污染物的环境行为及控制

21 世纪以来，环境问题成为了科学家和公众关注的重大社会问题。随着社会进步和经济发展，人类利用和改造自然的能力也在加强，同时导致大量资源的消耗，水、土壤、气体废弃物的排放增多，从而使自然环境遭受到前所未有的破坏。目前，人类面临的由人类生产和生活产生的突出环境问题，包括酸雨、温室效应与臭氧层破坏、土地荒漠化和土地沙化，以及工农业生产造成的大气、水、土壤环境污染和恶化等。针对这些环境问题，本人一直在思考如何为解决某一环境问题做出相应的贡献。近几年，抗生素等药物广泛用于预防和治疗人类的传染疾病，由于其大量使用使其不可避免地进入环境中。而随着工农业的快速发展，其他污染物如多环芳烃、内分泌干扰物、农药、重金属等也大量进入地表水、地下水、土壤、沉积物等环境介质中，这些污染物在环境中引起了全球性的污染问题。很多研究已经证明这些污染物对动植物、人体有毒性。比如抗生素滥用所导致的抗药细菌的出现，使得大量抗生素药物在临床治疗中失效，极大地威胁人类的健康。这些污染物对人类和其他动植物产生危害，所以其潜在的环境风险得到大家的关注。进入水体、土壤等环境中的污染物可以和环境介质发生强相互作用，所以其环境行为和风险控制引起了科学家和公众的特别关注。因此，本书主要总结水体、大气、土壤等环境介质中污染物的环境行为，根据环境行为预测污染物的环境风险，并且针对不同环境介质中的污染物，提炼相应的污染控制方法及技术。

目前，我国政府十分重视环境保护，强调在国民经济发展的同时，也要合理开发和利用自然资源，对于生态破坏的现象及恶化趋势绝不能掉以轻心。习近平总书记强调“我们对待耕地要像对待大熊猫一样进行保护”，可见，土壤的宝贵程度可以等同于大熊猫，我们国家提出对土壤污染进行宣战，而土壤污染和水、大气污染息息相关，所以在研究土壤污染时要同时考虑水、大气污染。在综合考虑国家政策和实际的环境污染问题后，本书的主旨是从水、大气和土壤等环境介质中污染物的环境行为出发，关注环境科学与环境地球化学领域污染物的类型、污染现状、特点、来源、危害等内容，根据这些内容提出水、大气和土壤中不同污染物的控制方法和技术。撰写本书的目的是让使用该书的人员根据环境问题的实质和根源，把握各类环境介质中污染物的环境行为和风险，理论联系实际，真正掌握污染物控制的方法和技术。

本人本科和博士阶段学习的主要内容是水污染控制、大气污染控制以及土壤污染控制技术和方法。博士和博士后研究阶段，从污染物（重点关注重金属、持久性有机污染物、药物及个人护理用品、工程纳米材料等）的环境归趋行为研究入手，针对土壤修复、土壤改良中的关键科学问题展开基础性研究，以环境土壤科学为依托，系统探讨影响污染物在土壤环境中行为的环境因素，包括土壤各组分的独立作用和协同作用、环境中纳米级颗粒的存在形态等。通过10 多年的学习和积累，在污染物的环境行为及控制方面有很多思考和感触，并取得较好的研究成果，在环境土壤科学领域有一定的影响力。为了反映当前环境地球化学与环境科学的发展水平，展示污染物的环境行为及控制方法，与其他多年从事环境科学、环境地球化学等教学及科研的教授和老师探讨后编写本书。在确定本书的编写大纲前，对环境污染物的环境行为及控制在环境科学以及环境地球化学中的地位，及其在培养该领域的专门人才中的作用做了调研和总结工作。在熟练掌握水、大气、土壤等环境中污染物的环境行为及污染物控制技术和方法等的背景下编著了该书。

在本书编写过程中，本人注意吸取国内外有关专著和教材的优点，并参考了近几年的相关文献。在本书编写过程中，感谢学院领导和其他老师的关心和支持，特别是昆明理工大学环境科学与工程学院的潘波教授、吴敏教授的鼓励和帮助，在此表示衷心的感谢。此外，昆明理工大学城市学院高鹏，农业与食品学院杨东、牛一帆、任欣等研究生在本书编排工作上给予了很大的帮助和支持，在此一并致谢。

