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摘要：现当今，我国经济发展十分迅速，国家各种工矿企业的不断发展、产业结构的不断调整，土壤及地下水环境的污染更加趋向于多源化、复杂化。在众多污染物种类中，重金属作为土壤中自然存在的元素，其污染状况在土壤环境中尤为普遍。土壤中的重金属可通过食物链富集危害人体健康，也可经水、大气等介质传输或蓄积，带来健康和生态等多种潜在风险。重金属污染状况主要出现在采矿业、有色金属冶炼、金属制品生产加工等企业所处的场地中且在部分场地中出现重金属和有机物联合污染情况。由于重金属基本上不能被微生物降解，因而转移或者降低重金属的生物有效性是比较明确的修复技术思路。
关键词：污染土壤；重金属；稳定化修复；综合性实验
引言
添加不同种类改良剂对污染农田土壤进行有毒重金属的稳定化修复，内容包括土壤样品制备与培养、ｐＨ测定、重金属离子总浓度及有效态浓度测定。首先，学生需要在实验过程中熟练掌握电子天平、ｐＨ计、微波消解仪和电感耦合等离子体质谱的操作规程。其次，学生能够在课后利用固化率公式处理数据和评价不同改良剂对重金属的稳定化修复效果，并进行机理解析。本实验不仅可以加强学生对相关专业理论知识的理解和精密化学仪器的使用，还能够培养学生综合运用所学专业知识解决实际应用问题的能力，并进一步激发学生探索化学前沿新知，从而达到拓展创新的培养目标。
1土壤重金属污染治理与修复概述
地球表面上土壤是一种非常复杂的化学物质，主要是由人类活动、地形、地貌、气候、生物等共同因素综合影响而形成的一种动态生物系统，土壤的最大特点在于，可以为生物的生长繁殖提供一定的帮助，在地球生态系统当中，土壤是非常重要的一个组成部分，和生物、水、大气的相互制约、相互联系。这些年以来，由于当前社会经济快速发展，人们在追求社会效益的过程中，对土壤进行了过分的利用，一些不合理的工农业生产方式导致土壤当中的重金属含量大幅度超标，严重的影响了土壤的环境，导致了较大的污染。在生产过程中，人们的农作物品质无法达到要求，导致土壤当中污染超标，重金属的元素主要有镍、铜、锌、汞等，这些污染性较强的重金属元素，在土壤污染之后，会导致很大的污染面积，而且污染后果较为严重，具有很大的隐蔽性和潜伏性，降解过程中需要耗费大量的时间。
2实验目的
（1）了解污染土壤中重金属的危害和各种化学药剂的物化性质；（2）掌握化学法稳定土壤中重金属的具体实施步骤；（3）学习评价不同改良剂固化效果的指标及方法，进行机理解析。
3实验方法
3.1实验用土壤样品制备
首先将土壤摊开平放，在自然条件下干燥48h，期间翻抛一次，除去石块、草根等较大杂质，2mm圆孔筛筛分后取筛下物为供试土壤样品。准确称量500g供试土壤样品放入鼓风干燥箱中于110℃干燥24h，密封备用。经计算获得供试土壤质量含水率为2.48％。
3.2土壤样品培养
准确称取100g空气干燥状态下的供试土壤样品多份，置于200mL具塞三角瓶中。首先加入超纯水，调节土壤的含水率至10％～18％。然后加入5g改良剂（改良剂质量占空气干燥状态下土壤质量的５％），机械混合搅拌均匀后，盖塞。置于干燥通风处室温下培养20天。
3.3土壤样品pH测定
土壤pH测定参照国家标准NY／T1377—2007：取1000ml去离子水倒入大烧杯中，在电炉上煮沸5min，保鲜膜封好，自然冷却；准确称取10g土壤及改良后的样品于100ml烧杯中，按照水土比例2.5∶1加入25ｍＬ上述去离子水；磁力搅拌器搅拌5min使其混合均匀，静置3h后取上层清液玻璃电极法测定。
3.4土壤中重金属离子总浓度测定
样品中重金属离子总浓度采用电感耦合等离子体质谱法（ＩＣＰ－ＭＳ）测定，土壤样品在测定重金属离子总浓度前须经微波消解处理，消解步骤如下：取待测样品少量平铺在培养皿中，放入烘箱中鼓风干燥８ｈ。将烘干的样品经玛瑙研钵研磨至无颗粒感。准确称取多份研磨好的样品约50mg于消解管中，依次加入４ｍＬ HNO３，１ｍＬ H2O2进行第１次微波消解。然后再加入２ｍＬ ＨＦ进行第２次消解，至管中液体澄清透明。最后，将消解液在135℃下加热赶酸至容器内仅剩２～３滴液体为止，用100ｍＬ容量瓶定容后待用。有关样品的消解及ＩCP－MS测试方法。
4数据处理
4.1供试土壤中重金属含量
供试土壤经微波消解后用电感耦合等离子质谱法测定了重金属Ａｓ、Ｐｂ、Cr、Co、Cd、Cu、Zn和Ba的含量。为贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》，防止土壤污染，保护生态环境，管控农用地土壤污染风险，保障农林生产，维护人体健康，国家生态环境部、国家市场监督管理总局特制订了土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准（ＧＢ15618—2018）。该标准严格划定了不同ｐＨ下的农用地中８种重金属风险筛选值。实验所用土壤的ｐＨ为8.10，碱性土壤。供试土壤中重金属As、Pb和Cd浓度已显著高于国家规定的农用地土壤污染风险值，尤其是Pb。说明实验所用农田土壤为重金属污染土壤，已严重影响农林业生产和植物的正常生长，甚至有可能危害人体健康，原则上应该采取严格管控措施，该农用地土壤需要进行改良修复后才能继续加以利用。
4.2改良剂对供试土壤
ｐＨ的影响供试土壤因多年受矿山废水污染的影响，ｐＨ为8.10，为碱性土壤。添加改良剂处理后，供试土壤ｐＨ发生变化。添加３种不同改良剂后土壤的ｐＨ发生了变化，可能是由于改良剂的作用改变了土壤中重金属离子的形态和有效性，影响了供试土壤中重金属的稳定性。腐植酸处理后土壤的ｐＨ降低最多，由原来的8.10降至7.50，由碱性降至弱碱性。这是由于腐殖酸分子结构中含有羟基和酚羟基等活性功能团，使其具有弱酸性，能够与土壤中的各种阳离子结合，生成腐殖酸盐，形成腐殖酸－腐殖酸盐相互转化的缓冲系统，因此能够有效地调节土壤的酸碱度。
结语
通过添加不同类型的化学改良剂对污染土壤重金属进行了稳定化修复处理，考察了改良剂的添加对土壤ｐＨ、重金属离子有效态浓度以及固化效果的影响。该实验从物质结构入手，通过机理解析能够加强学生对不同结构物质在反应中的键合、离子交换和吸附等作用的理解，对学生进一步合成不同类型改良剂的创新实验的开发有重要的指导意义。通过对实验结果的分析学生能够将有机化学、无机化学、分析化学的基础理论与精细化学品化学、结构化学、仪器分析等专业课程相结合，完整、系统地掌握专业实验技术，提高实践能力。土壤改良剂品种众多，可以引导学生在改良剂的选择及优化方面进行进一步探索，本实验可以激发学生对本专业学习的热情，同时还能够为大学生创新实验及毕业设计提供课题研究。
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