土壤与固体废物监测.ppt

第四章 土壤与固体废物监测,第一节 土壤污染监测,第二节 固体废物监测,第一节 土壤污染监测,土壤基本知识,土壤样品的采集与制备,土壤样品的预处理,土壤污染物的测定,土壤：是指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层（厚度约为2米左右）。它介于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间，是环境中特有的组成部分。土壤的组成：是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机物质、土壤生物、水分和空气等固、液、气三相组成的。,一、土壤组成,土壤基本知识,土壤,土壤固相(占容积的50),空隙,矿物质(质量占固相总质量的9598),有机质和生物（质量占固相总质量的25）,土壤溶液,空气,土壤溶液和空气占土壤总体积的50，且二者之间经常处于彼此消长的状态。,土壤矿物质是由岩石经风化而来的，一般占土壤固体部分质量的9598。矿物质直接影响土壤性质，又是植物矿质养分的主要来源，故同土壤肥力有密切关系。,1、土壤矿物质的矿物组成（1）原生矿物质：岩石经过物理风化后形成的碎屑，其原来的化学组成没有改变。（2）次生矿物质：原生矿物质经过化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构均有所改变。,(一)土壤矿物质,2.土壤矿物质的化学组成氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元素含量约占96以上，与岩石中各元素的含量相似。3.土壤机械组成指不同大小颗粒（沙砾、粉粒、黏粒）的相对含量。不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化学性质有很大差异，如对污染物的吸附、解吸和迁移、转化能力，有效含水量及保水、保温能力等。我国土壤质地分类参见表4.1；国际制土壤质地分类见表4.2。,表4.1 我国土粒分级标准,表4.2 国际制土壤质地分类,是土壤中含碳有机化合物的总称，由进入土壤的植物、动物、微生物残体及施入土壤的有机肥料经分解转化逐渐形成，通常可分为非腐殖物质和腐殖物质两类。,（二）土壤有机质,含量,土壤有机质绝大部分集中于土壤表层(015或020cm),我国土壤有机质含量在15%之间,来源,植物的根茬、茎秆、落叶、土壤中的动物残骸以及施入土壤的有机肥料等,作用,土壤有机质主要以腐殖质为主,它作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等,这些性能对土壤的结构、性质、质量都有重大影响,土壤有机质,土壤中生活的微生物(细菌、真菌、放线菌、藻类等)及动物(原生动物、蚯蚓、线虫类等)对进入土壤的有机污染物的降解及无机污染物(如重金属)的形态转化起着主导作用，是土壤净化功能的主要贡献者。,（三）土壤生物,细菌,放线菌,蚯蚓,线虫,图4.1 土壤微生物和动物,土壤水分及其所含溶质的总称，溶有土壤中可溶成分的稀溶液，来源主要有：大气降水、降雪、地表径流、灌溉、地下水。,(四)土壤溶液,浅层地下水,农田灌溉,河流,雾,雨,雪,图4.2 土壤溶液的来源,土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中，来源于大气、生物化学反应和化学反应产生的气体(如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧化物、二氧化碳等)。积水的土壤通气不良，导致对植物的危害，茶树最忌积水，积水的土壤不应用于种茶树。