1、 分 类 号 ： TP391 学号： 学号： 12345678910 本科毕业论文 姓 名： 专 业： 环境科学 指导教师姓名： 指导教师 职称 ： 副 教 授 2016年 5月I XX 市红旗岭镍矿周边土壤重金属污染特征研究 摘 要 土壤是人们赖以生存的基础，它不仅为人类提供栖息地，更为植物输送营养，所以土壤的环境尤为重要。 XX市红旗岭镍矿是一个采矿多年的大矿，多年来发展迅速，但多年的开采也使工业三废大量排放，周围土壤受到重金属污染。 本文采集了红旗岭镍矿周边表层土壤研究其重金属的污染状况，采用原子吸收分光光度法测定土壤中镉、镍、锌的含量，结果显示：镉、镍和锌的平均含量为 0.18 mgk
2、g-1、771.09 mgkg-1 和 84.61mgkg-1。该地区土壤镉、锌这两种重金属平均含量没有超过国家三类土壤标准限定值，而重金属镍的含量远 远超过国家标准限定值；与 XX 土壤环境背景值比较，镉和锌的平均含量微高于 XX 土壤环境背景值，而镍的平均含量则远远超过 XX 土壤环境背景值。运用两种污染评价方法评价了该地区表层土壤这三种重金属污染状况，镉、镍和锌这三种重金属的污染指数分别为： 0.60、 15.42、 0.34，表明镉和锌在土壤环境中污染等级为尚清洁，镍在土壤环境中污染等级为重度污染；内梅罗综合污染指数为 11.57，表明该土壤重金属污染等级为重度污染，其他重金属元素处于
3、安全水平，表层土壤中镍含量严重超标，说明镍矿的存在导致镍矿周边土壤污染严重，同时 该矿区周边土壤重金属污染综合评价为严重污染，不适合农用，需要采用相应措施控制与治理。 关键词 ：土壤 镍矿 重金属 污染特征 II Abstract Soil is the foundation of the people live, not only does it provide habitat for humanity, more plant nutrition. So the soil environment is particularly important. The hongqiling nickel
4、 minerals in the city of Panshi is a large mine mining for many years, and over the years has developed rapidly. But years of mining the industrial “three wastes“ emissions in great quantities, Some heavy metal elements deposited in the waste residue pile, the surrounding soil is polluted by heavy m
5、etals, is becoming more and more serious. This paper collected the Hongqiling nickel minerals surrounding soil to study the pollution characteristics of heavy metals. And using atomic absorption spectrophotometric method determination of Cd, Ni, Zncontent in soil. The results show that the average c
6、ontent of Cd, Ni, Zn is 0.18 mgkg-1, 771.09 mgkg-1, 84.61 mgkg-1. The content of Cd, Ni and Zn does not more than the thirdly standard limits in the soil environmental quality, but the concentration of Ni is more than the standard. Compared with the soil background values of Jilin Province, the aver
7、age content of Cd and Zn is slightly above the soil environmental background values, and the average content of Ni is far more than the soil background values . Using a single gene pollution index and comprehensive pollution indexs to evaluate the soil pollution situation in the region. The single f
8、actor index of these heavy metals are 0.6, 15.4218, 0.3384, respectively. Soil comprehensive pollution index is 11.5665. Indicates that the heavy metal pollution level of the soil is heavily polluted, the others at a save level. The content of Ni in the surface soil is exceed the standard, contamina
9、ted the surrounding soil badly. And the surrounding soil comprehensive evaluation is serious pollution. It is not suitable for farming, need to adopt corresponding measures to control and government. Key words: Soil nickel minerals heavy metal pollution characteristics III 目 录 摘 要 . I Abstract . II
10、第一章 绪 论 . 1 1.1 重金属的种类及危害 . 1 1.2 XX市红旗岭镍矿概况 . 2 1.3 矿山土壤的重金属污染 . 2 1.4 本文的研究内容、意义 . 2 第二章 实验部分 . 4 2.1 实验仪器与主要试剂 . 4 2.1.1 实验所需仪器 . 4 2.1.2 实验所需试剂 . 4 2.2 样品的采集与处理 . 4 2.2.1 土壤样品的采集 . 5 2.2.2 土壤样品的处理 . 5 2.3 实验原理及方法 . 5 2.3.1 镉、锌实验原理 . 5 2.3.2 镉的测定 . 5 2.3.3 锌的测定 . 5 2.3.4 镍的测定 . 6 第三章 结果与讨论 . 8 3.
