3.2.4土壤环境中有机污染物的迁移转化在线视频

同学们大家好

下面我们一块来探讨土壤环境中有机污染物的迁移转化

我们先来看有机污染物在土壤中的存在状态

包括水溶态

吸附态

气态

这也是一般物质在土壤中存在的三种状态

除此之外

有机污染物在土壤中还可能以第四相

也就是我们说的非水相液体又称为

自由态的形式而存在

有机污染物进入土壤之后

可能会污染土壤地下水系统

其要经历三个阶段

即通过包气带的渗漏

由包气带向饱水带扩散

进入饱水带

从而最终污染地下水

有机污染物在土壤中可能发生吸附/解吸

挥发、渗滤

生物降解

非生物降解等过程

这些过程往往同时发生，相互作用

有时难以区分并受许多因素的影响

一般来说土壤对外源人工合成化学物质均

具有自净能力

使污染物的毒性降低

但是不同结构的化学物质在土壤中的

降解历程却有很大差异

一些有机物在土壤中还可能出现特异性反应

生成比母体化合物毒性更大的产物和

具有一定潜在危险性的转化产物

我们来看土壤中有机污染物的迁移转化及其影响因素

其迁移转化的影响因素主要包括三个方面

即有机污染物的特性

土壤特性以及土壤环境条件

具体包括污染物的化学活性、水溶解度

蒸汽压、吸附特性

光稳定性

生物可降解性的高低

土壤特性中包括土壤类型

有机质含量

含水量

土壤结构

pH值

微生物群落、氧化还原能力

离子交换能力等

而环境条件则包括温度

日照、降雨

空气流动

灌溉和耕作方式等

这些不同方面的影响因素

最终会影响土壤中有机污染物的环境行为

包括吸附/解吸

挥发、渗滤

生物吸收富集

生物降解和非生物降解等

这一部分是土壤环境中

有机污染物迁移转化的总体

表现形式

下面我们先来看有机污染物在土壤中

迁移的一个重要方式

也就是挥发，有机污染物在土壤中的挥发作用

是指该物质以分子扩散的形式

从土壤中逸入大气的现象

挥发作用的大小

与有机污染物的性质及环境条件有关

另外淋溶或渗滤也是有机污染物在

土壤中重要的迁移方式

降雨、灌溉等水的淋溶会使有机污染物

在土壤环境中产生水平迁移

或向下层渗滤

有些甚至会污染地下含水层

另外一种是质体流动

我们前面讲过质体流动是

有机非水相液体特有的迁移方式

土壤开挖、施工等修复过程中

会造成农药、多环芳烃等有机污染物

暴露于环境中

可能会造成快速的二次挥发和迁移

成为NAPLs类污染场地

或者土壤中重要的污染方式

我们要注意有机污染物在土壤迁移过程中

以水为介质的迁移过程非常重要

它包括两种方式

一种是溶于水

以土壤溶质的形式进行迁移

另外一种是吸附于土壤固体颗粒上

随之进行机械迁移

下面我们再来看有机污染物在土壤中的转化

有机物在土壤中的转化

包括非生物降解和生物降解两大类

其中非生物降解主要指化学水解和光解等

而生物降解则是指通过生物作用

将有机污染物转化为其它物质的过程

有机污染物在土壤中的降解方式

与其自身结构、理化性质以及环境条件都有关系

首先我们来看水解

水解是有机污染物

在土壤中重要的一种转化途径

水解的过程是指有机污染物与水

反应形成有机酸的过程

总体而言

水解作用会改变有机污染物的结构

一般情况下水解会导致产物毒性降低

但是有些化合物如2,4-D酯类的水解作用

会生成毒性更大的2,4-D酸

我们再来看光解

有机污染物在土壤表面的光解是指

吸附于土壤表层的污染物分子

在光的作用下将光能直接或间接转移到分子键

使分子变为激发态

而裂解或转化的现象，是有机污染物在

土壤环境中消失的重要途径

我们来看光解的影响因素，包括以下

几个方面

土壤质地

土壤团粒、

微团粒结构会影响光子在土壤中的

穿透能力和有机污染物分子在土壤中的

扩散移动性

土壤水分，潮湿的表面土壤在

光照条件下容易形成大量的自由基

