[科普中国]-土壤净化

原理

土壤净化功能是利用其内部的各种机制对进入土壤中的污染物质作用，在一定程度上减轻或消除土壤环境污染的能力。和肥力功能一样，土壤净化功能的物质基础仍然是土壤的“三相”组成，其中，以固相成分最为重要。土壤的固相是土壤中最活跃的部分，它包括无机矿粒、有机腐殖质、有机无机复合胶体、土壤酶和土壤微生物等，这些成分通过一系列相互交织的复杂过程共同对污染物起作用，使土壤成为一个巨大的“污染处理场”。土壤的净化过程既包括物理、化学和生物的作用，又包括物理化学和生物化学的作用，即有土壤的过滤、截留、渗透、物理吸附、化学吸附、化学分解、中和、发挥、生物氧化，以及微生物及植物的摄取等过程。1

土壤净化作用土壤具有净化功能，这是由于土壤在环境中起着三方面的作用：

1）由于土壤中含有各种各样的微生物与土壤动物，对外界进入土壤的各种物质都能分解转化。

2）由于土壤中存在有复杂的土壤有机胶体与土壤无机胶体体系，通过吸附、解吸、代换等过程，对外界进入土壤中的各种物质起着“蓄积作用”，使污染发生形态变化。

3）土壤是绿色植物生长的基地，通过植物的吸收作用，土壤中的污染物质发生迁移转化的作用。

因此，某些性质不同的污染物在土体中可通过挥发、扩散、分解等作用，逐步降低污染物浓度，减少毒性或被分解成无害的物质；经沉淀、胶体吸附等作用可使污染物发生形态变化，或通过生物降解与化学降解，污染物变为毒性较小或无毒性, 甚至有营养的物质。有些污染物在土体中还会被分解气化，迁移至大气中。这些现象，从广义上都可理解为土壤的净化过程。只要污染物浓度未超过土壤的自净容量，就不会造成污染。

综上所述可以看出，在土壤中污染物的累积与净化是同时进行的，是两种相反的作用的对立统—过程，两者处于—定的相对平衡状态。

土壤功能土壤在生态、经济、社会和文化功能上具有至关重要的作用。土壤功能的鉴别虽起源于林学，但土壤功能的分类与评价得到了土壤学界的不断关注。随着人类与环境和谐发展理念的不断深入，人们对土壤功能的认识，也从最初的生产功能，扩展到今天的土壤可以作为缓冲过滤转化媒介、人类和动植物的栖息地与基因库、自然景观和文化遗产档案等方面。2

生产功能生产功能主要指土壤作为农业和园艺用地的适宜性，为人类生存提供粮食和其他农业产品，如粮食生产、蔬菜生产、果品生产与鱼类生产等。

土壤的生产功能对农作物的物质生产力发挥着极其重要的作用，生产功能的好坏取决于每个地点的土壤条件。这些主要取决于土壤的肥力水平，即土壤能够供应和协调植物生长发育所必须的水分、养分、空气、热量以及其他生活条件的能力，它直接影响作物的生命活动，决定作物的产量和质量，形成土壤生产功能的质量差异。反映土壤生产功能的指标有：有效土层厚度、土体构型、土壤表层质地、土壤含水量、土壤容量、阳离子代换量、有机质含量、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、pH值、地下水埋深、障碍层厚度等。3

缓冲与过滤土壤的缓冲性：广义上土壤的缓冲性指当外界水分、温度、时间变化时，土壤抵御其组分及外源物浓（活）度变化的能力，并且研究土壤对污染元素及养分元素的缓冲性尤其具有理论和现实意义，狭义土壤的缓冲性指土壤对酸、碱的抵御能力。

土壤的过滤功能：这里指的是土壤对进入土体污染物的净化能力，主要表现为单一土体 的渗透性、重金属绑定能力、养分和污染物绑定能力和土壤到达地下水位的过滤距离。

由于土壤的缓冲和过滤功能难以严格区分，所以将其作为一个完整的功能来描述。

土壤的缓冲和过滤性质表现了土壤对物质的物理化学吸附和反应能力，这种能力主要取决于不同土壤的物理、化学和生物性质。土壤对不同的物质也有着不同的缓冲和过滤作用，如植物养分、有机化合物、酸性或重金属。反映这一功能的相关指标包括：土壤的渗透系数、容重、孔隙度、剖面构型、有机质含量、pH值、Eh、电导率、阳离子代换量、粘土矿物类型、碳酸物含量、微生物含量、酶活性和地下水埋深、土壤的环境容量等。3

栖息地功能土壤的栖息地功能指为生活在土壤及其表面拥有独特基因的各种生物体提供栖息地的功能。土壤的栖息地与基因库通常具有地带性，由于人类的某些活动使土壤遭到挖损、倾倒和移动，以及地下水位降低和土壤质量降低，会使某些特殊植被失去了他们的栖息地。因此，尽可能少的人为干预，就会有较高的近自然态和稀有度，这些对各种生物体的栖息地功能来说都十分重要的。同时土壤中各种微生物的种类与数量、酶活性，以及反映生物体生长环境条件的pH值、土温、土壤的通气性等，都是反映土壤栖息地与基因库功能的重要指标。3

