土壤中重金属Pb、Cu的污染分析评价

土壤中重金属Cu、Pb的污染分析评价
1、实验目的与要求
（1）了解重金属Cu、Pb对生物的危害。

（2）了解土壤中Cu、Pb的污染及其迁移影响因素。

（3）掌握土壤消解Cu、Pb及其前处理技术。

（4）掌握原子吸收分析土壤中重金属元素的方法。

（5）掌握土壤中Cu、Pb污染评价方法。

2、实验方案
2.1.土壤样品的采集与制备：
2.1.1土壤样品的采集
为保证此次实验的严谨性和代表性，本次实验采集了7个区域的土壤样品，土壤样品均来自广工周边的区域，共99个样品，这些区域分别是①教学区②生活区③运动场周边④行政楼假山⑤公路周边⑥中心湖⑦建筑翻土。

为了解土壤中污染物的含量分布，在了解污染源、污染方式以及污染历史和现状的基础上，全面考虑土壤类型、成土母质、地形、植被和农作物等情况后布设采样点。

采样点的布设方式有对角线法、梅花形法、棋盘式法和蛇形法等。

2.1.2土壤样品的制备
从所研究的区域采集土壤，倒在塑料薄膜上，晒至半干状态，将土块压碎，除去杂质残梗，铺成薄层，在阴凉处慢慢风干。

风干土壤用有机玻璃或者木棒压碎后，过2mm尼龙筛，去掉2mm以上的沙砾和植物残体。

将上述风干细土反复按照四分法齐取，最后留下100g的土壤，再进一步磨细，通过100目筛，装入瓶中。

取20-30g土壤，装入瓶中，在103-105摄氏度条件下烘干4-5h，恒重。

2.2土壤样品的消解与测定
2.21消解过程流程图
0.5g土壤样品加到PVC烧杯→加2mlH2O，搅拌→加入10mL浓HCl在电热板上加热→（快干时）加入15mL浓HNO3加热→（快干时）加入5mL浓HF加热→（快干时）加入5mLHClO4加热→（快干时）取下冷却→加入1mL浓HNO3.→移入50mL比色管并定容。