如过氧基、羟基、过氧化物和单重态氧

可加速农药等有机污染物的降解

另外水分增加

能增强农药等有机污染物在土壤中的移动性

有利于农药的光解

土层厚度

由于土壤颗粒的屏蔽

使到达土壤下层的光子数急剧减少

因而土壤中有机污染物的光解通常只

局限在土表1mm范围内

这也制约了光解在实际污染土壤中

有机污染物的降解过程和效率

土壤矿物组分，土壤黏粒矿物具有相对

较高的表面积和电荷密度

能通过催化光解作用

使所吸附的有机污染物失去活性

共存物质，其他物质的猝灭

包括土壤色素

紫外吸收物质等

以及像胡敏酸

富啡酸等敏化物质

都会对土壤中有机污染物的光解产生影响

下面我们再来看

有机污染物在土壤中的生物降解

生物降解就是通过生物作用

将有机污染物分解为小分子化合物的过程

参与降解的生物类型多种多样

包括微生物

高等植物和动物

其中微生物降解是有机污染物在土壤中

转化的重要途径

微生物具有氧化还原作用

脱羧、脱氮、水解作用

还包括脱水等各种生物化学作用

对能量的利用要比高等生物更为有效

微生物具有高速繁殖和遗传变异的特性

其酶体系能够以最快的速度适应外界环境

和污染强度的变化

对于一些人工合成的有机污染物

由于自然界中没有其降解的生物，微生物

可以比高等植物和动物

具有更强的变异性和适应潜力

可通过驯化培养和筛选有机污染物

降解功能微生物

因此微生物是有机污染物生物降解的

第一要素

下面我们来看微生物代谢有机物的方式

在微生物降解烃类和农药

等有机污染物的过程中

微生物生物的共代谢降解方式起着

重要的作用

共代谢的特点及其方式

我们将放在多环芳烃在土壤中的转化

来进行详细的阐述

下面我们来看微生物代谢有机物的途径

首先是氧化

氧化是微生物降解有机污染物的重要酶促

反应过程

包括羟基化、脱烃基

β氧化、脱羧基

醚键断裂、环氧化、氧化偶联、芳环或杂环开裂等

还原

如有机氯农药的生物降解中常常发生

还原性脱氯反应

微生物的还原反应

还常常使带有硝基的有机化合物还原成

氨基衍生物

水解：在氨基甲酸酯

有机磷和苯酰胺

等一类具有醚、酯或酰胺键的农药中

水解是常见的代谢途径

水解酶是有机污染物生物降解中最有

实用前景的酶类

另外还有合成反应

生物降解过程中合成反应可以分为

缩合和接合两类，土壤中有机污染物的

实际降解过程

通常至少有两个或多个作用的组合，如涕灭威

在土壤中可同时发生氧化、裂解和水解等作用

我们再来看影响生物降解的环境因素

包括土壤类型和性质，农药等有机污染物

在不同土壤中的降解特性是由土壤

所有特性影响的最终结果

土壤水分和温度

土壤水分对有机污染物降解的影响

会因有机污染物的种类

如农药的品种而异

湿度对农药降解的影响程度也因农药

品种有所差别

一般来说温度升高能够提高农药等

有机污染物的降解速度

另外我们要特别关注老化作用

对有机污染物生物降解的影响

有机污染物进入土壤后

随着时间的推移将产生老化现象

使其与土壤组分的结合更为牢固

从而降低生物可利用性

使其矿化率明显减少

下面我们来看一个具体的例子

这是老化和细菌的细胞密度

对灭菌土壤中菲降解的影响

我们看不管是对于细胞密度

从10的6次方到10的9次方

浓度的反应土壤体系中

其矿化速率均表现出来

新鲜样品的矿化速率要高

而老化样品的降解

或者说有机污染物菲的矿化速率或者

效率都是最低的

因此在实际有机污染土壤的修复中

要考虑老化

对于有机污染物在土壤中转化以及

降解效率的影响

同样我们扩展开来

大家还要注意重金属在土壤中也有

一定的老化现象

这对于我们做配土

比方说重金属或者有机污染物

或者是复合污染物的配土试验中

大家特别注意要留出老化时间

这一部分的内容就到这里

谢谢大家