專利名稱：：城市道路重金屬污染監(jiān)測方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于環(huán)境保護
技術領域：
，涉及城市環(huán)境的監(jiān)測方法，更具體的說是城市道路重金屬污染監(jiān)測方法。
背景技術：
：隨著人類社會的不斷進步，世界經(jīng)濟日新月異的發(fā)展，無序擴張和膨脹的城市化浪潮正席巻全球。工業(yè)化、現(xiàn)代化、城市化在給人類帶來福利的同時，也帶來了一系列諸如環(huán)境污染等嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。改善環(huán)境質(zhì)量已成為人類的共識和迫切需要解決的問題。在所有的環(huán)境問題中，由人為活動帶給環(huán)境的重金屬污染，特別是土壤的重金屬污染，隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，也愈來愈突出。重金屬(比重〉5.0g/ci^的金屬)因自身的特點，諸如污染范圍廣，持續(xù)時間長，不易在生物物質(zhì)循環(huán)和能量交換中分解從而導致在生物體內(nèi)積累并緩慢致病;污染隱蔽、危害大且不易被微生物降解等，決定了其在污染和危害環(huán)境中的特殊作用。據(jù)醫(yī)學、生物學文獻報道，重金屬在人體內(nèi)的作用，可分為必需元素和有毒元素。但不管是哪種元素其含量超過一定范圍都會引起中毒。1961年四日市哮喘事件1955年以來，該市石油冶煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣，嚴重污染城市空氣。重金屬微粒與二氧化硫形成硫酸煙霧。1961年哮喘病發(fā)作，1967年一些患者不堪忍受而自殺。1972年該市共確認哮喘病患者達817人，死亡10多人；19531956年日本熊本縣水俁市水俁病事件含甲基汞的工業(yè)廢水污染水體，使水俁灣和不知火海的魚中毒，人食用毒魚后受害。1972年日本環(huán)境廳公布水俁灣和新縣阿賀野川下游有汞中毒者283人，其中60人死亡；19551972年日本富山縣神通川流域痛痛病事件鋅、鉛冶煉廠等排放的含廢水污染了神通川水體，兩岸居民利用河水灌溉農(nóng)田，使稻米和飲用水含鎘而中毒，1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。由此可見，現(xiàn)代城市重金屬污染研究是一項具有緊迫性和機遇性雙重意義的工作。利用附生植物苔蘚作生物監(jiān)測器研究大氣重金屬沉降，已成為當今國際上環(huán)境科學研究的熱點之一。據(jù)資料記載，早在1886年，Nylander就觀察到巴黎市公園中樹木3附生的地衣由于大氣污染而消失的事實。到20世紀50年代中期，西歐和北美的植物學家經(jīng)過長期調(diào)查這些國家苔蘚和地衣的分布以及種類的變故后，得出結(jié)論在城市和工業(yè)區(qū)很難找到地衣和苔蘚的原因是大氣污染的緣故。自60-80年代初期，人們都注意到附生植物對S02和HF污染物的指示作用，但對于重金屬元素的研究相對較少。由于地衣和苔蘚均具有從大氣中吸收營養(yǎng)元素和大量富集多種離子的能力，瑞典的Ruhling和Tyler首先利用苔蘚植物作為大氣降塵中痕量元素的生物監(jiān)測器，他們用一種林地常見的羽毛狀苔蘚——塔蘚(Hylocomiumsplendens)來監(jiān)測斯堪的納維亞半島的重金屬大氣沉降，并發(fā)現(xiàn)在南部和西南部大氣降塵中的某些重金屬的濃度遠遠高于北端地區(qū).通過對苔蘚中重金屬元素含量的分析，繪制了反映芬蘭、挪威和瑞典等國大氣沉降中Cd、Cu、Fe、Hg、Ni、Pb和Zn元素的區(qū)域性分布圖。隨后，歐洲各國陸續(xù)開展了大規(guī)模的苔蘚和地衣的長勢調(diào)查和樣品的元素(已達45個元素)分析研究，獲取了自60年代末至今的重金屬元素污染變化的趨勢圖。