环境监测课程设计土壤环境质量监测与评判

1 概述 ··································· 1 2 设计任务及目的 ······························ 2 设计任务 ·································· 2

设计目的 ································ 2 3 监测方案的制定 ······························ 2

监测的目的 ······························· 2 资料的搜集 ······························· 2 监测项目 ································ 3 大学城土壤样品的搜集 ·························· 3 采样点的布设 ······························ 3

土壤样品的搜集 ··························· 5 土壤样品的加工与保留 ·························· 7

样品的加工 ····························· 7 土样的保留 ····························· 8

4 土壤样品的预处置 ····························· 8

样品消解的方式 ····························· 8 样品消解的步骤 ························································································· 8 5 土样中重金属的测定 ····················································································· 9

样品中铜、锌的测定 ··················································································· 9 样品中铅、镉的测定 ················································································· 10 6 大学城区土壤环境质量评判 ··········································································· 11

评判方式·································································································· 11 土壤环境质量评判一样以单项污染指数为主，指数小污染轻，指数大污染那么重。当区域内土壤环境质量作为一个整体与外区域进行比较或与历史资料进行比较时除用单项污染指数外，还经常使用综合污染指数。土壤由于地域背景不同较大，用土壤污染积存指数更能反映土壤的人为污染程度。土壤污染物分担率可评判确信土壤的要紧污染项目，污染物分担率由大到小排序，污染物主次也同此序。除此之外，土壤污染超标倍数、样本超标率等统计量也能反映土壤的环境状况。污染指数和超标率等计算公式如下： ·············································································································· 11 内梅罗污染指数评判 ················································································· 12 单因子指数法 ·························································································· 12 7 数据处置 ·································································································· 13 8 污染的缘故、危害和防治 ············································································· 14

污染的缘故 ····························································································· 14

污染的危害 ····························································································· 15 污染的防治 ····························································································· 15 参 考 文 献 ····························································································· 16

蚌埠市大学城区土壤环境质量监测与评判

1 概述

蚌埠大学城位于蚌埠市龙子湖区同时也属于蚌埠经济开发区，在滨湖新区与高铁新区之间，全境位于龙子湖东岸，北依滨湖高铁大学科技园区龙子湖国家4A级风光区境内，三面环山，一面临水。离蚌埠市中心老商业区约10千米，离新城区广场约6千米，离市政府约2千米，比邻京沪京福高速铁路蚌埠南站（全国最大的地市高铁站，两站合一）。大学城共占地10000多亩，共投资2000多亿，建筑面积670多万m2。目前一期工程大体完工，已经有4所大学入住，别离为：安徽财经大学、安徽电子信息职业技术学院、蚌埠医学院和蚌埠学院。安徽科技学院已在大学城建设新校区（龙湖校区【主校区】），2021年动工。公交115，117，122，207，217，126,128路公交和沃尔玛免费6号线和家乐福01大学城周末专线、乐购全周大学城免费专线、华海3C周末免费专线别离通过大学城，到市中心乘公交约20-40分钟。大学城中央建有龙湖春天西班牙风情商业街和美食休闲广场，大学城东建有蚌埠鸟巢龙湖体育馆和在建的大明皇家旅行世界。

院校名称 安徽财经大学 安徽科技学院 蚌埠医学院 蚌埠学院 安徽电子信息职业技术学院 创办时间 学校类型 1959 1950 1958 2004 2001 财经 综合 医药 理工 工科 学校类别 主管部门 省级重点、省部共建 安徽省教育厅 教育部卓越计划 省级重点医药类 公立本科 公立大学 安徽省教育厅 安徽省教育厅 安徽省教育厅 安徽省教育厅 2 设计任务及目的

设计任务

设计一个蚌埠市大学城区土壤环境质量监测方案，并对监测结果别离采纳单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法进行环境质量评判。

设计目的

通过本课程设计，使学生把握调查研究、查阅文件、进行土壤环境质量监测与评判方案的设计，土壤污染物的监测的方式，环境质量评判方式在土壤评判中的应用，提高利用资料、设计计算和编写设计说明书的能力。

