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關鍵詞:銅陵市 重金屬污染 研究進展
中圖分類號:X5 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)07(c)-0137-03
隨著我國工業化的不斷加速,開發利用的重金屬種類、數量和方式越來越多,涉及重金屬的行業越來越多,再加上一些污染企業的違法開采、超標排污等問題突出,使重金屬污染呈蔓延趨勢,污染事件出現高發態勢,表現出長期積累和近期集中爆發、歷史遺留問題和新出現問題相交織的特點[1]。2011年2月,國務院批復了《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》。體現了我國對重金屬污染防治的高度重視。
銅陵市是一個有著三千多年開采歷史的極具特色的有色多金屬礦區,是我國重要的有色金屬工業基地,有著悠久的采冶銅歷史[2]。目前已形成以采、選、煉、加工為一體的“銅”產業鏈,對推動銅陵地區社會經濟發展發揮了巨大作用.但也帶來了一系列的重金屬環境污染和生態破壞問題,對公眾身體健康構成了潛在或現實的危害。銅陵縣、銅官山區是國家60個重金屬砷控制區之一,46家企業被列為環保部重點監控企業,重金屬污染防治任務十分艱巨[3]。
1 銅陵重金屬污染研究分布
目前有關銅陵重金屬污染的研究,主要集中在礦區土壤、尾礦庫、水及水體沉積物污染、大氣沉降物及城區表土與灰塵和潛在生態風險的評估。
1.1 礦區土壤
土壤中的重金屬,在自然情況下,主要來源于成土母巖和殘落的生物物質。但是近代以來,工農業的快速發展,人類活動加劇了土壤重金屬的污染,污染程度越來越重,范圍越來越廣。胡圓圓等[4]對銅陵銅官山銅礦區土壤重金屬含量進行了研究。研究結果表明,銅官山銅礦區土壤Cu、Zn、As、Hg平均含量高于銅陵市土壤背景值,土壤已受Cu、Zn、As重污染,受Hg輕污染。
楊西飛[5]運用Matlab軟件模糊推理系統(FIS)對銅陵礦區農田表層土壤重金屬污染進行了評價,發現該礦區農田表層土壤普遍受到了重金屬不同程度的污染,其中Cd污染最嚴重,其次是Cu,其它各元素依次為Pb>As>Zn>Hg。土壤中Hg、Cd、Cu和Pb元素在表層明顯富集,各元素總量在不同深度均明顯高于土壤自然背景值,Hg、Cd、Cu、Pb和Zn在垂向上呈遞減趨勢,且在橫向上主要以洋河、順安河和新橋河為中心向四周遞減。不同形態重金屬在總量中的百分含量隨深度變化明顯不同。
王嘉[6]對銅陵的兩個礦區(獅子山區朝山金礦主井和銅陵縣順安鎮新橋礦業公司主井)土壤重金屬污染問題進行了較詳細的研究,運用內梅羅指數法和地質累積指數法對研究區進行了現狀評價,研究表明,As和Cd為嚴重超標污染物;As的致癌風險和非致癌風險都大,Cr的致癌風險最大;Cd、Hg、As對生態危害的潛在風險很大;所研究的兩礦區均存在很高的致癌風險和生態風險,朝山金礦區相對更高些。
白曉宇等[7]運用地統計學分析手段對銅陵礦區土壤中若干重金屬元素進行空間變異分析及空間插值和污染分析,結果表明,As、Cd、Pb、Zn元素的變異函數表現為各向異性,其方向性可能主要受礦床分布控制;Hg元素因受小尺度因子影響較大而呈現塊金效應較大。As元素污染的主要是由于銅礦、鉛鋅礦、褐鐵礦礦床及其開發;Cd元素的污染與鉛鋅礦床及其開發,以及農業污灌有關;Pb、Zn元素的污染與鉛鋅礦床及其開發密切相關。
1.2 尾礦庫
銅陵市是安徽省境內重要的銅生產基地。在銅礦生產的同時,產出了大量尾礦堆存于附近的尾砂庫中。尾礦庫多建于山間谷地、河流上游地區,其下游是經濟、農業發達地區。近幾年來,隨著經濟發展和城市的擴容,部分郊區的尾礦庫已經進入市區,尾礦庫的環境效應及其安全性令人關注。徐曉春等[8]對安徽銅陵林沖尾礦庫復墾土壤采樣檢測的結果表明復墾土壤中Cu的污染極其嚴重,As、Zn、Pb的污染較輕。徐曉春[9]還對銅陵鳳凰山礦林沖尾礦庫中重金屬元素的空間分布特征及相關土壤、水系沉積物和植物中重金屬元素含量變化進行了研究,發現長期堆存的尾礦會發生元素的次生淋濾與富集。
惠勇[10]等對銅陵市鳳凰山尾礦庫三個不同鳳丹種植地進行了研究,結果表明,尾礦土壤中的Cu、Zn、Cd含量均較高,其中Cu、Cd的含量分別是國家土壤環境質量二級標準的1.04~1.30倍和6.58~9.34倍。礦區近年來種植的作物對重金屬的吸收富集作用不明顯。
王少華[11]等采集了銅陵市楊山沖尾礦庫、尾礦庫周邊及較遠距離土壤、水、植物樣品,測定了其中的重金屬含量,發現所采集的土壤、水和植物中都存在不同程度的As,Hg,Cu,Zn和Pb等元素的富集現象,且不同元素之間的富集程度也有所差異;重金屬元素含量隨著遠離尾礦庫,有逐漸遞減的趨勢。周元祥[12]等對楊山沖尾礦庫尾砂重金屬元素的遷移規律進行了研究,發現在自然風化條件下,Cu、As、Hg、Cd和Pb的淋濾遷移速度相對較快,Zn略慢;Zn、Pb、Hg和Cd在50~60 cm深處會發生二次富集;風化后尾砂中Cu、Pb、As和Hg以殘渣態為主要賦存形式,其次為鐵錳氧化態,其中Zn和Cd以鐵錳氧化態含量在表層最高。
1.3 水及水體沉積物
水體及沉積物因其獨特的環境特點,往往會成為重金屬元素的“源”和“匯”,學者們也因此對其進行了眾多研究。張敏[13]等通過測定長江銅陵段枯、豐水期江水中Cu、Pb、Zn和Cd不同形態的含量,分析了四種金屬在江水中的存在形態分布,不同水期含量變化,水中懸浮物對金屬吸附能力大小,以及近20年來含量的變化情況。發現長江銅陵段江水中各重金屬總量豐水期時大于枯水期,重金屬各形態含量之間均有差異。與近20年江水中的重金屬背景值比較,長江銅陵段重金屬含量有普遍升高的趨勢。
徐曉春[14]等對相思河的重金屬污染情況進行了調查和研究,采用潛在危害指數法對沉積物中重金屬進行了評價。研究表明,相思河中下游受到的重金屬污染明顯比上游嚴重,Cu和Cd的富集系數和生態危害高。
李如忠[15]等對惠溪河濱岸帶土壤重金屬形態分布及風險評估進行了研究,研究表明,惠溪河濱岸帶土壤中Cd和As達到極高風險等級,Cu為中等風險等級;根據綜合污染及潛在生態風險貢獻率水平,初步判定As和Cd為惠溪河濱岸土壤重金屬污染治理和修復的優先控制對象。
王嵐[16]等對長江水系表層沉積物重金屬污染特征及生態風險性評價的研究中表明,安徽順安河位點為極強生態危害范疇。
葉宏萌[17]對銅陵礦區的新橋至順安河沉積物中五種重金屬的全量和形態進行了研究,并結合環境條件分析了它們的橫向和縱向遷移變化特征,研究表明該區域沉積物重金屬中Cu、Zn、Pb、Cd的均值皆遠超長江下游沉積物背景值,其中以Cu和Cd最顯著。對重金屬橫向遷移分析發現,礦山重金屬會隨著沉積物的距離增加而顯著降低,新橋河沉積物的遷移變化顯著高于順安河沉積物。在遷移過程中,Cu、Zn、Cr殘渣態逐步增加,毒性減弱,Pb、Cd的活性態比例增大。重金屬的縱向遷移分析結果表明,離礦山的位置遠近對沉積柱金屬的總量和形態起決定作用,礦區下游河流沉積物既受尾礦的影響,也受河流流域物質本身的影響。
1.4 大氣沉降物及城區表土與灰塵
隨著城市化進程的加快,而帶來的交通污染以及其他方面的污染使得大氣環境質量越來越差,大氣環境污染問題越來越引起人們的注意。李如忠[18]利用美國國家環保局(US EPA)推薦的健康風險評價模型對銅陵市區表土與灰塵重金屬污染健康風險進行了研究。研究表明,銅陵城區土壤和地表灰塵已遭受較為嚴重的重金屬污染;不同功能用地的致癌風險均顯著超過US EPA推薦的可接受風險閾值范圍和國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風險值;銅陵市表土與地表灰塵已對公眾身體健康構成危害;其中主導致癌與非致癌風險效應的主要污染因子是As,主要暴露途徑是手-口攝入途徑。
