重金属对水的污染课题.doc

研究性学习案例：重金属对水污染的调查

　　一、课题的选定
　　“研究性学习课”早在2000——2001年度就已进入许多重点高中正式课程表。我们大港油田一中是一所普通中学，要开展研究性学习课有一定的难度。但作为高中学生学习课本知识固然重要，能力的培养也是不容忽视的。所以2002年4月，我以《重金属对水的污染》为题组织高一、三班8名学生进行了实验调查研究。我希望在这项研究性学习的尝试中提高他们的独立学习和解决问题的能力，观察能力和语言组织能力，社会交际能力，同时培养他们的社会责任感.
　　二、行动计划
　　1.编写台词，角色扮演《小河被污染了》
　　2.调查水资源的分布及水的循环过程
　　3.调查重金属对水的污染及其危害
　　4.设计实验研究重金属汞的危害
　　5.调查大港油田重金属污染情况
　　6.含重金属离子废水处理方法
　　7.就环境保护问题的倡议书
　　三、计划的实施
　　1.利用周二下午去学校资料室和图书馆查相关资料
　　2.采访环境监测中心工作人员
　　3.实地考察沧浪渠重金属的污染情况
　　4.上网查询有关水资源保护情况及相关图片资料
　　5.利用课余时间设计并亲手做实验——重金属对种子发芽的影响
　　6.各小组材料汇总并处理、加工写成小论文
　　7.将研究成果制作成多媒体演示文稿
　　四、查阅资料研究探索的过程及体会
研究性学习-----让我们迈开自信与探索的步伐
　　近两个月的学习、调查、研究，我们的研究性课题“重金属对水的污染”以大家精彩的成果汇报画上了一个圆满的句号。
　　在这次研究性学习中我们小组的每一个成员都有着意想不到的收获。回想当初化学老师告诉我们要开研究性学习课的消息后，我们既欣喜又迷惘，既跃跃欲试，又无从下手。因为高一刚开学我们就听说一些重点中学开设了研究性学习课，作为普通中学的学生，我们一直没有机会参与这项活动。现在机会终于来了，我们一定抓住这次学习的机会，向大家证明普通中学的学生能力并不差。
　　可是我们选什么研究课题呢？ 在感觉一片茫然，无从下手时， 想起老师说选题要体现化学学科的特点，接近化学教材的内容，组长李玮同学说：“不如我们翻翻化学课本看看能不能有什么启发。”当时我们马上要学习第六章，我们在翻书的过程中发现第四节——环境保护中有一个角色扮演活动——小河被污染了。背景是小河上游的造纸厂排出的未经处理的生产废水污染了小河，下游村庄的村民用河水灌溉农田、果树受到影响，产量下降；用河水养鱼，鱼的生长受到影响，产量下降，而且捕获的鱼卖不出去；孩子们过去常在河中游泳，现在河水发臭，已无法游泳。为此，村民向法院状告造纸厂。“造纸废水，为什么对河流造成这么严重污染？”不知谁问了一句。“电视上经常报道许多小造纸厂由于废水对河流污染严重而被迫关闭的事件，可就是不知道什么原因，造纸废水中到底有些什么？”大家就这样你一句我一句的议论着。这时张进辉同学说：“那咱们找化学老师问一下吧”。经化学老师的解释，我们了解到主要是造纸废水中含有浓度较高的重金属离子，所以才会对河流造成这么严重的污染。“你们不如就选《重金属对水的污染》为研究课题，进行研究学习，我看这个课题不错。”化学老师赞成地说。“对，就这样决定了！”大家异口同声。课题终于确定了。同学们对此课题显出浓厚的兴趣。于是我们决定分工协做。
　　我们首先要做的就是要查找水资源及重金属污染的相关资料。在一个月时间里我们利用每周二下午两节课后到学校图书馆、资料室、阅览室连续几次长时间地浸泡在书海中，有时难免会头晕目眩。但只要一想到是在为一次最生动、最具有意义的研究课题而努力，眼前的一切轻如尘土。计算机是我们高一的必修课，而这次研究性学习中，我们就充分运用课堂学的计算机知识。并且在老师的指导下，利用课余时间将资料和数据进行筛选、整理并打印。我们课题组有几位同学计算机很棒，他们利用这一特长在互联网上查到许多有价值的资料和图片，下载后将它们制做成幻灯片插入到我们结题报告的多媒体演示文稿中。
　　但无论是来自书本和网上的资料都感觉没有说服力，“要是能用实验证明重金属对水污染的危害就好了”。于是大家分组讨论并设计实验方案。经过几天的准备大家都拿出了自己的实验方案，有的同学设计用重金属盐溶液浇花并观察；有的同学准备用重金属盐溶液养鱼看看会有什么结果；而赵戈磊和曹丽设计的用硝酸汞溶液浸泡绿豆统计其发芽率的方案被大家一致认可。说干就干，他们从家里拿来绿豆并选出200颗，其中100颗用自来水浸泡，另100颗用1%硝酸汞溶液浸泡。他们每天换水并观察它，在此过程中，化学老师特别强调不能用手直接接触硝酸汞溶液，因为它有巨毒。过了几天，我们发现用自来水浸泡的绿豆发出来的芽变长了也变粗了，而用硝酸汞溶液浸泡的绿豆却只发了一点点小芽。起初我们以为是不是在过程中出了什么问题，后来才知道，这是因为硝酸汞溶液对绿豆发芽有影响的缘故。由此我们又推想，假如增大硝酸汞溶液的浓度会有什么结果呢？我们又分别作了其他几组对比实验，结果发现随着硝酸汞溶液浓度的增大，绿豆的发芽率有所下降，而且芽的粗细长短也有所不同 。课题组的成员看到这样的结果兴喜不已，他们利用计算机将数据纪录绘制成柱状图和曲线图。在多媒体演示文稿中我们可以看到他们制作的各种图表。