德國的Markert等測定了采自原東德、波蘭、捷克、和斯洛伐克接壤的被稱為"黑三角"地帶的6種苔蘚中的Cd、Cr、Cu、Fe、Ni、Pb和Zn等7種重金屬元素，將結(jié)果繪制為彩色等高線圖。資料顯示，重金屬污染元素在天津土壤剖面中的縱向分布特征為，各剖面不同深度上，元素含量隨土壤質(zhì)地不同而有明顯不同。一般重金屬元素隨土壤粘性增大其含量升高。一般在耕作土壤中均有鎘、汞表層富集現(xiàn)象，與農(nóng)田施用化肥和農(nóng)藥產(chǎn)生的殘留有關。在山區(qū)和大港等荒地土壤剖面上重金屬元素變化較小。在城市附近土壤污染比較重，污染元素也較多，有鎘、汞、鉛、鋅、鉻、鎳、鈷、鉬等，污染只要集中在050cm土層內(nèi)。污水灌溉、污泥施用和城市降塵是造成土壤多種重金屬元素污染的主要原因。許多研究表明，重金屬元素在城市土壤中已有大量的積累。重金屬的污染有時會造成很大的危害。例如，日本發(fā)生的水俁病(汞污染)和骨痛病(鎘污染)等公害病，都是由重金屬污染引起的，城市土壤中的重金屬能通過揚塵進入大氣，并最終通過人的呼吸作用而進入人體，從而直接影響到人的身體健康，而重金屬元素會在人體內(nèi)富集，不易排除體外。與農(nóng)業(yè)土壤相比，城市土壤基本上無農(nóng)藥和化肥污染，但土壤中的污染物特別是重金屬污染物的濃度往往要高于農(nóng)業(yè)土壤。一般來說，道路旁邊土壤中的重金屬元素含量明顯比城市公園的含量高，但同時公園土壤中的含量又高于遠郊相同母質(zhì)下農(nóng)業(yè)土壤中的含量。在城市土壤重金屬來源研究方面，認識到城市土壤中的重金屬一部分來源于成土母質(zhì),另一部分則為外源人為輸入。成土母質(zhì)是城市土壤中重金屬含量的重要來源，是決定城市土壤中重金屬元素含量與分布特征的重要因素之一。城市交通運輸則是城市土壤重金屬污染的另一個重要來源。90年代以來，隨著我國人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，全國機動車保有量以年平均約10%的速度快速增長，1995年全國機動車保有量突破1000萬輛，截至2000年，全國機動車總保有量已經(jīng)達到l608.9萬輛據(jù)交管部門統(tǒng)計，目前天津市僅私家車的擁有量就已超過三十萬輛,預計到2010年，天津中心城區(qū)機動車擁有量將增長到150萬輛，汽車行駛產(chǎn)生的環(huán)境污染成了城市的主要環(huán)境問題之一。其污染物質(zhì)主要分為氣體狀污染物和粒子狀污染物。'在粒子狀污染物中，含有的重金屬主要來源于汽油燃燒和汽車零部件磨損等，如含Pb汽油的Pb，輪胎中添加的Zn，發(fā)動機及車體部件使用的Cu等。汽車尾氣排放、輪胎添加劑中的重金屬元素均可影響到土壤中Pb、Zn、Cu的含量，且這些元素的積累量都與交通流量有關。目前國內(nèi)對城市重金屬的研究主要集中在土壤或植物方面，而對城市道路塵土中重金屬的研究鮮見報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了城市道路重金屬污染監(jiān)測方法，本發(fā)明選取天津市25個道路交口、立交橋為研究對象，收集道路塵土做重金屬元素含量分析，并以Cr、Mn、Ni、Cu、Zn和Cd為代表，對道路塵土的重金屬污染狀況進行評價。本發(fā)明的城市道路重金屬污染監(jiān)測方法，包括如下的步驟-1)采樣選取內(nèi)環(huán)以里，內(nèi)、中環(huán)之間，中、外環(huán)之間的主要干道及車流量相對較少的次干道，車流量較多的立交橋地面粉塵樣品；2)樣品前處理將采集的塵土樣分別自然風干，用100目的尼龍土篩過篩，收集篩下物，除去樣品中的沙子，植物殘骸和其他雜質(zhì)；3)樣品消化與測定:準確稱量土樣0.5000g，加入1.5mlH2S04，3mlHN03，9mlHC1，恒溫160。C加熱，至棕色氣體很少時，在加0.5mlHClO4消化，至溶液澄清，沉淀為白色；略升高溫度，趕HCI04，將溶液蒸發(fā)至近干；取上層清夜，用CP-AES測量各樣品的Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd含量。