3 监测方案的制定

监测的目的

（1）监测大学城土壤质量现状，判定土壤是不是被污染及污染状况，并预测进展转变趋势；

（2）对大学城土壤中重金属元素背景值进行测定，把握其转变趋势，判定污染来源；

（3）把握土壤样品的搜集和配制方式及监测数据的处置；

（4）探讨大学城土壤重金属积存状况及其环境质量评判，为大学城土壤改良和土壤重金属污染治理提供有效依据。

资料的搜集

土壤重金属是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境恶化的现象。重金属是指比重等于或大于的金属，如Fe、Mn、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等。重金属对土壤的污染大体是一个不可逆的进程，许多有机化学物质的污染也需要很长时刻才能降解，而土壤污染一旦发生，仅仅依托切断污染源的方式往往很难恢复，有时要靠换土、淋洗等方式才能解决

问题。进入土壤的重金属的归宿将由一系列复杂的化学反映、物理反映和生物进程搜操纵。当重金属进入土壤后，最初的可动性将在专门大程度上依托添加重金属的形态，即依托于金属的来源。由于形态的不同，进入土壤的金属离子的形态和量也很不相同，并直接阻碍重金属在土体的迁移、转化及植物效应。在对大学城土壤进行监测前，应付此区域进行调查研究，搜集相关资料，有利于优化采样点的布设和后续的监测。

监测项目

本次土壤监测的项目要紧为镉、锌、铜、铅，以国家标准或国家环保总局认可的行业技术标准实行。

大学城土壤样品的搜集

采样点的布设 （一）布设原那么

（1）合理划分采样单元。在进行土壤监测时，往往监测面积较大，需要划分假设干个采样单元，同时在不受污染源阻碍的地址选择对照采样单元。同一采样单元的不同应尽可能缩小。背景值调查一样依照土壤类型和成土母质划分采样单元，因为不同类型的土壤和成土母质的元素组成和含量相差较大；

（2）关于土壤污染监测，坚持“哪里有污染就在哪里布点”，并依照技术水平和财力条件，优先布设在那些污染严峻、阻碍农业生产活动的地址； （3）采样点不该设在田边、沟边、路边、堆肥周边及水土流失严峻或表层土被破坏处。

（二）采样点数量

本次采样依照监测目的、大学城及周边环境状况等因素，采样点单元布设的最少采样点数按下式估算：

n(

CV•t2) d式中：n--每一个采样单元布设的最少采样点数；

CV--样本的相对标准误差,即变异系数； t--置信因子,当置信水平为95%时,t取； d--许诺误差,当规定抽样精度不低于80%时,d取。 计算得出蚌埠大学城区的采样点为4个。

（三）采样点的布设方式

采样方法 对角线布点法 适用条件 布点数量 采样图示 适用面积较小、地一般不少于5个采势平坦的污水灌溉或者污染河水灌溉的田块 样点 梅花形布点法 适用面积较小、地势平坦、土壤污染程度较均匀的地块 一般设5-10个采样点 棋盘式布点法 适用中等面积、地势平坦、地势完整一般设10个或者10个以上的采样 开阔，但土壤较不点（当固体废物分均匀的地块（也适布不均匀时，应设用于固体废物污染的土壤） 蛇形布点法 适用于面积较大、地势不很平坦、土壤不够均匀的地块 放射状布点法 适用于大气污染型土壤 在主导风向的下风向适当增加采样点之间的距离 主导风向 20个以上的采样点） 采样点数目较多 和采样点数量 网格布点法 适用于地形平缓的地块 将地块划分成均匀网格，在网格两直线交点或方格的中心设采样点

（四）采样点地图

采样点一 采样点二 采样点三 采样点四

注:采样点一设置在蚌埠医学院；采样点二设置在高铁蚌埠南站；采样点三设置在龙湖春天；采样点四设置在蚌埠学院。

土壤样品的搜集 （一）混合土样的搜集

若是只是一样的了解土壤污染状况，对种植一样农作物的耕地，只需要搜集0-20cm耕耘层土壤；对种植水果类农作物的耕地，搜集0-60cm耕耘层土壤。将在一个采样单元内各采样点搜集的土样混合均匀制成混合样，组成混合样的采样点数一样为5-20个。每一个土壤样品用四分法取1-2kg装入样品袋中，做好标签:注明搜集地址、日期、编号、土类名称、采样者姓名等，土袋内外各挂一个标签。

（二）剖面土样的搜集

若是要了解土壤污染程度，那么应按土壤剖面层次分层采样。典型的自然土壤剖面分为A层（表层、腐殖质淋溶层）、B层（亚层、淀积层）、C层（风化母岩层、母质层）和底岩层，如右图。

