长江水泸州段重金属含量测定及分析建议.docx
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长江水泸州段重金属含量测定及分析建议
YibinUniversity
2014届本科毕业论文
题目长江水泸州段重金属含量测定及分析建议
系别化学与化工学院
专业化学
学生姓名饶诚
学号100701033年级2010级
指导教师吴同职称副教授
2014年5月
宜宾学院毕业论文(设计)
诚信声明书
本人郑重声明:
本人所提交的毕业论文(设计)是本人在指导教师指导下独立进行研究、写作的成果,毕业论文(设计)中所引用其他个人或集体的无论以何种方式发表或撰写过的研究成果,均在毕业论文(设计)中加以说明;有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在毕业论文(设计)中加以采纳的意见、建议,均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。
本论文绝无抄袭、剽窃等现象。
本人愿意无条件地接受社会和学校的监督。
毕业论文(设计)作者:
(签字)
时间:
年月日
摘要
本文采用火焰法原子吸收光谱法测定长江水泸州段水样、云南昭通水富地段水样、宜宾主城区合江门地段水样中的微量元素镉、锰、镍、铜、锌5种元素,排除了不同的pH值对硝酸硝化作用的干扰和在测定时,其余四种及其它离子的相互干扰情况。
用NH4H2PO4-Mg(NO3)2作为测定镉的基体改进剂,获得比较科学的结果,最根据长江水中重金属各个地区测定数据综合,制定以环保角度关于长江水重金属分布建议;为建设社会主义和谐社会而做出贡献。
关键词长江;泸州;重金属;测定;建议
Abstract
Inthispaper,thedeterminationofwaterinLuzhousectionofYangtzeRiverinthetraceelementsmanganese,cadmium,nickel,copper,zincbyflameatomicabsorptionspectrometryfor5elements,excludingthedifferentvaluesofpHinterferenceonnitrificationandnitrateinthedeterminationoftheotherfour,mutualinterferenceandotherions.UsingNH4H2PO4-Mg(NO3)2asmatrixmodifierindeterminationofcadmium,obtainedbetterresults,themostweaccordingtotheYangtzeRiverwaterheavymetaldeterminationdatainvariousregions,wemakethepointofviewofenvironmentalprotectionontheYangtzeRiverwaterheavymetalscientificarrangementsuggestion;fortheconstructionofsocialistharmonioussocietyandmakecontributionsto.
keyword:
TheYangtzeRiver,luzhou,heavymetal,determination,suggestion
目录
摘要II
AbstractIII
目录IV
第1章绪论1
1.1水中重金属污染的介绍1
1.2我国长江水域中重金属污染及上游地区泸州、宜宾段现状2
1.2.1我国长江水域中重金属污染现状2
1.2.2长江上游地区污染综述3
1.2选题的背景和意义4
第2章实验部分5
2.1仪器与试剂5
2.1.1实验仪器5
2.1.2试剂5
2.2试验方法5
2.2.1溶液的配制5
2.2.3取样方法6
2.2.4AAS测定8
第3章结果与讨论9
3.1实验条件优化9
3.1.1基体改进剂的使用9
3.1.2硝化条件的选择9
3.1.3仪器工作的本身系统影响9
3.1.4各种标准溶液的配制精准度9
3.1.5共存离子的影响10
3.2检测曲线和检测限10