,(五)土壤空气,二、土壤的基本性质,吸附性 与土壤中胶体物质密切相关酸碱性 受生物、气候、地质、水文条件综合影响 极酸性 pH 4.5 极碱性 pH 9.5 强酸性 pH4.55.5 强碱性 pH 8.59.5 酸性 pH5.56.0 碱性 pH7.58.5 弱酸性 pH6.06.5 弱碱性 pH7.07.5 中性土 pH6.57.0氧化-还原性 土壤游离氧和高价金属离子是氧化 剂；土壤有机质分解产物是还原剂,三、土壤背景值（土壤本底值）,定义：指区域内很少受人类活动影响和不受或未明显受现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来固有的化学组成和元素含量水平。,土壤元素背景值是统计性的，是一个范围值而不是一个确定值。其表达方式目前还不统一，有几种方法，但我国用得较多的一种是用土壤样品平均值加减两个标准偏差表示。即：,四、土壤污染,人为污染源：农药、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工业废渣）施肥,化学污染物污染物种类 生物类污染物：病原微生物 放射性污染物：90锶、137铯,重金属硫化物氟化物农药,天然污染源：矿物风化后自然扩散、火山灰,土壤中的污染物会通过土壤植物体系进入生物相，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人畜健康，引发癌症和其他疾病等。因此监测土壤污染物的含量是十分必要的。,规定了土壤中污染物的最高允许浓度或范围，是判断土壤质量的依据。我国颁布的这类标准有：,五、土壤质量标准,土壤环境质量标准(GB l56181995)无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量指标(GB/T 184072001)无公害农产品茶叶产地土壤环境质量指标(NY 50202001),土壤环境质量标准(GB l56181995)规定，土壤常规监测项目主要包括：,土壤样品的采集与制备,一、污染土壤样品的采集,(一)土壤采样特点,1、土壤是固、液、气三相的混合物，主体是固体，污染物质进入土壤后不易得到混合，所以样品往往有很大的局限性。,2、在一般的土壤监测中，采样误差对结果的影响往往大于分析误差。所以，进行土壤样品采集时，要格外注意样品的合理代表性，最好能在采样前通过调查研究，选择采样单元，合理布设采样点。,(二)采样点的布设,1、布设原则,（1）对角线布点法 适用于面积较小、地势平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田块。布点方法：由田块进水口向对角线引一斜线，将此 对角线进行等分，在各等分的中间设采样点。（2）梅花形布点法 适用于面积较小、地势平坦、土壤物质和污染程度较均匀的地块。（3）棋盘式布点法 适用于中等面积、地势平坦、地形完整开阔的地块，一般设10个以上分点。该法也适用于受固体废物污染的土壤，应设20个以上分点。,对角线布点法,梅花形布点法,棋盘式布点法,2、布点方法,（4）蛇形布点法 适用于面积较大、地势不很平坦、土壤不够均匀的田块。（5）放射状布点法 适用于大气污染型土壤。（6）网格布点法 适用于地形平缓的地块。农用化学物质污染型土壤、土壤背景值调查常用这种方法。对于综合污染型土壤，还可以采用两种以上布点方法相结合的方法。,蛇形布点法,放射状布点法,网格布点法,3、采样深度,土壤剖面土层示意图,4、采样方法,（1）采样筒取样,（2）土钻取样,（3）挖坑取样,适合于表层土样的采集。将长10cm、直径8cm金属或塑料采样器的采样筒直接压入土层中，然后用铲子将其铲出，清除采样筒口多余的土壤，采样筒内的土壤即为所取样品。,用土钻钻至所需深度后，将其提出，用挖土勺挖出土样。,适用于采集分层的土样。先用铁铲挖一截面1.5m1m，深1.0m的坑，平整一面坑壁，并用干净的取样小刀或小铲刮去坑壁表面15cm的土，然后在所需层次内采样0.51kg，装入容器内。,5、采样时间,为了解土壤污染状况，可随时采集样品进行测定。如需同时掌握在土壤上生长的作物受污染状况，可依季节变化或作物收获期采集。一年中在同一地点采样两次进行对照。,6、采样量,7、采样注意事项,采样量视测定项目而定，一般要求采样0.51Kg。