页数：64页文件大小：8.49 MB来源： 土壤学ppt课件
本课件系统介绍污染土壤修复技术体系，涵盖微生物修复、植物提取与植物稳定等生物与植物修复原理及实例，讲解固化稳定化等化学修复与物理分离、玻璃化等物理修复技术，并说明修复标准与土壤环境质量评价方法。
污染土壤的修复封面
污染土壤的修复（治理、改良）
土壤修复技术的概念与分类：污染土壤的修复土壤修复技术是指使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施。土壤修复技术主要有：生物修复（包括植物修复、微生物修复）、化学修复、物理修复等根据处理污染土壤的位置改变与否，污染土壤修复技术可以分为原位修复和异位修复原位修复：经济、不需运输费、不需环境工程基础设施建设费、操作较简单异位修复：环境风险较低，系统处理的预测性较高。
Soil Chemical：SoilRemediationChemicalEngineeringImmobilisationFixationInactivationInsituExsituInExsitusituSlurrySolidBioremediationMicrobialAnimalPhyto-Enhanced
污染土壤修复技术概述
BioremediationPhytoremediationMicrobialremediationNaturalEnhanced
生物修复：技术微生物修复：主要依靠微生物的活动使土壤污染物降解或转化为无毒或低毒物质的过程。更适用于有机污染土壤的修复。细菌：好氧细菌、厌氧细菌、兼氧细菌真菌：软腐菌、褐色菌、白腐菌条件：微生物可利用的营养物合适的pH有代谢能够进行的电子受体
土壤中有机污染物的归趋
生物修复（续）
根系直接作用根系直接作用土壤有机质土壤有机质根际效应根系分泌物等根系分泌物等降解作用土壤微生物吸附锁定吸附锁定土壤中有机污染物消减的根际作用
生物修复（续2）
Rhizoremediation
污染土壤中的根际：PAHs的降解•植物根际PAHs浓度显著低于非根际土壤•不同植物对PAHs消解的根际作用有一定差异植物根际及非根际PAHs含量
根际对土壤微生物数量的影响：0510152025mmfromrootsurfaceRelativeamountofDNA107.552.50Influenceofrootonsoilmicrobialpopulations(O’Donnelletal.2001)rhizospheresoilbulksoil
成本低：1、成本低，仅为传统物理化学修复方法的30％-50％2、生化治理的最终产物是CO2和水，无二次污染3、处理效果较好，有的可以完全降解4、对原位生物修复而言，可就地处理，既节省了处理费用，又不破坏植物生长所需要的土壤环境生物修复优点
微生物不能降解污染环境中的所有污染物：1、微生物不能降解污染环境中的所有污染物，污染物的难生物降解性、不溶性常使生物修复难以完成2、特定的微生物只能降解特定的化合物类型，化合物的形态一旦变化就难以被原有的微生物酶系降解3、微生物活性受温度等环境条件的制约4、当污染物浓度太低不足以维持一定数量的降解菌时会残留在土壤中生物修复局限性
投加营养物质氮：磷元素的缺乏是影响受污染土壤中微生物生长繁殖的主要原因，故投加适量的氮源和磷源营养物质能强化生物降解。S．J．McMillen等研究了原油在土壤中世漏后的生物降解能力，发现当添加肥料的C：N：P=100：5：1.7，并为缓慢释放形式时，效果最佳
投加氧化剂可向污染土壤中投加H202：既可以直接氧化一部分烃类污染物，又可为微生物降解提供充足的电子受体强化对烃类污染物的去除效果魏德洲等采用生物泥浆法研究了H2O2对土壤中烃类污染物微生物降解速度的影响，发现土样中石油污染物的去除率比对照增加了近3倍
生物修复（续3）：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。
9095100858075706560013.3826.7653.52107.04根系分泌物添加剂量（mgTOCkg-1）土壤PCP甲醇可提态残留量（mgkg-1）不同根系分泌物剂量对PCP污染土壤的修复效应分泌物
不同根系分泌物剂量下：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。