3.3数据分析10
第4章结论12
4.1金沙江向家坝地区至泸州段镍、锰重金属增长的原因12
4.2治理措施12
4.3建议13
参考文献14
致谢16
第1章绪论
1.1水中重金属污染的介绍
当前,我国进行改革开放三十多年来,经济社会得到前所未有的发展,人民的物质生活水平得到了空前的改善;但是赖以生存的环境却发生改变,过去书中所描绘的“山清水秀,花香鸟语”的风景却渐渐远离了我们,祖国大好河山的天空似乎也不再蓝,水也不再清澈。
特别是美丽的母亲河长江更是遭受到严重的污染,其中在长江水域污染中,镉、锰、镍、铜、锌5种元素重金属的离子的污染最为大,危害也是最大的。
究其原因,长江水域中的重金属主要是来自工业排放未经过处理或者没有进行科学处理处理的污水。
这些水域中重金属元素离子一旦进入大自然的生物圈,会通过平时候生活中形象称道的“大鱼吃小鱼”的方式传递下去,最终影响人类,给大自然生物卷带来巨大的伤害,最终影响的身体。
一般情况下,重金属污染主要是指水域中或者土壤重金属元素以离子形式在存在于水中或者土壤中,正常情况下,大自然本来存在正在一定浓度的重金属离子,但是由于人类一些不正确或不科学的行为导致大自然中重金属元素离子浓度失去调节平衡的能力,也就让自然环境受到破坏。
在大自然中,江河流域中重金属元素会在其生态系统中的动植物积累下来,而人类食用该生态系统中的动植物会在人体随着时间慢慢积累下来,逐步逐步危害的身体健康,给中华民族带来巨大的灾难。
镉、锰、镍、铜、锌5种元素本来在自然状态下是正常的、稳定的,对整个生态系统基本上不具有危害。
其浓度是比较恒定的,特别是锌还是人体不可缺少的一种微量元素,但是随着人类不正常的工业排放和一些生活污水的排放,最终导致江河水域中的元素失衡,最终危害人类的健康。
镉、锰、镍、铜、锌5种重金属元素是水中有比较大危害的元素,其中镉对人体的危害非常大。
游离态的隔离子对人体的危害只要是通过生物链逐步富集起来,会慢慢地损害的肾脏、脾、胰脏、甲状腺等器官。
甚至严重以后,还会导致中毒者出现糖尿、蛋白质、氨基酸尿,最后致使骨骼代谢受阻,造成骨质疏松、萎缩、变形,最终造成“痛痛病”。
镍本身来讲,能够刺激血液生长,但是过量的镍会对人体造成危害,引起炎症、癌症、神经衰弱等症状。
其中的致病原理是镍能够影响多种酶和内分泌腺的作用,引起基因突变,基因丢失,基因扩增,产生“镍指”,形成多肽物,诱导生活性氧及影响电解质中的离子含量。
锰过量会引起疲倦乏力、头昏头痛。
记忆力减退,肌肉疼痛、情绪不稳定,抑郁或激动,最后随着病情发展,变成语言不清或“口吃”。
铜损坏肝、胆、维持人体的新陈代谢会出现紊乱,最后导致肝硬化、肝腹水。
锌本来是人体一种必需的元素,对人体有非常重要的胜生理作用,但是过量的锌能够引起呕吐、腹泻等胃肠道症状,致肝,肾功能及免疫力受损。
表1-1我国城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)
序号
金属种类
浓度(mg/L)
1
镉(Cd)
≤0.010
2
锰(Mn)
≤0.10
3
镍(Ni)
≤0.020
4
铜(Cu)
≤1.00
5
锌(Zn)
≤1.00
1.2我国长江水域中重金属污染及上游地区泸州、宜宾段现状
1.2.1我国长江水域中重金属污染现状
自古以来,我国长江流域就是人口密度高和文明程度比较高地区,几千年来一直以来就有四川的天府之国、江南的鱼米之乡的美称。
在过去几千年来,敬爱的母亲河养育了一代又一代勤劳的中华儿女。
但是随着经济社会的发展,我国社会主义建设事业在全国各地兴起,而长江流域作为我国人口最为密集地区,其工业得到前所未有的发展,在长江沿岸地区一座有一座新型的化工厂拔地而起。
在这样的大背景下,我国长江流域的生态环境遭受了巨大的破坏,美丽的母亲河似乎不再美丽。
工厂或人们生活所排放的污水一点一点地侵蚀着美丽的母亲河;而污水中的重金属元素离子对整个生态系统的危害最大,对子子孙孙的伤害也最大。
过去是一个注重经济发展的年代,母亲河遭受巨大的伤痛,在重金属污染中,长江沿岸地区造纸厂、农药厂、肥料厂、煤矿等厂矿对长江水域的污染特别大。
由于这些污染的存在,过去口中津津乐道的江豚、中华鲟、娃娃鱼正在一天一天的减少,甚至永远离开。