对多点采集的土壤可反复按四分法弃取，留下所需土量，装入塑料袋或布袋内，贴上标签备用。,四分法：将采集的土样弄碎混均铺开，划对角线分成四分，把相对的两分并为一分，留一分弃一分。,土壤样品四分法示意图,（1）采样点不能设在田边、沟边、路边或堆肥旁；（2）将现场采样点的具体情况，如土壤剖面形态特征等做详细记录；（3）采样同时，填写土壤样品标签、采样记录、样品登记表。土壤标签一式两份，一份放入样品袋内，一份扎在袋口，并于采样结束时在现场逐项逐个检查。（4）测定重金属的样品，尽量用竹铲、竹片直接采集样品。,二、土壤本底值样品的采集,1、布点原则,土壤背景值采样布点原则,2、样品采集,土壤剖面挖掘示意图,在每个采样点均需挖掘土壤剖面进行采样。我国环境背景值研究协作组推荐，剖面规格一般为长1.5m、宽0.8m、深1.0m，每个剖面采集A、B、C三层土样,过渡层（AB、BC）一般不采样。当地下水位较高时，挖至地下水出露时止,现场记录实际采样深度，如020、5065、8000cm。在各层次典型中心部位自下而上采样，切忌混淆层次、混合采样,在山地土壤土层薄的地区，B层发育不完整时，只采A、C层样,干旱地区剖面发育不完整的土壤，采集表层（020cm）、中土层（50cm）和底土层（100cm）附近的样品,土壤背景值样品采集原则,3、采样点数的确定,根据监测目的、区域范围大小及其环境状况等因素确定。一般每个采样单元最少设3个采样点。单个采样单元内采样点数可按下式估算：式中：n每个采样单元布设的最少采样点数；s样本相对标准偏差，即变异系数；t置信因子（当置信水平为95%时，t值为1.96）；d允许偏差（当规定抽样精度不低于80%时，d取0.2）。,三、土壤样品的制备,测定样品中的不稳定组分（如游离挥发酚、胺态氮、硝态氮、低价铁、挥发性有机物）：要用新鲜土样，若不能立即分析，应深度冷冻保存。,测定多数稳定项目用风干土样。,1、土样的风干 大多土样需要风干，风干的土样比较容易混合均匀。重复性准确性都比较好。,土样的风干：忌阳光直接曝晒、尘埃落入、酸碱等气体的污染,2、磨细与过筛,（2）过筛后的土样全部置于聚乙烯薄膜上，充分混匀，用四分法分成两份，一份交样品库存放，可用于土壤pH值、土壤代换量等项目测定用；另一份继续用四分法缩分成两份，一份备用，一份用有机玻璃或玛瑙研钵研磨至全部通过60目或100目孔径尼龙筛，充分混合均匀后备用。,（3）通过60目孔径筛的土壤样品，用于农药、土壤有机质、土壤全氮量等项目的测定。通过100目孔径筛的土壤样品用于元素分析(如：用原子吸收分光光度法测Cd、Cu、Ni等重金属)。,（4）样品装入样品瓶或样品袋后，及时填写标签，一式两份，瓶内或袋内1份，外贴1份。,（1）将风干样在有机玻璃板或木板上用锤、滚、棒压碎，并除去碎石、砂砾及植物残体后，用四分法分取所需土样量，使其全部通过2mm尼龙筛。,一般处理方法(取风干样品100200g)：,筛的目数与孔径的关系,在分析工作中所用的筛子有两种：一种以筛孔直径大小表示，如孔径为2mm、1mm、0.5mm等；另一种以每英寸（1英寸=2.54cm）长度上的孔数表示。如每英寸长度上有40孔，为40目筛子（或称40号筛子）。孔数愈多，孔径愈小。筛目与孔径之间的关系可用下列简式表示：,筛孔直径（mm）16/每英寸孔数,1927年国际土壤学会规定通过2mm孔径的土壤用作物理分析，通过1mm或0.5mm孔径的土壤用作化学分析。,例：60目筛=0.25mm筛,土壤样品的预处理,目的：需要将土壤样品处理成液体状态和将欲测组分转变为适合测定方法要求的形态、浓度，以及消除共存组分的干扰。,土壤样品的预处理方法：,分解法：用于元素的测定。提取法：用于有机污染物和不稳定组分的测定。,根据测定项目不同，选择不同的预处理方法。,土壤污染监测方法与水、大气的监测方法基本一样，不同之处在于样品的制备和预处理。,(一)酸分解法称消解法，是测定土壤中重金属常选用的方法。常用混合酸消解体系，必要时加入氧化剂或还原剂加速消解反应。,分解法的作用：破坏土壤的矿物晶格和有机质，使待测元素进入试样溶液中。