历史档案记录土壤是人类活动的平台，同时是自然景观和文化遗产的重要组成部分，为考古学、地质学的研究提供了珍贵的档案资料。土壤类型的发展取决于各自的环境条件（岩石、气候、时间），如果土壤结构没有收到人为毁坏的话，那么它的剖面就可以反映不同时期土地景观的历史情况；档案记录功能需要有特定的自然地域空间，保存在土壤中的记载着人类发展文明史的文物，以及保留至今的历史遗迹，都是非常珍贵的历史档案。土体的稀有性是历史档案记录功能的一个重要指标，此外空间的特殊性作为土体的另一个指标，取决于它们的地形状况。3

土壤净化法土壤净化法是一种利用以土壤圈为栖息场所的土壤生物氧化分解有机物（有时也分解氨、硫化氢等无机物）的机能的处理方法。因此，除了含有重金属等物的工业排出物外，其处理对象范围很广，不仅有污水，还有污泥、恶臭、过剩的地表流出雨水等，在各方面都成功地获得了用以往的方法难以达到的效果。4

特点1、包括人类在内的陆地上的一切生物，皆以只有进入土壤圈所具有的各种机能生产的物质和能量的供流，才能保持真正协调的生命活动这种想法为基础。

2、尽量设法不对自然进行加工，就通过有效地组合原有自然力，创造新的生产力。要力求利用当地的自然地理环境的材料，而切忌利用不能对自然驯化的素材。

3、土壤科学知识固然要充分利用，但却不要采用那种认为专门知识独好，而排斥其它知识的做法。要力求经常把专门知识融汇到综合知识中去，加以利用。

4、不要产生只偏重于特别部分，来谋求机能高效化的想法，不如多加关注土壤圈内的生态活性化和稳定化。

5、能使本法具体化的特殊净化槽，经建设大臣审批，已在全国采用，正常运转，发挥作用。从原理上来看，是与自然界的物质和能量循环相接近的处理方法。4

方法1、将污水、恶臭、雨水等对象物导入土壤圈中，加以处理

（1）毛管浸润深槽法

（2）毛管过滤式尿化槽法

（3）土壤式脱臭装置法

（4）雨水深槽法

2、通过砂砾层做媒介，使污水和土壤圈的一部分接触，来提高净化作用的效果，同时，靠被复土壤层来达到脱臭作用

（1）土壤沉淀法

（2）土壤接触曝气槽法

（3）土壤式接触过滤槽法

（4）土壤式污泥浓缩法等4

应用去除有机物进入土壤中的有机物既包括可生物降解的有机物，如BOD部分，又包括难分解的痕量有机物和易挥发的有机污染物。

任何种类的污水土地处理系统都能极为有效地去除BOD，去除机制包括过滤、吸附和生物氧化过程。在SR（污水慢速渗滤法）和RI（污水快速渗滤法）系统中，这些过程主要发生在微生物活性最高的表层土壤或接近表层的土壤系统中。SR和RI系统要间歇地、周期性施用方法处理污水，使土壤恢复好气状态，以利于生物氧化的进行。OF（漫流法）系统去除BOD所进行的过滤、吸附和生物氧化反应实质上完全在土壤表面进行。当施入OF系统的污水呈薄层状流下坡地时，污水中细粒状的物质即沉淀出来，这是去除BOD的一种重要方式，坡地上的微生物及其所形成的粘液对BOD的最终去除起了首要作用。

痕量有机物施入土地处理系统后，可在土地中累积和残留，或进入供水系统与食物链，因此，必须引起高度重视。痕量有机物在污水土地处理系统中的去除，是挥发、光分解、吸附和生物降解过程共同的作用。1

土壤脱臭法恶臭在通过土壤层的中途，被土壤水膜的表面吸收，存在于土中的特殊无机营养细菌将其氧化。如为氮，则将其变成硝酸；如为硫化氢，则将其变为硫酸。这样一来，恶臭便消失，而生成的硝酸以后便被降雨冲走。土壤脱臭的原理主要是物理法则，而就土壤中空气流动来说，通过土壤颗粒的气流一般是缓慢的粘性气流，故其流动方式遵循“达尔西”法则。4

除去病原体与污水处理系统有关的病原体包括细菌、寄生虫和病毒，这些病原体可能会进入地下水，也可能造成作物内部或外部污染再进入牲畜体内，并可通过气溶胶或地表径流传播到土地处理场之外，因而必须引起人们的足够重视。

病原体在污水土地处理系统中的去除是通过吸附、干燥、辐射、过滤及吞噬等途径或将其暴露于不利条件下完成的。SR系统去除病原体最为有效，可使粪便中的大肠杆菌浓度降低大约5个数量级；RI系统一般可降低2-3个数量级；OF系统可去除污水中大约95%的粪便大肠杆菌。1