吳開明[19]用蘚袋法對銅陵市大氣重金屬污染進行了研究,發現銅陵市Cu污染最嚴重,有色金屬冶煉工業是銅陵市最主要的污染源,交通運輸對大氣重金屬污染也日趨嚴重。
殷漢琴[20]對銅陵市大氣降塵中銅元素的污染特征進行了研究,采用富集因子法定性地判斷各采樣點銅元素的來源,研究表明,銅陵市大氣降塵中銅元素污染嚴重并且形成了以銅開采和冶煉企業為中心的污染區域。研究發現銅礦石的開采和冶煉對大氣降塵中的銅元素污染貢獻較大, 是主要的污染源。
2 重金屬污染修復技術與控制措施研究
重金屬在土壤、水體、大氣、生物體中廣泛分布。由于大氣和生物體中重金屬的特殊性及其主要直接或間接來源于土壤和水體,所以對于重金屬的污染修復技術主要集中在對土壤和水體中的重金屬污染進行修復。
重金屬在土壤中不易隨水淋溶,不能被微生物分解,具有明顯的生物富集作用且土壤污染具有較長潛伏期;由于土壤、污染物及地域的復雜性,土壤一旦受到污染,其治理不僅見效慢、費用高,而且受到多種因素的制約。目前,治理土壤重金屬污染的途徑主要有兩種:(1)改變重金屬在土壤中的存在形態、使其固定,降低其在環境中的遷移性和生物可利用性;(2)從土壤中去除重金屬[21]。圍繞這兩種途徑展開的土壤重金屬治理措施有物理及物化措施、化學措施、農業生態措施、生物修復等[21~23]。
王華等[24]對我國底泥重金屬污染防治研究做了相應綜述,提出目前我國底泥重金屬污染治理的常用方法有工程治理方法、生物治理方法和化學治理方法。
重金屬污染物進入水生生態系統后對水生植物和動物均產生影響,并通過食物鏈發生富集,引起人體病變,危害人類。目前水體重金屬污染治理修復方法主要有物理方法、化學方法、物理化學方法、集成技術、生物方法等[25]。
為控制銅陵市重金屬污染、提高環境質量,銅陵市環保局組織編制了《銅陵市重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》,該規劃以國家《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》為指導,落實源頭預防、過程阻斷、清潔生產、末端治理的全過程綜合防治理念,提出了一系列重金屬污染防治措施,以求能遏制重金屬污染趨勢,改善區域環境質量,保護人民身體健康和環境權益。
3 結語
對銅陵市重金屬污染研究情況進行了介紹,對重金屬污染防治措施與修復技術經行了總結。根據目前研究結果表明,銅陵市重金屬污染已比較嚴重。Cd、As、Cu和Pb為主要的污染元素,Hg雖然含量較低,但因為其毒性較大,亦當引起足夠的重視。礦石的開采和冶煉以及尾礦的堆積成為銅陵市重金屬污染的主要來源,所以首先應控制源頭,治理礦石的開采和冶煉,清理尾礦的堆積。由于植被等生物體對重金屬具有良好的吸附阻攔作用,可在采礦廠四周設置重金屬吸收強防護帶,阻止污染向更遠擴散。對于已經受到污染的土壤,可以采用生物方法、物理或化學方法去除。
健全重金屬污染防治法律體系、做好污染綜合防治規劃和強化行政管理是防治重金屬污染的重要管理手段。《銅陵市重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》的提出對銅陵市重金屬污染防治具有重要的指導和實踐意義。健全重金屬污染防治法律體系,實施清潔生產,監督實施環境影響評價驗收工作,開發研究重金屬污染防治技術等是目前重金屬污染防治的重要任務。
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關鍵詞:城市土壤;重金屬污染;土壤環境
中圖分類號:X53 文獻標識碼:A
前言
因城市土壤吸收了工業污染源、燃煤污染源及交通污染源等釋放的重金屬,在一定程度上對人類的健康造成影響,且對地表水及地下水等水生生態系統造成污染,導致水質系統紊亂,所以土壤重金屬污染問題在城市土壤研究中占據重要地位。目前,對城市土壤重金屬污染采取有效的管理及治理措施是必要的,避免土壤重金屬污染導致大氣和地下水質量的進一步惡化及循環。
1 我國城市土壤重金屬污染危害分析
回顧性分析導致城市土壤出現重金屬污染問題,其“罪魁禍首”多是由于人類日常活動造成的,如不同工礦企業生產對土壤重金屬的額外輸入及農業生產活動影響下的土壤重金屬輸入、交通運輸對土壤重金屬污染的影響等。自然成土條件也會對土壤重金屬污染造成影響,如風力與水力的自然物理、化學遷移過程等帶來的影響,又如成本母質的風化過程對土壤重金屬本底含量的改變[1]。目前,我國很多大城市的土壤仍舊面臨著鉛、貢及鎘等主要污染元素的繼續污染,例如,北京、上海、重慶、廣州等,土壤都受到不同程度的重金屬污染。隨著工業、城市污染的加劇以及農業使用化學藥劑的增加,城市重金屬污染程度日益嚴重,有關研究統計,目前我國受鉛、鎘、砷及鉻等重金屬污染的耕地及城市環境面積共約2000萬hm2,占總耕面積的20%。隨著土壤重金屬污染面積的擴大,我國大量植物生長受到影響,植株葉片失綠,出現大小不等的棕色斑塊,同時,根部的顏色加深,導致根部發育不良,形成珊瑚狀根,阻礙植株生長,甚至死亡。此外,大量研究證實,土壤重金屬污染影響農業作物的產量與質量,人類通過食用這些農作物產品會對健康及生命造成一定威脅。例如,體內重金屬鎘含量的增加會導致人類出現高血壓,從而引發心腦血管疾病;基于鉛屬于土壤污染中毒性極高的重金屬,臨床驗證一經進入人體,將難以排出,從而影響身體健康,其能對人的腦細胞造成危害,尤其是處于孕期中的胎兒,其神經系統受到影響,導致新生兒智力低下;再者,重金屬砷具有劇毒,人類長期接觸少量的砷,會導致身體慢性中毒,是皮膚癌產生的明確因素。
2 防治措施與發展展望
2.1 綜合措施的運用
應對城市土壤重金屬污染問題采取必要的措施,現階段采用物理化學法結合生物修復法的綜合措施進行干預。顧名思義,物理化學法即是運用物理、化學的理論知識研究出治理土壤重金屬污染的有效方法。基于土壤重金屬污染前期,污染具有集中的特點,易采取的方法為電動化學法、物理固化法。通常采用物理化學法治理重金屬污染重且面積較小的土壤,過程中能體現物理化學法效果顯著且迅速的特點。例如,我國對城市園林土壤重金屬污染,采用物理化學法進行干預,減少了園林植株受損的數量。但對于重金屬污染面積過大的城市園林不易采用物理化學法,因土壤污染面積過大,致使人力與財力的投入量增加,且易破壞土壤結構,從而降低土壤肥力。利用生物的新陳代謝活動降低土壤重金屬的濃度,使土壤的污染環境得到大部分或徹底恢復,這一過程稱為生物修復。實踐中,生物修復具有效果佳,無二次污染的優點,且能降低投資費用,便于管理,利于操作[2]。隨著生物修復在治理污染問題中的技術運用逐漸推進,已納入土壤污染修復方法中的焦點行列。
2.2 發展趨勢
現階段,基于我國土壤重金屬污染治理法中的生物修復法尚處于初級階段,有待于提升其應用價值。就我國領土擁有豐富的植被資源而言,為盡可能保護植被資源,應盡快從植被中選取出能抵抗超量重金屬的植物,并從能抵抗超量重金屬的植物種類中選取相對應的突變體,從而構建起能抵抗超量重金屬的植物數據庫,并依次對數據庫中的植物進行生理及生化的研究。在研究中,采用先進信息技術GPS加強城市區域土壤重金屬鎘、鉛、砷及鉻等含量的空間變異與分布控制研究。同時,對土壤中復合重金屬污染中各元素間的作用與關系進行研究,從而不斷優化物理化學法。
