第五章-土壤污染監(jiān)測

1、華北水利水電學(xué)院教案授課時間授課地點實到人數(shù)授課題目第五章 土壤污染監(jiān)測授課專業(yè) 班級環(huán)境工程教學(xué)目的與教學(xué)要求通過本章的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握土壤樣品的采集方法、土壤樣品的制備與保存技術(shù)以及土壤污染物的監(jiān)測方法。主要內(nèi)容應(yīng)掌握的內(nèi)容：1.土壤污染監(jiān)測指標(biāo)及本底值。2.土壤污染監(jiān)測：土壤樣品的采集與加工管理；土壤樣品的預(yù)處理（樣品的分解、提取、凈化和濃縮）；土壤污染物的測定（水分、pH值、可溶性鹽分、金屬化合物、有機化合物）；污染物在生物體內(nèi)的分布，生物樣品的采集和制備。重點與難點1、土壤污染物的測定。2、土壤樣品預(yù)處理的方法。教學(xué)方法手段（教具）多媒體技術(shù)與板書相結(jié)合的課堂講授；課間討論；課后作業(yè)參

2、考資料1劉德生. 環(huán)境監(jiān)測. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001。2梁紅. 環(huán)境監(jiān)測. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003。3李忠良中外土壤環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀及對策建議.中國國土資源經(jīng)濟,2005,3課后作業(yè)與思考題1、何謂土壤背景值？土壤背景值的調(diào)查研究對環(huán)境保護(hù)和環(huán)境科學(xué)有何意義？2、用火焰原子吸收分光光度法測土壤中的鎳。稱取風(fēng)干過篩土樣0.5000g（含水7.2），經(jīng)硝解后定容至50.0mL，用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測得此溶液鎳含量為30.0ug，求被測土壤中鎳的含量。教學(xué)后記第五章 土壤污染監(jiān)測講稿部分教學(xué)過程時間分配第一節(jié) 土壤組成和土壤背景值土壤是指陸地地表具有肥力并能生長植物的疏松表層。它介于大氣圈、

3、巖石圈、水圈和生物圈之間，是環(huán)境中特有的組成部分。一、 土壤的組成土壤礦物質(zhì)土壤有機質(zhì)土壤空氣和水二、 土壤背景值：在未受到人為活動影響的條件下，土壤固有的化學(xué)物質(zhì)的成分和含量。三、 土壤污染概述1、 定義2、 危害（1）直接經(jīng)濟損失：對于各種土壤污染造成的經(jīng)濟損失，目前尚缺乏系統(tǒng)的調(diào)查資料。僅以土壤重金屬污染為例，全國每年就因重金屬污染而減產(chǎn)糧食1000多萬噸，另外被重金屬污染的糧食每年也多達(dá)1200萬噸，合計經(jīng)濟損失至少200億元（2）土壤污染導(dǎo)致食物品質(zhì)不斷下降：我國大多數(shù)城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，有許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、鉻、砷、鉛等重金屬含量超標(biāo)和接近臨界值。據(jù)

4、報道，1992年全國有不少地區(qū)已經(jīng)發(fā)展到生產(chǎn)“鎘米”的程度，每年生產(chǎn)的“鎘米”多達(dá)數(shù)億公斤。僅沈陽某污灌區(qū)被污染的耕地已多達(dá)2500多公頃，致使糧食遭受嚴(yán)重的鎘污染，稻米的含鎘濃度高達(dá)0.41.0mgkg（這已經(jīng)達(dá)到或超過誘發(fā)“痛痛病”的平均含鎘濃度）。江西省某縣多達(dá)44的耕地遭到污染，并形成670公頃的“鎘米”區(qū)。（3）土壤污染危害人體健康：土壤污染會使污染物在植（作）物體中積累，并通過食物鏈富集到人體和動物體中，危害人畜健康，引發(fā)癌癥和其他疾病等。（4）土壤污染導(dǎo)致其他環(huán)境問題：土地受到污染后，含重金屬濃度較高的污染表土容易在風(fēng)力和水力的作用下分別進(jìn)入到大氣和水體中，導(dǎo)致大氣污染、地表水污