不同根系分泌物剂量下PCP污染土壤中Cmic、Nmic、Cmic/Nmic比及微生物商的响应150200250300350400450013.3826.7653.5210根系分泌物添加剂量（mgTOCkg7.04-1）土壤Cmic（mgkg-1）152535455565013.3826.7653.52107.04土壤Nmic（mgkg-1）6.58.57.59.511.510.512.5013.3826.7653.5210根系分泌物添加剂量（mgTOCkg根系分泌物添加剂量（mgTOCkg-1）7.04-1）土壤Cmic/Nmic11.522.5013.3826.7653.52107.04根系分泌物添加剂量（mgTOCkg-1）微生物商（％）
疏水性有机污染物的生物可利用性一
疏水性有机污染物的生物可利用性一是污染物从不可被微生物利用的非水相到可以被微生物利用的水相的传质速率；二是污染物“暴露”于微生物细胞膜的浓度在生物表面活性剂的作用下，污染物生物降解的这两个过程都能得到强化，其降解速率也大大提高表面活性剂
微生物产生的表面活性剂
通过多种微生物（包括细菌：放线菌、真菌和原生动物等）的新陈代谢活动，使有机污染物得到降解和转化。在堆肥过程中，通过控制环境因素，促进微生物的繁殖，同时微生物降解有机物产生大量的热，使堆温迅速升高，增加了微生物代谢速率，从而提高有害废物的处理效果。两种方法：一种是直接将受污染土壤与堆制原料混合后进行堆肥；另一种是在污染土壤中添加已经腐熟堆肥产品进行生物修复。堆肥修复
投加高效降解菌或基因工程菌(GEM
投加高效降解菌或基因工程菌(GEM)投加高效降解菌能有效地强化生物修复的速度和程度，而且同生菌群具有强化作用。BenkaCoker（1997）从受污染土壤中分离出11种降解菌，发现联合处理比单一菌种处理效果好。Charkrabarty（1995）研究发现，能降解芳烃、萜烃、多环芳烃和酯烃的细菌降解基因位于质粒上，利用基因工程手段将多种质粒嫁接到1种菌体内，构成所谓的“超级细菌”，能同时降解4种石油组分，能消耗原油中约2／3的烃类。
含油污泥中含油量的变化（欧阳威等
含油污泥中含油量的变化（欧阳威等，1996）
含油污泥处理前后样品
含油污泥处理前后样品GC-MS分析（欧阳威等，1996）
生物修复（续4）
生物反应器生物反应器的主要特征是以水相为处理介质，污染物、微生物、溶解氧和营养物均匀分布，可最大程度满足微生物降解所需的最适宜条件，故可以达到比较高的处理效率据研究，在这种反应器中，生物降解速度比直接土壤处理快70倍GeerdinkMJ使用DITS反应器(DualInjectedTurbulentSuspension)使70％的石油在8d内降解
生物修复（续5）
BioreactordesignfortreatmentofAs-contaminatedwater
其它pH温度水分土壤性质
植物修复：生物修复（Bioremediation）植物修复（Phytoremediation）：是指利用植物本身特有的吸收富集污染物、转化固定污染物以及通过氧化-还原或水解反应等生态化学过程，使土壤环境中的有机污染物得以降解，使重金属等无机污染物被固定脱毒；与此同时，还利用植物根际圈特殊的生态条件加速土壤微生物生长，显著提高根际微生物的生物量和潜能，从而提高对土壤有机污染物的分解能力，以及利用某些植物特殊的积累与固定能力去除土壤中某些无机污染物的能力。可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用于大面积、低污染的位点。
植物修复去除污染物的方式：植物提取（Phytoextraction）：植物直接吸收污染物并在体内积蓄，植物收获后才进行处理。植物修复的效率取决于植物地上部分重金属含量及其生物量。
植物降解（Phytodegradation）：植物本身及其相关微生物和各种酶系将有机污染物降解为无毒的小分子中间产物，最终为CO2和H2O植物稳定（Phytostabilization）：植物在与土壤的共同作用下，将污染物固定并降低其活性，以减少其对生物和环境的危害。
其中包括沉淀、螯合、氧化还原等多种过程。植物的主要功能：一是保护污染土壤不受侵蚀，减少淋洗、渗漏。二是通过污染物在根部积累与沉淀加强污染物在土壤中的固定。植物挥发（Phytovolatilization）：植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中，如汞和硒
植物修复（续）
植物修复•植物挥发•植物降解•植物钝化•植物提取MethylationTranslocationAccumulationPHYTO-/BIO-VOLATILIZATIONVolatilizationPHYTOEXTRACTIONPhytoremediationUptakePhytodegradationImmobilizationPHYTOIMMOBILIZATION
