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1、北京化工大学全日制专业学位硕士研究生专业实践总结报告姓 名：田静学号：2013210090学院：化工学院专业：环境工程校内导师：冯流校外导师：陈明填表日期：2015-1-13一、本次实践的目的及意义通过对湖南湘潭地区多金属污染土壤进行电动力-化学固定修复现场试 验，调查污染场地的地球化学特征和污染特征，对污染场地基本特性与污染现 状进行评估。参与现场试验装置系统构建，以及探索处理流程和关键操作参数， 保证修复试验运行的稳定性。学习及探索重金属污染土壤修复方法，了解了污 染场地评价流程及修复技术。二、实践计划的执行情况2014年8月至10月，在湖南湘潭某化工厂采集土壤，测定不同采样点土壤中 重金

2、属镉、铅、汞、砷的浓度，调查污染场地的地球化学特征和污染特征，对 污染场地基本特性与污染现状进行评估。2014年11月至2015年1月，构建电动力修复试验系统装置，开展电动力-化 学固定修复现场应用实验，探索处理流程和关键操作参数。根据最终的污染物 去除效果，确定最佳的处理流程和操作参数。三、实践的主要成果土壤重金属浓度测定结果:编号Cd 浓度(mg/kg)Pb 浓度(mg/kg)Hg 浓度(mg/kg)As 浓度(mg/L)a14.27469.90ND7.60b8.29161.10ND165.00c7.56276.486.9041.90d8.81333.907.4041.30e6.76181

3、.59ND43.00f16.41377.48ND25.20g11.48219.99ND118.00h16.47484.486.3030.20i14.80527.71ND24.40j9.48377.23ND39.00k17.14868.86ND24.90l16.08594.65ND100.00m6.29670.19ND113.00n5.69417.63ND120.00o5.41339.95ND16.00p3.08342.28ND14.80q4.48609.65ND50.00r6.25452.10ND54.00s7.14575.496.8050.00四、专业实践总结报告重金属污染场地修复实践总结报

4、告污染场地是我国工业化、城镇化进程中涌现的新环境问题，由于城市人口 快速增长，经济迅速发展，而土地资源又非常稀缺，原来是工厂、仓储用地、 垃圾填埋场、加油站、废物堆放场等用地需要经土地修复开发成居住地、公共 娱乐场所、商业用地等对环境质量要求较高的建设用地。由于矿产开采和冶炼 “三废”的排放，导致湖南省湘潭市部分地区土壤重金属Cd、As、Pb、Zn和 Cu污染比较严重，并产生严重的生态环境风险。老企业生产历史长久、它们的 工艺设备较落后，经营管理粗放，缺少环保设施，土地的污染状况非常严重。 一些土地污染物的浓度很高，超过相关标准数百倍，污染深度达到地面以下几 十米。企业虽然搬迁，但是在长期生产

5、过程中“跑、冒、滴、漏”使得工厂地 块大多受到了原有生产过程的影响，区域范围内土壤环境、地下水环境、土壤 -植被体系等都存在不同程度的污染，尤其区域土壤环境可能存在对人体健康危 害的风险。积累在土壤中的重金属可以通过食物链被植物、动物数十倍地富集，或者 通过地表径流或向下淋滤污染水源，从而间接和直接对人类造成危害。己有研 究表明，土壤中累积的重金属是导致地表径流中重金属负荷增加的主要原因。 土壤中重金属累积的总量并不能真实反映对生态效应和环境的影响程度，而重 金属在土壤中的形态含量及其比例才是决定活性、生物有效性、毒性及迁移特 征等影响环境及生态效应的关键因素。因此，研究土壤中重金属的形态及形

6、态 之间的转化对重金属的环境效应及重金属污染土壤的治理修复具有重要意义。由于矿产开采和冶炼“三废”的排放，导致湖南省湘潭市部分地区土壤重 金属Cd、As、Pb、Zn和Cu污染比较严重，并产生严重的生态环境风险。场 地调查主要分为以下三个阶段：第一阶段，收集场地历史和现状生产及污场地染相关资料，查阅有关文 献，对相关人员进行访谈，了解可能存在的污染种类、污染途径、污染区域， 再经过现场踏勘进行污染识别，初步划定可能污染的区域。第二阶段，根据污染识别的结果，对重点关注地块进行场地土壤采样分 析，采用结合本场地特征的土壤筛选值对土壤监测数据进行分析判断，做出进 一步的污染确定。如果第二阶段采样分析结

