土壤中重金属污染的现状及典型的化工修复

附件1校级级大学生创新性实验计划项目申报书项目名称土壤中重金属污染的现状及典型的化工修复申请者张梦醒林小平黄亮张德亮徐璐璐所在学院化学工程学院专业年级10级应用化学01班指导教师李学良项目起止时间2011年11月~2012年10月联系电话[phone]电子信箱[e-mail]合肥工业大学创新学院填表须知一、《合肥工业大学大学生创新性实验计划项目申报书》（注明国家级或校级）要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。二、申请参加合肥工业大学大学生创新性实验计划项目团队人数不得超过5人（1人为立项负责人，参与合作研究者1-4人）。三、《合肥工业大学大学生创新性实验计划项目申请表》由申报学生所在学院初审，签署意见后，一式一份报送创新学院。四、如填表有不明事宜，请与创新学院联系和咨询。（联系电话：2901856）申请者情况姓名张梦醒性别男出生年月1991年10月所在院（系）化学工程学院专业年级10级应用化学01班学号20103514项目组成员情况姓名性别出生年月专业年级分工林小平男1990年7月10级应用化学1班查阅文献、实验操作、数据统计处理分析、实验总结与报告黄亮男1991年5月10级应用化学1班查阅文献、实验操作、数据统计处理分析、实验总结与报告张德亮男1992年8月10级应用化学1班查阅文献、实验操作、数据统计处理分析、实验总结与报告徐璐璐男1992年12月10级应用化学1班查阅文献、实验操作、数据统计处理分析、实验总结与报告指导教师情况姓名李学良职称教授学历/学位研究生/博士讲授课程物理化学，计算机及其在化学化工中的应用研究方向储电材料锂离子电池所在院（系）化工学院应用化学系E-mail地址[e-mail]电话131551883952904030课题来源：□科研□教学□设计□工程□自选□其他（科研）一、申请理由（知识条件，特长、兴趣，相关经历等）、我们团队都是在读的本科生，都来自应用化学专业，现在正进行大二上学期的学习。通过在已有的学习，都掌握了比较扎实的无机、有机和分析化学知识。我们已有中学六年和大学一年基础实验的经历，在老师的教育和指导下都具备了较好的实验素质和动手能力。我们团队在中学曾有成员参加过化学知识竞赛及指导。另外我们的指导老师李学良老师是一位知识渊博的资深教授，严谨踏实的作风也让他在实验方面屡取硕果，因此他会给予我们极大的帮助和指导。我们小组成员对化学的浓厚兴趣走到了一起，申请参加本次创新实验，我们希望通过这次实验能充分运用所学的知识，增加成员间的团队合作意识。同时也能积累相关的实验技巧和经验，为以后进一步的学习和研究打下扎实的基础。二、项目研究内容（目前研究的现状、研究方法、实验方案、解决的关键技术和创新点等）目前研究的现状：目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近12000万公顷，约占总耕地面积的1/5；其中工业'三废'污染耕地1000万公顷，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。。另一方面，全国有1300-1600万公顷耕地受到农药的污染。除耕地污染之外，我国的工矿区、城市也还存在土壤（或土地）污染问题。而在合肥经济开发区及周边郊区范围内，尚未有对土壤重金属污染的相关报告以及提出的相关的土壤修复方法。治理土壤重金属污染的原理大致有两种，一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，二是从土壤中去除重金属¨为了降低和消除重金属的危害，目前，国内外常用的治理重金属的方法有物理法、化学法、农业生态工程法、生物修复法。研究方法：本课题的研究主要分为三步，第一步为实验所需土壤的采集和处理，第二步为土壤中Cr和Pb含量的测定，第三步为对土壤中这两种重金属进行化学修复.并得出具体的化学修复方法，最后得出土壤污染的现状和和所需采取的相关措施。实验方案:（一）实验土壤的采取和处理（1）土壤的采取1．布点：按照合肥经济开发区不同类型厂房和土壤类型的分布，按工业密集区，工业稀疏区和农耕区分别采样，采样点以锯齿型或蛇型分布，要做到尽量均匀和随机。应用土壤底图确定采样地块和采样点，并在图上标出，确定调查采样路线和方案。2．采样部位和深度：根据土层厚度，确定采样深度，一般取样深度0-20厘米。3．采样方法、数量：采用多点混合土样采集方法，每个混合土样由20个样点组成。样点分布范围不少于3亩（各地可根据情况确定）。每个点的取土深度及重量应均匀一致，土样上层和下层的比例也要相同。采样器应垂直于地面，入土至规定的深度。采样使用不锈钢、木、竹或塑料器具。样品处理、储存等过程不要接触金属器具和橡胶制品，以防污染。每个混合样品一般取1kg左右，如果采集样品太多，可用“四分法”弃去多余土壤。4．样品编号和档案纪录：做好采样记录：土样编号、采样地点及土壤名称、采样深度、周边厂房类型及产量、采样日期、采样人等。（2）对采集土壤的处理1．风干处理：对于开发区取回的土样，实验室进行分析时一般采用风干土样。方法是将新鲜湿土样平铺于干净的纸上，弄成碎块，摊成薄层（厚约两毫米），放在室内阴凉通风处自行干燥，切忌阳光直晒和酸碱，蒸汽以及尘埃等污染。2.对样品进行预处理：准确称取0.5g(准确到0.1mg，以下都与此相同)风干土样于聚四氟乙烯坩埚中，用几滴水润湿后，加入10mLHCl（ρ1.19g/mL），于电热板上低温加热，蒸发至约剩5mL时加入15mLHNO3（ρ1.42g/mL），继续加热蒸至近粘稠状，加入10mlHF（ρ1.15g/mL）并继续加热，为了达到良好的除硅效果应经常摇动坩埚。