土壤环境污染源主要由人类活动引起,根据污染源的性质将其划分为工业污染源、农业污染源、生物污染源、交通污染源、放射性污染源和生活污染源。
由于污染物复杂、污染源多样,土壤结构特殊,土壤污染机制复杂,发生类型多样,而且表现特征也很突出,因此,具有多种类型的土壤污染。
根据污染物划分,土壤环境污染可以划分为有机物污染、重金属污染、放射性元素污染以及病原微生物污染。重金属一般通过水体和大气的沉降进入土壤中,工业“三废”是重金属的重要来源,重金属主要有汞、镉、铜、锌、鉻、镍、钴等。重金属不能被微生物分解,而且可为生物富集,因此,土壤一旦被重金属污染则其自然净化过程和人工治理都非常困难。此外,重金属可以被生物富集,因而对人类有较大的潜在危害。重金属污染目前已经成为土壤污染研究的一个热点问题。
根据污染途径划分,土壤环境污染可以划分为水体污染型、大气污染型、农业污染型以及固体废弃物污染型。固体废弃物通常是指生产和生活中丢弃的固体和泥状物质,包括工业废渣、城市垃圾、从废水和废气中分离出来的固体颗粒物等。堆放在土壤表面大量固体废弃物中的污染物会随雨水淋滤进入土壤造成污染。固体废弃物中含有重金属、有毒化学物质 油类 细菌等,固体废弃物污染的特点是,以污染物堆放地或填埋地为中心放射性向周围扩散的点源污染。
土壤环境污染具有以下两点危害:
(一)土壤污染对农业的危害
土壤是农业最重要的生产资料,是人类的食物来源。农田污染直接影响植物生长和人类健康与生存质量,所以农田污染历来是人们比较关注的一种土壤污染。
污染物浓度达到一定水平时农作物就会遭受灾害,导致农作物大量减产甚至死亡。例如,铜等重金属被植物吸收后集中后在植物的根部,很少向植物地上部分转移,致使植物根部重金属浓度过高,植物还没有成熟就已经被毒害 枯萎甚至死亡。
如果污染物在农作物收获时仍然在植物可以忍受的限度之内,植物仍然可以成熟,但是植物的细胞 组织或某一器官已经遭到毒害。这样的农作物被食用后,会直接对人体产生毒害。
(二)土壤环境污染与人类健康
土壤环境污染一旦形成,对人类健康就会产生很大的影响。一方面,土壤中有机污染物分解时可能会产生使人感官极为不愉快的恶臭气体,而且有些有机物降解时会产生危害动植物和人类的有毒气体;另一方面,土壤中的重金属和某些有机物也可以在植物体内富集,通过食物链影响动物和人类健康。
金属元素在自然界是广泛存在的,金属对生物和人类的生存尤为重要。例如,铁元素是合成血红蛋白的必要元素,血液中铁的浓度过低会导致缺铁性贫血。锌元素能增强食欲,促进生长发育,具有重要的生理功能,增强创伤组织的再生能力,加速组织愈合等作用。人体缺锌,将引起锌酸活力减退而产生营养不良,嗅觉、味觉丧失,视力下降,贫血、肝脾肿大、生殖器官发育不全等症,还可以引起心血管疾病。
金属元素是人类祖先最早利用的元素之一,但是由于古代的冶金规模较小,很少造成大面积的重金属污染。随着人类采矿、冶炼技术、现代工业的发展,重金属污染已经成为很严重而且极难治理的污染之一。早在20世纪50年代前后出现的"八大公害"事件中,日本九州的水俣病、富山的骨痛病、四日的呼吸道疾病等都是由重金属污染所导致。
在土壤环境中,重金属污染源主要来自矿业、工业、农业和交通等方面:
(一)矿业污染源:在重金属矿山开采过程中,尾矿未加处理或者处理不当都会使土壤环境遭受重金属污染,洗矿用水如果未经处理直接排放也会造成土壤环境重金属污染,此外矿山开采的粉尘随大气沉降也会造成土壤重金属污染。矿业污染源的特点是,以矿山开采点为起点沿矿石运输方向、水流下游方向及下风向分布,污染面积较大。
(二)工业污染源:一般来说,工业中各个行业都会有重金属废料排放,其中冶炼业、电镀业、加工业、化学工业以及其他大量使用金属作为原材料或生产资料的行业都是重金属污染比较严重的行业。工业污染源的主要特点是,污染排放浓度较高、成分复杂、难于治理,大部分工业污染源排放的污染物都可以直接影响到周围居民,“三废”的处理不当均可以进入土壤环境造成污染事故。
(三)农业污染源:农业污染源中的重金属污染主要来自农药和化肥以及污水灌溉。农药和化肥中会含有少量的重金属,随着农药和化肥的施用进入农田土壤环境;用含重金属的污水灌溉农田也会导致土壤重金属污染。污染物危害农作物生长,影响产量。富集重金属的农作物进入食物链则会影响人类健康。农业污染源的主要特点是,污染的主要土壤环境是农田,农田周边的土壤也会受到影响,对人类健康有着直接的影响。
(四)交通污染源:交通污染源是指交通运输中,尤其是汽车运输中所排出的尾气中含有重金属,导致周边土壤环境受到重金属污染。汽车使用的汽油中一般含有重金属铅,随尾气的排放,会在公路两侧造成铅污染。交通污染的特点是:沿公路两侧分布,主要污染物是铅。
在土壤环境中,重金属污染特点可以分为两个部分,一是土壤环境中重金属自身的特点;二是区别与水体和大气等介质中的特点:
(一)形态变化较为复杂;(二)有机态比无机态的毒性大;(三)毒性与价态和化合物的种类有关;(四)环境中的迁移转化形式多样化;(五)生物毒性效应的浓度较低;(六)在生物体内积累和富集;(七)在土壤环境中不易被察觉;(八)在环境中不会降解和消除;(九)在人体中呈现慢性毒性过程;(十)土壤环境分布呈现区域性。
常见的有害重金属元素污染有汞污染、镉污染、铅污染、鉻污染等。
重金属是对生态环境危害极大的一类污染物。重金属在土壤中的残留时间长,植物或微生物很难降解,且重金属在作物的可食部位过量积累后易于通过食物链传递给人或动物,给人类健康带来严重危害。如何消除土壤环境中的重金属污染物已成为国际性难题。目前,重金属污染修复技术主要有物理、化学和生物治理方法,但这些方法绝大部分尚处于试验模拟阶段。
适合重金属污染的物力修复方法主要有:改土法、清洗法、电动修复法、热处理法等。这些方法适用于治理面积小、污染较轻的土壤,而对于污染面积较大、污染严重的土壤需要消耗大量的人力和财力,并且容易导致土壤结构破坏、土壤肥力下降和二次污染。
适合重金属污染的化学修复方法主要有:氧化还原电位法、化学试剂法、固化/稳定化法等。这些方法费用适中,适于中度污染区的改良,但如若处理不当,会造成二次污染。
植物修复技术是近年来快速发展的一种新的治理途径,具有经济、绿色、环保等优势,常常被称为绿色修复。植物修复通常是指利用重金属超积累植物吸收污染土壤中重金属的技术。
重金属污染土壤的微生物修复研究和应用较少报道,仅在近几年才引起人们的广泛重视。重金属污染土壤的微生物修复主要有生物吸附和生物氧化还原方法,前者是重金属被生物体吸附的处置方法,后者则是利用微生物改变重金属离子的氧化还原状态以降低环境和水体中的重金属水平的方法。