，杭州与沈阳同样是人口相近的省会大城市，杭州的GDP高于沈阳，但是杭州的人均垃圾产生量低于沈阳。这与位于北方的沈阳取暖期长，燃料消费主要以煤为主，致使垃圾产生量要远高于位于南方的杭州。（a）对大气环境的影响堆放的固体废物中的细微颗粒、粉尘等可随风飞扬，从而对大气环

8、境造成污染。由于堆积的废物中某些物质的分解和化学反应，可以不同程度上产生毒气或恶臭，造成地区性空气污染。废物填埋场中逸出的沼气，在一定的程度上会消耗其上层空间的氧，从而使种植物衰败。4 4 固体废物对环境的影响固体废物对环境的影响（b）对水环境的影响固体废物弃置于水体，将使水质直接受到污染，严重危害水生生物的生存条件，并影响水资源的充分利用。向水体的倾倒固体废物还将缩减江河湖面有效面积，使其排洪和灌溉能力有所降低。据我国有关单位的估计资料，由于江湖中排进固体废物，80年代的水面较之于50年代的减少约2千多万亩。（c）对土壤环境的影响固体废物及其淋洗和渗滤液中所含有害物质会改变土壤的性质和土壤结

9、构，对土壤中微生物的活动产生影响。有碍植物根系的发育和生长，而且还会在植物有机体内积蓄，通过食物链危及人体键康。若误吸收一定量农药，能引起急性中毒，出现呕吐、头晕等症象。含镉废渣排入土壤引起日本富山县骨痛病事件；我国发生在50年代的锦州镉渣露天堆积污染井水事件。不难看出，这些公害事件已给人类带来灾难性后果。5 固体废物污染对人体健康的影响6 固体废物污染的特点（1）直接占用土地并具有一定空间；（2）品种繁多，数量巨大；（3）对环境的污染主要通过水、大气或土壤介质影响人类赖以生存的生物圈。二 重金属污染物在土壤中的迁移及其机制1 沉淀作用2 吸附作用3 氧化还原作用4 配位作用三 土壤中农药的迁

10、移转化1 土壤的吸附作用2 迁移作用3 降解作用1 土壤的吸附作用（1）物理吸附是通过农药分子和土壤胶体由于分子作用力的作用而产生的吸附。规律：分子量愈大，被吸附能力愈强。在水中的溶解度愈小，愈容易被吸附。（2）化学吸附A 离子交换B 质子化作用农药在土壤中获得一个质子，使分子带正电，被土壤胶体吸附。如-NO2、-OCOR等C 氢键结合RNHO-粘土故有-CONH2、-OH、-NH2、-NHR等基团的农药被较强吸附。2 迁移作用A 气迁移B 水迁移影响：蒸汽压 温度 土壤的吸附能力影响：溶解度 土壤的吸附容量3 降解作用A 光降解影响：农药的光解性 深度B 化学降解影响：极性农药 pH值C 微

11、生物降解影响：微生物的种类 农药的种类 环境第三节 土壤污染的防治方法一 填埋法二 焚烧法三 固化法四 化学法一 填埋法1、概念及分类 土地填埋处置具有工艺简单、成本较低、适于处置多种类型固体废物的优点。目目前前，土土地地填填埋埋处处置置已已成成为为固固体体废废物物最最终终处处置的一种主要方法。置的一种主要方法。年，全国固体垃圾无害化处理率只有，即使无害化处理率相对较好的广东省也仅达到，远远低于发达国家水平，大部分垃圾填埋场仍未达标。土地填埋处置的分类：按填埋场地形特征可分为山间填埋、峡谷填埋、平地填埋、废矿坑填埋；按填埋场地水文气象条件可分为干式填埋、湿式填埋和干、湿式混合填埋；按填埋场的状

12、态可分为厌氧性填埋、好氧性填埋、准好氧性填埋和保管型填埋；按固体废物污染防治法规，可分为一般固体废物填埋和工业固体废物填埋。2、填埋场选址一个固体废物填埋场场址的选择和最终选择确定是一个复杂而漫长的过程，必须以场地详细调查、工程设计和费用研究、及环境影响评价为基础。填埋场选址总原则：以合理的技术、经济方案，尽量少的投资，达到最理想的经济效益，实现保护环境的目的。过程：现场踏勘调查现场踏勘调查，初步初步筛选筛选，比较和评价比较和评价。（1 1）运输距离）运输距离尽管运输距离以越短为越好，但也要综合考虑其他各个因素。因为填埋场选址通常由环境和政治因素决定，因此，长距离运输现在已为常见。选择长期固体

13、废物的填埋场考虑的因素：（2）场址限制条件场址至少应位于居民区1km（参照德国标准）以外或更远。运输或作业期间有害废物飘尘或气味应在当地气象扩散条件下不影响居民区。填埋场在作业期间，噪声的影响应符合居民区的噪声标准。充足的可使用面积，满足废物综合处理的长远发展规划；应有利于二期工程或其他后续工程的兴建使用；应为城市工业废物和生活垃圾的集中收集、管理及综合治理打下良好的基础。（3）可用土地面积（4）出入场地道路建设出入填埋场的道路和使用长距离的运输车辆成为填埋场选址的重要因素。如果有铁道线路可以利用时，即使是距离较远，也可选择铁路附近的场地作为填埋场，而以铁路作为长距离远送固体废物的运输工具。（