2.22样品的测定
样品需静置15min，然后将测定样品的装置插入到比色管中，中途不能摇晃样品，否则会出现测试误差，记录电脑得出的数据。

3、实验结果与数据处理
3.1实验结果
表1 实验数据记录表
科一科二
组别样品重量（g）Cu浓度
（μ
g/L）Pb浓度（μ
g/L）
样品重量
（g
Cu浓度
（μ
g/L）
Pb浓度
（μ
g/L）
第一组
广工站0.53 100.98 856.39 实
（1-2）
-3
0.53 11599.9
865.98
实（2-3）
-4
0.57 163.81 1190.76 实
（1-2）
-5
0.50 3471.23 1058.56 农田1 0.50 253.87 769.18 外环7 0.58 3645.02 299.17
第二组实（1-2）
-5
0.57 322.07 5501.01 J(1-2)
-4
0.51 2913.97 573.88
东8 0.55 367.57 475.41 J(1-2)
-2
0.55 4405.08 750.60 中南2 0.50 169.92 219.92 公11 0.55 922.88 798.37
第三组
农田3 0.50 672.40 648.80 中南1 0.53 658.56 379.63 中心湖2 0.56 352.29 633.90 东4 0.53 813.94 811.76 教6 0.59 1972.60 218.46 南商3 0.52 543.99 510.98
第四组
图2 0.57 1377.15 486.19 行山2 0.51 5736.15 503.60 实（2-3）
-3
0.64 986.08 532.10 工
（1-2）
-1
0.52 3362.87 566.63
公13 0.50 609.13 335.02 中南4 0.51 98.04 238.57
第五组实（2-3）
-1
0.50 96.03 133.70 农田2 0.50 98.04 238.57
教2 0.51 525.82 115.62 南商1 0.50 222.95 192.60
东2 0.51 797.15 199.74 外环4 0.50 192.60 1078.50
第六组教师公寓0.51 141.06 597.70 外环6 0.55 168.98 664.28 体育1 0.51 115.62 525.82 东14 0.57 81.52 368.59 实（1-2）
-2
0.51 199.74 797.15 体4 0.53 188.57 537.07
第七组
图1 0.54 135.76 282.25 公10 0.51 103.11 91.60 公4 0.53 223.69 517.39 外环2 0.50 181.46 688.68 中心湖1 0.51 36.59 590.17 行山5 0.54 200.26 442.46
第八组
东1 0.50 85.36 511.40 教5 0.50 131.22 263.50 二饭0.53 124.55 654.67 教1 0.52 169.56 433.45 实（1-2）
-4
0.51 171.02 536.05 公14 0.50 188.47 378.90
3.2数据处理
表3 不同小组Pb、Cu含量处理表
科一科二
组别样品Cu含量
（mg/kg）
Pb含量
（mg/kg）
样品Cu含量
（mg/kg
）
Pb含量
（mg/kg）
第一组
广工站9.53 80.79 实（1-2）
-3
1094.33 81.7
实（2-3）-4 14.37 104.45 实（1-2）
-5
347.12 105.86 农田1 25.39 76.92 外环7 314.23 25.79
第二组实（1-2）-5 28.25 48.25 J(1-2)-4 285.68 56.26 东8 33.42 43.22 J(1-2)-2 400.46 68.24 中南2 16.99 21.99 公11 83.90 72.58
第三组
农田3 67.24 64.88 中南1 62.13 35.81 中心湖2 31.45 56.60 东4 76.79 76.58 教6 167.17 18.51 南商3 52.31 49.13
第四组
图2 120.80 42.65 行山2 279.57 58.33 实（2-3）-3 77.04 41.57 工（1-2）
-1
552.51 48.51 公13 60.91 33.50 中南4 328.28 55.31
第五组实（2-3）-1 9.60 13.37 农田2 9.80 23.86 教2 22.86 16.35 南商1 22.30 36.29 东2 12.20 9.92 外环4 19.26 107.85
第六组
教师公寓13.83 58.60 外环6 15.36 60.39 体育1 11.34 51.55 东14 7.15 32.33 实（1-2）-2 19.58 78.15 体4 17.79 50.67
第七组
图1 12.57 26.13 公10 10.11 8.98 公4 21.10 48.81 外环2 18.15 68.87 中心湖1 3.59 57.86 行山5 18.54 40.97
第八组
东1 8.54 51.14 教5 13.12 26.35 二饭11.75 61.76 教1 16.30 41.68 实（1-2）-4 16.77 52.55 公14 18.85 37.89
表4 不同区域Cu、Pb含量统计表
科一科二
第一批区域Cu含量
（mg/kg）
Pb含量
（mg/kg）
区域Cu含量
（mg/kg
）
Pb含量
（mg/kg）公4 21.10 48.81 教1 13.12 26.35 公13 60.91 33.50 公11 83.90 72.58
公10 17.79 50.67
公14 18.85 37.89
第二批
广工站9.53 80.79 教5 13.12 26.35 农田1 25.39 76.92
教6 167.17 18.51
图2 120.80 42.65
教2 22.86 16.35
教师公寓13.83 58.60
二饭11.75 61.76
第三批中南2 16.99 21.99 中南1 62.13 35.81 农田3 67.24 64.88 南商3 52.31 49.13 体育1 11.34 51.55 中南4 328.28 55.31
农田2 9.80 23.86
南商1 22.30 36.09
体4 17.79 50.67
第四批东8 33.42 43.22 行山5 18.54 40.97 东2 12.20 9.92 东4 7.15 32.33 东1 8.54 51.14 行山2 279.57 58.33
东14 15.36 60.39
外环2 18.15 68.87
第五批实（2-3）-4 14.37 104.45 外环4 19.26 107.85 实（1-2）-5 28.25 48.25 外环7 314.23 25.79 实（2-3）-1 9.60 13.37 实（1-2）
-3
1094.33 81.70
实（2-3）-3 77.04 41.57 实（1-2）
-5
347.12 105.86 实（1-2）-2 19.58 78.15 外环6 15.36 60.39 实（1-2）-4 16.77 52.55
第六批工（1-2）
-4
285.68 56.26
工（1-2）
-2
400.46 68.24
工（1-2）
-1
552.51 48.51
3.3第一批区域土壤中Cu、Pb含量
大学城广工第一批区域包括中环西路公路(沿公路采样）和教学1号楼周边土壤中Cu、Pb的平均含量见图1。