有關文獻表明,我國城市土壤重金屬污染治理在未來將會面向以下幾方面發展,其發展趨勢具有極大突破點。以我國各個城市土壤重金屬污染的數據為依據,建立起綜合的城市土壤數據庫,以便于全面且徹底的開展城市土壤重金屬污染的調查,有關內容包括:重金屬的種類、含量、分布地段及其來源;著手于我國各個城市土壤中污染物質的含量研究,分析生物效應以及人類健康風險,從而為治理土壤污染問題奠定基礎;土壤重金屬污染涉及面較廣,除影響生物及人類健康之外,對土壤、水質、空氣質量及大自然整個生態系統都造成了不可避免的影響。因此,將這一課題納入研究中是必要的,未來將面向對土壤重金屬污染與地表及地下水、空氣可吸入顆粒物含量與其性質存在的關系進行研究[3];不斷優化判斷重金屬污染來源的相關技術;我國區域城市土壤重金屬污染研究主要依據的工具是可視化計算機軟件(GIS),利用其強大的空間分析功能與空間數據管理功能運用在判斷重金屬污染源及其分布地段的研究中,同時能對我國區域城市重金屬污染的風險評估進行分析。
3 結語
綜上所述,對土壤生態系統的結構、功能與水、土、氣、生等其他生態系統的友好關系進行維護是污染治理的前提。目前,我國土壤重金屬污染治理正處于上升階段,面向深化研究,勢必探討出更有成效的治理方法,使人們的生活及健康得到保障。
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關鍵詞土壤污染;現狀;危害;治理措施
1土壤污染概念
土壤是指陸地表面具有肥力、能夠生長植物的疏松表層,其厚度一般在2 m左右。土壤不但為植物生長提供機械支撐能力,并能為植物生長發育提供所需要的水、肥、氣、熱等肥力要素。近年來,由于人口急劇增長,工業迅猛發展,固體廢物不斷向土壤表面堆放和傾倒,有害廢水不斷向土壤中滲透,汽車排放的廢氣,大氣中的有害氣體及飄塵不斷隨雨水降落在土壤中。農業化學水平的提高,使大量化學肥料及農藥散落到環境中,導致土壤遭受非點源污染的機會越來越多,其程度也越來越嚴重,在水土流失和風蝕作用等的影響下,污染面積不斷擴大。因此,凡是妨礙土壤正常功能,降低農作物產量和質量,通過糧食、蔬菜、水果等間接影響人體健康的物質都叫做土壤污染物[1-2]。
當土壤中有害物質過多,超過土壤的自凈能力,引起土壤的組成、結構和功能發生變化,微生物活動受到抑制,有害物質或其分解產物在土壤中逐漸積累,通過“土壤植物人體”,或通過“土壤水人體”間接被人體吸收,達到危害人體健康的程度,就是土壤污染。
2我國土壤污染現狀與危害
2.1土壤污染的現狀
目前,我國土壤污染的總體形勢嚴峻,部分地區土壤污染嚴重,在重污染企業或工業密集區、工礦開采區及周邊地區、城市和城郊地區出現了土壤重污染區和高風險區。土壤污染類型多樣,呈現出新老污染物并存、無機有機復合污染的局面。土壤污染途徑多,原因復雜,控制難度大。土壤環境監督管理體系不健全,土壤污染防治投入不足,全社會防治意識不強。由土壤污染引發的農產品質量安全問題和群體性事件逐年增多,成為影響群眾身體健康和社會穩定的重要因素[3]。
2.2土壤污染的危害
2.2.1土壤污染導致嚴重的直接經濟損失。初步統計,全國受污染的耕地約有1 000萬hm2,有機污染物污染農田達3 600萬hm2,主要農產品的農藥殘留超標率高達16%~20%;污水灌溉污染耕地216.7萬hm2,固體廢棄物堆存占地和毀田13.3萬hm2。每年因土壤污染減產糧食超過1 000萬t,造成各種經濟損失約200億元。
2.2.2土壤污染導致生物產品品質不斷下降。因農田施用化肥,大多數城市近郊土壤都受到不同程度的污染,許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、砷、鉻、鉛等重金屬含量超標或接近臨界值。每年轉化成為污染物而進入環境的氮素達1 000萬t,農產品中的硝酸鹽和亞硝酸鹽污染嚴重。農膜污染土壤面積超過780萬hm2,殘存的農膜對土壤毛細管水起阻流作用,惡化土壤物理性狀,影響土壤通氣透水,影響農作物產量和農產品品質。
2.2.3土壤污染危害人體健康。土壤污染會使污染物在植物體內積累,并通過食物鏈富集到人體和動物體中,危害人體健康,引發癌癥和其他疾病。
2.2.4土壤污染導致其他環境問題。土壤受到污染后,含重金屬濃度較高的污染土容易在風力和水力作用下分別進入到大氣和水體中,導致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態系統退化等其他次生生態環境問題。
3造成土壤污染的原因
3.1過量施用化肥
我國每年化肥施用量超過4100萬t。雖然施用化肥是農業增產的重要措施,但長期大量使用氮、磷等化學肥料,會破壞土壤結構,造成土壤板結、耕地土壤退化、耕層變淺、耕性變差、保水肥能力下降、生物學性質惡化,增加了農業生產成本,影響了農作物的產量和質量;未被植物吸收利用和根層土壤吸附固定的養分,都在根層以下積累或轉入地下。殘留在土壤中的氮、磷化合物,在發生地面徑流或土壤風蝕時,會向其他地方轉移,擴大了土壤污染范圍。過量使用化肥還使飼料作物含有過多的硝酸鹽,妨礙牲畜體內氧氣的輸送,使其患病,嚴重導致死亡[4]。
3.2農藥是土壤的主要有機污染物
全國每年使用的農藥量達50萬~60萬t,使用農藥的土地面積在2.8億hm2以上,農田平均施用農藥13.9 kg/hm2。直接進入土壤的農藥,大部分可被土壤吸附,殘留于土壤中的農藥,由于生物和非生物的作用,形成具有不同穩定性的中間產物或最終產物無機物。噴施于作物體上的農藥,除部分被植物吸收或逸入大氣外,約有1/2左右散落于農田,又與直接施用于田間的農藥構成農田土壤中農藥的基本來源。農作物從土壤中吸收農藥,在植物根、莖、葉、果實和種子中積累,通過食物、飼料危害人體和牲畜的健康。
3.3重金屬元素引起的土壤污染
全國320個嚴重污染區約有548萬hm2土壤,大田類農產品污染超標面積占污染區農田面積的20%,其中重金屬污染占80%,糧食中重金屬鎘、砷、鉻、鉛、汞等的超標率占10%。被公認為城市環境質量優良的公園存在著嚴重的土壤重金屬污染。汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土壤,使行車頻率高的公路兩側常形成明顯的鉛污染帶。砷被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑,硫化礦產的開采、選礦、冶煉也會引起砷對土壤的污染。汞主要來自廠礦排放的含汞廢水。土壤組成與汞化合物之間有很強的相互作用,積累在土壤中的汞有金屬汞、無機汞鹽、有機絡合態或離子吸附態汞,所以,汞能在土壤中長期存在。鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車尾氣沉降,磷肥中有時也含有鎘[5]。
3.4污水灌溉對土壤的污染
我國污水灌溉農田面積超過330萬hm2。生活污水和工業廢水中,含有氮、磷、鉀等許多植物所需要的養分,所以合理地使用污水灌溉農田,有增產效果。未經處理或未達到排放標準的工業污水中含有重金屬、酚、氰化物等許多有毒有害的物質,會將污水中有毒有害的物質帶至農田,在灌溉渠系兩側形成污染帶。
3.5大氣污染對土壤的污染
大氣中的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等有害物質,在大氣中發生反應形成酸雨,通過沉降和降水而降落到地面,引起土壤酸化。冶金工業排放的金屬氧化物粉塵,則在重力作用下以降塵形式進入土壤,形成以排污工廠為中心、半徑為2~3 km范圍的點狀污染。
3.6固體廢物對土壤的污染
污泥作為肥料施用,常使土壤受到重金屬、無機鹽、有機物和病原體的污染。工業固體廢物和城市垃圾向土壤直接傾倒,由于日曬、雨淋、水洗,使重金屬極易移動,以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴散。
3.7牲畜排泄物和生物殘體對土壤的污染