现在母亲河的水也不再清澈见底,天也不再蔚蓝,取而代之是空气被pm2.5笼罩,美丽的母亲河美名被臭水沟取代,歌声中唱到的“蓝蓝的天,白白的云”好像已成为记忆,关注母亲河的污染情况已经变得刻不容缓。
过去,在长水域中污染最为严重的长江中下游地区的湖泊地区,因为过去长江中下游地区作为改革开放的窗口地区,其中工业的发展步伐是迈在上游地区的前面的,但是工业发展后的代价是惨痛的,长江中下游地区成为“水华”最为严重的地区,同时,我国长江中下游地区也出现了一个又一个癌症村。
虽然过去长江中下游地区是污染最为严重的地区,但是90代以后随着西部大开放的进行,泸州、宜宾地区也搬来很多下游地区的工厂,这些工厂为带来GDP的增长的同时,必然会给带来环境的破坏。
总而言之,我国长江地区水污染情况不容乐观,应该加快治理,为子孙后代留下一个美好的明天。
1.2.2长江上游地区污染综述
随着国家实施西部大开放战略以后,我国的很多工业开始逐步往交通便利和水资源丰富的长江上游地区转移。
而宜宾、泸州作为国家西南地区最为重要的工业基地之一,其由于工业造成的污染是非常严重。
虽然国家的这些经济举措为的经济带来强大的发展动力,提高的生活水平,但是重工业工厂排放的污水却严重污染了的环境,特别是污水的重金属元素离子(Cd、Ni、Cu、Zn、Mn)严重威胁着这个长江生态流域系统,严重威胁着长江沿岸城市的饮用水安全。
泸州地区位于长江上游,靠近长江水域的源头宜宾。
同时,宜宾市长江的源头地区,宜宾也称为万里长江第一城,宜宾地区的重工业在全国地区都是属于比较发达的,宜宾至泸州段,有宜宾城区、珙县、筠连、江安,等重要工业县城,这些都在很大程度上影响着母亲河的水环境,因此,准确把握泸州段水域重金属含量的测定对了解长江水上游地区重金属污染情况具有很好的参照意义,对宜泸长江段工业排布有重要意义。
同样泸州也是以重工业闻名的城市,在泸州地区有泸州老窖、泸天化、北方化工等大型工业厂。
在过去国家没有实行科学的环保政策时,国家的环境污染问题十分严重,泸州地区的水环境问题也是十分严峻。
国家为了保护长江水域的环境,2013年成功完成了云南省水富县向家坝水电站的前期工程,从此长江水上游地区水更清澈。
虽然长江水域中的泥沙含量比以前少了,但是考虑重金属污染的污染形式,水的清澈与否和遭受重金属污染没有直接关系,所以,对长江水域中金属含量的测定变得尤为重要。
同样,在本世纪初,国家长江流域实施退耕还林政策,宜宾和泸州地区作为长江的上游地区,是国家主要的退耕还林地区之一,积极实施该政策,退耕还林政策在一定程度上缓解长江水域的重金属污染情况,同时,两市也对沿岸具有很大水污染危害的工厂搬迁,因此,我国的长江水泸州段的污染情况会得到一定好转,但是总体上两地区的污染情况还是比较严重,特别是重金元素离子为主的污染情况。
1.2选题的背景和意义
当前,由于人类一些不科学的开发行为和生活污水的随意排放生活污水,在这样许许多多的污染压力下,曾经美丽的生态环境遭受巨大的破坏。
因此,水环境污染问题的研究已成为全世界关注的重点课题,特别是以重金属为主要研究方向的课题更是受到全社会各界的关注。
在研究这个课题之前,经过反复比对和论证,本次实验最终敲定采用火焰法原子吸收光分光度计(AAS)测定长江水中泸州段水样、云南水富向家坝地段水样、宜宾主城区段水样中镉、锰、镍、铜、锌5种元素离子的含量测定,最后根据泸州主城区段水样和云南水富向家坝地段水样、宜宾合江门地段水样数据进行比对,同时,本次实验的数据最终量和城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2012)进行比对。
分析出长江水中重金属含量测定的变化规律。
第2章实验部分
2.1仪器与试剂
2.1.1实验仪器
测量仪器:
WFX-1F2B2型原子吸收光分光度计(AAS)、(Cu、Zn、Cd、Mn、Ni)五种元素的空心阴极灯(北京第二光学仪器厂)、电子PH试计(上海精密科学仪器有限公司),电子天平(上海精密科学仪器有限公司),仪器的工作设定参数见表2-1。
表2-1AAS工作参数
元素
检测波长
狭缝
灯电流
PMT电压/v
空气流量/l.min-1
乙炔流量
/L.min-1
Cd
228.80
0.40