从图1可知，公11和公13 表层土壤中Cu含量相对较高。

最大值出现在公11，为83.90mg/kg，最小值出现在教1，为13.12mg/kg。

从图 1 还可以看出，公路的表层土壤样本 Pb 含量相对较高。

最大值出现在公11，为 72.58 mg/ kg；最小值出现在教1，为 26.35mg/ kg 。

图1 第一批区域土壤中Cu、Pb含量
3.4第二批区域土壤中Cu、Pb含量
大学城广工第二批区域包括教学楼2，3，4，5，6、教师公寓、二饭堂、背景土壤、广工站牌地方、图书馆周边和行政楼湖边等地点土壤中Cu、Pb的平均含量见图2。

从图2可知，教6和图2 表层土壤中Cu含量相对较高，其他各区Cu含量相差不大。

最大值出现在教6，为167.17mg/kg，最小值出现在广工站，为9.53mg/kg。

从图 2还可以看出，广工站和农田的表层土壤样本 Pb 含量相对较高。

最大值出现在广工站，为80.79 mg/ kg；最小值出现在教2，为16.35mg/ kg 。

图2 第二批区域Cu、Pb含量
3.5第三批区域土壤中Cu、Pb含量
大学城广工第三批区域包括南亭农田、南部商业区周边、中南路（靠近华工地铁口）、体育场等地点土壤中Cu、Pb的平均含量见图3。

从图3可知，中南1表层土壤中Cu含量比其他各区域高很多，为328.28mg/kg，其他各区Cu含量相差不大。

最小值出现在农田2，为23.82mg/kg。

从图 3 还可以看出，各区域的表层土壤样本 Pb 含量相差不大。

最大值出现在农田3，为64.88mg/ kg；最小值出现在中南2，为 21.99mg/ kg 。

图3 第三批区域Cu、Pb含量
3.6第四批区域土壤中Cu、Pb含量
大学城广工第四批区域包括行政楼后面假山、学生东区、外环路1、2等地点土壤中Cu、Pb的平均含量见图4。

从图4可知，行山2表层土壤中Cu含量比其他各区域高很多，为279.57mg/kg，其他各区Cu含量都比较低。

最小值出现在东4，为7.15mg/kg。

从图 4 还可以看出，各区域的表层土壤样本 Pb含量相差不大。

最大值出现在外环2，为68.87mg/ kg；最小值出现在东2，为 9.92mg/ kg 。

图4 第四批区域Cu、Pb含量
3.7第五批区域土壤中Cu、Pb含量
大学城广工第五批区域包括试验1号-2号楼之间、试验2号-3号楼之间、外环路等地点土壤中Cu、Pb的平均含量见图5。

从图5可知，试验1号-2号楼之间表层土壤中Cu含量比其他各区域高很多，其他各区Cu含量都比较低。

最大值出现在实（1-2）-3，为1094.33mg/kg；最小值出现在实（2-3）-1，为9.60mg/kg。

从图 5 还可以看出，各区域的表层土壤样本 Pb 含量都相差不大。

最大值出现在外环4，为107.85mg/ kg；最小值出现在实（2-3）-1，为13.37mg/ kg 。

图5 第五批区域Cu、Pb含量
3.8第六批区域土壤中Cu、Pb含量
大学城广工第六批区域包括工学1号馆和2号馆之间、工学3号馆和4号馆之间等地点土壤中Cu、Pb的平均含量见图6。