11、1 土壤中重金属污染 评价标准与方法 . 8 3.1.1 评价标准 . 8 3.1.2 评价方法 . 8 3.2 土壤中重金属污染测定结果 . 9 3.2.1 土壤样品中重金属含量 . 9 3.2.2 污染评价 . 9 第四章 结 论 . 11 致 谢 . 12 参考文献 . 13 1 第一章 绪 论 土壤是生态、水、气系统之间物质和能量交换的重要构成单元，是支撑人类生存的重要环境 1。据统计，在过去的几十年里，全球排放到环境中的铜、镉、铅、锌分别达到 939000t、 22000t、 783000、 135000t，其中有一部分进入土壤 1，使土壤受到严重破坏，难以控制。如 XX市红旗岭镍矿
12、因长时间开采镍，造成周边土壤严重污染，土壤中不仅镍含量超标，镉、铅、铜、锌等含量也较高。导致镍矿周围无任何作物生长，并对周边居民的身体健康产生有害影响。 土壤重金属污染是一种人为或自然原因造成泥土中重金属偏高的污染现象 1。土壤重金属污染的来源有矿业污染来源、其他工业污染来源、农业污染来源、交通污染来源。本文主要讨论矿业污染。镍矿周围的重金属污染形态较为复杂，对土壤的生态结构和功能有很大的影响，因此对周围植物有很大危害，土壤中重金属的种类非常多，包括生物毒性非常明显的镉、汞、铅、砷、等，还有一些具有毒性的锌、镍、铜等 2。比如：镍含量一旦过高就会危害植物的生长，进而影响人类的健康 3。其他几类
13、重金属亦是如此。 1.1 重金属的种类及危害 镉：泥土中的镉有两类，一类是水溶性和另一类是非水溶性 4。少量镉不会造成污染 ，最近这些年，中国又出现了大大小小的矿，开采这些矿，造成了一部分重金属流失到泥土中，聚集，污染。据统计，全球每年差不多排放的镉大约有 1000t5。不仅如此，农村地里的施肥等也使镉污染泥土 6。植物对于镉也可以吸收，人类吃了植物就会使镉进入人体体内。 镉不仅毒性强，而且可以被植物吸收。如镉污染水稻后，会破坏其叶绿素 7，是叶子变黄，营养降低，并且产量降低。 锌：锌也是一个有害重金属，大气，水，泥土中都有，土壤中的锌平均含量为50gg-18。锌是植物生长的营养元素，但一旦高
14、于 200 mgkg-1 时便会造成污染 9,10，锌过量会对植物的生长和产量产生有害影响。摄入过量的锌也会造成重度，锌中毒可使人呕吐、腹泻和肠功能失调等，甚至会有致癌作用。 镍：镍元素多了，会有害，泥土中镍的浓度跟成土母质有影响 11,12,13。过量的镍可以阻碍植物生长，镍容易被土壤吸附并且不被降解，镍也会通过一系列的作用进入人体富集，对人体造成伤害 3。 砷：砷也是能被植物强烈吸收的元素，它具有易迁移性，毒性大，他对植物的主要毒害是阻碍植物体内水分和养分的运输，例如，砷浓度到达一定量时使水稻减产 ,更严重时使水稻生长不 良以至不抽穗。砷污染主要源于化工、冶金、皮革、燃煤、炼焦、电子工业、
15、农药 ,矿山开采和和矿石冶炼也是导致砷污染的主要原因 14,15,16。 2 铅： Pb 铅在世界泥土中的平均含量为差不多为 20 mgkg-1，铅主要存在于母岩母质中 9,17，关于铅的来源，其实主要就是前框开采、使用铅做的汽油等。铅是有毒的重金属元素，铅中毒可以引发人体贫血、肾炎、肝炎、高血压等病症 18。铅对于植物也有影响，铅进入植物会影响其光合作用和蒸腾作用，进而影响植物的生长发育，铅的污染还会影响土壤中 N 的转化，给植物带来影响。 汞： 其主要来源于母岩或母质以及人为污染 9。汞具有很强的毒性，可以进入人体体内累积 19。它也可以被植物吸收和累积，但不同的植物以及植物的不同部位对汞
