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研究土壤重金属污染

大学生“科研立项”论文

题目：

研究土壤重金属污染

的植物修复技术

指导老师：

周赛春

浙江大学宁波理工学院生物与化学工程分院

二○一○年五月

研究土壤重金属污染的植物修复技术

曾平龙董飞韦菲菲吴雅飞毛婕江湖静

（浙江大学宁波理工学院化工071班）

摘要

随着工业和城市污染的加剧,土壤重金属污染日益严重,污染程度加剧、面积逐年扩大。

由于重金属污染物在土壤中的移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解,并可通过水和植物等介质最终影响人类健康。

土壤重金属污染问题已经成为当今环境科学研究的重要内容，重金属污染土壤的修复在我国既是一项重要的研究工作,又是一项刻不容缓的任务。

本课题主要通过微波消解法、火焰原子吸收法等来测定宁波市电镀厂周围的土壤和植物的金属含量，筛选出富集效果最优的植物，并用该植株来进行对污染土壤的植物修复。

关键词：

植物修复；重金属；原子吸收光谱仪；污染

Abstract

Asindustrialandurbanpollutionintensifies,heavymetalpollutionintensifies,andtheareakeepsincreasing.Becauseoftheheavymetalsinthesoilhavepoormobilityandlongdwelltimesandcouldnotbedegraded,andwaterandplants,andothermediaeventuallyaffecthumanhealth.Heavymetalpollutionhasbecometoday'senvironmentofscientific

investigationandremediationofcontaminatedsoilsofheavymetalsinChinaisanimportantresearchwork,andurgenttask.

Thisissueislargelydictatedbythemicrowavedigestion,flameatomicabsorptionspectrometry,todeterminationthesurroundingsoilandplantsofthemetalcontentofNingboelectroplatingfactory,filteroutoptimalenrichmentplants,andtheplantoncontaminatedsoilphytoremediation.

Keywords：

Phytoremediation;heavymetals;AtomicAbsorptionSpectrometer;pollution

引言

由于工业的迅猛发展，工业“三废”的不当处理，使得大面积的土壤受到了重金属（铜、铅、锌、镉、镍、钴、锰等重金属）的污染。

土壤中重金属可经水、大气及生物链最终危害人体健康，且此类污染具有长期性、隐蔽性和不可逆性的特点:

 一是危害肝脏，重金属与血液中的血卟啉结合，会损伤肝脏，导致肝硬化、肝癌等；二是损害血液循环系统，重金属中毒后，血液黏度增大，含氧量低，严重的话会导致发闷、休克等症状；三是危害神经系统，抑制和干扰神经系统的功能。

因此,土壤重金属污染问题已经成为当今环境科学研究的重要内容。

重金属污染土壤的修复在我国既是一项重要的研究工作,又是一项刻不容缓的任务。

对污染环境整治的重要手段之一是植物修复[1]。

植物修复技术是2O世纪8O年代初期发展起来的环境污染治理技术。

利用某些植物能忍耐和超量富集某种或某几种重金属的特性来清除土壤中的重金属，从而达到清洁污染土壤的目的。

由于这一技术普遍被认为具有物理、化学修复方法所无法比拟的成本低廉、可以保养和改善土壤结构肥力、不会造成污染转移或二次污染、可以同时处理受污染的土壤和地下水等优点，已成为世界环境修复技术与工程科学研究的热点和前沿领域之一。

植物修复是利用植物原位处理污染土壤和沉积物的方法，使环境污染通过“绿色”治理技术得以恢复，解决由于土壤中的重金属具有长期性、非移动性特点而造成不能被微生物所降解的问题。

它是一种应用前景广泛、经济有效的处理土壤中重金属污染物的新方法。

本实验采用了科学、环保、经济、简便的前处理方式和检测方法。

如下：

微波消解法是一种高效、快速、操作简便且不易产生二次污染的环境样品的预处理（分离、富集）及分析检测方法.在样品处理过程中，使用了微波消解炉代替传统回流法中的回流装置,不仅省试剂、省水和电,而且加快了分析速度.该法与传统的回流法相比,结果比较令人满意.

火焰原子吸收法[2]：

应用广泛，能快速，准确和简便地测出样品中微量重金属（Pb，Cd，Cu，Cr、Ni等）的含量。

本课题调查宁波市电镀厂周边等重金属污染地区的自然定居植物和人工种植的植物，并对主要优势植物及其土壤进行采样分析，对比优势植物重金属累积特征，探讨它们作为污染土壤修复和生态恢复备选植物的可行性，以期为我市的电镀厂周边等重金属污染地区生态恢复和植被重建提供科学依据。