禽畜飼養場的廄肥和屠宰場的廢物,其性質近似人糞尿。利用這些廢物作肥料,如果不進行物理和生化處理,則其中的寄生蟲、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染,并通過水和農作物危害人群健康。
3.8放射性物質對土壤的污染
土壤輻射污染的來源有鈾礦和釷礦開采、鈾礦濃縮、核廢料處理、核武器爆炸、核實驗、燃煤發電廠、磷酸鹽礦開采加工等。大氣層核試驗的散落物可造成土壤的放射性污染,放射性散落物中,90sr、137cs的半衰期較長,易被土壤吸附,滯留時間也較長。
4我國土壤污染的治理措施
4.1施用化學改良劑,采取生物改良措施,增加土壤環境容量,增強土壤凈化能力
向土壤中施用石灰、堿性磷酸鹽、氧化鐵、碳酸鹽和硫化物等化學改良劑,加速有機物的分解,使重金屬固定在土壤中,降低重金屬在土壤及土壤植物體的遷移能力,使其轉化成為難溶的化合物,減少農作物的吸收,以減輕土壤中重金屬的毒害。針對有機物污染,用植物、細菌、真菌聯合加速有機物降解。針對無機物污染,利用植物修復可以把一部分重金屬從土壤中帶走。
增加土壤有機質含量、砂摻粘改良性土壤,增加和改善土壤膠體的種類和數量,增加土壤對有害物質的吸附能力和吸附量,從而減少污染物在土壤中的活性。發現、分離和培養新的微生物品種,以增強生物降解作用。
4.2強化污染土壤環境管理與綜合防治,大力發展清潔生產
控制和消除土壤污染源,組織有關部門和科研單位,篩選污染土壤修復實用技術,加強污染土壤修復技術集成,選擇有代表性的污灌區農田和污染場地,開展污染土壤治理與修復。重點支持一批國家級重點治理與修復示范工程,為在更大范圍內修復土壤污染提供示范、積累經驗。合理利用污染土地,嚴重污染的土壤可改種非食用經濟作物或經濟林木以減少食品污染。科學地進行污水灌溉,加強土壤污灌區的監測和管理,了解水中污染物的成分、含量及其動態,避免帶有不易降解的高殘留污染物隨機進入土壤。
增施有機肥,提高土壤有機質含量,增強土壤膠體對重金屬和農藥的吸附能力。強化對農藥、化肥、除草劑等農用化學品管理。增施有機肥同時采取防治措施,不僅可以減少對土壤的污染,還能經濟有效地消滅病、蟲、草害,發揮農藥的積極效能。在生產中合理施用農藥、化肥,控制化學農藥的用量、使用范圍、噴施次數和噴施時間,提高噴灑技術,改進農藥劑型,嚴格限制劇毒、高殘留農藥的使用,大力發展高效、低毒、低殘留農藥。大力發展生物防治措施。
大力推廣閉路循環、無毒工藝,以減少或消除污染物的排放。對工業“三廢”進行回收凈化處理,化害為利,嚴格控制污染物的排放量和濃度。大力推廣和發展清潔生產。
針對土壤污染物的種類,種植有較強吸收能力的植物,降低有毒物質的含量,或通過生物降解凈化土壤,通過改變耕作制度、換土、深翻等手段,施加抑制劑改變污染物質在土壤中的遷移轉化方向,減少農作物的吸收,提高土壤ph值,促使鎘、汞、銅、鋅等形成氫氧化物沉淀。
根據土壤的特性、氣候狀況和農作物生長發育特點,既要防治病蟲害對農作物的威脅,又要把化肥、農藥對環境和人體健康的危害限制在最低程度。利用物理、物理化學原理治理污染土壤。大力開展植樹造林,提高森林覆蓋率,維護森林生態系統平衡。
4.3調控土壤氧化還原條件
調節土壤氧化還原電位,使某些重金屬污染物轉化為難溶態沉淀物,控制其遷移和轉化,降低污染物的危害程度。調節土壤氧化還原電位主要是通過調節土壤水分管理和耕作措施實現。
4.4改變耕作制度,實行翻土和換土
改變耕作制度會引起土壤環境條件的變化,消除某些污染物的危害。對于污染嚴重的土壤,采取鏟除表土和換客土的方法;對于輕度污染的土壤,采取深翻土或換無污染客土的方法。
4.5采用農業生態工程措施
在污染土壤上繁殖非食用的種子、種經濟作物,從而減少污染物進入食物鏈的途徑;或利用某些特定的動植物和微生物較快地吸走或降解土壤中的污染物質,從而達到凈化土壤的目的。
4.6工程治理
利用物理(機械)、物理化學原理治理污染土壤,是一種最為徹底、穩定、治本的措施,但投資大,適于小面積的重度污染區,主要有隔離法、清洗法、熱處理、電化法等。近年來,把其他工業領域,特別是污水、大氣污染治理技術引入土壤治理,為土壤污染治理研究開辟了新途徑。
5參考文獻
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摘 要:畜禽糞便在中國農業生產中一直得到廣泛應用,但現代集約化養殖導致畜禽糞便產量大幅增加,成為土壤最主要的污染源之一。本文綜述了畜禽糞便中重金屬的主要來源以及對土壤重金屬的污染狀況。總結了近20a施用畜禽糞肥農業生產用地重金屬的累積規律,為畜禽糞肥合理使用提供科學依據方法。
關鍵詞:畜禽糞便; 重金屬; 土壤
中圖分類號:X53 文獻標識碼:A DOI:10.11974/nyyjs.20170230214
畜禽糞便作為傳統有機肥料,可獲取途徑廣、施用方便,在農業生產中被大力推廣使用,成為新一代農作物生產的重要有機肥料來源。畜禽有機肥可改善土壤結構,增加土壤養分,提高土壤肥力[1]。因此,現代有機農業、綠色食品生產都非常重視畜禽糞便等有機肥的施用[2]。
在規模化畜禽養殖過程中,重金屬微量元素添加劑被大量使用以防止動物疾病,促進畜禽生長[14]。據統計,我國畜禽飼料添加劑每年的重金屬添加量為10~15萬t,能被畜禽吸收的重金屬不足5萬t,未能完全吸收的重金屬只有通過糞便的形式直接排出體外[17]。因此,調查分析畜禽糞便重金屬來源,深入研究畜禽糞便對土壤重金屬污染具有重要意義。
1 畜禽糞便中重金屬的來源及污染狀況
1.1 飼料重金屬的來源
1.1.1 生產活動造成的農作物污染
農田施肥、農藥施用以及污水灌溉等如果管理不當,均可造成重金屬直接污染農作物,或通過土壤積累,隨之被作物吸收[16]。對于廣泛存在于農村的農業生產活動污染,制定對于養殖場自制畜禽營養飼料重金屬含量標準如表1所示。
1.1.2 工業區造成的原料污染
礦區是我國飼料原料重要產地,飼料原料污染是畜禽養殖重金屬污染的源頭。由于采礦及冶煉污染防治措施不當,會向環境中排出含有重金屬的氣體、液體以及固體污染物。例如Zn、Cd是2種常伴成礦元素,在Zn礦開采中,產生的廢棄物里會含有大量Cd元素。Zn礦含Cd約0.1%~0.5%,高時可達2.0%~5.0%。Cd在土壤中的環境容量比Pb、Cu、As等要小得多,只要土壤中Cd含量增加,就會使農作物中Cd含量富集指數增大。
1.1.3 加工造成的飼料污染
飼料以及飼料添加劑是畜禽糞便中各類重金屬最主要來源[15]。減少飼料中重金屬含量,就能有效控制畜禽糞便造成的環境重金屬污染。配合飼料生產時,為了改善飼料適口性、防霉、提高飼料質量等,往往添加一些酸性物質[16]。酸性物質會使機器表面鍍鋅、鍍鎘溶出,造成飼料重金屬Zn、Cd污染,含量過多會導致動物急性中毒。
研究人員研究結果表明,中國大部分省份商品豬飼料重金屬含量已經超出了國家標準。造成這種現狀的原因,可能是在畜禽養殖中沒有依據科學指導,憑飼養經驗添加飼料添加劑。可以從各類研究中看出,當前我國畜禽養殖業的重金屬元素添加應用較為普遍,存在管理不規范的問題。
1.2 畜禽糞肥中重金屬污染狀況
目前我國尚未制定畜禽糞便中重金屬的限量標準,如表2所示,大部分研究對畜禽糞便中重金屬含量評價參照有機肥料行業標準(NY 525-2012)、有機-無機復混肥料國家標準(GB 18877-2009)、農用污泥中污染物控制標準(GB 4284-1984)和德國腐熟堆肥中部分重金屬含量標準[11]。