16、的吸收能力都是不同的，一旦汞被粮食作物吸收和累积就可能生产出有害的“汞米”危害人体的健康。 1.2 XX市红旗岭镍矿概况 XXXX 市红旗岭镍矿位于红旗岭镇达连山，主营镍钴矿的采选。 1964 年开始采矿，年产值非常高，附近临近村庄，还有池塘，所以该矿区比较接近人类居住地，土壤中重金属污染也会影响到附近人群的生活质量。 1.3 矿山土壤的重金属污染 我过矿产资源 相对比较丰富，矿山的开采有利于提高社会经济和人民生活质量 20。采矿虽好，但是采矿时很多元素进入了泥土中，造成污染。 矿山土壤重金属污染有两个原因，一是自然原因，主要是风化作用、水力、风力的自然迁移作用 21。二是人为原因，我国虽然矿
17、产比较丰富，但贫矿较多，富矿较少，所以开采这些矿时需要耗费大量的能源，产生大量的废水、废渣。其中废水里包含了高浓度的可溶性离子和重金属元素，重金属元素沉积在土壤中，造成土壤污染。 XX 市红旗岭镍矿开矿已有几十年，那个多年下来排放了大量的废水、废气、残渣，这些污染 物使周边土壤重金属含量明显升高。 矿山土壤中有很多的重金属，如：镉、汞、铅、镍、铜、锌，它们有极强的储蓄能力，可以蓄集到植物体内，经过累积，产生更大的毒性，再通过食物链转移到人的体内，使人类患上疾病，健康受到威胁 21。并且具有隐蔽性强、残留时间长和毒性大灯特点 22。 1.4 本文的研究内容、意义 由于各种人为的污染造成了土壤受到
18、不同程度的重金属污染，致使重金属进入到人体，并且累积，很多研究表明，重金属在人体内可以累积，并且长期存在 20。矿区的开采带动了社会的经济发展，但矿区的开采也必然重金属对 矿区环境的释放迁移，这些重金属可能经过食物链或迁移转化方式进入到大气或水中，从而危害人类健康21,24。 因此本文主要研究红旗岭镍矿周围土壤的污染特征，通过对几种重金属的测定，3 研究其对周边土壤的污染特征，以及对人的危害。进一步了解土壤的污染特征以便采取更好的控制和治理手段，提高农作物的质量，更好的促进社会的可持续发展。 4 第二章 实验部分 2.1 实验仪器与主要试剂 2.1.1 实验所需仪器 本实验采用的主要仪器见表
19、2-1。 表 2-1 实验所需仪器表 仪器名称 厂家 Ice3000 火焰原子吸收分光光度计 DB-2 电热板 TDL-50B 低速台式离心机 电子天平 赛默飞世尔科技元素分析部 常州亿通分析仪器制造有限公司 上海安亭科学仪器厂 上海科学仪器有限公司 镉空心阴极灯 上海汉尧仪器设备有限公司 锌空心阴极管 上海汉尧仪器设备有限公司 镍空心阴极灯 上海汉尧仪器设备有限公司 乙炔钢管 100 目筛 实验室各种玻璃仪器 北京钢管厂 2.1.2 实验所需试剂 本实验采用的主要试剂见表 2-2。 表 2-2 实验所需试剂表 仪器名称 等级 硝酸 优级纯 盐酸 氢氟酸 优级纯 分析纯 高氯酸 分析纯 2.2
20、 样品的采集与处理 采样区域如图一： 图 1 采集样品区域图 5 2.2.1 土壤样品的采集 在 XX 红旗岭镍矿采取土样，采样点分布于东经 1260112605和北纬42094311。 选取一块污染分布均匀的土地，用蛇形法布设 8 个采样点，其分布应尽量照顾到泥土的全面情况，泥土采集深度约为 20cm，采集泥土样品再混合，装袋带回。 2.2.2 土壤样品的处理 （ 1）风干和去杂 （ 2）磨细、过筛 2.3 实验原理及方法 2.3.1 镉、锌实验原理 本文实验运用火焰原子吸收法，该方法主要是运用元素基态原子的不同，火焰会产生选择性的吸收，而检测出浓度，该方法需要将土壤样品用混酸消解，然后形成