5、染、地下水污染和生態(tài)系統(tǒng)退化等其他次生生態(tài)環(huán)境問題。3、 特點（1）土壤污染具有隱蔽性和滯后性：大氣污染、水污染和廢棄物污染等問題一般都比較直觀，通過感官就能發(fā)現(xiàn)。而土壤污染則不同，它往往要通過對土壤樣品進(jìn)行分析化驗和農(nóng)作物的殘留檢測，甚至通過研究對人畜健康狀況的影響才能確定。因此，土壤污染從產(chǎn)生污染到出現(xiàn)問題通常會滯后較長的時間。如日本的“痛痛病”經(jīng)過了1020年之后才被人們所認(rèn)識。（2）土壤污染的累積性：污染物質(zhì)在大氣和水體中，一般都比在土壤中更容易遷移。這使得污染物質(zhì)在土壤中并不象在大氣和水體中那樣容易擴散和稀釋，因此容易在土壤中不斷積累而超標(biāo)，同時也使土壤污染具有很強的地域性。（3）土

6、壤污染具有不可逆轉(zhuǎn)性：重金屬對土壤的污染基本上是一個不可逆轉(zhuǎn)的過程，許多有機化學(xué)物質(zhì)的污染也需要較長的時間才能降解。譬如：被某些重金屬污染的土壤可能要100200年時間才能夠恢復(fù)。（4）土壤污染很難治理：如果大氣和水體受到污染，切斷污染源之后通過稀釋作用和自凈化作用也有可能使污染問題不斷逆轉(zhuǎn)，但是積累在污染土壤中的難降解污染物則很難靠稀釋作用和自凈化作用來消除。土壤污染一旦發(fā)生，僅僅依靠切斷污染源的方法則往往很難恢復(fù)，有時要靠換土、淋洗土壤等方法才能解決問題，其他治理技術(shù)可能見效較慢。因此，治理污染土壤通常成本較高、治理周期較長。第二節(jié) 土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方案一、監(jiān)測目的：1、土壤質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測2

7、、土壤污染事故監(jiān)測3、污染物土地處理動態(tài)監(jiān)測4、土壤背景值調(diào)查二、資料的收集（自然環(huán)境和社會環(huán)境）(1)地區(qū)的自然條件：包括母質(zhì)、地形、植被、水文、氣候等；(2)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況：包括土地利用、作物生長與產(chǎn)量情況，水利及肥料、農(nóng)藥使用情況等；(3)地區(qū)的土壤性狀：土壤類型及性狀特征等；(4)地區(qū)污染歷史及現(xiàn)狀。三、監(jiān)測項目第一類：汞、鉛、鎘，DDT及其代謝產(chǎn)物與分解產(chǎn)物，多氯聯(lián)苯(PCB)； 第二類：石油產(chǎn)品，DDT以外的長效性有機氯、四氯化碳醋酸衍生物、氯化脂肪族，砷、鋅、硒、鉻、鎳、錳、釩，有機磷化合物及其他活性物質(zhì)(抗菌素、激素、致畸性物質(zhì)、催畸性物質(zhì)和誘變物質(zhì))等。 我國土壤常規(guī)監(jiān)測

8、項目中，金屬化合物有鎘、鉻、銅、汞、鉛、鋅；非金屬無機化合物有砷、氰化物、氰化物、硫化物等；有機化合物有苯并(a)芘、三氯乙醛、油類、揮發(fā)酚、DDT、六六六等。四、采樣點的布設(shè) 1布設(shè)原則2、采樣點數(shù)量3、采樣點布設(shè)方法 對于大氣污染物引起的土壤污染，采樣點布設(shè)應(yīng)以污染源為中心，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、風(fēng)速及污染強度系數(shù)等選擇在某一方位或某幾個方位上進(jìn)行。采樣點的數(shù)量和間距依調(diào)查目的和條件而定，通常，在近污染源處采樣點間距小些，在遠(yuǎn)離污染源處間距大些。對照點應(yīng)設(shè)在遠(yuǎn)離污染源，不受其影響的地方。由城市污水或被污染的河水灌溉農(nóng)田引起的土壤污染，采樣點應(yīng)根據(jù)灌水流的路徑和距離等考慮?？傊蓸狱c的布設(shè)既應(yīng)

9、盡量照顧到土壤的全面情況，又要視污染情況和監(jiān)測目的而定。下面介紹幾種常用采樣布點方法，五、監(jiān)測方法第三節(jié) 土壤樣品的采集與加工管理一、土壤樣品的采集 （一）采樣深度以采樣量采樣深度視監(jiān)測目的而定。如果只是一般了解土壤污染狀況，只需取0-15cm或0-20cm表層(或耕層)土壤。使用土鏟采樣。如要了解土壤污染深度，則應(yīng)按土壤剖面層次分層采樣。由上述方法所得土壤樣品一般是多樣點均量混合而成，取土量往往較大，而一般只需要1-2kg即可，因此對所得混合樣需反復(fù)按四分法棄取，最后留下所需的土量，裝入塑料袋或布袋內(nèi)。 （二）采樣時間和頻率為了解土壤污染狀況，可隨時采集樣品進(jìn)行測定。如需同時掌握在土壤上生長