限于目前的学识和视野，文中疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

彭红波

本书主要介绍了环境中主要污染物的类型和分类、污染物的吸附行为、污染物的降解行为、污染物的迁移转化、污染物的生物地球化学循环、大气中污染物的控制、水体中污染物的控制、土壤中污染物的控制、固体废物污染及控制、噪声污染及控制和辐射污染及防护等内容。内容涉及各种环境行为的过程、机理及影响因素的介绍及有关典型案例的分享等,重点介绍了有机污染物、重金属等污染物的环境行为。

本书不仅可供从事环境保护和环境污染控制技术相关专业的工程技术人员、科研人员、设计人员和管理人员阅读,也可供高等学校环境科学、环境工程、化学工程等相关专业的师生参考。

彭红波，昆明理工大学现代农业工程学院，专任教师、讲师，彭红波，女，硕士生导师。2014年6月获得昆明理工大学环境工程专业博士学位，于2014年11月开始在昆明理工大学冶金工程专业从事博士后研究工作，2015年11月-2017年11月在美国麻省大学从事博士后研究工作。2017年回国后，以昆明理工大学高层次人才引进到现代农业工程学院工作。

参与研究工作以来，一直从事环境地球化学和有机污染化学等交叉学科的研究，对各类污染物在环境中的迁移转化机理进行了系统的研究，重点探讨了纳米材料、无机矿物、有机-无机复合体、生物炭、土壤等固体颗粒与污染物（有机污染物、重金属等）的相互作用，考察了污染物、工程纳米材料等的环境行为和环境风险，并探索污染物的控制与处置过程、生物炭对污染土壤的改良与修复等科学问题。到目前为止，在该领域在Journal of Hazardous Materials（影响因子6.4）、Environmental Pollution（影响因子4.3）、Chemosphere（影响因子4.4）等国际杂志上发表SCI论文17篇。主持和参与多个国家自然科学基金面上项目、青年基金项目，以及“博士后国际交流计划派出项目” 、“云南省博士后定向培养资助经费项目”、中国博士后基金57批面上项目等，目前主要主持的是昆明理工大学高层次人才引进项目（80万）和2018年国家青年科学基金项目（24万）。