21、液体，将该液体喷入空心阴极灯内，用相应的火焰进行离解，形成蒸汽，此时火焰会对此产生选择性的吸收，从而测定样品浓度。 2.3.2 镉的测定 （ 1）仪器的工作条件：测定波长： 228.8nm；灯电流： 7.5mA；通带宽度： 1.3nm。火焰的类型是空气 乙炔氧化型，为蓝色火焰。 （ 2）标准曲线的绘制：分别吸取镉标准使用液 0.00mL、 0.05mL、 1.00mL、 2.00mL、3.00ml 于 5 个 50ml 容量瓶中，用 0.2%硝酸溶液定容、摇匀，此标准分别含镉0.00gmL-1、 0.05gmL-1、 0.10gmL-1、 0.20gmL-1、 0.30gmL-1，。 （ 3）
22、土样试液的制备：称取土壤样品 1g，将土样放在烧杯中， 然后向烧杯中加入各种酸，将土样溶解，加少许水，放入电热板上消解 2 小时，时间到后，取下，冷却，向其中加入 Hcl 在，再加热，加热使坩埚中消解物剩余少量时，取下自然冷却，蒸干，向其中加入硝酸，转移到容量瓶中，定容，再做一个空白实验。 （ 4）样品测定：按绘制曲线的测定条件测定吸光度，从曲线上查得镉含量。 W= 式中： m 表示根据校准曲线得到的镉的含量（ g）； M 表示试样重量（ g）； 2.3.3 锌的测定 （ 1）标准曲线的绘制：取 6 个 25ml 容量瓶，分别加入 5 滴盐酸 (1： 1)，依次加入 0、 0.1、 0.2、
23、0.4、 0.6mL 的浓度为 100mgL-1 的锌标准溶液，用去离子水稀释至标线，摇匀，配成一系列浓度的锌标准液，如下表，然后在 213.9nm 处测定吸光度，绘6 制出标准曲线。 2-3 标准曲线溶液浓度 表 （ 2）样品的消解：称取两份 1.0g 样，放入两个烧杯中，然后向其中加点水，再加 5 毫升王水，盖上盖，再用另一份土样做空白试样，将烧杯放入通风橱中的电热板上加热，温度有底到高缓慢调节，最后微沸时保持温度，将土壤充分分解，取下冷却，加入高氯酸继续加热，指导样品蒸干，取下，自然冷却，然后过滤，滤渣用稀硝酸洗涤，定容，待测定。 （ 3）样品的测定：将试液喷入空气 乙炔火焰中，测定吸收
24、值， m VMkg ）/mg锌的含量（ *1000 式中： M 从校准曲线上得到的相应浓度（ mgmL-1）； V 定容体积（ mL）； m 从校准曲线上查得锌的含量（ g） 2.3.4 镍的测定 （ 1）实验原理： 测定土壤中镍的含量运用火焰原子吸收分光光度法，利用混合酸，破坏土样的结构，将试样中镍元素提取到试液中，在将试液喷入火焰中，产生特征谱线，测定镍的吸光度。此方法中镍的特征谱线是 232.0nm。 （ 2）标准曲线的绘制： 用 0.2%的硝酸溶液配制镍标准使用液（至少 5 个）定容至 50mL。然后由低浓度到高浓度测定其吸光度。 2-4 标准曲线溶液浓度 表 （ 2）测定： 按照说明书步骤，调节仪器，进行测定。 mVW Ni c 标准使用液加入体积 mL 0.00 0.10 0.20 0.40 0.60 标准 曲线溶液浓 Zn（ mgL-1） 0.00 0.40 0.80 1.6 2.4 标准使用液加入体积 mL 0.00 0.20 0.50 1.00 2.00 标准 曲线溶液浓 Ni（ mgL-1） 0.00 0.20 0.50 1.00 2.00