7、果证明场地的环境质量现状能够满 足开发建设要求，则场地环境评价工作在第二阶段结束。第三阶段，如果在第二阶段发现场地土壤受到污染，需要对场地污染区 土壤进行加密布点采样，经过风险评价，划定污染治理范围，根据需要进行修 复土壤的污染范围、污染物种类、浓度，从经济、技术等方面进行多方案比选， 提出未来的修复建议方案和费用估算。重金属赋存形态是指重金属元素在土壤中以分子或离子实际存在的形态，即结构态、结合态、化合态、价态四个方面。目前国际上针对重金属形态并没 有统一的定义及分类。欧洲参考交流局(The Community Bureau of Reference)运 用BCR法，提出将重金属赋存形态划分

8、为酸溶态、可还原态、可氧化态和残 渣态。Cambrel等将其分为水溶态、易交换态、无机化合物沉淀态、大分子腐 殖质结合态、氧氧化物沉淀吸收态或吸附态、硫化物沉淀态和残渣态。Tessier 等将重金属赋存形态划分为可交换态、碳酸盐结合态、铁猛氧化物结合态、有 机物结合态以及残余态。同时Lena等按照重金属各赋存形态的毒性、生物有 效性、迁移转化能力大小依次排序为可交换态碳酸盐结合态铁猛氧化物结合 态 有机结合态残留态。在未受污染的自然土壤中，重金属形态分布的一般特 征是：可交换态重金属有比较强的生物活性，迁移转化能力强但所占比例很低， 残渣态一般存在于桂酸盐、原生和次生矿物等土壤晶格中不易于从土

9、壤颗粒中 释放出来，具有较低的生物活性、毒性及迁移能力，其所占比例较高。所以有 必要对污染土壤不同重金属进行形态分析。本研究调查的是湖南湘潭某一化工厂，报据对该化工厂生产历史追溯，通 过分析其近年来的主要产品、生产装置、生产工艺及使用的原辅材料，以及“三 废”排放情况，初步判断该化工厂生产会对土壤造成污染的重金属有：镉、铅、 汞、砷。按照网格布点法，在厂区平面布置图上，按照50米*50米划分单元， 在每个单元格内布设土壤采样点1个，共布设19个采样点，采样前应清除土 壤表面腐殖质，土壤重金属样品用木铲、竹片、塑料铲子等。在每个采样点表 层1-20cm处采集1000g 土，装入密封袋中，把袋中土

10、样混匀后装入样品瓶， 在装样时应避免土壤接触容器磨口处。采集的土壤样品可以盛装在自封袋中， 对于颗粒较大的样品为防止其扎破自封袋，可盛装在广口瓶中。采集的样品贴 好标签后可统一放置在事先准备好的样品储存箱中暂时保存。风干土样过20 目筛，用四分法弃取、称重，四分法分成两份，一份装瓶备分析用，另一份继 续进行细磨。新鲜土样无需按上述过程处理，应置于4 C暗处冷藏，由实验 室在14天内进行土样冷冻干燥处理。土壤样品运送至实验室后应在风干室中 进行风干，风干室应朝南(严防阳光直射土样)、通风良好、整洁、无尘、无易 挥发性化学物质，将土样放置于风干盘中，摊成2-3 cm的薄层，适时地压碎、 翻动，拣出

11、碎石、砂粒、植物残体等杂物。样品风干后应进行磨碎，在磨样室 中将风干的样品倒在有机玻璃板上，用木锤敲打，用木滚、木棒、有机玻璃棒 再次压碎，拣出杂质，混勾，并用四分法取压碎样，过20目尼龙蹄。过筛后 的样品全部置于无色聚乙稀薄膜上，并充分搅拌混勾，再采用四分法取其两份， 一份交样品库存放，另一份作样品的细磨用。重金属的测定：总汞的测定方法，消解步骤：风干土壤过100目筛，称 取0.5g0.0002g，转移至50ml具塞比色管中，加2-3滴水，将样品润湿，加 10mL王水，加塞摇匀，于96 C水浴2h。间歇摇晃比色管。取出冷却加10mL 保存液，用稀释液定容。混匀，静置30min，用原子荧光光度

