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土壤污染修复技术

土壤污染修复技术

英文名称:Soil contamination and remediation

课程编号】ENV14007 所属模块】学科基础课/√
学分数】2 适用专业】环境科学/环境工程
学时数】32 开设学期】春季
【已开设次数】9 【建议选课人数】15-50……(需配备助教)
授课教师姓名】林春野 授课教师职称】教授
授课教师联系方式】 Email:c.lin@bnu.edu.cn      手机:13552411707 授课教师所属单位】 森林舞会电玩城
【先修课要求】掌握土壤学或环境化学基础知识

一、课程简介

土壤是构成生态系统的基本要素之一,是人类赖以生存的物质基础。土壤圈与水圈、大气圈和生物圈之间存在着密切的物质与能量交换。土壤污染问题直接关系到农产品质量,关系到人体健康,关系到生态安全,是人民群众关心的热点问题。中央把防治土壤污染作为社会主义新农村建设的一项重要工作,作为新时期环境保护的一项重要任务。胡锦涛总书记强调,要让人民群众喝上干净的水,呼吸清洁的空气,吃上放心的食物,在良好的环境中生产生活,并明确要求“把防治土壤污染提上重要议程”。在第六次全国环保大会上,温家宝总理要求“积极开展土壤污染防治”。

因此森林舞会电玩城于2005-2006学年第二学期首次为环境工程专业本科生开设土壤污染修复必修课程,环境科学专业的学生也可选修该课程。经过近十年的教学,课程内容得到逐步完善与更新。该课程以土壤学基本原理、土壤污染的发生过程为切入点,系统介绍土壤污染修复技术的基本原理、工艺过程、适用条件、优缺点、以及国内外进展和未来发展方向。该课程定位为土壤污染修复的入门课程,使环境工程专业及相关专业的学生掌握土壤污染修复的基本原理和方法,为将来致力于土壤污染修复技术研发和工程设计的学生打下一定的基础。

二、课程目标

通过32学时的课堂教学和课后作业,使学生掌握土壤化学的基本原理、土壤污染评价与风险评估方法和土壤污染修复技术基本原理、应用及国内外研究进展。为将来致力于土壤污染修复技术研发和工程设计的学生打下一定的基础。

三、教学内容和学时分配

(一)总论(或绪论、概论等)     2学时(课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:土壤的基本功能、土壤问题、土壤污染、土壤污染修复的基本方法。

教学要求:首先,让学生了解土壤的基本功能:(1)植物生长基质;(2)水循环调节基质;(3)原料(废物)循环场所;(4)土壤生物的栖息地;(5)工程介质。然后,讲述由于人类活动导致的土壤问题:土壤侵蚀、土壤板结、土壤沙漠化、土壤盐碱化、土壤养分退化、土壤污染等。之后重点介绍土壤污染和土壤污染修复的基本方法。通过本课时教学,学生必须掌握土壤的基本功能、土壤问题、我国土壤污染概况(具体数据)和土壤污染修复的基本原理和方法。

课前学习要求:

重点、难点:我国土壤污染问题和土壤污染修复的基本原理和方法。

其它教学环节:

(二)第一章 土壤的组成、物理特性和形成4学时(课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:土壤的基本组成、物理特性和形成过程。

教学要求:开展土壤污染修复时首先必须调查土壤的组成和物理特性。因此,本章首先讲述土壤的基本组成:(1)土壤无机矿物;(2)土壤有机质;(3)土壤水;(4)土壤空气。并掌握土壤成分的重要性。结合图片,使学生从感官上了解土壤类型及其主要特征。然后,介绍土壤的基本物理特性:(1)土壤颜色;(2)土壤质地;(3)土壤结构;(4)土壤密度和孔隙;(5)土壤水。最后,上述土壤的基本形成过程:影响土壤形成的因素。通过本课时教学,学生必须掌握土壤的基本组成和土壤物理特性。

课前学习要求:

重点、难点:土壤质地分级方法。

其它教学环节:

(三)第二章 土壤胶体4学时(课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:胶体类型,硅酸盐胶体的矿物结构构成,胶体的基本特性,离子交换反应。

教学要求:胶体是土壤中污染物主要的存在场所,是污染土壤修复中常用的稳定化材料。学生必须掌握土壤胶体的基本类型:有晶形的层状硅酸盐胶体,无晶形的硅酸盐胶体,铁锰氧化物胶体,有机胶体。掌握胶体的一般特点:粒径、表面积、表面电荷、离子吸附、水吸附。掌握有晶形的层状硅酸盐胶体的结构组成和相应特点。掌握吸附和离子交换反应的概念。

课前学习要求:

重点、难点:土壤胶体的类型、化学结构、以及与污染物结合的微观机制。

其它教学环节:……

(四)第三章 土壤有机质2学时(课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:土壤有机质的组成、分类,土壤有机质与污染物和土壤矿物的相互作用。

教学要求:土壤有机质对污染土壤修复有重要的影响。一方面作为土壤胶体的土壤有机质可吸附污染物(尤其是有机污染物),因此常常被使用快速锁定有机污染物;另一方面土壤有机质也会对土壤污染淋洗、氧化还原的修复产生负面影响。通过本课时教学,使学生掌握土壤有机质的组成和分级,了解全球C循环过程,了解金属离子与腐殖酸反应机理,了解腐殖酸与粘土矿物相互作用对污染物吸附的影响。

课前学习要求:

重点、难点:土壤有机质大分子结构和分级提取方法。

其它教学环节:……

(五)第四章 土壤固-液平衡2学时(课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:污染物在土壤固相-液相之间的分配、沉淀溶解过程、形态和生物可用性、无机污染物在土壤中的迁移途径。

