土壤净化能力.docx
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土壤净化能力
土壤淨化能力
廢水不斷的處理與排放，常造成環境的污染，甚至污染了我們喝的飲用水，飲用水中少量的污染物即能使我們生病，但飲用水中污染物的含量仍遠低於廢水中污染物的量，這些減少的污染物就是被大自然的淨水器~土壤所分解或攔截，不同土壤的不同特性深深的影響土壤淨化污染物的能力，因此本實驗探討：
一、土壤淨化能力是否受到不同地區、不同土壤性質的影響。
二、同樣的土壤，對不同的污染物（色素、肥料、重金屬）淨化能力強弱的影響。
實驗結果顯示大肚山土壤過濾溶液中的色素、磷、及重金屬中的鉻、鎳、銅的能力較中寮及大甲土壤強，只有氮與鉀的過濾能力較大甲土壤差，所以這次實驗中大肚山土壤有最好的污染淨化能力。
實驗結果將來也許可以應用於土壤處理場址之適宜性評估。
壹、研究動機：
歷年來，本省發生數次重大的污染事件，如：
砷引起的烏腳病、鎘引起的痛痛病，均造成國民健康上重大的隱憂，深入了解這些污染事件後我們發現這些污染物均由不肖業者排放為處理的廢水造成的問題，並且發現造成問題的地下水或飲用水中污染物的含量極低，遠低於被排放廢水中的含量，這使我們感到懷疑？
是什麼物質減少了水中污染物的濃度，是不是也攔截其他各式各樣的污染物呢？
這些問題經由老師的解答使我們恍然大悟，原來它就是我們腳底下的土壤！
記得在化學課本第一冊中，曾經提到土壤具有比水圈和大氣圈要好的淨化能力。
台灣地處地殼變動頻繁地區，因此生成多種不同的岩石，經由風化作用產生性質差異極大的土壤，藉此想了解土壤淨化能力是否會受到土壤性質和污染物種類的影響。
貳、研究目的：
一、土壤淨化能力是否受到不同地區、不同土壤性質的影響。
二、同樣的土壤，對不同的污染物（色素、肥料、重金屬）淨化能力強弱的影響。
參、研究材料及方法：
一、器材：
鐵架 12個 濾紙 24張
燒杯 300ml 12個 滴管 1支
漏斗 12個保特瓶12個
量筒 1個 玻棒 1支
鐵夾 12個
二、樣品：
紅色水彩（2L）大肚山土壤（台中）－粘土
花卉液肥（2ml配成2L）中寮土壤（南投）－壤土
工業廢水（2L）大甲土壤（台中）－砂土
蒸餾水（2L）
三、實驗方法：
1.準備600ml的保特瓶12個，底部切除、瓶蓋打洞、瓶蓋內墊濾紙。
2.選取中部地區土壤特性差異極大的土壤，分別是台中大肚山土壤（粘
土）、南投中寮土壤（坋質壤土）、台中大甲土壤（砂質土），經晒乾、磨細，過10mesh的篩網。
3.每種土壤分裝成4瓶，裝入步驟一之保特瓶中，每一瓶300克土壤；將裝有土壤之保特瓶輕敲桌面數下，使裝有同種土壤之保特瓶內土壤高度相同，上面會放濾紙並標上標籤，裝在鐵架上，底下放置燒杯接濾液（如下圖）。
4.準備4種添加物
紅色水彩－滴數滴紅色水彩至2L水中呈紅色
蒸餾水－2L
污染水－工業廢水
肥料水－複合花卉液肥取2ml稀釋或2L
5.各種土壤樣品分別添加不同的4種添加物，各取250毫升的添加物緩緩
倒入保特瓶中的土壤。
6.數小時後，收集從保特瓶口滴下的濾液，除添加紅墨水的樣品外，其他濾液再以濾紙過濾一次。
7.測定項目：
（1）添加紅墨水者，觀察經土壤後所得之濾液顏色。
（2）添加蒸餾水者，測定濾液中氮、磷、鉀及銅、鋅、鉛…等重金屬含量。
（3）添加污染水者，測定污染水及濾液中銅、鋅、鉛…等重金屬含量。
（4）添加肥料者，測定肥料水及濾液中氮、磷、鉀的含量。
（5）土壤pH值：
水土比為1：
1（V/W）攪拌之，半小時內攪拌數次，以
pH計測定。
8.鉻、銅、鎳、鎘、鉛、鋅（以ppb表示），鉀、磷（以ppm表示）等元素的濃度採以ICP（感應耦合電漿光譜儀）儀器測定。
9.氮的測定採凱氏法（以ppm表示）
步驟：
如圖一所示。
在尚未蒸餾樣品前，先將所有活栓打開，並將蒸氣產生瓶加熱，使產生蒸氣。
其後，將a、c、d活栓關閉，將水通入冷卻管D，於冷卻管之下方放置一125ml之三角瓶。
控制溫度使每分鐘餾出液約為6~8ml，以水蒸氣洗淨蒸餾裝置。