12、计测定汞浓度。 总砷的测定方法：根据GB/T 17135-1997 土壤质量总砷的测定硼氢化钾- 硝酸银分光光度法进行测定。铅、镉的测定方法：根据GB/T 17141-1997 土 壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法进行测定。数据分析与评价采用单因子评价法，评价评价标准采用中华人民共和国土壤环境质量标准(GB15618-2008)中二级标准。单项标准指数法，即：叩*。式中：P一单项污染指数(以P.表示土壤环境质量)；C.-污染物i的实测 值；Ci0-污染物i的评价标准，艮即采用中华人民共和国土壤环境质量标准 (GB15618-1995)二标准。单因子污染指数分级标准如下表1所示。表1

13、土壤单因子污染指数评价标准等级单因子污染指数污染等级IP. 1清洁IIKP. 2轻污染III2P. 3中污染WP*重污染19个采样点各种重金属浓度测定结果见下表: 表2 Cd浓度及污染等级编号Cd 浓度(mg/kg)Pi污染等级a14.271.43轻污染b8.290.83清洁c7.560.76清洁d8.810.89清洁e6.760.68清洁f16.411.64轻污染g11.481.15轻污染h16.471.65轻污染i14.801.48轻污染j9.480.95清洁k17.141.71轻污染l16.081.61轻污染m6.290.63清洁n5.690.57清洁o5.410.54清洁P3.080.

14、31清洁q4.480.45清洁r6.250.63清洁s7.140.71清洁编号Pb 浓度(mg/kg)Pi污染等级a469.901.57轻污染b161.100.54清洁c276.480.92清洁d333.901.11轻污染e181.590.61清洁f377.481.26轻污染g219.990.73清洁h484.481.61轻污染i527.711.76轻污染j377.231.26轻污染k868.862.90中污染l594.651.98轻污染m670.192.23中污染n417.631.39轻污染o339.951.13轻污染P342.281.14轻污染q609.652.03中污染r452.101.

15、51轻污染s575.491.92轻污染表4 Hg浓度及污染等级编号Hg 浓度(mg/kg)Pi污染等级aND清洁bND清洁c6.901.73轻污染d7.401.85轻污染eND清洁fND清洁gND清洁h6.301.58轻污染iND清洁jND清洁kND清洁lND清洁mND清洁nND清洁oND清洁PND清洁qND清洁rND清洁s6.801.70轻污染表5 As浓度及污染等级编号As 浓度(mg/L)Pi污染等级a7.600.15清洁b165.003.30重污染c41.900.84清洁d41.300.83清洁e43.000.86清洁f25.200.50清洁g118.02.36中污染h30.200.6

16、0清洁i24.400.49清洁j39.000.78清洁k24.900.50清洁l100.002.00中污染m113.002.26中污染n120.002.40中污染o16.000.32清洁P14.800.30清洁q50.001.00轻污染r54.001.08轻污染s50.001.00轻污染土壤采样点共有19个，根据监测数据，总镉超标点位有7个，总铅超标 点位有15个，总汞超标点位有4个，总砷超标点位有8个，该地区重金属镉、 铅、砷污染较严重。国内外己发展起来的土壤修复技术很多，按照其修复方式可以将它们分为 物理修复、化学修复、生物修复三种措施。物理修复主要包括客土和换土修复、电动修复、热处理法等

17、措施。客土和换土比较传统和经典的土壤重金属污染的治理方法，其是通过将非 污染土壤覆盖于污染土壤上面，或以非污染土壤置换污染土壤，使污染土壤得 到恢复的方法。通过这些措施，可以减少根系与重金属污染物接触的可能性， 降低对生物产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。吴燕玉等对沈阳张 士灌区研究表明，土壤中56.13%的镉含量聚集于表层土壤，去掉表层土壤15-30 cm后种植水稻，其相比于未去掉表土前稻米中Cd含量下降50%。该措施治理 重金属污染土壤的效果明显且彻底，但该法需要大量的人力、物力，治理成本 高仅适用于小范围的区域。据报道，上世纪90年代，采用客土法治理1hm2深 度达1m的污染土壤