本發(fā)明的實驗表明道路中各重金屬離子含量均顯著高出耕地中含量，以Cr、Cu、Zn、Cd較為突出，例如，Cu離子在耕地中未檢出，而在樣品重的含量較大，已明顯成為污染物。從內(nèi)環(huán)至外環(huán)，Cr、Mn含量呈現(xiàn)遞增趨勢，而Ni、Cu、Zn呈遞減趨勢，從內(nèi)環(huán)至外環(huán)，大型機動車流量增多，交通負荷量增加，尾氣排放增加，輪胎磨損嚴重，使從中心城區(qū)到城市周邊，污染情況有所變化，內(nèi)環(huán)以里的中心繁華地區(qū)，由于出流量較大，塵土重金屬含量比耕地中含量高出較多；而外環(huán)以里道路負荷量較重，大型機動車輛較多，尾氣排放、輪胎磨損較為嚴重，對塵土中重金屬含量有一定影響。本發(fā)明進一步公開了城市道路重金屬污染監(jiān)測方法再測定城市道路中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd重金屬污染情況方面的應用。本發(fā)明的監(jiān)測方法能更加準確的評價道路粉塵中重金屬污染情況。雖具其特殊性，但對同類型的城市環(huán)境保護具有一定的參考價值，為保護環(huán)境，維持生態(tài)平衡，營造良好的生存環(huán)境提供科學依據(jù)。具體實施例方式為了簡單和清楚的目的，下文恰當?shù)氖÷粤斯夹g的描述，以免那些不必要的細節(jié)影響對本技術方案的描述。以下結(jié)合實例對本發(fā)明做進一步的說明。實施例l(1)選取具有代表性的道路交叉口作為采樣點，包括內(nèi)環(huán)以里，車流量較多的立交橋。收集地面粉塵樣品采集的塵土樣自然風干，用較細的篩子篩取顆粒較細的塵土部分，除去樣品中的沙子，植物殘骸和其他雜質(zhì)，備用；(2)準確稱量土樣0.5000g，加入1.5mlH2S04,3mlHN03，9mlHCl，恒溫160。C加熱，至棕色氣體很少時，在加0.5mlHClO4消化，至溶液澄清，沉淀為白色；略升高溫度，趕HC104，將溶液蒸發(fā)至近干；(3)將消化好的樣品中加入0.5mlHNO3，稍加去離子水使其溶解，然后轉(zhuǎn)移至IOML比色管中，用去離子水定容，保存；(4)取上層清夜，用CP-AES測量各樣品的Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd含量。實施例2(更加詳細的實驗過程如下)采樣采樣方法參照《土壤樣品的采集和處理》，根據(jù)天津市道路分布情況，選取具有6代表性的道路交叉口作為采樣點，包括內(nèi)環(huán)以里，內(nèi)、中環(huán)之間，中、外環(huán)之間的主要干道及車流量相對較少的次干道，車流量較多的立交橋。收集地面粉塵樣品，帶回實驗室。并收集耕層土壤作為對照，以評價道路粉塵中重金屬污染情況。樣品前處理將采集的塵土樣自然風干，用較細的篩子篩取顆粒較細的塵土部分，除去樣品中的沙子，植物殘骸和其他雜質(zhì)，使實驗避免無關雜質(zhì)干擾并且使消化過程更容易進行。樣品消化與測定準確稱量土樣(約0.5000g),加入1.5mlH2S04，3mlHN03，9mlHCl，恒溫160。C加熱，反應一定時間，至棕色氣體很少時，在加0.5mlHClO4消化，至溶液澄清，沉淀為白色。略升高溫度，趕HC104，將溶液蒸發(fā)至近干。將消化好的樣品中加入0.5mlHN03,稍加去離子水使其溶解，然后轉(zhuǎn)移至10ML比色管中，用去離子水定容。貼上標簽保存。取上層清夜，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測量各樣品的Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd含量。