搜集土壤剖面样品时，需要在特定

采样点挖掘一个1m×左右的长方形土坑，深度在2m之内，一样要求达到母质层或地下水潜水层即可，如以下图。依照土壤剖面颜色、结构、质地、松紧度、湿度、植物根系散布等自上而下划分吐层，并进行观看，记录剖面形态、特点自上而下一一记录随后在各层的最典型部位自下而上逐层搜集样品，每一个采样点的取样深度和取样量应一致。将同层土样混合均匀，各取1kg土样，别离装入样品袋。填好标签内容，土袋内外各挂一个，该土样备作常规分析用。（土壤剖面采样点不得选在土类和母质交织散布的边缘地带或土壤剖面受破坏的地址；剖面的观看面要向阳。）

注：这次对土壤的搜集，主若是为了研究土壤中重金属污染状况，因此应尽可能用竹铲、竹片直接搜集样品，或用铁铲、土铲挖掘后，用竹片刮去与金属采样器接触的土壤部份，再用竹铲或竹片搜集土样，以避免对土样的污染。

土壤样品的加工与保留

样品的加工 样品风干与过筛

将取回的土壤样品置于阴凉、通风且无阳光直射的房间内，并将土样倒在白色搪瓷盘内或塑料膜上，铺成薄薄的一层，用玻璃棒中断地压碎、翻动，使其均匀风干。在风干进程中，拣出碎石、砂砾及植物残体等杂质。另外，土壤样品的风干场所要求能避免酸、碱等气体及尘埃污染。

用四分法分取所需土样量，使其全数通过(20目)孔尼龙筛。过筛后的土样全数置于聚乙烯薄膜上，充分混匀，用四分法缩分成两份，一份备用，一份磨碎至全数通过(100目)孔径尼龙筛，将过筛的土样装入样品瓶或样品袋中，及时填写标签，一式两份，瓶内或袋内一份，外贴一份。

土壤样品的四分法示用意

土样的保留

关于易分解或易挥发等不稳固组分的样品要采取低温保留的运输方式，并尽快送到实验室分析测试。测试项目需要新鲜样品的土样，搜集后用可密封的聚乙烯或玻璃容器在4℃以下避光保留，样品要充满容器，幸免用含有待测组分或对测试有干扰的材料制成的容器盛装样品，测定有机污染物用的土壤样品要选用玻璃容器保留。

4 土壤样品的预处置

样品消解的方式

在分析土壤的组成和受污染的状况时，依照分析项目的不同，需要将样品进行溶解处置工作，即是将样品配制成溶液再进行分析测定，经常使用的溶解方式有分解法和提取法。其中，分解法包括酸分解法、碱熔分解法、高压釜密闭分解法和微波炉加热分解法。分解法的作用是破坏土壤中的矿物质晶格。提取法要紧用于土壤中有机污染物、受热后不稳固的组分，和进行组分形态分析，经常使用的提取剂有有机溶剂、水和酸。

样品消解的步骤

采纳盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸分解法。精准称取 土样（100目以上）于聚四氟乙烯消解罐中，加入5mL HNO3 、2mL HCl 混匀并静置10分钟使之初步反映终止，再加入2mL HF混匀，加盖密封。将消解罐置于WX-4000微波快速消解系统中，功率设定为500W（ 3个消解罐同时运行）；温度设定为200℃

；压

力设定为25 atm ；时刻设定为15分钟。待冷却后掏出消解罐，打开并在其中

加入12 mL 硼酸或少量高氯酸于加热器上继续加热至蒸干。

5 土样中重金属的测定

样品中铜、锌的测定

土壤样品经盐酸-硝酸-高氯酸消解，破坏土壤中的矿物晶体，使试样中的铜以离子的形式进入试液中，将试液直接喷入空气-乙炔火焰中，用原子吸收法直接测定土壤样品中的铜和锌。

准确称取风干、研磨过的100目土壤样品（准确至）于300ml锥形瓶内。用少量水润湿，加入15ml盐酸，5ml硝酸，在电热板上微沸，使样品初步消解，待有机物分解完全后，加入5ml高氯酸继续消解至试样为灰白色或微黄色，调高电热板温度蒸至冒大量白烟，试样至粘稠状。用1%硝酸定容，待测。同时用蒸馏水做全程序空白实验。

按原子吸收分光光度计操作步骤处置好待测试液直接喷入，测定铜的含量。 计算公式： W=

m(1f)