第1 章　绪论 1

　1.1　环境地球化学及环境科学概述 1

　　1.1.1　环境地球化学的研究对象、内容及现状 1

　　1.1.2　环境科学的研究内容 4

　1.2　环境污染的概述 5

　　1.2.1　环境中主要污染物的类型 5

　　1.2.2　污染物的控制方法和处理措施 6

第2 章　污染物的吸附行为 10

　2.1　污染物的危害 10

　2.2　污染物的吸附 11

　　2.2.1　吸附的基本概念和吸附机理 11

　　2.2.2　影响吸附的因素 15

　　2.2.3　抗生素的吸附研究 21

　2.3　污染物在碳纳米颗粒上的吸附 24

　　2.3.1　纳米技术的发展及应用 24

　　2.3.2　碳纳米颗粒的环境风险 24

　　2.3.3　典型污染物——抗生素在碳纳米管上的吸附机理研究 26

　　2.3.4　污染物在碳纳米管上吸附的影响因素 34

　2.4　污染物在生物炭上的吸附 40

　　2.4.1　生物质的来源 40

　　2.4.2　生物炭的定义及制备 41

　　2.4.3　生物炭的物理、化学性质 41

　　2.4.4　污染物在生物炭上的吸附机理 43

　2.5　污染物在有机-无机复合体上的吸附 54

　　2.5.1　土壤有机质（SOM） 54

　　2.5.2　无机矿物的性质 59

　　2.5.3　有机-无机复合体的制备和表征 61

　　2.5.4　有机质和无机矿物的相互作用过程 63

　　2.5.5　有机污染物在有机-无机复合体上的作用机理 64

　2.6　污染物在土壤中的吸附 73

　　2.6.1　土壤的组成及类型 73

　　2.6.2　土壤的性质 75

　　2.6.3　影响有机污染物在土壤中吸附的因素 76

　　2.6.4　典型土壤对有机污染物的吸附机理研究 78

第3 章　污染物的降解行为 80

　3.1　污染物降解的基本概念和降解类型 80

　3.2　污染物的几种典型降解过程及机理 80

　　3.2.1　污染物的化学降解 80

　　3.2.2　污染物的光降解 84

　　3.2.3　污染物的微生物降解 87

　　3.2.4　污染物的其他类降解 90

　3.3　影响污染物降解的因素 91

　　3.3.1　自然条件的影响 91

　　3.3.2　污染物性质的影响 93

　　3.3.3　其他因素的影响 94

第4 章　污染物的迁移转化 96

　4.1　污染物迁移和转化的概念 96

　　4.1.1　污染物的迁移 96

　　4.1.2　污染物的转化 96

　4.2　污染物迁移和转化的类型 97

　　4.2.1　污染物迁移的类型 97

　　4.2.2　污染物转化的类型 98

　4.3　污染物迁移转化的过程和途径 99

　　4.3.1　有机污染物的迁移转化 99

　　4.3.2　重金属的迁移转化 103

　　4.3.3　其他污染物的迁移转化 109

　4.4　影响污染物迁移转化的因素 112

　　4.4.1　影响大气污染物迁移转化的因素 112

　　4.4.2　影响水环境中污染物迁移转化的因素 114

　　4.4.3　影响土壤环境中污染物迁移转化的因素 116

第5 章　污染物的生物地球化学循环 118

　5.1　污染物的生物地球化学循环过程及机理 118

　　5.1.1　污染物生物地球化学循环的基本概念 118

　　5.1.2　污染物的循环过程 119

　　5.1.3　污染物的循环机理 127

　5.2　污染物在生物体内的转运和转化 131

　　5.2.1　污染物的生物转运概念及转运方式 131

　　5.2.2　污染物在生物体内的吸收 138

　　5.2.3　污染物在生物体内的转化 141

　　5.2.4　影响污染物在生物体内转运和转化的因素 149

　5.3　污染物在生物体内的累积-放大 150

　　5.3.1　生物富集与生物积累 150

　　5.3.2　生物放大 151

　5.4　生物对污染物在环境行为中的影响 152

　　5.4.1　环境中的病原微生物/ 152

　　5.4.2　金属的生物转化/ 153

第6 章　大气中污染物的控制 157

　6.1　大气污染 157

　　6.1.1　大气污染概况 157

　　6.1.2　主要污染物的性质和危害 159

　6.2　大气中主要污染物的控制 164

　　6.2.1　大气污染物的污染现状 164

　　6.2.2　主要生产工艺及污染物分类 166

　　6.2.3　大气污染的防治方法 171

　　6.2.4　采取的大气污染控制主要措施 173

　6.3　大气污染物的处理方法及存在的问题 175

　　6.3.1　大气污染物的处理技术和方法 175

　　6.3.2　各方法主要存在的问题 185

　　6.3.3　国内外大气污染处理方法对比 186

　　6.3.4　处理大气污染物的案例 189

第7 章　水体中污染物的控制 194

　7.1　水体污染 194

　　7.1.1　水体污染概况 194

　　7.1.2　水体污染物的危害 198

　7.2　水体中主要污染物的控制 203

　　7.2.1　水体污染物的概况 203

　　7.2.2　水体污染物的来源 205

　　7.2.3　水体污染物的防治方法 207

　　7.2.4　水体污染跨界治理难点 209

　　7.2.5　国外处理跨界水体污染的方法经验 210

　7.3　水体污染物的处理方法 213