據單英杰等[2]研究發現,規模化養殖場產生的豬糞、雞糞、牛糞和鴨糞Cd平均含量在0.02~4.87mg/kg之間,均高于相應農戶家庭,其中牛糞中Cd含量明顯低于其他畜禽糞便。據譚曉冬和董文光[18]研究,北京市有機肥商品存在Cd超標問題。梁金鳳等[5]調查表明,北京市商品有機肥和傳統有機肥中重金屬元素Cd、As、Pb和Hg超標問題較為嚴重。周焱、董占榮等[6-7]研究發現,杭州市畜禽有機肥料存在Cd超標問題。據劉榮樂等[12]我國雞糞中 Zn、Cu、Cr、Cd、Ni的超標率為21.3%~66.0%,豬糞超標率為10.3%~69.0%,牛糞超標率為2.4%~38.1%等。
2 畜禽糞便重金屬對土壤的污染
2.1 畜禽糞便重金屬進入土壤的途徑
畜禽糞便從古至今就是中國農業上重要的肥料資源,被廣為使用。畜禽糞便利用方式的差異會導致重金屬直接或間接進入土壤。例如畜禽糞便中Cd直接進入土壤的利用方式:堆漚肥處理作為農家肥料、直接排放到田間地頭、作為沼氣池填料處理[13],這些方法將畜禽糞便做簡單粗處理直接投入農業生產,但畜禽糞便有機污染依舊存在,以及畜禽糞便重金屬直接進入土壤二次污染;投放魚池作為魚飼料、曬干作為家用燃料、微生物發酵生產有機肥料,此類處理會減少畜禽糞便對土壤的直接污染,但其加工產物沒能去除重金屬污染,再次投入田間會產生間接污染。
2.2 畜禽糞便對土壤重金屬形態及有效性的影響
與重金屬無機鹽不同,畜禽糞便中的重金屬存在于有機物中,隨有機物在土壤中的逐步分解,其中的重金屬在土壤中的行為、與有機物結合的形態及生物有效性與重金屬無機鹽有明顯區別[8]。據董同喜等[9]研究發現,在水稻土上未培養的雞糞和豬糞中Cd的生物有效性低于等量Cd無機鹽,而培養6個月的雞糞和豬糞中Cd的生物有效性高于等量Cd無機鹽,施用后4~6 個月時雞糞中Cd的生物有效性最高,施用后6個月時豬糞中Cd的生物有效性最高。水稻土施入畜禽糞便有機肥后30~60d內,畜禽糞便有機肥處理土壤溶液中重金屬含量顯著低于等量重金屬無機鹽處理處理溶液,重金屬無機鹽處理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量分別是雞糞處理的2.4 倍、3.1倍、3.9倍和327.3倍,分別是豬糞處理的2.0倍、2.2倍、15.6 倍和4.0 倍。60d后畜禽糞便有機肥處理和對應等量重金屬無機鹽處理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量變的無差異。
2.3 畜禽糞便引起的土壤重金屬污染狀況
研究表明,畜禽糞肥的施用是我國農田土壤中重金屬重要來源之一(Luo et al.,2009)。目前有C肥被大規模施用,未經處理、處理但不徹底的重度污染畜禽糞便仍將導致土壤二次污染,有機物污染、重金屬污染都直接影響土壤健康狀況。據同延安等[3]研究結果得知,有機肥及其根茬腐解,降低土壤pH值,促進土壤全Zn、Fe、Mn的分解與礦化,使其轉化為有效成分。
長期施用有機肥促使土壤中Zn、Fe、Cu元素有效態含量以及總量呈明顯上升趨勢,對微量元素平衡有顯著影響。韓曉日等[4]在棕壤上進行的長期定位試驗表明,連續施用有機肥既能補充 Zn 又能提高土壤pH、增加有機質含量;隨著土壤pH和有機質值增加土壤有效 Mn 明顯減少;不同施肥處理土壤pH和有機質含量的變化對土壤有效Cu沒有明顯作用;土壤pH對有效鐵的影響與對有效錳影響相似,但土壤有效鐵含量與有機質含量呈正相關。葉必雄等[10]的研究表明雞糞農用區土壤單項污染指數中Cd的污染情況較重,均值達到了警戒級,其中很多樣品點達到中污染。
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在化學教學中應采取理論聯系實際的方法,在傳授化學知識的同時,有意識地聯系環境保護的知識,重點介紹大氣水體的污染及其防治措施,這樣也可以激發學生學習化學的興趣。增強學生保護環境的意識。
--有關大氣污染的教學
1、CO污染。在進行初中化學CO性質教學時,教師要向學生介紹CO是大氣污染物之一,它可以與人體內的血紅蛋白結合,重者使人死亡。例如1984年印度地下毒氣(CO)罐泄漏,造成25000人死亡,5萬人雙目失明。
2、?氮氧化合物、硫氧化合物污染。氮氧化合物和硫氧化合物是大氣中的重要污染物。礦物質的燃燒,硫酸廠、硝酸廠的廢氣,發電廠的“黃龍”等是重要的污染源。SO2為大氣污染的元兇,有一定的致癌作用。氮氧化合物對人體有刺激作用,其毒性為CO的五倍,NO結合血紅蛋白的能力強于CO,如空氣中NO2濃度達到0.5ppm可使樹葉全部掉光。
3、鹵代烴污染。講鹵代烴時要介紹氟里昂(CCL2F2)排入大氣后可破壞臭氧層。目前臭氧層已經出現了空洞,減弱了臭氧層對陽光中紫外線的阻擋作用,使人類患皮膚癌的可能性增加。有人預言,到2075年世界上皮膚癌患者會因臭氧層空洞而顯著增多,紫外線也可刺激人的眼睛,到那時白內障病人數也會大增。
4、CO2污染。結合講CO2性質,介紹空氣中CO2含量的增加引起的溫室效應。
有機物的燃燒使大氣中CO2含量升高,?使全球氣侯變曖,有人預計到下世紀未全球氣溫可平均升高2.5℃--5.5℃,將使冰川融化,許多島嶼被海水淹沒。
防治措施:減少空氣中CO2的排放量,充分利用電能、太陽能、同時要開辟新的能源,如取之于水發展H2能源。
--有關水體污染的教學
1、無機物污染。在講過濾元素時應向學生介紹重金屬污染物。多數重金屬鹽在水中形成絡合物,其價態變化多,對人體有明顯的毒效應。因重金屬離子與人體內蛋白質等生理活性高的分子結合成不可逆的變性物質,導致人生理活動障礙。
2、有機物污染。在講石油煉制時向學生介紹石油工業廢水中含有酚、芳烴等,酚為五毒之首,為助致癌劑,而且在低濃度就使蛋白質變性。
預防措施:石油廠廢水要經處理回收酚。
3、有機氯農藥污染。在講CL2與苯酚的反應生成六氯環已己烷時,向學生介紹有機氯農藥易殘留不易分解,且易富集在生物體內。例如:DDV可通過食物鏈富集損害植物神經,發生慢性中毒而致癌。
關鍵詞 煤炭開采;生態環境問題;防治措施
中圖分類號:X171 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)17-0149-01
煤炭是人類世界使用的主要能源,也是重要的基礎能源,在世界一次能源消費量中占25%。我國是世界第一產煤大國,同時也是煤炭消費的大國,全行業年煤炭開采量達到近10億噸,煤炭行業已經成為國民經濟高速發展的重要基礎。
2004年12月,中石油長慶油田分公司勘探開發研究院發現,在慶陽市七縣一區1.98萬平方公里的面積內,有2360億噸的煤炭和13588億立方米的煤層氣資源預測儲量,煤炭資源預計占到全省的94%以上。慶陽市規劃建設8個礦區,19座煤礦,到“十三五末”原煤年產量達到1億噸以上。煤礦建設、煤炭開采勢必會帶動慶陽市經濟大發展,然而在煤炭開采、使用的過程中勢必產生了一系列損害生態環境的問題。因此,煤礦區生態環境保護與治理已經成為礦區乃至當地經濟可持續發展的首要任務。
1 礦區生態環境主要污染類型
1)水污染。煤礦區的污水主要包括礦井水、洗煤廢水、礦區生活污水等。礦井水中含有大量煤粉等高濃度懸浮物質、石油類污染物質、重金屬以及具有放射性的物質;洗煤廢水含有大量的懸浮物、懸浮油和絮凝劑等油脂類物質;礦區生活污水中則含有大量有機浮游生物、細菌、病毒等。這些廢水的大量排放不僅給礦區的地表水源造成了巨大的污染,有的則進入因為煤炭開采造成的土地塌陷的縫隙污染地下水資源。因此,煤礦區廢水的排放嚴重威脅到礦區人民的正常生產和生活用水,同時也影響整個地區生態系統的平衡。
2)土地污染。
①土壤污染。煤礦區的土壤污染物主要包括煤矸石自燃淋溶沉淀后產生的有毒有害物質,礦區大量粉塵、廢氣的沉降物以及礦井水中的有害金屬元素[1]。污染物中的有害元素通過土壤顆粒等形式不知不覺地被動物或人直接或間接地吸收;土壤中的有害元素在雨水的淋溶作用下緩慢從地表滲透到地下,從而污染地下水;大量粉塵和廢氣在外界環境條件作用下,形成具有腐蝕性酸雨,使得有害元素進入植物而最終被動物和人吸收,從而對動物和人體產生毒害作用。更具有危害性的是,酸雨中的有害物質進一步向下滲透,最終導致地下水污染[2][3]。