2.10
323.10
6.50
1.00
Cu
324.70
0.40
1.60
379.20
6.50
1.00
Mn
297.50
0.20
4.00
627.00
6.50
1.70
Zn
213.90
0.40
2.50
573.80
6.50
1.00
Ni
232.00
0.20
3.00
523.90
6.50
1.30
2.1.2试剂
本次实验所用试剂均为国产分析纯试剂,实验用水为实验室纯水实验室提供的高纯水。
2.2试验方法
2.2.1溶液的配制
选取分析纯的硫酸锌、氯化镉、氯化镍、硫酸铜、硫酸锰按照一定的比例,用0.5mol/L的稀硝酸稀释成Cu、Zn、Cd、Mn、Ni离子为10μg/mL的标准溶液,再用已经确定的0.5mol/L的稀硝酸稀释成0.5、1.0、3.0、5.0、7.0、9.0μg/mL的标准溶液。
根据各种元素离子的测量极限确定的实验操作步骤和方法。
2.2.3取样方法
自然环境下的水,会受到各种偶然因素的影响。
因此,此次实验中为了避免长江属于局部偶然因素的影响,分别取泸州段蓝天段、滨江路段、张坝段三段水样。
并且,三个地段的水样均是远离排污口,远离其他不太客观的因素,分别取用江水中间的水样,最后分别三个取水点的水样均匀混合起来,为这次实验的水样。
同样,也采用同样方法取用长江起点水富向家坝地区和宜宾合江门地区的水样。
自然沉淀一段时间,再用针管过滤器过滤,再用浓的硝酸处理,使水样溶液的pH值在小于2的范围内,考虑到实际操作的科学性和对实验仪器的保护安全,的水样的pH值不要太小,同样也太大。
三个地区取水示意图如下:
图2-1泸州地段取水位置示意图
图2-2宜宾地段取水位置示意图
图2-3水富向家坝地段取水位置示意图
2.2.4AAS测定
AAS是利用高温将待测元素转化为基态原子,再选择特定的光谱线通过这个一定厚度的基态原子蒸汽,最后根据朗伯-比尔定律进行定量。
实验测定按照表2-1所列参数进行测定。
第3章结果与讨论
3.1实验条件优化
3.1.1基体改进剂的使用
本次实验测定长江水中个元素离子的浓度大小时,其余的离子(Cu、Ni、Zn、Mn)会对的实验结果造成一定的影响。
因此在测定镉元素离子浓度大小时,需要加入一种能够减小或者降低干扰的改进剂(NH4HPO4Mg(NO3)2[14],在实验之前参考了文献[14]的处理方法,这样能够比较科学地解决实验干扰的难题。
3.1.2硝化条件的选择
查询参考资料,知道一般情况下,会选择一定的酸作为硝化剂,常规会选择稀盐酸、稀磷酸、稀硫酸等作为实验的消化剂。
对比各种硝化剂后,选择稀HNO3作为的硝化剂效果会更好。
因为,硝酸盐原则上都能较好的溶于水中。
同时,查询各种资料知道,不同pH值的硝酸的消化作用也是不同的。
综合各方数据资料,选择pH=2用硝酸进行消化的效果最好,做能够达到实验的预期目的。
3.1.3仪器工作的本身系统影响
本次实验选用的原子吸收光分光度计(AAS),从仪器本身来讲会有系统误差出现,但是适当控制火焰的问题和选用火焰产生的气体(乙烯),会在一定程度减小实验仪器本身造成的系统误差,会对结果没有太大误差的作用。
3.1.4各种标准溶液的配制精准度
在这次实验中,选用的全是分析纯下的试剂,各种实验操作都是分析纯的条件下进行,能够在一定程度下,减小实验的误差大小问题。
3.1.5共存离子的影响
根据的报道,钠、钾、硫酸根、硝酸根都不会干扰实验中Cd测定[14],其余四种待测离子基本上也不受干扰。
3.2检测曲线和检测限
实验室采用的实验仪器的工作条件下,各种元素标准曲线各个点吸光度,得到的线性回归方程及线性系数如下:
Cd:
y=0.0842x+0.0093,r=0.9996
Cu:
y=0.0127x+1.069,r=1.0000
Cr:
y=0.8757x+0.0034,r=1.0000
Zn:
y=0.9042x+0.1507,r=0.9994
Mn:
y=0.9048x+0.194,r=0.9993
Ni:
y=0.8567x+0.1863,r=0.9992
3.3数据分析
通过本次采用原子吸收光谱法测定的实验数据如下:
表3-2长江水水富县向家坝电站段重金属离子浓度
序号
金属种类
浓度(mg/L)
1
镉(Cd)