啟開活栓a，關閉活栓b，則可將蒸餾室H內容物逆流吸入廢液管C內。
打開活栓d，將廢液排棄。
取5ml硼酸指示劑液於35ml處有標線之125ml三角瓶中，將之置於冷卻管D下，把蒸餾餾出管末端導入硼酸指示劑液裡。
打開活栓c，自漏斗G將分解完成之一定量樣品液精確加入，以少量蒸餾水洗滌漏斗G。
其後再加入20ml之40%NaOH，再以少量之蒸餾水洗滌漏斗，隨即關閉活栓c，此時，內液成為強鹼性，顏色由荼褐色變為濃青色。
通入蒸氣，開始蒸餾，待三角瓶餾出液總量達約35ml時，蒸餾終止。
以少量蒸餾水洗滌餾出管口，一齊集於餾出液中，取下三角瓶F。
將盛有約30~40ml蒸餾水之三角瓶，置於冷卻管D下，將活栓a打開，並將活栓b關閉，則蒸餾室H內之廢液立即移入廢液管C裡，三角瓶內之蒸餾水逆流上升經冷卻管進入廢液管，將容器清洗乾淨。
打開活栓d，將廢液排出。
繼續進行另一樣品之蒸餾。
餾出液以0.01N硫酸或鹽酸標準液滴定，顏色由綠變到終點淡紅色；以同樣方法，做空白試驗。
A：
產生蒸氣用燒瓶
B：
水注入口
C：
廢液管
D：
冷卻管
E：
漏斗（防止凝結水混入用）
F：
接受瓶
G：
樣品液添加漏斗H：
蒸餾室
a，b，c，d：
活栓
圖一
計算：
1000
N（ppm）＝（A－B）×0.14×
蒸餾樣品量（ml）
A：
樣品之滴定值（ml）
B：
空白試驗之滴定值（ml）
肆、研究結果：
根據實驗結果，以圖或表顯示，如下：
1、不同土壤質地對水彩色素過濾能力的影響（圖二）。
2、蒸餾水流經不同質地土壤所得土壤淋洗液之測定值，可當空白值（表一）。
3、液肥流經不同質地土壤所得土壤淋洗液之氮、磷、鉀濃度的測值（表二～表四）。
4、工業廢水流經不同質地土壤所得土壤淋洗液之鉻、鋅、鉛、鎘、鎳、銅濃度測值（表五～表七）。
5、不同土壤與液肥淋洗液氮、磷、鉀濃度之間的關係（圖三）。
6、不同土壤與工業廢水淋洗液鉻、鋅、銅濃度之間的關係（圖四）。
圖二
表一、不同土壤pH值與淋洗液之各項濃度
土壤種類
pH
值
離子濃度（ppm）
重金屬離子濃度（ppb）
氮
磷
鉀
鉻
鋅
鉛
鎘
銅
鎳
大肚山
4.1
41.10
0.37
10.10
0
109
0
0
0
2.71
中寮
4.0
34.21
0.61
10.70
0
0
0
0
29.90
4.50
大甲
6.5
6.77
0.83
4.44
0
0
0
0
35.40
9.03
表二、大肚山壤對液肥氮、磷、鉀淨化能力之關係
種類
測定離子濃度（ppm）
氮
磷
鉀
1.原液肥
24.39
37.80
80.60
2.蒸餾水淋洗液（空白值）
41.10
0.37
10.10
3.液肥淋洗液
58.70
0.47
15.50
4.淋洗液中增加量（3－2）
17.60
0.10
5.40
表三、中寮土壤液肥氮、磷、鉀淨化能力之關係
種類
測定離子濃度（ppm）
氮
磷
鉀
1.原液肥
24.39
37.80
80.60
2.蒸餾水淋洗液（空白值）
34.21
0.61
10.70
3.液肥淋洗液
53.74
1.19
18.70
4.淋洗液中增加量（3－2）
19.53
0.58
8.00
表四、大甲土壤液肥氮、磷、鉀淨化能力之關係
種類
測定離子濃度（ppm）
氮
磷
鉀
1.原液肥
24.39
37.80
80.60
2.蒸餾水淋洗液（空白值）
6.77
0.83
4.44
3.液肥淋洗液
10.25
1.36
4.02
4.淋洗液中增加量（3－2）
3.48
0.53
0.42
表五、大肚山土壤對工業廢水重金屬離子淨化能力之關係
種類
測定離子濃度（ppb）
鉻
鋅
鉛
鎘
鎳
銅
1.原工業廢水
4.33
0
0
0
95.80
19.10
2.蒸餾水淋洗液（空白值）
0
0
0
0
2.71
0
3工業廢水淋洗液
0
0
0
0
5.75
0
4.淋洗液中增加量（3－2）
0
0
0
0
3.04
0
表六、中寮土壤對工業廢水重金屬離子淨化能力之關係
種類
測定離子濃度（ppb）