②水土流失與沙漠化。目前我國主要煤礦區大多位于干旱半干旱區,這些地區的生態系統非常脆弱,具體表現為:干旱少雨、植被稀疏、土質疏松。而在煤礦建設和生產過程中,大量的挖掘地表破壞了土地上的植被,大量土渣堆積在地表,也減少了地面植被的覆蓋;礦區鄰近沙漠地區,氣候干旱,風沙大,植被稀少,從而加劇了水土流失和土地沙漠化。
3)大氣污染。在煤礦區,煤炭的開采會導致大量有毒的廢氣排放,污染大氣環境。礦井中的有害氣體主要來源是是煤礦中的瓦斯和堆積在地面的煤矸石。瓦斯中的主要成分甲烷是一種重要的溫室氣體,其溫室效應為CO2的21倍;煤矸石的自燃則會產生大量含SO2、CO2、CO等有毒有害氣體,也是大氣的重要污染源。據不完全統計,我國每年排放煤矸石115-210億噸,在已堆積的1500多座矸石山中,有近300座發生過自燃或正在發生自燃。所產生的粉塵吸入人體肺部后,容易引起肺結核,甚至肺癌,對人體健康危害極大。此外,井下的其他廢氣,如CH4、CO、NOx、H2S等排放到大氣中,也會對礦區及周邊大氣造成很大的污染。
2 礦區生態環境防治措施
1)國家法律方面,嚴格貫徹國家法律法規,使生態環境保護治理工作有法可依。面對日趨嚴重的環境問題,國家相關部門陸續制定和頒布了《中華人民共和國煤炭法》、《中華人民共和國環境保護法》、《中華人民共和國水土保持法》等有關生態環境保護的法律制度,這說明我國已經把煤礦區生態環境損害防治工作納入法制化管理體系。這就要求我國煤炭行業從上而下要認真學習國家法律制度,加強自身環境保護的法律意識,嚴格貫徹國家法律,以身作則,堅持煤炭資源開發利用與生態環境保護并重的方針,把國家的法律法規真正落到實處,使礦區生態環境保護治理工作卓有成效。
2)管理體制方面,各方面齊抓共管,嚴格實行責任追究制。國家相關行政執法管理單位要加強統籌協調,共同管理。在“誰污染誰治理,誰破壞誰恢復,誰使用誰補償”的原則下,創新礦區管理體制。所有新建、擴建、改建的礦山企業建設項目的審批要嚴格按照國家法律制度標準進行;對于嚴重違反國家法律的企業,要追究企業負責人和有關審批管理人員的法律責任。
3)資金技術方面,加大資金投入,大力推廣應用清潔開采和潔凈煤技術。國家應加大對于新技術的資金投人,特別是清潔開采和潔凈煤技術的研究開發和推廣應用,這不僅能從根本上解決煤炭開采帶來的環境污染問題,而且也是煤炭工業健康發展的必然趨勢。
4)科學治理方面,推行多樣化土地復墾模式。要科學地解決我國礦區塌陷土地復墾問題,就需要國家、企業以及當地人民群眾共同努力。其中推行多樣化土地復墾模式是一種比較科學的方法,具體思路是:將礦區塌陷區域劃分為廢棄煤礦或老煤礦區和新煤礦區兩類。對于廢棄煤礦和老煤礦區,在國家政策許可的范圍內,制定相應的優惠政策和鼓勵措施,充分調動煤礦企業和農民的積極性,形成由政府牽頭、多方配合的新模式;對新塌陷區應打破單一征地的舊模式,企業支付復墾及地力補償費,仍由農民復墾使用[4]。
3 結束語
我國國民經濟的快速發展離不開煤炭這一種基礎但又十分重要的資源,但是在經濟發展的同時,卻是以煤炭開采造成的生態環境損害為代價。我們應該從科學、合理、環保的角度出發,解決煤炭開采與環境保護之間的矛盾問題,實現煤炭工業的可持續發展。
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關鍵詞:課程體系;課堂教學;案例教學;考核方式
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)12-0114-02
近年來,隨著我國工業的快速發展,對土壤需求和開發利用的程度迅速增強,由此帶來的土壤污染問題已經對人類健康和生態環境造成嚴重的威脅。重金屬、持久性有機污染物和農藥化肥的污染,直接關系到了農產品質量安全,土壤污染成為限制我國農產品質量和社會經濟可持續發展的重要因素之一。人們通過對污染物的來源、性質、遷移轉化與影響的研究,探討各種防治與修復土水環境污染的途徑與新技術,從而保障土壤健康、水源清潔、食品安全,促進人類穩定的可持續發展。《土壤污染與防治》是浙江農林大學農業資源與環境專業的專業限選課程,本課程的目標主要是讓學生理解和掌握土壤污染的理論和修復防治技術,培養并提高學生觀察認知土壤污染,利用土壤污染的知識和技能,滿足學生服務于土壤環境保護、土壤污染治理和土壤資源合理利用的基本需求。在通識教育人才培養模式的背景下,教學內容不斷增多,但課時數卻在減少,傳統的教學模式已無法滿足新形勢下人才培養的需求;而且,太過偏重期末考試的考核方式也無法客觀公正的檢驗學生對課程的掌握情況,為此,本文作者所在的教學團隊,對本課程的課程內容體系、教學方法和考核方式等方面進行了改革探索和實踐,并進行了總結。
一、科學配置課程內容體系
《土壤污染與防治》課程內容較多,教學學時數較少,因此,教師很難在課堂上把所有的知識點都講述透徹。這就要求我們合理制訂教學計劃,科學配置課程內容體系,采用分層教學的模式,突出課程的重點和難點。根據目前土壤污染的特點和發展趨勢,將土壤重金屬污染、有機污染、肥料污染、固體廢棄物污染、污水灌溉以及污染環境質量監測評價和土壤污染修復和治理技術等章節內容設置為重點章節;而將部分章節如無機污染物中的放射性污染、稀土污染,固體廢棄物污染中的畜禽糞便、粉煤灰污染以及工業區污染設置為學生自主學習章節。教師重點講述課程的重點章節和課程的重點難點,其余章節讓學生通過自主學習的方式來掌握。對自主學習章節,教師在課堂上只做提綱挈領的講解,主要是學生通過自學、查閱參考資料和課堂討論等方式去理解和掌握。通過重新配置課程內容體系,不僅教師在課堂上可以有條不紊,避免眉毛胡子一把抓,而且學生也可以從傳統的“滿堂灌”和“填鴨式”的教學中解放出來,積極參與到自主學習和課堂討論,激發了學生自主學習的學習興趣,培養和提高了主動學習的能力。
二、注重案例教學
案例教學法是教師將科研工作中遇到的問題、發生在身邊的污染事件和媒體報道的新聞,經過加工整理,導入課堂講授。《土壤污染與防治》是一門與實踐緊密聯系的課程,教學過程中通過運用案例教學,不但讓學生能夠真正了解身邊切切實實存在的污染問題,而且豐富了課堂教學內容,使課堂教學的變得生動有趣,讓學生在“聽故事”中輕松學習,不再做課堂上的“低頭族”。教師可以通過案例,向學生展示污染物(土壤、水體和大氣)的來源、污染物的遷移過程,并讓學生切身感受到發生在身邊的土壤污染、水污染、大氣污染以及由此帶來的巨大危害。例如,無機污染物中的重金屬污染一節,教師通過搜集節能燈廠區土壤汞污染、農作物和瓜果蔬菜的汞含量的調查資料,以及由此帶來的周邊水體汞污染、水生生物體內的汞富集等問題,再結合上世紀50年生在日本熊本縣水俁灣附近漁村的“水俁病”事件,讓學生身臨其境,真實深刻的認識汞污染及其帶來的各種嚴重后果。此外,教師還可動員學生搜集教學案例,讓每個學生都能參與到案例素材的準備和整理過程,通過課堂討論和教師講解,將實際問題和理論知識結合起來,提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。
三、增設課堂討論、PPT演講環節