10、的作物受污染狀況，可依季節(jié)變化或作物收獲期采集。一年中在同一地點采樣兩次進(jìn)行對照。（三）采樣注意事項(1)采樣點不能設(shè)在田邊、溝邊、路邊或肥堆邊；(2)將現(xiàn)場采樣點的具體情況，如土壤剖面形態(tài)特征等做詳細(xì)記錄；(3)現(xiàn)場填寫標(biāo)簽兩張(地點、土壤深度、日期、采樣人姓名)，一張放入樣品袋內(nèi)，一張扎在樣品口袋上。（4）用于重金屬項目分析的土樣，應(yīng)將和金屬采樣器接觸部分棄去。二、土壤樣品的加工與管理 (一)樣品加工處理除測定游離揮發(fā)酚、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、低價鐵等不穩(wěn)定項目需要新鮮土樣外，多數(shù)項目需用風(fēng)干土樣。因為風(fēng)干土樣較易混合均勻，重復(fù)性、準(zhǔn)確性都比較好。1、風(fēng)干。從野外采集的土壤樣品運到實驗室后，為避

11、免受微生物的作用引起發(fā)霉變質(zhì)，應(yīng)立即將全部樣品倒在塑料薄膜上或瓷盤內(nèi)進(jìn)行風(fēng)干。當(dāng)達(dá)半干狀態(tài)時把土塊壓碎，除去石塊、殘根等雜物后鋪成薄層，經(jīng)常翻動，在陰涼處使其慢慢風(fēng)干，切忌陽光直接曝曬樣品。風(fēng)干處應(yīng)防止酸、堿等氣體及灰塵的污染。2、磨碎與過篩進(jìn)行物理分析時，取風(fēng)干樣品100一200g，放在木板上用圓木棍輾碎，經(jīng)反復(fù)處理使土樣全部通過2mm孔徑的篩子，將土樣混均儲于廣口瓶內(nèi)，作為土壤顆粒分析及物理性質(zhì)測定。1927年國際土壤學(xué)會規(guī)定通過2mm孔徑的土壤用作物理分析，通過1mm或0.5mm孔徑的土壤用作化學(xué)分析。作化學(xué)分析時，根據(jù)分析項目不同而對土壤顆粒細(xì)度有不同要求。土壤監(jiān)測中，稱樣誤差主要取決

12、于樣品混合的均勻程度和樣品顆粒的粗細(xì)程度，即使對于一個混合均勻的土樣，由于土粒的大小不同，其化學(xué)成分也不同，因此，稱樣量會對分析結(jié)果的準(zhǔn)確與否產(chǎn)生較大影響。一般常根據(jù)所測組分及稱樣量決定樣品細(xì)度。分析有機質(zhì)、全氮項目，應(yīng)取一部分已過2mm篩的土樣，用瑪瑙研缽繼續(xù)研細(xì)，使其全部通過60號篩(025mm)。用原子吸收光度法(AAS法)測Cd、Cu、Ni等重金屬時，土樣必須全部通過100號篩(尼龍篩)。研磨過篩后的樣品混勻、裝瓶、貼標(biāo)簽、編號、儲存。網(wǎng)篩規(guī)格有兩種表達(dá)方法，一種以篩孔直徑的大小表示，如孔徑為2mm、1mm、0.5mm；另一種以每英寸長度上的孔數(shù)來表示，如每英寸長度上有40孔為40目篩

13、(或稱40號篩)，每英寸有80孔為80號篩等。孔數(shù)愈多，孔徑愈小。(二)樣品管理一般土壤樣品需保存半年至一年，以備必要時查核之用。環(huán)境監(jiān)測中用以進(jìn)行質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)土樣或?qū)φ胀翗觿t需常期妥善保存。儲存樣品應(yīng)盡量避免日光、潮濕、高溫和酸堿氣體等的影響。玻璃材質(zhì)容器是常用的優(yōu)質(zhì)貯器，聚乙烯塑料容器也屬美國環(huán)保局推薦容器之一，該類貯器性能良好、價格便宜且不易破損。將風(fēng)干土樣、沉積物或標(biāo)準(zhǔn)土樣等貯存于潔凈的玻璃或聚乙烯容器之內(nèi)。在常溫、陰涼、干燥、避陽光、密封(石臘涂封)條件下保存30個月是可行的。第四節(jié) 土壤樣品的預(yù)處理 溶解土壤樣品有兩類方法：一類為堿熔法，常用的有碳酸鈉堿熔法和偏硼酸捏(LiBO2