鉻
鋅
鉛
鎘
鎳
銅
1.原工業廢水
4.33
0
0
0
95.80
19.10
2.蒸餾水淋洗液（空白值）
0
0
0
0
4.50
29.90
3工業廢水淋洗液
0.13
0
0
0
10.30
38.70
4.淋洗液中增加量（3－2）
0.13
0
0
0
5.80
8.80
表七、大甲土壤對工業廢水重金屬離子淨化能力之關係
種類
測定離子濃度（ppb）
鉻
鋅
鉛
鎘
鎳
銅
1.原工業廢水
4.33
0
0
0
95.80
19.10
2.蒸餾水淋洗液（空白值）
0
0
0
0
3.50
35.40
3工業廢水淋洗液
0.19
0
0
0
11.00
46.60
4.淋洗液中增加量（3－2）
0.19
0
0
0
7.50
11.20
（ppm）
圖三：
不同質地土壤與
液肥淋洗液中氮、
磷、鉀含量之關
係。
（ppb）
圖四：
不同質地的土壤
與工業廢水淋洗
液中鉻、鎳、銅
重金屬離子含量
之關係。
伍、討論：
1、根據實驗的結果，可發現大肚山、中寮、大甲土壤均具有自淨能
力，不但能夠除去紅色色素（圖二），亦能吸附液肥中氮、磷、鉀濃度
（圖二～圖四），及工業廢水中微量重金屬，降低溶質的濃度。
但是土
壤的淨化能力有一定的程度，如果超過了負荷範圍污染物仍然會經由
土壤流出，而污染了我們的地下水源。
2、在去除水中顏色方面，大肚山土壤的淨化能力較中寮強，而中寮土
壤又比大甲更佳，其原因為土壤質地的影響，大肚山土壤為粘土、粘
粒含量高（直徑＜0.002mm）質地最細，而中寮土壤為壤土粘粒和坋粒
（直徑＜0.05mm）含量高，較大肚山質地略粗，而大甲土壤為砂土，
質地最粗，就如同濾紙一般，質地粗，形成孔隙大，過濾速度快，淨
化效果較差，質地細，形成孔隙小，過濾速度慢，淨化效果較佳（圖
二）。
另濾紙孔隙比大甲土壤的孔隙大，故濾紙過濾的效果較三種土壤
差。
3、人類常以肥料供給作物的三要素氮、磷、鉀，如果農民過量使用
肥料，土壤淨化能力不足以淨化，則造成地下水層污染，進而造成河
川湖泊污染，其中磷是污染河川，造成優氧化之元凶。
三種不同的土壤在淨化氮、磷、鉀的方面（圖三），可明顯發現大肚山有較佳的磷淨化能力。
原因為大肚山土壤是屬於老化土壤，含鐵
鋁離子含量高，因為鐵鋁離子會與磷酸離子反應產生不溶性的磷酸
鹽，減少土壤溶液中磷離子的含量，而造成淋洗出來的磷離子濃度降
低。
圖三亦顯示，大甲土壤在液肥加入後，對氮、鉀的淨化表現比大
肚山和中寮佳，因為大肚山和中寮之pH值低，為酸性土壤，土壤粒子
中所吸附之H＋較多，減少了吸附帶正價的離子（如K＋、NH4＋），因液
肥中氮的型態為NH4＋,故造成大甲土壤對氮、鉀之淨化力強（表二～表
四）。
4、重金屬的離子很小，可以輕易通過粘粒之間的細孔隙，所以土壤淨
化重金屬的能力，取決在土壤中有機質與粘粒對重金屬吸附的能力，
中寮與大甲為較年輕的土壤，含有較多的有機質，因已吸附重金屬等其他物質，故導致中寮與大甲土壤的淨化能力不佳，因此粘粒含量最高的大肚山土壤有最佳的重金屬淨化能力，中寮土壤次之，大甲土壤最差（圖四）。
陸、結論：
綜觀以上結果可知大肚山土壤過濾溶液中的色素、磷、及重金屬中的鉻、鎳、銅的能力較中寮及大甲土壤強，只有氮與鉀的過濾能力較大甲土壤差，所以這次實驗中大肚山土壤有最好的污染淨化能力。
這次實驗讓我們瞭解不同土壤特性明顯地影響土壤的自淨能力，也清楚知道為何廢棄物或廢土處理場址的評估中，土壤特性是其中一項重要的考慮因素。
所以具有自淨能力較好之土壤的處理場址不但得以延長使用壽命，還能降低地下水污染的風險，減少對環境的影響，這是生活在地球的我們不得不注意的問題。
柒、參考文獻：
1、王一雄、陳尊賢、李達源，土壤污染學，國立空中大學。
2、王丹雲、蔡永昌，化學Ⅰ，2001，廣懋圖書股份有限公司。
3、郭魁士，土壤學，1990，中國書局印行。
4、鄭新讚，化學Ⅰ，2000，東大圖書公司。
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