从图6可知，工学馆的表层土壤Cu含量都相对较高。

最大值出现在工（1-2）-1，为552.51mg/kg；最小值出现在工（1-2）-4，为285.68mg/kg。

从图 6还可以看出，各区域的表层土壤样本 Pb 含量都相差不大。

最大值出现在工（1-2）-2，为68.24mg/ kg；最小值出现在实工（1-2）-1，为48.51mg/ kg 。

图6 第六批区域Cu、Pb含量
3.9表层土壤中Cu、Pb含量
大学城广工各地区表层土壤中Cu 的平均含量见图 7。

从图 7 可知，工学馆、行政楼后面假山和中南路（靠近华工地铁口）表层土壤中 Cu 含量相对较高，实验楼和二饭含量较小。

最大值在工学馆，为 536.02mg/ kg；最小值在广工站，为 9.53 mg/ kg，平均值为 76.52mg/ kg。

图 27表明，工学楼和外环的Pb含量较高。

最大值在广工站，为 80.79mg/ kg；最小值在教学楼，为25.71mg/kg，平均值为 52.93 mg/ kg。

图7 不同区域Cu、Pb含量
4、结论
（1)大学城广工周边区域表层土壤中 Cu 、 Pb这两种重金属含量有明显差异 , 其中工学馆、行政楼后面假山和中南路（靠近华工地铁口）周边表层土壤Cu重金属含量较大 , 实验楼和二饭周边含量较小；对于Pb含量而言，则是广工站和工学馆较大。

对不同种类重金属而言 ,Pb 在区域表层土壤中含量差异不大 , 而 Cu 含量差异较大。

(2)工学楼表层土壤Cu含量较高是因为学校教学实验安排的需要，需要用到含铜的仪器和试剂的情况较多，实验中使用完的废液或泥土直接倒入土壤中，导致Cu含量超高；机动车辆含 Cu 零件的磨损是公路表层土壤中 Cu 含量增多的因素之一。

同理前几年由于交通工具含 Pb 汽油的使用 , 使得广工站土壤中 Pb 含量偏大；工学楼许多仪器原材料含有Pb，释放后污染土壤 . Pb 在土壤中有积累效应 , 使得工学馆 Pb 含量高于其它区域。

(3)土壤中重金属的评价:
标准分级
一级标准为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值。

二级标准为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。

三级标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。

各类土壤环境质量执行标准的级别规定如下：
[Ⅰ类土壤环境质量执行一级标准；Ⅱ类土壤环境质量执行二级标准；Ⅲ类土壤环境质量执行三级标准；]
本标准规定的三级标准值，见表5。

表5 土壤环境质量标准值mg/kg
级别一级二级三级
土壤pH值自然背景<6.5 6.5～7.5>7.5>6.5项目
镉≤0.200.300.60 1.0
汞≤0.150.300.50 1.0 1.5
砷≤1530252030旱地≤1540302540
铜≤3550100100400果园≤—150200200400
铅≤35250300350500
铬≤90250300350400旱地≤90150200250300
锌≤100200250300500
镍≤40405060200
六六六≤0.050.50 1.0
滴滴娣≤0.050.50 1.0注：①重金属(铬主要是三价)和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量>5cmol(+)/kg的土壤，若≤5cmol(+)/kg，其标准值为表内数值的半数。

按照土壤环境质量标准值评价，大学城广工周边区域Cu、Pb含量污染程度见表6。

从表6可以知道，中南路，工学楼（1-2）和行山受到Cu污染，而其他地方未受到Cu的污染，其中工学楼（1-2）为重度污染，中南路和行山为中度污染，其他区域为轻度或无污染。