,一、土壤样品分解,(三)高压釜密闭分解法将用水润湿、加入混合酸并摇匀的土样放入密封的聚四氟乙烯坩埚内，置于耐压的不锈钢套筒中，放在烘箱内加热（一般不超过180）分解。(四)微波炉加热分解法将土壤样品和混合酸放入聚四氟乙烯容器中，置于微波炉内加热使试样分解的方法。,(二)碱熔分解法 将土壤样品与碱混合，在高温下熔融，使样品分解。,二、土壤样品提取方法测定土壤中的有机污染物、受热后不稳定的组分以及进行组分形态分析时，需要采用提取方法。提取溶剂常用有机溶剂、水和酸。,(一)有机污染物的提取 测定土壤中的有机污染物，一般用新鲜土样。称取适量土样放入锥形瓶中，放在振荡器上，用振荡提取法提取。对于农药、苯并（a）芘等含量低的污染物，常用索氏提取器提取法。(二)无机污染物的提取 土壤中易溶无机物组分、有效态组分可用酸或水浸泡提取。,样品蒸发浓缩器实物照片,三、净化（即分离）和浓缩,消除干扰、浓缩待测成分常用的净化方法有：层析法、蒸馏法等。,浓缩方法：采用浓缩器、蒸发器等。,环境污染物的含量常低于测定下限，基体复杂，因而环境监测中样品需经分离与富集，才能测定。,土壤污染物的测定,土壤污染监测所用方法与水质、大气监测方法类同。常用方法如下：,土壤监测结果规定用mg/kg（烘干土）表示。,测定土壤含水量，以便计算土壤中各种成分按烘干土为基准时的测定结果。,土壤含水量的测定,测定方法：用百分之一精度的天平称取土样2030g，置于铝盒中，在105下（45h）烘至恒重。按下式计算水分重量占烘干土重的百分数：,第二节 固体废物监测,固体废物概述,固体废物样品的采集和制备,固体废物样品的测定,一、固体废物的定义和分类,固体废物概述,固体废物：生产、建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。,分类（按来源）：,工业固体废物（例如：冶金废渣、采矿废渣、燃 料废渣、化工废渣、放射性废渣等）农业固体废物（例如：农作物秸杆等）城市垃圾（例如：生活垃圾、商业垃圾等）放射性固体废物,在固体废物中对环境影响最大的是工业有害固体废物（危险废物）和生活垃圾。,二、危险废物,(一)危险废物的定义和鉴别,危险废物,定义：指在国家危险废物名录中，和根据国务院环境保护部门规定的危险废物鉴别标准认定的具有危险性的废物。,鉴别：（1）引起或严重导致人类和动植物死亡率增加；（2）引起各种疾病的增加；（3）降低对疾病的抵抗力；（4）在处理、贮存、运送、处置或其他管理不当时，对人体健康或环境会造成现实的或潜在的危害。,危险废物的特性：易燃性腐蚀性反应性放射性浸出毒性急性毒性其他毒性,放射性：含有天然放射性元素的废物，比放射性活度大于3700Bq/Kg（1107Ci/kg）者；含有人工放射性元素的废物或比放射性活度大于露天水源限制浓度的10100倍（半衰期60天）者。,腐蚀性:含水废物，或本身不含水但加入定量水后其浸出液的pH2或pH12.5的废物，或最低温度为55以下时对钢制品每年的腐蚀深度大于0.64cm的废物。,易燃性：含闪点低于60的液体，经摩擦或吸湿和自发的变化具有着火倾向的固体。,浸出毒性：按规定的浸出方法进行浸取，当浸出液中有一种或一种以上有害成分的浓度超过表1所示鉴别标准的物质。,急性毒性：指引起小鼠（大鼠）在48h内死亡半数以上者。,(二)危险废物的特性,反应性：a.无爆震时就很易发生剧烈变化；b.和水剧烈反应；c.能和水形成爆炸性混合物；d.和水混合产生毒性气体、蒸汽或烟雾；e.有引发源或加热时能爆震或爆炸；f.常温常压下易爆炸和爆炸性反应；j.根据其它法规定义的爆炸品。,表1 有色金属工业固体废物浸出毒性鉴别标准,（1）生活垃圾的概念,城镇居民在日常生活中抛弃的固体垃圾，主要包括：生活垃圾、医院垃圾、市场垃圾、建筑垃圾和街道扫集物等。,（2）生活垃圾的分类,废品类；厨房类(亦称厨余垃圾)；灰土类。,（3）处理方法,焚烧(包括热解、气化)；卫生填埋；堆肥,三、生活垃圾,堆肥：是利用各种植物残体（作物秸杆、杂草、树叶、泥炭、垃圾以及 其它废弃物等）为主要原料，混合人畜粪尿经堆制腐解而成的有机肥料。