教學過程中適當減少教師講授時間,增加學生課堂討論、PPT演講等環節。通過增設這一教學環節,我們發現學生對課程的認識更加透徹,而且愿意主動查閱資料,了解土壤污染與防治的最新動態和發展趨勢,與老師同學分享自己的所見所聞,樂在其中,而不再是身處其外。教師可將同學分為幾個小組,設定重金屬污染、農藥污染、固體廢棄物污染和肥料污染等幾個主題,每個小組選擇一個主題,搜集素材,制作PPT,拿到課堂演講。演講討論環節,要求所有同學都參與到課堂討論中,積極對同學的演講主題、PPT制作以及演講技巧等方面提出問題和建議,讓學生可以博采眾長,完善自我。例如讓學生對家鄉的土壤污染狀況進行調研,從污染的來源、污染的現狀和污染的危害進行分析,在所學理論知識的基礎上,廣泛搜集資料,提出修復方案,達到真正的學以致用。有些學生通過調查自己家鄉的小麥田的重金屬污染和農藥污染概況,并通過所學知識提出了相應的修復措施和方案;有些學生調查了家鄉電子垃圾拆解對當地土壤、水體和農作物產生的影響,對電子垃圾將會給自己家鄉的生態環境和糧食安全帶來的危害表示擔憂,并主動和老師同學尋求解決辦法,甚至立志以后從事相關工作,為家鄉的土壤環境治理貢獻自己的力量;有些學生通過關注新聞媒體報道,了解現階段我國土壤污染的現狀和防治措施,了解某市市區搭建“帳篷”覆蓋農藥污染土壤,某地區的“鎘米”事件等;有些學生通過查閱資料和實地調研,了解了我國土壤污染修復這一行業的發展方向及其存在問題――雖然目前全國土壤修復企業有300多家,但由于受到行業政策、資金方面的限制,修復項目未能迅速增加,土壤修復所需資金量巨大,以城市發展為目的的土壤污染修復,由于修復資金可以不完全政府依賴,市場潛力較大。學生通過動手調研,動腦思考,獲取土壤污染的信息,了解這些發生在身邊的污染事件,不但可以加深學生課堂知識的理解,而且會增加學生保護土壤、保護環境的責任感和使命感。通過課堂討論,鍛煉了學生的演講能力,增強了學生的自信心,提高了PPT制作技能以及資料查閱方面的能力,適應了素質教育對人才培養的需求。
四、課程考核改革
課程考核是教學過程的重要環節,是檢驗教師教學效果和學生學習效果的重要方式。課程考核的客觀、公正會直接影響到學生的學習積極性。傳統考核方式中,《土壤污染與防治》這門課程平時成績和期末成績分別占總成績的30%和70%,平時成績包括出勤率、平時作業和實驗報告,平時作業通常是有標準答案的講課重點,學生可以輕而易舉的完成,因此,完成平時作業對學生的學習能力和視野的開拓都沒有很大提高。此外,由于期末成績占總成績的比例較高,學生僅通過期末考試前的突擊復習也可以考出不錯的成績。為了更加科學合理的評測學習效果,考查學生的理論學習和實際應用能力,課程的考核方式也作了相應調整:改變傳統的單一固定的考核方式,采用形成性考核和期末考核相結合的課程考核評價體系,突出課程過程考查和學生學習能力的評價。評價體系中形成性考核由學生學習態度、平時作業、過程考核和實驗報告四部分組成,期末考核為綜合性考試。通過課程考核方式的改革,將平時成績在考核中的比例增加到50%,平時成績中的平時作業不再是簡單容易找到標準答案的題目,而是需要學生付出大量時間和精力的資料搜集、課堂討論和PPT制作、演講等。此外,改革后的考核方式中,還在平時成績中增加了過程考核這個環節,主要是了解學生對一些重要知識點的掌握和理解情況。通過過程考核,教師可以及時掌握學生的學習效果,及時發現教學中存在的問題,在后續的教學中適當調整,完善課堂教學,提高教學質量。通過課程考核方式的改革,有效扭轉了傳統考核方式下,學生只把功夫用在最后,僅僅依靠考前突擊背誦就能取得良好成績的現象;通過考核方式的改革,學生的自主學習貫穿了整個課程的學習過程,將教師在教學中的主導作用和學生的主體地位做到有機結合,激發了學生自主學習的積極性與創造性;通過考核方式的改革,能夠綜合評定學生在各個學習環節的表現,并能客觀反映學生對該課程的知識點的掌握、運用所學內容解決實際問題的能力。
通過對《土壤污染與防治》課程進行內容體系配置、注重案例教學、增設課堂討論以及考核方式的改革和實踐,活躍了課堂氣氛,激發了學生自主學習的積極性和創造性,培養了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力,教學效果得到明顯改善。高校教育教學改革是一個長期探索和實踐的過程,今后的教研活動中還需要進一步的思考和創新,以順應時代潮流,滿足社會快速發展的背景下對優秀人才培養的需求。
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在化學教學中應采取理論聯系實際的方法,在傳授化學知識的同時,有意識地聯系環境保護的知識,重點介紹大氣污染、水體污染、土壤污染及其防治措施。這樣既激發學生學習化學的興趣,又增強學生保護環境的意識。
有關大氣污染的教學
1.CO污染。在進行CO性質教學時,教師要向學生介紹CO是大氣污染物之一,它可以與人體內的血紅蛋白結合,重者使人死亡。例如2011年3月29日13時24分安泰集團25兆瓦電廠9號鍋爐在檢修中發生一氧化碳中毒事故,當時安泰集團當班檢修人員15人,事故發生后又有2人進入現場搶救,現場人員共17人。截止到14時20分,已經確定9人死亡,8人正在緊急治療中。由于一名傷員在醫院搶救過程中傷重不治,該市發生的一氧化碳中毒事故死亡人數上升為10人,其余7人病情穩定,暫無生命危險,正在緊急治療中。
2.氮氧化合物、硫氧化合物污染。氮氧化合物和硫氧化合物是大氣中的重要污染物。主要來源于化石燃料的燃燒,硫酸廠、硝酸廠的廢氣,發電廠的“黃龍”等。SO2為大氣污染的元兇,有一定的致癌作用,與雨水作用形成酸雨。氮氧化合物對人體有刺激作用,其毒性為CO的五倍,NO結合血紅蛋白的能力強于CO,如空氣中NO2濃度達到0.5ppm可使樹葉全部掉光。氮氧化物與空氣中的水結合最終會轉化成硝酸和硝酸鹽,硝酸是酸雨的成因之一;它與其他污染物在一定條件下能產生光化學煙霧污染。酸雨危害是多方面的,對人體健康、生態系統和建筑設施都有直接和潛在的危害;可使兒童免疫功能下降,慢性咽炎、支氣管哮喘發病率增加,可使老人眼部、呼吸道患病率增加;還可使農作物大幅度減產,特別是小麥,可減產 13% 至 34%。可導致大豆、蔬菜蛋白質含量和產量下降;常使森林和其他植物葉子枯黃、病蟲害加重,最終造成大面積死亡。
贊同
3.鹵代烴污染。講鹵代烴時要介紹氟里昂排入大氣后可破壞臭氧層。目前臭氧層已經出現了空洞,減弱了臭氧層對陽光中紫外線的阻擋作用,使人類患皮膚癌的可能性增加。紫外線可刺激人的眼睛,使白內障患病人數增大。
4.氰化物污染。氰化鉀人誤食0.1克就會致死,更不說大量污染的后果了。1984年12月3日凌晨,印度聯合碳化物有限公司農藥廠里的異氰酸鉀悄然泄漏。毒氣在泄漏的最初3天里殺害了8000~1萬人,此后多年里又有2.5萬人因為毒氣引發的后遺癥死亡。自1996年至今,就診所注冊備案的毒氣受害社區患有慢性疾病的病人就有2.27萬人。離工廠最近的人們遭受著非常劇烈的長期病痛的影響,而且隨著年齡增長而加劇。病人表現為呼吸短促、咳嗽、胸痛、肢體疼痛、腹痛、四肢麻木、視力衰弱等等。同時還加劇貧困,災難過后,這些家庭的收入都在減少,還不得不花更多的錢在就醫上。
5.CO2污染。結合講CO2性質,介紹空氣中CO2含量的增加引起的溫室效應。有機物的燃燒使大氣中CO2含量升高,使全球氣侯變曖,有人預計到下世紀未全球氣溫可平均升高2.5℃--5.5℃,將使冰川融化,許多島嶼被海水淹沒。我們應減少空氣中CO2的排放量,充分利用電能、太陽能、氫能等新通能源。
有關水體污染的教學
1.無機物污染。在講過渡元素時應向學生介紹重金屬污染物。多數重金屬鹽在水中形成絡合物,其價態變化多,對人體有明顯的毒效應。因重金屬離子與人體內蛋白質等生理活性高的分子結合成不可逆的變性物質,導致人生理活動障礙。日本熊本縣水俁鎮一家氮肥公司排放的廢水中含有汞,這些廢水排入海灣后經過某些生物的轉化,形成甲基汞。這些汞在海水、底泥和魚類中富集,又經過食物鏈使人中毒。 當時,最先發病的是愛吃魚的貓。中毒后的貓發瘋痙攣,紛紛跳海自殺。沒有幾年,水俁地區連貓的蹤影都不見了。1956年,出現了與貓的癥狀相似的病人。因為開始病因不清,所以用當地地名命名。1991年,日本環境廳公布的中毒病人仍有2248人,其中1004人死亡。鎘是人體不需要的元素。日本富山縣的一些鉛鋅礦在采礦和冶煉中排放廢水,廢水在河流中積累了重金屬“鎘”。人長期飲用這樣的河水,食用澆灌含鎘河水生產的稻谷,就會得“骨痛病”。病人骨骼嚴重畸形、劇痛,身長縮短,骨脆易折。