某些已知超积累植物地上部分的金属含量
某些已知超积累植物地上部分的金属含量（mg/kg）
植物去除有毒重金属机制典型
植物去除有毒重金属机制典型的金属硫蛋白具有61-74个氨基酸，其中含有20个半胱氨酸(cysteine)，每一个金属硫蛋白就可结合七个二价重金属离子如镉、铬、锌等.金属螯合肽主要由谷胱苷肽(glutathione,GSH)所组成，其结构为谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸(r-Glu-Cys-Gly)。GSH能够缓解重金属对植物细胞的毒害作用.金属硫蛋白(Metallothionein)与金属螯合素(Phytochelatins)是担负重金属处理机制中最重要的角色。
变叶木经常被作为植物吸收重金属试验
变叶木经常被作为植物吸收重金属试验的植物仙丹花鹅掌藤马齿苋美人蕉孔雀草
利用植物提取技术治理土壤的重金属污染原理：利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。目前已发现有700多种超积累重金属植物，积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的量一般在0.1%以上，Mn、Zn可达到1%以上
对植物提取特性要求1污染浓度低时也
对植物提取特性要求1污染浓度低时也有较高的积累速率；2能在体内积累高浓度污染物；3同时积累几种重金属；4植物在野外条件下生长速度快、生长周期短、生物量高、个体高大、向上垂直生长以利于机械化作业.遏蓝菜属是一种已被鉴定的Zn和Cd超积累植物柳属的某些物种能大量富集Cd印度芥菜对Cd、Ni、Zn、Cu富集可分别达到58、52、31、17和7倍
植物修复（续2）
利用植物根际过滤技术治理重金属污染凤眼莲机理：植物根际存在大量的根际微生物。在植物修复中，根际微生物与植物可以形成联合(共)修复体系。微生物的存在能够降解有机污染物或改变污染物的存在形态，提高污染物的生物有效性，利于植物对污染物质的吸收，或者使有机污染物的植物毒性减小。理想的用于根际过滤的植物，应该具有迅速生长的根系。具有发达的纤维状根系和很高生物产量的水生植物，能够在水中有效地去除重金属和放射性核素，尤其适合根际过滤技术的要求.破铜钱
植物稳定作用-As/Pb
治理重金属污染的最新技术根：茎、叶、花可以用来炼铜利用“铜草”吸收超标铜元素制成肥料，可解决另一些缺铜的土壤问题。海洲香薷（铜草）铜草吸收土壤中过多的铜元素
植物修复（续3）
利用蜈蚣草大规模修复污染土壤蕨类植物蜈蚣草对重金属砷具有超常规吸收和富集能力作用机理：蜈蚣草的毛状体对砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要储存部位，对砷具有明显的区隔化作用，砷毒因此被“密封”在蜈蚣草体内的安全部位，不会影响植物的整体生长发育。蜈蚣草富集砷的能力随着生长发育不断增强，且这种超富集特性可以遗传给下一代。吸收土壤中的重金属收获植物中的重金属元素提纯为有用的工业原料
Rem Demo Site
AsPhytoRemDemoSite
转基因技术治理土壤重金属污染原理：通过转金属硫蛋白基因植物治理被重金属尤其是被铅污染的土壤转基因烟草利用根部吸咐大量重金属（包括铅）而达到土壤净化的目的，且无二次污染。矮牵牛可吸附除去土壤中的重金属，又可美化周围环境或道路
芥菜海州香薷紫花香薷
ISSCAS：CuPhytodemosite(ISSCAS)
已有的方法：将土壤从污染点搬移，然后用分散剂或鳌合剂进行处理;植物可从污染的土壤中吸收并累积大量的放射性核素，因此植物去除是一个值得研究的方法;植物对放射性核素的吸收与植物种类及土壤的性质有关。土壤的粒子交换能力越强，植物吸收放射性核素的能力越大。环境中放射性核素的去除
植物修复的优势实用范围广：清除土壤、水、底泥中，同时还可绿化周围环境原地去除，可通过传统农业措施种植植物，从而大大降低成本，而且可以从产生的富含金属的植物残体中回收贵重金属，如高温分解法植物修复是一个自然过程，对环境影响小，遗留问题少，不产生二次污染，易为公众接受成本低，植物修复土壤或水的费用，比物理、化学方法处理低几个数量级
植物修复的局限性如何提高修复效率和速率
植物修复的局限性如何提高修复效率和速率？重金属超积累植物：在重金属胁迫环境下长期诱导、驯化的一种适应性突变体，往往生长缓慢、生物量低，莲座状不易于机械操作，且常常受到杂草的竞争威胁超积累植物的专一性强，往往只对某种特定的重金属表现出超富集能力，从而限制了植物修复技术在复合污染治理方面的应用超积累植物多为野生型稀有植物，对生物气候条件的要求严格，区域分布较强，严格的适生性使成功引种受到严重限制受到根系伸展深度的限制，植物修复只适用于表土或浅层地下水的污染治理