18、，其需要成本高达800-2400万美元。同时针对置换出的污 染土壤治理措施也比较困难，容易造成“二次污染”。电动修复法是将电极插入受污染区域，通过施加微弱电流形成电场，电渗 析、电渗透、阴阳离子电迁移等方式累积于电极附近，再通过其它方法除去重 金属的方法。Brewster等用铁板作阳极电解产生亚铁离子后被氧化成水合铁氧 化物，通过其与重金属形成沉淀后去除，通过改变两极的电压来控制去除重金 属的速度。电动修复法易受到土壤pH、土壤组分、缓冲性能及污染金属种类 的影响，因此仅适用于高传导性的黏土和低渗透性的游泥土。热处理法师通过蒸汽、微波等加热方法使易挥发的重金属污染物（主要是 Hg）挥发出土壤并

19、收集进一步处理的方法。Michael等通过热蒸汽对砂性土、粘 土、壤土中Hg进行去除，结果显示可大幅降低土壤中束的含量，其回收的束 蒸汽纯度达99%。此法处理易挥发的土壤重金属污染物具有很高的效率，但易 使土壤水分和有机质遭到破坏，且应用范围狭窄。化学修复主要包括土壤淋洗、施用改良剂等措施。土壤淋洗法是将淋洗液（清水或增加重金属可溶性试剂的溶液）加入污染土 壤，溶解固相的重金属，再将淋洗液从土壤中流出，而后对废水进一步回收处 理的土壤修复方法。常用的土壤重金属淋洗试剂有EDTA、DTPA、NTA、无机 溶剂、有机酸以及表面活性剂等。Wasay等针对Cr、Mn、Hg和Pb复合污染 土壤，利用弱有

20、机酸盐（柠檬酸和酒石酸盐）和强螯合剂（EDTA和DTPA）修复污 染土壤。EDTA和DTPA能与土壤中除Hg以外的其他重金属元素螯合降低土 壤环境中的浓度，而弱有机酸盐（柠檬酸和酒石酸盐）仅淋滤少量的重金属元素。 同时吴文龙等研究也发现，EDTA可与重金属Cu发生络合作用，明显降低土 壤对Cu的吸收率，且加入EDTA量的对数呈显著负相关。表面活性剂则是吸 附到土壤表面利用它们的阴离子与重金属离子相结合，使重金属从土壤颗粒上 分离，而后结合到表面活性剂胶束中回收处理。目前该法常用的重金属淋洗剂 存在价格昂贵、有剧毒、生物降解能力低，破坏土壤的物理化学结构以及改变 土壤的性质。且该法适用于透水性好

21、的沙土和沙壤土，不适用于粘质土壤。同 时易使土壤营养元素流失，造成地下水污染和土壤肥力下降。施用改良剂法是向土壤添加一些改良剂，通过对重金属的氧化还原、吸附、 螯合、络合、拮抗作用等化学反应以及改变土壤pH、Eh等理化性质来钝化重 金属活性，达到降低重金属生物有效性的方法。施用改良剂有无机和有机两种。 常用的无机改良剂有石灰、天然沸石、硅酸盐、碳酸钙、磷酸盐等。其只要 修复机理是通过增加土壤中的pH值和增加赋存形态向弱毒性形态的转化。 Bolan等研究显示，在土壤中加入磷酸盐后，其土壤pH增加到导致表面负电荷 增加，同时磷酸盐与重金属离子形成离子对，使其更易于土壤表面结合，增强 土壤的吸附能力。研究显示，天然沸石、磷酸盐、猛氧化物等无机改良剂使土 壤中Cu、Pb由交换态向潜在有效态（铁锰氧化物结合态、碳酸盐结合态）和无效 态（残渣态）转化。陈晓婷等在已被Pb、Zn、Cd污染土壤上施用镁磷肥，结果 表明能被生物利用的有效态重金属含量降低，pH值上升，生物体内Pb、Zn、 Cd含量均减少。而有机改良剂主要通过影响其溶解性、改变土壤氧化还原状态 而改变重金属在土壤固-液相间的含量有机改良剂的腐烂分解产生的有机质也 能影响土壤赋存形态之间的再分配，同时也能螯合或络