14、5）地形、地貌及土壤条件场地地形，其坡度应有利于填埋场施工和其它配套建筑设施的布置。利用现有自然地形空间，将场地施工土方量减至最小。应尽量就地取材，并应有充足的可采量的质量来保证填埋场的施工要求。填埋场的污水处理二 固体废物焚烧处理焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。1 焚烧的目的废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，回收废热2 可焚烧处理的废物类型焚烧法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物和气体废物；不但可以处理城市垃圾和一般工业废

15、物，而且可以用于处理危险废物。3 3 废物焚烧处理方式废物焚烧处理方式对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工艺系统及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利用高温烟气的热能。（1）固体废物焚烧处理方式炉排式焚烧炉 当废物具有一定形状、可以搁置在炉排上，且燃烧形态是以表面燃烧和分解燃烧方式进行时；炉床式焚烧炉 如废物的颗粒细微，或是泥浆状的，则它无法搁置在炉排上；流化床焚烧炉 有些物质呈一定形状，但稍稍加温尚未燃烧就会发生熔融，堵住炉排通风缝隙（例如含有低

16、熔点盐类的废物或塑料废物。（2）废液焚烧处理方式）废液焚烧处理方式即使高浓度的有机废液也往往含有大量水分而不能自燃，需要添加燃料助燃。（3）废气焚烧处理方式）废气焚烧处理方式 废气的焚烧处理有直接燃烧和催化燃烧两种处理方式。（1）粒状污染物 废物中的不可燃物。部分无机盐类在高温下氧化而排出，在炉外遇冷而凝结成粒状物，或二氧化硫在低温下遇水滴而形成硫酸盐雾状微粒等。未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟。4 焚烧中的污染物焚烧中的污染物 黑烟形成碳粒是黑烟生成的主要原因，碳颗粒形成的主要途径可参考下图。类似石墨状的结构，可经由撞击或凝缩现象形成100010000个结晶体，每个结晶体含有520层碳粒子。（

17、2）一氧化碳由于一氧化碳燃烧所需的活化能很高，它是燃烧不完全过程中的主要代表性产物。氧气含量愈高时，愈有利于CO氧化成CO2。只要燃烧反应仍能继续进行，CO就可能产生。（3 3）酸性气体）酸性气体焚烧产生的酸性气体，主要包括：SO2、HCl与HF等，这些污染物都是直接由废物中的S、Cl、F等元素经过焚烧反应而形成。诸如含Cl的PVC塑料会形成HCl，含F的塑料会形成HF，而含S的煤焦油会产生SO2。据国外研究，一般城市垃圾中硫含量为0.12%，其中约3060%转化为SO2，其余则残留于底灰或被飞灰所吸收。（4 4）氮氧化物）氮氧化物焚烧所产生的氮氧化物主要来源有二：一是高温下，N2与O2反应形

18、成热氮氧化物。二是废物中含N的元素形成。（5）重金属废物中所含重金属物质，高温焚烧后除部分残留于灰渣中之外，部分则会在高温下气化挥发进入烟气；部分金属物在炉中参与反应生成的氧化物或氯化物，比原金属元素更易气化挥发。（6）毒性有机氯化物）毒性有机氯化物 废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要为二恶英类，被认为对人类健康有巨大的危害，其中2,3,7,8-四氯代二苯-并-二恶英（TCDD）为目前已知毒性最强的化合物且动物实验表明其具有强致癌性。废物焚烧过程中可能先形成部分不完全燃烧的碳氢化合物，当炉内燃烧状况不良(如氧气不足，缺乏充分混合、炉温太低、停留时间太短等)而未及时分解为CO2与H2O时，就

19、可能与废物或废气中的氯化物(如NaCl、HCl、Cl)结合形成PCBs。三 固化法1、固化法的目的危险废物包括半固体状的残渣、污泥和浓缩液等，必须加以无害化处理，在处置时方能作到无害化。目前所采用的方法，是将这些危险废物变成高度不溶性的稳定的物质，这就是固化。固化的应用：(1)(1)对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理，使得满足填埋处置的要求。例如，在处置液态或污泥态的危险废物时，由于液态物质的迁移特性，在填埋处置以前，必须先要经过稳定化的过程。(2)(2)其他处理过程所产生的残渣，例如焚烧产生的灰分的无害化处理，其目的是最终对其进行最终处置。(3)在大量土壤被有害污染物所污染的情况

20、下对土壤进行去污。因为与其他方法(例如封闭与隔离)相比，稳定化具有相对的永久性的作用。对于大量土地遭受较低程度的污染时，稳定化尤其有效。2、需要固化、需要固化/稳定化技术处理的危险废稳定化技术处理的危险废物物含汞燃烧残渣，含汞飞灰，含汞污泥，特定下水,含Cd、Pb、Cr6+、As、PCBs的污泥，含氰化物的污泥，其中特别适合固化含重金属的废物。3、固化法的方法 将污染物通过化学转变，引入到某种稳定固体物质的晶格中去；通过物理过程把污染物直接掺人到惰性基材中去。目前常用的固化方法主要包括：水泥固化；石灰固化；塑性材料固化；有机聚合物固化；自胶结固化；熔融固化(玻璃固化)和陶瓷固化。四 化学法1 酸碱中和2 氧化还原3 沉淀反应作业11.影响农药在土壤中残留性的主要因素有哪些？既然农药污染环境的问题非常突出，为何农民不愿舍弃农药？在权衡利弊之下，你认为有哪些途径可能解决这方面矛盾？14试对汞污染物在土壤和水体中的迁移行为作一比较。谢 谢！