式中：W—土壤样品中铜锌的质量分数，mg/kg；

ρ—样品溶液的吸光度减去空白实验的吸光度后，在标准曲线上查得 铜、锌的质量浓度；

V—溶液定容体积，mL； m—称取土壤样品的质量，g； f—土壤样品的含水量。

按下表所列仪器测量条件测定，当称取土样消解定容至50mL时，其检出限为：铜1mg/kg，锌kg。

元素 测定波长/nm 通带宽度/nm 灯电流/mA 火焰性质 可测定其他波长/nm

铜 氧化性 ,

锌 氧化性

样品中铅、镉的测定

用盐酸-硝酸-高氯酸分解，在聚四氟乙烯坩埚中消解通过（100目）孔径筛的风干土样，使土壤中的欲测元素全数进入溶液，加入大体改良剂后定容。取适量溶液注入原子吸收分光光度计的石墨炉内，依照预先设定的干燥、灰化、原子化等升温程序，使铅、镉化合物解离为基态原子蒸气，对空心阴极灯发射的特点光进行选择性吸收，依照铅、镉对各自特点光的吸光度，用标准曲线法定量。计算参考铜、锌的测定。在加热进程中，为避免石墨管氧化，需要不断通入载气（氩气）。依照下表所列仪器测量条件测定，当称取土样消解定容至50mL时，其检出限为：铅kg，镉kg。

元素 测定波长/nm 通带宽度/nm 灯电流/mA

干燥温度（时间）/[℃(s)] 灰化温度（时间）/[℃(s)] 原子化温度（时间）/[℃(s)] 消除温度（时间）/[℃(s)] 氩气流量/(mL·min-1) 原子化阶段是否停气

进样量/μL

铅 80-100（20） 700(20) 2000(5) 2700(3) 200 是 10

镉 80-100(20) 500(20) 1500(20) 2600(3) 200 否 10

（注：铅和镉测按时所用催化剂和排除干扰组分的试剂不同，需要别离取土样消解后的溶液测定，他们的检出限可达到：铅×10-9g/mL，镉×10-12g/mL。）

6 大学城区土壤环境质量评判

土壤环境质量评判涉及评判因子、评判标准和评判模式。评判因子数量与项目类型取决于监测的目的和现实的经济和技术条件。评判标准常采纳国家土壤环境质量标准、区域土壤背景值或部门（专业）土壤质量标准。评判模式经常使用污染指数法或与其有关的评判方式。

评判方式

土壤环境质量评判一样以单项污染指数为主，指数小污染轻，指数大污染那么重。当区域内土壤环境质量作为一个整体与外区域进行比较或与历史资料进行比较时除用单项污染指数外，还经常使用综合污染指数。土壤由于地域背景不同较大，用土壤污染积存指数更能反映土壤的人为污染程度。土壤污染物分担率可评判确信土壤的要紧污染项目，污染物分担率由大到小排序，污染物主次也同此序。除此之外，土壤污染超标倍数、样本超标率等统计量也能反映土壤的环境状况。污染指数和超标率等计算公式如下：

土壤单项污染指数=土壤污染物实测值/土壤污染物质量标准

土壤污染积存指数=土壤污染物实测值/污染物背景值

土壤污染物分担率（%）=（土壤某项污染指数/各项污染指数之和）×100%

土壤污染超标倍数=（土壤某污染物实测值－某污染物质量标准）/某污染物 质量标准

土壤污染样本超标率（%）=（土壤样本超标总数/监测样本总数）×100%

内梅罗污染指数评判

内梅罗污染指数（PN）= ｛［（Pi均2）+ （Pi最大2］/2｝1/2 式中Pi均和Pi最大别离是平均单项污染指数和最大单项污染指数。 内梅罗指数反映了各污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的阻碍，可按内梅罗污染指数，划定污染品级。内梅罗指数土壤污染评判标准见下表： 土壤等级

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅳ

内梅罗污染指数(PN)

PN≤ ＜PN≤ ＜PN≤ ＜PN≤ PN＞

污染等级 清洁（安全） 尚清洁（警戒限）

轻度污染 中度污染 重污染

单因子指数法

计算土壤中污染物的环境质量指数，公式如下：

PiCiSi

式中：Pi为土壤中污染物i的环境质量指数，Ci为污染物i的实测值 （mg·kg-1），Si为污染物i质量标准值（mg·kg-1 ）。

单项污染指数评判标准

土壤等级

Ⅰ

Ⅱ Ⅲ

Pi≤ 清洁 尚清洁 污染超标

土壤单项污染指数（Pi）

污染等级

单因子指数法能够判定出环境中的要紧污染因子,但环境是一个复杂的体系,环境污染往往是有多个环境因子复合污染致使的,因此这种方式仅适用于单一因子污染特定区域的评判,单因子指数法是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评判的基础。