研究热点提高超积累的金属浓度水平和产量
研究热点提高超积累的金属浓度水平和产量的方法和技术,包括把超积累植物的基因或基因组导入一般高产植物而使其高产和运用传统育种办法促进植物快生快长;将金属积累植物与新型土壤改良剂相结合使植物高产和植物对积累速率及积累水平的提高
化学修复：化学修复（ChemicalRemediation）是利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术。化学修复手段可以是将气体、液体或活性胶体注入土壤下层、含水土层，或在地下水流经的路径设置可渗透反应墙，滤出地下水中的污染物。注入的化学物质可以是氧化剂、还原剂/沉淀剂或解吸剂/增溶剂。
固定剂或添加剂添加固化剂：硅酸盐、高炉渣、石灰、磷灰石、窑灰、飘尘、沥青、沸石、磷肥、海绿石、含铁氧化物材料、堆肥、钢渣有机物质：未腐殖稻草、牧草、紫云英、泥炭、富淀粉物质、家畜粪便、腐殖酸
下游的水田被严重污染：无法种植农作物广东最著名的“癌症村”——上坝村重金属污染该村18年间有250多人死于癌症，祸起矿山剥采污染水源，央视曾称其为“死亡村庄”横石水稀释10000倍，水生物还是不能在里面存活24小时。其毒性可顺延下游50公里。上坝村民生存在一个重金属污染到处存在的环境中，当地种出来的香蕉，镉超标187倍
重金属污染土壤的修复铅
重金属污染土壤的修复铅含量>10000mgkg-1
降低砷污染水稻田毒性的田间实用新技术
物理修复：物理修复（PhysicalRemediation）物理分离技术：主要基于土壤介质及污染物的特性而采用不同的操作方法：（1）根据粒径大小，采用过滤或微过滤的方法进行分离；（2）依据分布、密度大小、采用沉淀或离心分离；（3）依据磁性有无或大小，采用磁分离手段；（4）根据表面特性，采用浮选法分离。蒸气浸提技术：利用真空通过布置在不饱和土壤层中的提取井向土壤导入气流，气流经过土壤时，挥发性和半挥发性的有机物挥发随空气进入真空井，气流经过后土壤得到了修复。
物理修复（续）
物理修复（PhysicalRemediation）玻璃化技术（Vitrification）：1600-2000oC的高温。玻璃化作用是利用热把固态污染物（如污染土、城市垃圾、尾矿渣、放射性废料）熔化为玻璃状或玻璃-陶瓷状物质。污染物经过玻璃化作用后，其中有机污染物将因热解而被摧毁，或转化为气体逸出。
而其中的放射性物质和重金属元素则被牢固地束缚于已熔化的玻璃体内。电动修复技术(ElectrokineticRemediation)：利用插入土壤中的两个电极在污染土壤两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表面的污染物根据各自所带的电荷不同而向不同电极方向运动
污染土壤修复标准与评价：污染土壤的修复标准污染土壤修复标准是指被科学技术和国家法律法规所确立、确认的土壤清洁水平，是通过土壤修复过程、各种清洁技术手段使土壤环境中污染物的浓度降低到对人类健康和生态系统不构成威胁的技术和法规可接受的水平。土壤环境质量标准：中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准EnvironmentalqualitystandardforsoilsGB15618－1995
污染土壤修复标准与评价（续）
评价方法与分级土壤环境质量评价采用单项污染指数法：式中：Pip：土壤中污染物i的单项污染指数Ci：调查点位土壤中污染物i的实测浓度Sip：污染物i的评价标准值或参考值根据Pip大小，可将土壤污染程度划分为五级：ipipSPCi
评价方法与分级多因子评价：用内梅罗（N.L.Nemerow）公式计算土壤重金属复合污染指数：式中：P：土壤重金属复合污染指数；平均Ci/Si：土壤中各种重金属单种污染指数的平均值最大Ci/Si：土壤中各种重金属单种污染指数的最大值ipipSPCi(平均Ci/Si)2(最大Ci/Si)22P
评价方法与分级土壤背景点环境元素变化百
评价方法与分级土壤背景点环境元素变化百分率计算方法式中：PB：土壤某元素变化百分率（%）Ci：土壤中某元素i的实测含量或某单元的统计值SB：某元素i“七五”背景值调查数据ipipSPCi
杭州市蔬菜地土壤重金属单因子评价分布图
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