14、)熔融法。堿熔法的特點是分解樣品完全，缺點是：添加了大量可溶性鹽，易引進(jìn)污染物質(zhì)；有些重金屬如Cd、Cr等在高溫熔融易損失(如>450Cd易揮發(fā)損失)；在原子吸收和等離子發(fā)射光譜儀的噴燃器上，有時會有鹽結(jié)晶析出并導(dǎo)致火焰的分子吸收，使結(jié)果偏高；另一類是酸镕法，測定土壤中重金屬時常選用各種酸及混合酸進(jìn)行土壤樣品的消化。消化的作用是：破壞、除去土壤中的有機物；溶解固體物質(zhì)；將各種形態(tài)的金屬變?yōu)橥环N可測態(tài)。為了加速土壤中被測物質(zhì)的溶解，除使用混合酸外，還可在酸性溶液中加入其他氧化劑或還原劑。下面介紹幾種常用酸(見表5-6)，混合酸及土壤消化方法。 (1)王水(HCl-HNO3)：1體積HNO

15、3和3體積HCl的混合物?？捎糜谙瘻y定Pb、Cu、Zn等組分的土壤樣品。(2)HNO3-H2SO4：由于HNO3氧化性強，H2SO4具氧化性且沸點高，故用該混合酸消化效果較好。用此混合酸處理土樣時，應(yīng)先將樣品潤濕，再加HNO3消化，最后加H2SO4若先加H2SO4時，因其吸水性強易引起碳化，樣品一旦碳化后則不易溶解。另須注意在加熱加速溶解時，開始低溫，然后逐漸升溫，以免因崩濺引起損失。消化過程中如發(fā)現(xiàn)溶液呈棕色時，可再加些HNO3增加氧化作用，至溶液清亮止。(3)HNO3-HClO4使用HClO4時，因其遇大量有機物反應(yīng)劇烈，易發(fā)生爆炸和崩濺，尤以加熱更甚。通常先用HNO3處理至一定程度后，

16、冷卻，再加HClO4，緩慢加熱，以保證操作安全。樣品消化時必須在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行，且應(yīng)定期清洗通風(fēng)櫥，避免因長期使用HClO4引起爆炸。切忌將HClO4蒸干，因無水HClO4會爆炸。(4)H2SO4-H3PO4這兩種酸的沸點都較高。H2SO4具有氧化性、H3PO4具有絡(luò)合性，能消除Fe等離子干擾。第五節(jié) 土壤污染物的測定 土壤監(jiān)測結(jié)果規(guī)定用mg/kg(烘干土)表示。 1土壤含水量測定無論采用新鮮或風(fēng)干樣品，都需測定土壤含水量，以便計算土壤中各種成分按烘干土為基準(zhǔn)時的測定結(jié)果。測定方法：用百分之一精度的天平稱取土樣20-30g，置于鋁盒中，在105下烘(45h)至恒重。按下式計算水分重量占烘干土重的

17、百分?jǐn)?shù)： 2土壤中鋅、銅、鎘的測定AAS法 ；(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液制備：制備各種重金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液推薦使用光譜純試劑；用于溶解土樣的各種酸皆選用高純或光譜純級；稀釋用水為蒸餾去離子水。使用濃度低于0.1mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液時，應(yīng)于臨用前配制或稀釋。標(biāo)準(zhǔn)溶液在保存期間，若有混濁或沉淀生成時須重新配制。  (2)土樣預(yù)處理：稱取0.5-1g土樣于聚四氟乙烯坩堝中，用少許水潤濕，加入HCl在電熱板上加熱消化(<450，防止Cd揮發(fā))，加入HNO3繼續(xù)加熱，再加入HF加熱分解Si02及膠態(tài)硅酸鹽。最后加入HClO4加熱(<200)蒸至近干。冷卻、用稀HNO3浸取殘渣、定容。同時作全程序空白實驗。 (3)Cu、Zn、Cd標(biāo)準(zhǔn)系列混合溶液的配制：各元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液是通過逐次稀釋其標(biāo)準(zhǔn)貯備液而得。 (4)采用AAS法測定Cu、Zn、Cd： (5)結(jié)果計算：式中：M自標(biāo)準(zhǔn)曲線中查得鎘(銅、鋅)含量(g)； W稱量土樣干重量。3土壤中鉻的測定二苯碳酰二肼分光