教学要求:污染物在土壤固相-液相之间的分配对土壤中污染物的迁移和修复极为重要,是土壤固化稳定化修复技术的基础。通过本课时教学,学会如何处理土壤中的沉淀/溶解反应,了解离子活度和活度系数的概念,理解和绘制土壤矿物的pH-溶解度图,以及土壤中典型重金属污染物的溶解沉淀平衡。

课前学习要求:

重点、难点:土壤中重金属污染物的沉淀溶解平衡、形态、生物可用性。

其它教学环节:……

(六)第五章 污染物吸附过程2学时(课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:污染物吸附机理、动力学和热力学模型、阴阳离子吸附规律。

教学要求:理解污染物在土壤中的吸附对开展土壤修复具有重要意义。通过本课时教学,使学生掌握吸附的概念,污染物与土壤胶体结合的形式,吸附动力学和热力学模型参数,以及如何运用吸附解吸原理开展土壤污染修复。

课前学习要求:

重点、难点:污染物与土壤胶体的结合机理与模拟。

其它教学环节:……

(七)第六章 生物修复4学时(3课堂讲授学时+1课程实践学时

主要内容:生物修复的基本原理和常用的生物修复技术工艺。

教学要求:生物修复技术是土壤污染修复的的主要方式之一,主要用于修复被可降解有机物污染的土壤。通过本课时教学,让学生掌握生物修复的基本原理,各种生物修复技术的工艺参数,修复的主要污染物,各种生物修复方法的优缺点等。

课前学习要求:课前阅读关于土壤污染生物修复的中文和英文论文各一篇。

重点、难点:生物通风工艺设计、运行及管理

其它教学环节:……

(八)第七章 植物修复2学时(课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:植物修复技术类型、基本原理及其应用。

教学要求:植物修复技术可用于各种污染土壤的修复。通过本科时教学,使学生掌握生物修复的基本原理,修复的主要污染物,各种植物修复方法的优缺点等。了解开展植物修复研究的一般方法。

课前学习要求:课前阅读关于土壤污染植物修复的中文和英文论文各一篇。

重点、难点:污染物进入植物体的过程及代谢过程。

其它教学环节:……

(九)第八章 化学修复4学时(3课堂讲授学时+1课程实践学时

主要内容:固化稳定化修复、淋洗修复、化学氧化修复的基本原理和工艺。

教学要求:化学修复技术常用于污染比较严重的土壤。通过本科时教学,是学生掌握固化稳定化修复、淋洗修复、化学氧化修复的基本原理和工艺,了解常用的固化稳定化材料、淋洗剂和氧化剂,各种化学修复技术的适用性及优缺点等。

课前学习要求:课前阅读关于土壤污染化学修复的中文和英文论文各一篇。

重点、难点:淋洗修复的工艺设计及运行。

其它教学环节:……

(十)第九章 气相提取修复4学时(3课堂讲授学时+1课程实践学时

主要内容:气相提取技术类型、原理及工艺。

教学要求:气相提取修复技术是一类广泛使用的土壤污染修复技术,常用于修复挥发性有机物污染的土壤和地下水。通过本科时教学,是学生掌握气相提取修复技术的类型、基本原理、工艺、适用范围及优缺点等。

课前学习要求:课前阅读关于土壤气相提取修复的中文和英文论文各一篇。

重点、难点:土壤气相提取的工艺设计及运行。

其它教学环节:……

(十一)第十章 美国超级基金介绍2学时(2课堂讲授学时+课程实践学时

主要内容:美国超级基金污染土壤场地情况介绍,修复技术应用情况介绍,修复技术的发展和未来趋势。

教学要求:上世纪八十年代,面对土壤污染导致的严重的健康问题,美国制订和实施了超级基金法,并启动了美国超级基金污染场地(土壤和地下水)修复专项。通过本科时教学,让学生了解美国土壤污染修复的发展过程,修复技术的演变,以及未来发展趋势。。

课前学习要求:美国土壤污染修复历史。

重点、难点:

其它教学环节:……

四、教材与学习资源

本课程的教材为自编英文讲义:General Soil Chemistry and Remediation of Contaminated Soils.

参考书目如下:

[1]  The nature and properties of soils, Brady N.C. and  Weil R.R.,  Prentice Hall   第13版,2002.

[2]  Environmental Soil Chemistry. Donald Sparks, Academic Press, 2004

[3]  污染土壤修复:原理与应用,周启星等著,科学出版社,2004。

[4]  Treatment Technologies for Site Cleanup: Annual Status Report (Eleventh Edition). USEPA.

五、教学策略与方法建议

课程设计上:将理论教学、实践教学和研究性教学相结合,使学生掌握土壤环境学基础理论和污染土壤修复技术的基本原理和发展前沿,培养学生独立思考、综合分析、提问和创新等方面的能力,提高学生对土壤环境问题的全面了解,激发学生对土壤修复技术的研究兴趣。

教学内容上:针对本科生特点,首先讲授土壤学和土壤化学基础知识,然后讲授土壤污染修复技术的原理、应用案例和发展趋势。

教学方法上:探索把研究性教学法、行动教学法和案例教学法高效组合,以课堂教学为主线,讲授与讨论相结合;通过课堂教学、实践教学、课后阅读和课后作业,理解和掌握并能灵活运用土壤环境学和污染土壤修复技术基础知识、基本理论和研究方法,使学生独立研究能力和创新思维能力得到全面的提升。

六、考核方式

1.       平时成绩占40%,期末考试占60%

  1. 平时成绩由课后作业与课堂成绩组成
  2. 课后作业:共12次,平均0.75次/周
  3. 课堂成绩:教师布置,学生以学习小组的形式制作PPT,讲解40分钟,教师点评并给出成绩
  4. 考试采用百分制。