　　7.3.1　水体污染物处理的技术和方法 213

　　7.3.2　处理水体污染物的案例 215

第8 章　土壤中污染物的控制 218

　8.1　土壤污染 218

　　8.1.1　土壤污染概况 218

　　8.1.2　土壤污染的危害 223

　　8.1.3　典型土壤污染物的危害 225

　8.2　土壤中主要污染物的控制 227

　　8.2.1　土壤污染物的污染现状 227

　　8.2.2　土壤污染物的来源 228

　　8.2.3　土壤污染的防治措施 234

　　8.2.4　农田土壤污染的防治措施/ 234

　8.3　土壤污染物的处理方法及存在的问题 237

　　8.3.1　土壤污染物处理技术和方法 237

　　8.3.2　主要存在的问题 253

　　8.3.3　典型的处理土壤污染物的案例 255

第9 章　固体废物污染及控制 258

　9.1　固体废物 258

　　9.1.1　固体废物的定义 258

　　9.1.2　固体废物的来源 258

　　9.1.3　固体废物的分类 259

　9.2　固体废物的危害 261

　　9.2.1　占用土地 262

　　9.2.2　污染土壤 262

　　9.2.3　污染水体 263

　　9.2.4　污染大气 264

　　9.2.5　其他危害 264

　9.3　固体废物污染控制 265

　　9.3.1　农业固体废物控制 265

　　9.3.2　工业固体废物控制 268

　　9.3.3　城市固体废物控制 269

　9.4　固体废物的处理方法及存在问题 270

　　9.4.1　物理处理 271

　　9.4.2　化学处理 271

　　9.4.3　热处理 272

　　9.4.4　固化处理 273

　　9.4.5　生物处理 274

　　9.4.6　其他处理方式 278

　9.5　固体废物管理 280

　　9.5.1　固体废物管理中存在的问题 280

　　9.5.2　提高固体废物管理的有效对策 286

　　9.5.3　固体废物管理展望 287

第10 章　噪声污染及控制 289

　10.1　噪声污染 289

　　10.1.1　噪声污染的定义 289

　　10.1.2　噪声污染源 290

　10.2　噪声污染的危害 293

　　10.2.1　噪声对人类日常生活学习与工作的影响 293

　　10.2.2　噪声会引发人及动物的各种疾病 294

　　10.2.3　其他方面的影响和危害 294

　10.3　控制噪声的主要途径和方法 295

　　10.3.1　噪声控制的主要途径 295

　　10.3.2　噪声控制技术 298

　10.4　噪声污染控制执行标准 301

第11 章　辐射污染及防护 304

　11.1　电磁辐射定义 304

　11.2　电磁辐射来源 305

　11.3　电磁辐射污染 307

　11.4　电磁辐射污染危害 307

　　11.4.1　电磁辐射对人体的危害 307

　　11.4.2　电磁辐射对动植物的危害 310

　　11.4.3　电磁辐射污染对电气设备的危害以及影响正常生产活动 310

　11.5　电磁辐射防护措施 311

　　11.5.1　距离防护 311

　　11.5.2　屏蔽防护 312

　　11.5.3　个体防护 313

　　11.5.4　合理管理 313

参考文献 315

本书主要介绍了环境中主要污染物的类型和分类、污染物的吸附行为、污染物的降解行为、污染物的迁移转化、污染物的生物地球化学循环、大气中污染物的控制、水体中污染物的控制、土壤中污染物的控制、固体废物污染及控制、噪声污染及控制和辐射污染及防护等内容。内容涉及各种环境行为的过程、机理及影响因素的介绍及有关典型案例的分享等,重点介绍了有机污染物、重金属等污染物的环境行为。

本书不仅可供从事环境保护和环境污染控制技术相关专业的工程技术人员、科研人员、设计人员和管理人员阅读,也可供高等学校环境科学、环境工程、化学工程等相关专业的师生参考。

彭红波，昆明理工大学现代农业工程学院，专任教师、讲师，彭红波，女，硕士生导师。2014年6月获得昆明理工大学环境工程专业博士学位，于2014年11月开始在昆明理工大学冶金工程专业从事博士后研究工作，2015年11月-2017年11月在美国麻省大学从事博士后研究工作。2017年回国后，以昆明理工大学高层次人才引进到现代农业工程学院工作。

参与研究工作以来，一直从事环境地球化学和有机污染化学等交叉学科的研究，对各类污染物在环境中的迁移转化机理进行了系统的研究，重点探讨了纳米材料、无机矿物、有机-无机复合体、生物炭、土壤等固体颗粒与污染物（有机污染物、重金属等）的相互作用，考察了污染物、工程纳米材料等的环境行为和环境风险，并探索污染物的控制与处置过程、生物炭对污染土壤的改良与修复等科学问题。到目前为止，在该领域在Journal of Hazardous Materials（影响因子6.4）、Environmental Pollution（影响因子4.3）、Chemosphere（影响因子4.4）等国际杂志上发表SCI论文17篇。主持和参与多个国家自然科学基金面上项目、青年基金项目，以及“博士后国际交流计划派出项目” 、“云南省博士后定向培养资助经费项目”、中国博士后基金57批面上项目等，目前主要主持的是昆明理工大学高层次人才引进项目（80万）和2018年国家青年科学基金项目（24万）。