我们综述了各种植物对重金属污染土壤修复的效果,旨为找到更多的重金属超富集植物种类,推动污染土壤的工程化治理。

实验部分

一、实验所用仪器和药品

主要试剂

主要器材

硝酸HNO3（65%，30%，0.5%）、

高氯酸（HClO4）、氢氟酸HF、

双氧水（H2O2）、盐酸HCl、

硫酸H2SO4、哇哈哈纯净水、

去离子水、各种金属的标准液

聚四氟乙烯杯、

原子吸收光谱仪AA800、

箱式电阻炉SX-2-2.5-10、

电热鼓风干燥箱DGF20003、

微波消解系统MWS-2、

电动离心机800型、

恒温电磁炉RHB2S25

二、总体实验流程

2.1样品采集

2.1.1电镀城周围取点，如图1-1；

2.1.2土壤采样，如图1-2，采用网点法：

每点取400g的土壤，再混合均匀。

图1-1图1-2

2.1.3植物取样：

在相应的土壤采样点周围采集几种典型植物，并一一标注。

注意：

1.取成长状况良好的成熟植株；

2.保证植株的完整性；

3.采取同种植物做对比时，要求长势相似。

2.2样品前处理

土壤样品处理

1.预处理：

将上述每点取来的土壤，装到四个大烧杯中，置于烘箱中（45℃）烘干，然后取出。

先把土壤倒出，把其中的一些生物（植物根、叶片等）和小石子取出，然后放置于玛瑙研磨器里研磨，当所有的颗粒均能通过0.2mm口径的塑料筛子，即可。

取土壤做实验样本时，为了考虑实验所取的样品是混合均匀的，且有代表性的，我们采用四分法取样。

2.微波消解：

称各干样≈1.0000g，加入5mlHNO3+2mlHF，装样于微波分解罐在180℃下，消解15min，得到较浑浊溶液，加入2mlH2O2微热≈2h。

上述的所有溶液都用0.5%的硝酸滴定到50ml的容量瓶中，待测。

植物样品处理

1.预处理：

洗净，放置于干燥的地方让它自然风干；将整株植物剪成小段，放入碎果机，打碎植物。

多次打磨；将打磨好的植物置于烧杯，放入烘干箱烘干（50℃）。

2.植物消化称各干样≈2.0000g加入15mlHNO3+HClO4（4：

1）静置10h后，50℃下微热≈15h（循环，至完全溶解），加入2mlH2O2微热≈2h。

此时的溶液已澄清。

将上述的所得溶液都用0.5%的硝酸滴定到50ml的容量瓶中，待测。

2.3金属含量的测定

1.配制待测金属含量的标准溶液

Ni

Cr

Mn

Cu

浓度

（mg/L）

1

3

5

1

3

5

1

3

5

1

3

5

2．用原子吸收光谱仪（AA800）测定金属含量（单位mg/kg）

土壤环境质量标准值（GB15618-1995）[3]

级别

项目

一级

二级

三级

自然背景

<6.5

6.5-7.5

>7.5

>6.5

铜农田等≤

果园≤

铬水田≤

旱地≤

镍≤

锰

35

—

90

90

40

-

50

150

250

150

40

-

100

200

300

200

50

850

100

200

350

250

60

-

400

400

400

300

200

-

注:

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。

2.3数据分析

检测得到数据作图如下：

图1-3，图1-4，图1-5，图1-6。

说明：

T1.T2.T3.T4分别为四块土壤，GB为国标，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5分别为第1块土壤上1号植物，第2块土壤上2号植物，依次类推。

图1-3

图1-4

图1-5

图1-6

图1-7

结论

吸收比率=植物中某重金属含量/土壤中该重金属含量

实验成果与不足：

成果：

1.实验发现,艾草（1.3）、（2.4）、狗尾（3.2）、（4.1）对重金属镍、铬、锰、铜的吸收效果均不错。

2.艾草对锰的吸收效果最佳，吸收比率可达28.68%；

2.4对铬的吸收效果最佳，吸收比率可达109.9%；

狗尾巴草对镍、铜的吸收效果最佳，吸收比率分别可达77.69%、757.1%。

3.为了更好的溶解植物样本，我们采用了多种酸混合的方法溶解，并进行了很多试验，发现硝酸和高氯酸的溶解效果比较好。

不足：

1.我们用来打磨植物的是碎果机，植物打磨的不够细，再者刀片是金属的，对实验最后检测金属（特别是Fe）有一定的影响。

2.我们试了很多不同配比的酸来消化土壤，至今还没找到一种有效的能全部消化土壤的方法

结语

随着工业化的发展，土壤重金属污染的来源更加广泛，污染形态日趋多样。

重金属污染土壤的面积在逐渐扩大，程度在不断加深，世界各国都很重视对重金属污染土壤治理方法的研究。

植物修复技术是一种支持可持续性发展的环境修复技术，并以其高效、经济、清洁、美观等优势解决了环境中的持久性污染物问题。

本课题的研究对宁波市居民的生活和健康、对宁波市的经济的可持续发展都有着积极的意义。

参考文献

[1]唐世荣.污染环境植物修复的原理和方法[M].[1].北京：

科学出版社，2006.

[2]周天泽，邹红等.原子光谱样品处理技术[M].[1].北京：

化学工业出版社，2006.

[3]夏家淇，蔡道基，王宏康等.土壤环境质量标准[].中华人民共和国国家标准，GB15618-1995.

附图说明

2.12.2狗尾巴

2.32.4两耳草

4.14.2狗尾巴

4.34.4