2.有機物污染。在講石油煉制時向學生介紹石油工業廢水中含有酚、芳烴等,酚為五毒之首,為助致癌劑,而且在低濃度就使蛋白質變性。因此,石油廠廢水要經處理回收酚后再排放。
3.有機氯農藥污染。在講Cl2與苯酚的反應生成六氯環已己烷時,向學生介紹有機氯農藥易殘留不易分解,且易富集在生物體內。例如:DDT可通過食物鏈富集損害植物神經,發生慢性中毒而致癌。目前已禁止使用有機氯農藥,改用有機磷農藥,最好是采用生物防治的方法,如以蟲治蟲、以菌治蟲、以鳥治蟲。
有關土壤污染的教學
土壤的污染,一般是通過大氣與水污染的轉化而產生,它們可以單獨起作用,也可以相互重疊和交叉進行。隨著農業現代化,特別是農業化學化水平的提高,大量化學肥料及農藥散落到環境中,土壤遭受非點污染的機會越來越多,其程度也越來越嚴重。在水土流失和風蝕作用等的影響下,污染面積不斷地擴大。
關鍵詞:煤矸石;環境污染;防治對策
1 煤矸石對礦區環境的影響
1.1 煤矸石對礦區的生態污染
煤矸石的主要來自露天剝離以及井筒和巷道掘進過程中開鑿排出的矸石、煤層中夾有矸石或底板巖層的混入、煤炭洗選過程中排出的矸石等。煤礦礦區空氣污染日益惡化,煤矸石是主要根源。由于粉塵中含有很多對人體有害的元素,當被人體吸入后導致氣管炎、肺氣腫、塵肺甚至癌癥等疾病,并且還會引發各種眼疾。另外,顆粒懸浮于大氣中,破壞了大氣的溫室效應,使氣候出現異常。矸石露天堆放經雨水淋溶后部分物質被溶解,造成土壤、地表水或地下水的污染,嚴重危害人體健康,甚至危及生命。當淋溶水隨雨水形成地表徑流進入土壤,破壞了土壤中重金屬的本底值和平衡關系,同時也破壞了土壤的養分,并對土壤中微生物的活動產生影響,這些有害成分的存在,不僅有礙植物根系的發育和生長,而且在植物有機體內積蓄,通過食物鏈危及人體健康。
1.2 占地及水土流失問題
井工采煤運至地面的矸石和洗煤廠將精煤洗出后排棄的矸石堆積壓占土地。我國煤矸石綜合利用率低,隨著煤矸石持續堆放,每年新增占地400多公頃。據統計,僅山西晉城2001年矸石堆存點達280處,占地108.8hm2。此外,矸石山堆積年限越長和占有數量越大,其侵蝕強度也最為劇烈,如甘肅省內矸石山年侵蝕模數高達37758t/km2。矸石山除普遍發生擊濺、層狀、鱗片狀面蝕外,還出現砂礫化面蝕、土砂泄流及坡面泥石流等侵蝕,由其所引起的崩塌、滑塌發生很普遍,造成嚴重的水土流失。
1.3 自燃、爆炸、崩塌、滑坡和泥石流的問題
水和氧是矸石山自燃的必要條件,煤矸石中的硫鐵礦和碳元素是矸石山自燃的物質前提。在水的作用下,硫鐵礦產生硫酸水溶液,并伴隨放出大量的熱,促進煤的水解;在有氧供應條件下,硫鐵礦低溫氧自燃,并放出熱量,從而引起含碳物質的燃燒。礦區矸石山多為大量粒徑不等形狀不同的顆粒以不同的排列方式自然堆積而成,結構疏松,在本質上說是不連續的,為散體材料。同時,受矸石中炭分的自燃、有機質的灰化及硫分的離解揮發等作用,矸石山的穩定性普遍較差,極易發生崩塌、滑坡。此外,山區煤礦大都直接將煤矸石堆于溝谷中,成為泥石流的物質源。堆積區的溝谷有一定的匯水面積和適宜的坡度,在雨季一旦降雨量達到60 mm/h即可爆發泥石流。
2 煤矸石的綜合利用與環境污染防治
2.1 煤矸石的綜合利用
綜合利用是實現煤矸石減量化、資源化、無害化的最佳選擇,是使物盡其用,實現經濟效益和社會效益的最好選擇,也是實現社會、經濟發展與資源、環境協調.達到可持續發展的有力措施。如:①在礦區采用清潔生產工藝,使需要貯存、運輸、處理、處置的固體廢物降低到最小程度。礦井開拓巷道和采準巷道采用全煤巷布置,不僅減少大量矸石出井,而且可以大大降低礦井建設費用和生產成本。②根據煤矸石劃類區分不同的用途。熱值高于6.28MJ/kg的煤矸石,宜作沸騰爐燃料;熱值在2.09~6.28MJ/kg的煤矸石,宜作水泥配料、燒結矸石磚、耐火磚等的原料。使其中的低值能源得到利用:熱值在1.26MJ/kg以下的煤矸石。可作水泥配料和混合材料或筑路、填方等。③含有多種微量元素的煤矸石,可生產煤矸石肥料,開展農業利用。對于含氧化鋁較高的煤矸石。開發化工產品,生產氧化鋁、硫酸鋁、水處理藥劑等。煤矸石生產硅鋁鐵合金,分子篩,巖棉、水玻璃、白炭黑、水處理藥劑、農業肥料等,可獲得較高的經濟效益。④利用煤矸石發電。矸石發電、灰渣制水泥、建材,這是變廢為寶、節約好煤、開辟能源的重要途徑。主要利用循環硫化床燃燒技術。流化床技術對于煤矸石的利用有顯著的特點。
2.2 煤矸石對環境污染的防治措施
1、 煤矸石山自燃的防治
主要是從煤矸石的不同堆放方法研究人手。許多國家通過采用分層壓實方法堆放煤矸石,控制煤矸石的壓實程度,來解決矸石山自燃問題。含硫量高于5%以上的矸石應回收黃鐵礦。高硫矸石堆應用石灰漿、粘土漿等灌注其孔隙,以隔絕空氣.抑制自燃。含碳量高于20%的矸石。應進行洗選回收煤炭或作為沸騰爐燃燒。在去除煤矸石中的煤和黃鐵礦,切斷供氧的條件下應用生態技術對煤矸石進行分層堆放。首先對堆場進行密封防滲處理,然后進行分層堆放,邊堆放邊壓實.在堆放第2層的同時。對第1層的邊坡進行覆土綠化,整個矸石堆形成后,整體覆土封頂,進行綠化或耕種。這種生態工程的技術具有投資少、見效快、處理量大、不造成二次污染等優點。
2、 矸石山的生物復墾和微生物復墾
矸石山的生物復墾和微生物復墾技術也在廣泛應用。生物復墾是利用生物措施,恢復土壤肥力與生物生產能力的活動.它是實現廢棄土地農業復墾的關鍵環節,主要內容為土壤改良和植被品種篩選。微生物復墾是利用微生物活化藥劑或微生物與有機物的混合劑對復墾后的貧瘠土地進行熟化和改良,恢復土壤的肥力和活性。采用微生物復墾是在矸石墊層上不覆蓋生長土,僅加適量微生物活化劑,只在短期(6個月)內就可以建立起穩固的植物覆蓋層,使所造地恢復種植能力,第2年可種植農作物,3~5年即能完全達到高產農田的肥力,且對種植品種沒有限制。這種技術具有費用低、效率高、效益好等優點。
3、 生態工程技術在處理矸石環境影響中的應用
生態工程處理固體廢物,首先采用適當的防滲材料和阻斷材料,將處理物與周圍的環境有一個物理性質的隔離。然后在被圍隔起來的固體廢物堆上。蓋上一層土,并在土層上重新進行以植被為主體的人工生態系統的建設,同時輔以一定的景觀建筑。把廢物場地改造成為宜人的公園、游樂場或農田。這種生態工程的技術具有投資少、見效快、處理量大、不造成二次污染等優點。由于恢復后的土地具有更大的利用價值。因此還可獲得長遠的經濟效益.是一種更具有改造環境積極意義的固體廢物處理技術。土地的復墾程序,包括了對粉塵的控制、防止表土流失、加強壩基安全、減少重金屬污染物的徑流量、綠化廢物場地加速自然轉變過程等.都是對采用生態工程技術的一些具體目標的要求。澳大利亞西部地區的一些礦區,采用深挖法技術進行復墾.要求采空區必須恢復到能夠保證建立起一個適于該地區野生動物返回聲息和防止水源鹽堿化的生態系統的目標。加拿大的許多礦業公司,對于在含有硫化鐵和其他硫化物的尾礦進行植被工程時,采用了就像已在農業上采用的石灰石、污泥、肥料等各種調整劑的方法,對具有硫化物的尾礦直接進行調整,使植被工程可以在沒有鋪設表土層的尾礦堆上直接進行播種,并且建立起了持久性的植被生態工程,簡便效果又好。
參考文獻
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