技術發(fā)明效果分析內(nèi)環(huán)以里道路塵土重金屬分布特征表1內(nèi)環(huán)以里道路塵土重金屬分布特征(單位jlg/g)采樣地重金屬含量CrMnNiCuZnCd十一經(jīng)路一解放南路72.1597369.814828.045640.薩324.14911.8343多倫道一新華路31.4529351.308631.582825.6718358.68051.6507南京路一營口道38.4202428.780816.9609_181.81141.0552芥園道一北馬路/南馬路27.4846304.459126.7826一212.83201.3180獅子林大街一金諱路56.1247399.494028.1488154.8096281.13731.7816建國道一民族路31.1968287.240832.278860.0140227.75771.4052<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從實驗結(jié)果可以看出，道路中各重金屬平均值均高出耕層土壤中重金屬水平。Cr、Zn含量與耕層土壤中含量相差較大，其中，Zn的含量超出對照樣品57.15%，Cr的含量超出對照樣品5670%，成為污染道路的主要污染物，并且，各個道路的Cr、Cu、Zn含量均超出對照樣品，證明，在內(nèi)環(huán)以里各個道路上，該三種重金屬污染都比較嚴重。而Mn、Ni含量與耕層土壤中含量較為接近，污染情況并不嚴重。例如，十一經(jīng)路與解放南路交口粉塵中各重金屬元素含量均較高，此地重金屬元素污染情況嚴重；而解放北路與哈爾濱道交口粉塵中Cu、Zn、Cd含量均為該道路等級中最高值，這三種重金屬在該路段污染嚴重，Mn、Ni含量均低于耕層土壤，證明這兩種重金屬該路段污染較輕。內(nèi)環(huán)與中環(huán)之間重金屬分布特征表2內(nèi)環(huán)與中環(huán)之間道路重金屬分布特征(單位^tg/g)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>潤園路一建昌道37.4338387.656224.765087.7662251.54981.3624中紡前街一柳村大,街17.6300359.806721.04338.4644526.47001.7630玉泉路一鞍山西道50.0199313.712941.562881.2264332.72941.5509平均值37.2487340.965124.225138.0573263.08431.4060對照27.1104344.597921.7062-181.85991.1136從實驗結(jié)果可以看出，內(nèi)環(huán)與中環(huán)之間大多數(shù)道路粉塵中各重金屬平均值高出耕層土壤中重金屬水平。Cr、Cu、Zn含量與耕層土壤中含量相差較大，如Cr、Zn含量平均值分別超出對照樣品37.40%和44.66%，為主要污染物。Cu的含量在耕地中未檢出，各道路中含量均高出耕層土壤含量。Ni含量與耕層土壤中含量較為接近,而Mn的含量低于耕層土壤含量。例如，芥園道與紅旗路、潤園路與建昌道交口粉塵中各重金屬含量均大大超出耕層土壤含量，重金屬污染情況較為嚴重，而普濟河立交橋粉塵中各重金屬含量與耕層土壤含量較為接近，Ni、Zn、Cd三元素含量甚至低于耕層土壤含量，在該路段重金屬污染情況較輕。外環(huán)與中環(huán)之間重金屬分布特征表3外環(huán)與中環(huán)之間道路重金屬分布特征(單位^g/g)采樣地重金屬含量CrMnNiCuZnCd密云路一黃河道36.8015277.861623.230522.793299.69510.8597金鐘河大街立交橋44.2644431.964225.3618265.288325U5312.3002外環(huán)線一津同公路53.3353408.558319.2095215.7308235.42411.8618外環(huán)一津塘公路44.4697793.377614.8641一173.60561.7843地毯路47.1484871.183624.585177.0769255.74832.3893華苑西路29.0875353.695017.80256.575142.90.8025賓水道一環(huán)湖中路33.4957393.061227.697328.6132193,37911.49639<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從實驗結(jié)果可以看出，道路中各重金屬平均值均高出耕地中重金屬水平。