最后加入5mlHClO4（ρ1.67g/Ml），并加热至白烟冒尽。对于含有机质较多的土样应在加入HClO4之后加盖消解，土壤分解物应呈白色或淡黄色(含铁较高的土壤)，倾斜坩埚时呈不流动的粘稠状。用稀酸溶液冲洗内壁及坩埚盖，温热溶解残渣，冷却后，定容至100mL或50mL。（二）土壤中Cr和Pb含量的测定测定方法：原子吸收光谱的预处理包括土壤重金属元素的样品用HNO3-HClO4消解,将消解液转入25ml的比色管蒸馏水洗涤烧杯数次,合并洗涤液,定容至25ml[2],为提高精确度,取两平行样的平均值作为分析样品的重金属含量;光谱分析仪采用现场分析与实验室进行风干前处理相结合的方法,使用光谱分析仪时,需将均匀密实的土壤颗粒平铺在烧杯上,检测时须在光谱分析仪的X射线发射口上包上轻薄的塑料膜,将X射线发射口垂直对准烧杯上的土壤一至两分钟后,光谱分析仪屏幕上将会显示出土壤样品的重金属检测数据。光谱分析仪采用非破坏性化学分析,超微型X光进行测定准确稳定;激励源是X2射线管,采用阳极材料银;两极真空管探测,分辨率230eVFWHM,5195KeV。评价方法为评价两种仪器的精确度,本研究采用2个指标来表征拟合度,这符合评价指标应尽可能简化的原则[3]。计算公式如下:Dν=（ν-ν′）/ν′×100(1)式中,ν为原子吸收光谱测定值,ν′为重金属光谱分析仪测定值,Dν为两种测定值偏差,Dν值越趋向于0,则拟合度越好。数据点越接近于1∶1连线,则拟合度越高。决定系数R2由统计软件SPSS计算所得,该值越大,则表示两种仪器的拟合度越好。（三）典型的化学修复方法化学修复就是向土壤投入改良剂,通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用,以降低重金属的生物有效性。该技术关键在于选择经济有效的改良剂,常用的改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质,不同改良剂对重金属的作用机理不同。施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值,促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。如当土壤pH6.5时,Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。在低石灰水平下,土壤有机质的羟基和羧基与OH—反应,促使土壤可变电荷增加,有机结合态的重金属增多,并且Cd2+与CO2-3结生成难溶于水的CdCO3。在沈阳张士污灌区的试验表明,每公顷土壤施用1500～1875千克石灰,籽实含镉量下降50%。关于磷酸盐和硅酸盐固化土壤重金属的技术研究报道较多,一般认为该物质可使土壤中重金属形成难溶性的沉淀。如向土壤中投放硅酸盐钢渣,对Cd、Ni、Zn离子具有吸附和共沉淀作用。水田土壤中的Cd以磷酸镉的形式沉淀,磷酸汞的溶解度也很小。沸石是碱金属或碱土金属的水化铝硅酸盐晶体,含有大量的三维晶体结构和很强的离子交换能力,从而能通过离子交换吸附和专性吸附降低土壤中重金属的有效性。有机物可促使重金属以硫化物的形式沉淀,同时有机物中的腐殖酸能与重金属离子形成络合或螯合物以降低其活性。解决的关键技术：（1）土壤的处理以及杂质的排除，由于要做到对部分金属量的测定，所以相关杂质的排除很是重要。（2）在化学修复的过程中，对于改良剂的选择和投入的量的控制十分重要。创新点：在如今全国土壤污染严重的大背景下，合肥经开区作为新兴的工业基地，正在遭受土壤污染的危害，此次试验针对合肥经济开发区，运用传统的化学修复方法，对污染地区进行理力所能及的修复，大学生运用自己的知识加以实践，运用调查研究的方式，总结出经开区的土地重金属污染现状和应采取相应的恢复方法。三、项目进度安排（查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）本次实验的初步安排如下：2011年11月———2011年12月查阅资料2011年12月———2012年1月选题，设计项目研究方案2012年01月———2012年2月开题报告和土壤采取2012年02月———2012年05月实验研究2012年05月———2012年06月数据统计，处理与分析2012年06月———2012年08月研究开发，填写结题表2012年08月———2012年10月撰写研究论文和总结报告2012年10月———2012年11月参加结题答辩和成果推广四、拟利用资源（实验室、研究所、工程创新中心、科教实践基地、仪器设备、资料等）实验室：合肥工业大学南校区升华楼310室合肥工业大学翡翠湖校区化学实验楼分析实验室仪器设备：聚四氟乙烯坩埚，A4000B土壤重金属元素光谱分析仪，AA-6501原子吸收光谱等五、经费使用计划序号支出项目金额（元）依据或理由1药品300硝酸，高氯酸，硫酸，石灰等2测试费500原子吸收，光谱分析等3杂费400购买仪器等4合计六、项目预期成果（研究论文、设计、调研报告、申请专利、开发软件、研制产品、项目鉴定等）本课题的研究主要针对合肥经济开发区的土壤污染进行的调查和研究，并提出相关的可行的化学修复方法，使合肥开发区周边土壤重金属污染的现状得以缓解，最终通过化学分析方法提出相应的建议，最终运用调查现状和研究成果作出相应的研究论文。导师意见：签名：年月日学院意见：签名盖章：年月日学校意见：签名盖章：年月日