对于土壤Pb标准值和各区域土壤中的Pb含量，没有区域受到Pb污染。

表6 广工周边各区域土壤级别
区域W(Cu)
mg/kg
土壤级别
是否受到
Cu污染
W(Pb)
mg/kg
土壤级别
是否受到
Pb污染
农田34.13 一级否55.22 一级否中南135.80 二级是37.71 一级否南商37.30 一级否42.60 一级否
外环91.75 二级是65.72 一级否公路48.72 一级否40.17 一级否东区23.02 一级否42.64 一级否行山149.06 二级是49.65 一级否体育14.56 一级否51.11 一级否
教学楼54.86 二级否25.71 一级否
工学楼
536.02 三级是72.11 一级否
（1-2）
实验
22.67 一级否59.65 一级否
（1-2）
实验
33.67 一级否64.76 一级否
（2-3）
广工站9.53 一级否80.79 一级否
教师公寓13.83 一级否58.60 一级否二饭11.75 一级否61.76 一级否
中心湖17.52 一级否57.23 一级否
图书馆66.69 二级否34.39 一级否
（4）综合评价结果表明 , 工学楼是土壤重金属Cu污染严重的区域，工学楼土壤Cu含量过高的原因是学校教学实验安排的需要，需要用到含铜的仪器和试剂的情况较多，实验中使用完的废液或泥土直接倒入土壤中，导致Cu含量超高，任课实验老师应提醒同学实验完的废液应该统一回收和处理，严禁把废液倒入下水道中。

因此, 学校领导对土壤重金属污染防治重点应放在工学馆和实验楼, 即应加强对严重污染区防治。

（5）治理措施：采用生物富集去除法
该类方法也是目前被广泛研究的、为人们所接受的切实有效的方法。

国外称该方法为“植物修复技术” 。

其方法的关键在于确定对重金属具有高忍耐和高选择吸收富集(超积累)能力的植物种类。

由于重金属种类多,植物对每种重金属的吸收富集能力不同,则要分类进行高富集植物选择。

20世纪70年代末到90年代初人类开始对超积累植物进行研究。

人们从对一些特定植物体器官)的重金属含量分析,发现了某些对重金属具有选择性吸附积累能力的植物。

不同种类植物富集力有显著差别。

人们正不断探索寻求各类重金属富集植物,并试图用以治理污染土壤。

目前尚应注意的问题是,富集重金属植物体的处理问题。

为了使其不成为新的污染,可以设想的途径是集中处理净化,如集中低温干灰化,回收重金属。

从前人的研究经验可以看出,重金属富集植物应具备一些特征,即选择性富集率高,当年生长量大,植株个体不能太大以便集中处理。

5、思考题
（1）如果要进行大学城某大学Cr污染调查，如何采样布点？需要哪些工具？画出大概采样位置图并说明理由。

答：工具类包括铁锹、铁铲、圆状取土钻、螺旋取土钻、竹片以及适合特殊采样要求的工具等。

（2）土壤重金属污染评价方法有哪些？如何确定本次土壤Cr污染等级？
答：土壤环境质量评价一般以土壤单项污染指数为主，但当区域内土壤质量作为一个整体与区域外土壤质量比较时，或一个区域内土壤质量在不同历史阶段比较时，应用土壤综合污染指标评价。

土壤综合污染指数全面反映了各污染物对土壤的不同作用，同时又突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，适用于评价土壤环境的质量等级。

（3）查找相关资料，叙述AAS的构造及原理，并说明如何利用AAS分析工业废
渣中Pb含量？
答：原子吸收光谱法 (AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。

由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。

AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。

原子吸收光谱法该法具有检出限低（火焰法可达μg/cm–3级）准确度高（火焰法相对误差小于1%），选择性好（即干扰少）分析速度快，应用范围广（火焰法可分析30多种/70多种元素，石墨炉法可分析70多种元素，氢化物发生法可分析11种元素）等优点。

取少量混合均匀工业废水进行消解，然后定容，取其一定量进行检测，然后计算出工业废水中的Pb含量。