以金鐘河大街立交橋、地毯路為例，該路段各重金屬含量均大大超出耕層土壤含量?？傮w來看，Cr、Mn、Cd含量平均值與耕層土壤中含量相差較大，分別超出對照樣品52.08%、46.33%、47.46%，各路段中Cr、Cu含量均大大高出耕地水平，這兩種重金屬在各個道路中污染均較嚴重。而Mn、Cd含量平均值雖也較高超出耕地水平，但部分道路中含量低于耕地水平(如密云路與黃河道交口)，說明其在部分道路中污染較嚴重。Ni、Zn含量與耕地中含量較為接近，并未造成嚴重污染。發(fā)明技術結(jié)論道路中各重金屬離子含量均顯著高出耕地中含量，以Cr、Cu、Zn、Cd較為突出，例如，Cu離子在耕地中未檢出，而在樣品重的含量較大，已明顯成為污染物。從內(nèi)環(huán)至外環(huán)，Cr、Mn含量呈現(xiàn)遞增趨勢，而Ni、Cu、Zn呈遞減趨勢，從內(nèi)環(huán)至外環(huán)，大型機動車流量增多，交通負荷量增加，尾氣排放增加，輪胎磨損嚴重，使從中心城區(qū)到城市周邊，污染情況有所變化，內(nèi)環(huán)以里的中心繁華地區(qū)，由于出流量較大，塵土重金屬含量比耕地中含量高出較多；而外環(huán)以里道路負荷量較重，大型機動車輛較多，尾氣排放、輪胎磨損較為嚴重，對塵土中重金屬含量有一定影響。綜合國內(nèi)外學者的研究成果可知，繁忙的交通(尤其是塞車)可使公路周圍土壤和大氣中Cu，Pb和Zn的含量顯著增加，這些重金屬元素的積累量都與交通流量有關。其尾氣排放、鉛汽油的燃燒和輪胎磨損等更可加重交通因素對道路粉塵中Pb，Zn等重金屬含量的影響，汽車汽油、發(fā)動機、輪胎、潤滑油和鍍金部分都能燃燒或磨損而釋放出Pb、Cd、Cu、Zn等重金屬。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。權利要求1、城市道路重金屬污染監(jiān)測方法，其特征在于包括如下的步驟1)采樣選取內(nèi)環(huán)以里，內(nèi)、中環(huán)之間，中、外環(huán)之間的主要干道及車流量相對較少的次干道，車流量較多的立交橋地面粉塵樣品；2)樣品前處理將采集的塵土樣分別自然風干，用100目的尼龍土篩過篩，收集篩下物，除去樣品中的沙子，植物殘骸和其他雜質(zhì)；3)樣品消化與測定分別準確稱量土樣0.5g，加入12mL王水進行消化；取上層清液，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd含量。2、如權利要求1所述城市道路重金屬污染監(jiān)測方法在測定城市道路Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd重金屬方面的應用。全文摘要本發(fā)明公開了城市道路重金屬污染監(jiān)測方法包括選取內(nèi)環(huán)以里，內(nèi)、中環(huán)之間，中、外環(huán)之間的主要干道及車流量相對較少的次干道，車流量較多的立交橋地面粉塵樣品；將采集的土樣，自然狀態(tài)風干，過篩，收集篩下物，準確稱取樣品約0.5g，加入12mL王水，進行消化處理，用ICP法測定上述土樣分析試液中重金屬元素的含量。本發(fā)明的監(jiān)測方法雖具其特殊性，但對同類型的城市環(huán)境保護具有一定的參考價值，為保護環(huán)境，維持生態(tài)平衡，營造良好的生存環(huán)境提供科學依據(jù)。文檔編號G01N1/28GK101598671SQ200910069579公開日2009年12月9日申請日期2009年7月6日優(yōu)先權日2009年7月6日發(fā)明者多立安,趙樹蘭,燕邢申請人:天津師范大學