7 数据处置

蚌埠市大学城区土壤重金属含量（mg/kg） 采样点 样点1 样点2 样点3 样点4

安徽省土壤环境背景值（mg/kg）

Zn

数据的处置和比较

单因子指数法计算土壤中污染物的环境质量指数： 样点一： PZn== PCu== PPb== PCr== 样点二： PZn== PCu== PPb== PCr== 样点三： PZn== PCu== PPb== PCr==

Cu Pb Cr Zn

Cu

Pb

Cr

样点四： PZn== PCu== PPb== PCr==

结论：各采样点的已测重金属元素的单因子指数均大于，属于污染超标。

背景值 平均值

Zn 62

Cu

Pb

Cr

大学城区重金属平均含量与背景值

22P=（P+Pmax内梅罗综合指数法计算综合ave)/2

结果如下：

P1 = P2 = P3 = P4 =

结论：比较内梅罗综合指数土壤污染分级标准，4个采样点的已测重金属均超标，土壤受到污染。

8 污染的缘故、危害和防治

污染的缘故

建设大学城时期，固体废物未能有效处置；

学生日趋增多，环境爱惜意识差，废电池、坏电话顺手丢；

公交车115，117，122，207等底站在大学城，交通忙碌，汽车轮胎和排放的废气中含有Pb、Zn、Cu 等多种重金属元素。

污染的危害

过量的重金属大多都能抑制生物酶的活性,破坏正常的生物化学反映。重金属通过空气、水、食物等渠道进入体内。进入人体的重金属再也不以离子形式存在,而是与体内有机成份结合成金属络合物或金属螯合物,从而对人体产生危害。机体内的蛋白质、核糖能与重金属反映,维生素、激素等也能与重金属反映。由于产生化学反映使上述物质丧失或改变了原先的生理化学功能而产生病变。另外重金属还可能通过与酶的非活性部位结合而改变活性部位的构象,或与起辅酶作用的金属发生置换反映,致使酶的活性减弱乃至丧失,从而表现出毒性。环境中铅、锰、铜、镉等重金属污染对成人的健康损害庞大,低剂量的这些污染物就能够够使机体代谢发生紊乱,诱发疾病,乃至死亡。

污染的防治

提高全民素养、增强环保意识,只有人人都意识到其危害,从我做起、从一点一滴做起,才能从全然上排除污染源;要坚决杜绝工业“三废”的排放,计划城市垃圾的堆放,严格操纵含有重金属的化肥、农药的利用;关于受重金属污染的土壤的防治要紧用以下方式：

(1)工程治理方式:用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染,如换土、翻土、去表土等；

(2)生物治理方式:利用生物(动物、植物、微生物等)的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染；

(3)化学治理方式:向污染土壤投入改良剂,增加土壤有机质、阳粒子代换量和粘粒的含量,改变pH、Eh和电导等物理性质,使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用,以降低重金属的生物有效性；

(4)农业治理方式:即因地制宜的改变一些耕耘治理制度来减轻重金属的危害,在污染土壤上种植不进入食物链的植物；

(5)天然矿物治理方式:这是一种治理重金属污染的新方式,即利用组成土壤的铁锰铝氧化物及氢氧化物、硅氧化物、碳酸盐、有机质硫化物等天然矿物对重金属的吸附与解吸作用、固定与释放作用来提高土壤自身的净化能力和容纳能力。

如何恢复已经蒙受重金属污染的地域的本来面目,这是一个正在进行的全世界性的研究课题,尽管取得了必然的成绩,但仍存在一些理论上和技术上的问题,有待于咱们进一步的研究和探讨。

参 考 文 献

【1】奚旦立.孙裕生.主编.北京.高等教育出版社,2020

【2】张辉.编著.土壤环境学.北京.化学工业出版社,2005

【3】熊毅.1987.《中国土壤》.科学出版社,2-19

【4】夏家淇.1996.《土壤环境质量标准详解》.中国环境科学出版社,66-69

【5】陈静生.邓宝山.陶 澍.程承旗.环境界球化学[J].海洋出版社,1989