,份样量和采样铲容量 最大粒度/mm 最小份样量/kg 采样铲容量/mL 150 30 100150 15 16000 50100 5 7000 4050 3 1700 2040 2 800 1020 1 300 10 0.5 125,批量大小 最少份样数/(液体m3,固体t)/份 5000 35,a.根据固体废物批量大小确定应采的子样个数；b.根据固体废物的最大粒度（95%以上能通过的最小筛孔尺寸）确定子样量；c.根据采样方法，随机采集子样，组成总样，并认真填写采样记录表。,尖头钢锹、钢尖镐、采样铲、具盖采样桶或内衬塑料的采样袋。,(一)采样工具(二)采样程序(三)采样数目（子样数）(四)子样最小质量,固体废物样品的采集和制备,一、样品的采集,（五）采样方法,1、现场采样,采样间隔,在生产现场采样，首先确定样品的批量，然后按下式计算出采样间隔，进行流动间隔采样。,车数/辆 所需最少采样车数/辆 100 50,容器个数/个 所需最少采样容器个数/个 100 50,2、运输车及容器采样,当车数该批废物规定的子样数时，每车应采子样数为：,每车应采样数规定子样数/车数,当车数该批废物规定的子样数时，按下表选出所需最少的采样车数，然后从所选车中各随机采集一个子样。,在车中，采样点应均匀分布在车厢的对角线上，如下图所示，端点距离车角应大于0.5m，表层去掉30cm：,对于一批若干容器（如：池、坑、塘）盛装的废物，按下表选取最少容器数，并且每个容器中均随机采两个样品：,当把一个容器作为一个批量时：,当把210个容器作为一个批量时：,最少容器数最少份样数/容器数,批量大小 最少份样个数/(液体m3,固体t)/份 5000 35,3、废渣堆采样法,废渣堆中采样点的分布示意图,在废渣堆两侧距堆底0.5m处划第一条横线，然后向上每隔0.5m再划一条横线；再每隔2m划一条横线的垂线，其交点作为采样点。按计算出的子样数确定采样点数，在每点上从0.51.0m深处各随机采样一份，如下图所示：,粉碎机、药碾、木锤或有机玻璃棒、标准套筛、十字样板、机械缩分器。,(一)制样工具(二)制样要求(三)制样程序,1.粉碎：借助机械力将大块的固体物料粉碎成适宜碎块和细粉的操作过程。2.筛分：根据粉碎阶段排料的最大粒度，选择相应的筛号，分段筛出一定粒度范围的样品。3.混合：使用机械设备或人工推转法，使过筛的一定粒度范围的样品充分混合，以达均匀分布。4.缩分：将样品于清洁、平整不吸水的板面上堆成圆锥型，每铲物料自圆锥顶端落下，使均匀地沿锥尖散落，不可使圆锥中心错位。反复转堆，至少三周，使其充分混合。然后将圆锥顶端轻轻压平，摊开物料后，用十字板自上压下，分成四等份，取两个对角的等份，重复操作数次，直至该粒度对应的最小样品量。,(1)制样过程中，防止样品产生任何化学变化和污染；(2)湿样品应在室温下自然干燥，使其达到适于破碎、筛分、缩分的程度；(3)制备的样品过筛后装瓶备用。,二、样品的制备,三、样品的保存,制好的样品密封于容器中保存（容器对样品不吸附；不使样品变质）贴标签：注明编号、废物名称、采样地点、批量、采样人、制样人、时间。,固体废物样品的测定,固体废物样品的组成相当复杂，其存在形态往往不符合分析测定的要求，所以在分析测定之前需要进行适当的预处理。预处理的方法可参考土壤样品的预处理方法。,一、样品的预处理,二、有害物质的监测方法,监测项目包括水分含量、pH值、总汞、总镉、总铬、铅、砷等。,其他监测项目的测定方法与水样中该类项目测定方法 一致。,水分含量测定方法同土壤样品中水分含量的测定。,危险废物还应当对有害特性进行监测，包括：,急性毒性的初筛试验 反应性试验 腐蚀性试验 易燃性试验 浸出毒性试验 固体废物渗漏模拟试验,生活垃圾应根据其处理方法对相关特性进行监测：,焚烧方法的监测重点是垃圾热值（热能回收利用的依据）；卫生填埋的监测重点是渗沥水（填埋处理中最主要的污染源）和苍蝇密度；堆肥方法的监测重点是淀粉含量测定（用于鉴定堆肥腐熟程度）和生物降解度（相当于水体COD测定）。,本 章 结 束谢 谢！,