-
2
锰(Mn)
0.075mg/L
3
镍(Ni)
-
4
铜(Cu)
0.166mg/L
5
锌(Zn)
0.040mg/L
表3-3长江水宜宾主城合江门段重金属离子浓度
序号
金属种类
浓度(mg/L)
1
镉(Cd)
0.0137mg/L
2
锰(Mn)
0.040mg/L
3
镍(Ni)
-
4
铜(Cu)
3.150mg/L
5
锌(Zn)
0.253mg/L
表3-1长江水泸州段重金属离子浓度
序号
金属种类
浓度(mg/L)
1
镉(Cd)
-
2
锰(Mn)
0.212mg/l
3
镍(Ni)
5.310mg/L
4
铜(Cu)
-
5
锌(Zn)
-
在本次试验中,在长江水泸州段的五种重金属离子的浓度中,参考国家饮用水的最低标准(表1-1)得出结论,此段长江水中重金含量中,锰和镍超标,并且镍元素的含量严重超标,具有很在的潜在危害性,同时对比其他小组测定长江源头的重金属的情况下(表3-3)和宜宾地区长江水重金属浓度情况(表3-3)。
上述表中,(表3-1)表示长江水泸州段重金属含量,(表3-3)表示长江水宜宾段重金属含量(参照其他实验组),(表3-4)表示长江水起点源重金属含量。
分析三个表中数据量,发现长江起点源头地区和宜宾地区,基本没有镍元素的影子,锰元素也没有超标。
不过,随着地理位置的推移,长江水在宜宾至泸州段发生巨大变化。
其中锰和镍离子的浓度增长非常明显,其中锰超过国家标准的2倍左右,镍超过国家标准的25倍左右。
因此,可以得出结论,长江水宜泸段锰和镍两种重金属离子含量超标,需要为此提出分析。
第4章结论
4.1金沙江向家坝地区至泸州段镍、锰重金属增长的原因
从金沙江向家坝至泸州主城区,沿岸地区分布很多重工业厂矿,这些直接导致锰和镍两种重金属元素的超标,如云南的云天化肥料厂、宜宾的天原化工、红光化工、泸州的泸天化及部分电镀厂。
这些工厂排除的污水导致长江水中两中重金属元素的超标。
4.2治理措施
此次实验中,测量和对比参照其他实验组的数据。
可以得出结论是,长江水宜宾至泸州段,水中的镍元素和锰元素超过国家饮用水标准,需要进行科学调控。
目前,针对于水中重金属的污染。
主要采用三种方法:
生物法、物理法、化学法。
生物法顾名思义就是利用大自然的动植物吸收水体中重金属元素,目前主要采用是印度葵、凤眼莲、芦苇等吸收重金属能力比较强的植物作为生物法“实施者”。
化学法通常是采用加入某些能够与特定重金素离子形成螯合物或者难容物的方法。
比如吸化学沉淀法吸附法中向水中投入吸附剂,可以选用的吸附剂有天然的矿产物(蒙脱石和磁铁矿);同时有些工业副产品也可以作为化学除去重金属离子的物质,例如炼铝工业和电厂煤工业产生的富含氧化物和铝硅酸钠及高岭土等,另外还有有机复合材料(如聚乙烯硅-聚乙烯胺符合材料)、单宁类、壳聚糖盒其他生物吸附剂的方法。
物理法主要自然沉淀、高分子捕集法、天然沸石法等为主的方法。
物理法、化学法、生物法三种重金属治理的方法基本上是针对局部范围的重金属污染,而一旦面向大范围地区重金属防治,就需要加入更为重要的宏观调控。
在上面的方法中,通过查询相关资料,对比分析,目前国际上针对大污染范围的重金属污染采用采用的是生物吸收方法,如种植吸收能力强的水葫芦、芦苇、印度葵等。
同时,宜宾泸州段重金属污染的实际情况,需要从源头处理,采用吸附法比较合适。
4.3建议
通过这次实验论证和结合长江沿岸的实际情况,制定出两方面治理重金属污染的措施。
一方面是对于已经被污染的水域和土壤,根据实际情况,采用化学或者生物法来治理,虽然这种方法能够在一定范围内解决好污染问题,但是治标不治本。
因此,要想彻底解决好污染问题,需要从污染源头做起,科学分布好沿岸地区的工业。
经过科学论证,可以对沿岸的工业实行“大集中,小分布”的方案,所谓大集中就是指把一些产业链相同,可以相互利用污染水的工厂集中在一起,大家相互利用一切优势资源,最大程度上减小污染;所谓小分布就是指把一些对水源污染特别大的企业搬离到远离水源、远离人口集中地的地方,用集中专项治理的办法来解决。
同时,要加大对一些违规排放污水的企业实行严格管理,加大污染治理力度。
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