　　在实验成功的同时另外一组成员也有了意外的收获。“其实咱们大港油田附近也有一条污染严重的河流叫沧浪渠。”“环境监测中心的工作人员向他们介绍。“阿姨，这条河离三号院有多远？”董辰宏迫不及待的问。“沿着海大道向南走大约十公里的歧口，沧浪渠就在那里入海。”我们又解了一些有关沧浪渠污染的问题才离开环境监测中心。出了环境监测中心的大门董辰宏就向李玮提议：“我申请去一趟沧浪渠进行实地考察，由于任务艰巨我希望组长同志给我派一位助手。”
　　董辰宏的话把大家都给逗乐了。最后大家一致认为派他和张进辉去。利用五一放假几天他们带着照相机亲自去了一趟沧浪渠，实地拍摄了一些照片，并用电脑处理后加入到结题报告中展示给同学们。张进辉说：“来到沧浪渠才感受到原来我们周边的环境居然也被污染的如此严重！” 为了使同学们更清楚的认识到水污染的严重性，他们还在实地提取了水样带回学校。当然这其中也遇到很多麻烦和困难，例如下车后要想近距离观察还得步行到河边，由于前日阴雨，路特别滑，没走两步张进辉就摔了一身泥。好不容易到了河边，可是臭味扑面而来，令人作呕。他们只能忍着臭味的侵蚀取水样，真是不当家不知柴米贵”，不亲自去看看不知环境问题已迫在眉睫。
　　油田一中高三、二班“研究性学习”成果汇报在学校多媒体教室隆重召开。张福惠校长、周寿山校长陪同油田教育处处长、教研室主任、一中各学科组长等都来到了汇报现场。面对这么多领导和专家，我们既紧张又兴奋。成果汇报以同学们精心排练的话剧-----《小河被污染了》开始。赵戈磊同学以记者的身份带大家去模拟法庭看看造成河流污染的造纸厂会受到怎样的惩罚。同学们的表演真可谓惟妙惟肖。“各位领导、老师、同学们大家好！我们研究的题目是《重金属对水的污染》” 。组长李玮沉着老道地开始了论文的宣讲。论文内容丰富、逻辑严密。从水的循环到地球上水资源的分布，从水是人类最宝贵的自然资源到重金属对水的污染，从重金属对绿豆发芽的影响到实地考察河流的污染，以及含重金属废水的处理方法的介绍。每一位上场的同学都能灵活自如的运用精美的多媒体演示文稿向大家展示自己的研究成果，五十分钟的汇报不时博得全场的热烈掌声，也博得在场老师和各级领导的频频颔首。同时受到教育处专家的称赞“普通中学的学生能力并不比重点中学差”。
　　此次研究性学习开阔了我们的眼界，丰富了我们的知识，在获得许多课本上学不到的知识的同时也获得了无穷的学习动力。更重要的是培养了我们勇于探索的精神和创新的意识；锻炼了我们的社会实践能力，以及团结协作精神，在参与的同时也体会了科学研究的乐趣和艰辛。这次研究性学习的经历将成为我们中学时代最难忘的回忆。我们期待着有更多的同学加入到研究性学习的行列中来，努力学习，从我做起，关注环境，关注我们共同的家园。
　　五、附结题报告：
　　人类在向自然界索取创造富裕生活的同时，是以牺牲人类自身生存环境作为代价的。为了人类自身，为了子孙后代的生存，通过许许多多的曲折和磨难，人类终于从环境与发展相对立的观念中醒悟过来，认识到两者协调统一的可能性，终于认识到“我们只有一个地球”
　　在查阅环境保护资料的过程中，我们了解到水是人类宝贵的自然资源,是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质。
　　一．水的循环
　　自然界的水通过蒸发、凝结、降水、渗透和径流等作用，不断进行着循环。水在自然界周而复始的循环过程如图所示。
　　每年大约5×1014m3的液体水蒸发和降落，这种情况大都发生在海洋上空。但水降落到陆地上，比从陆地上蒸发的水大约要多0.4×1014m3，这就是每年全球流出淡水的量。以蒸气或云长久的存在于大气的水分少于0.2×1014m3。总水量的大部分是在海洋里，海水中含有很多无机物质和少量而重要的有机物质。地表淡水（河流、湖泊等）具有高度可变的组成，通常含有少量的溶解物质、生物物质和很多常见的悬浮物，这些水源是人类使用最多的。地下水因为经过了土壤和岩石层的渗滤，通常不存在悬浮物和有机物质，但可能含有溶解的有机物质。蒸发、降水、径流是水分循环的基本要素，人们通过各种措施来影响水文循环路线和强度， 改善水文循环状况以适应人类生产生活的需要。
　　二、地球上的水资源分布
水 源 分 布
水 量
体积（109 m3）
%
空 气 中 水 汽
12900
0.001
地表水
江河、湖泊
230000
0.017
冰 川
29120000
2.157
海 洋
1318720000
97.20
地 下 水
8616600
0.625
合 计
1356699500
100.00
　　三、水是人类宝贵的自然资源
　　水是环境中最活跃的自然要素之一，也是地表的主要组成物质。其在太阳热力作用下形成的巨大的循环系统，并携带着来自自然界和人类活动所产生的各种物质进行迁移和转化。这就不仅影响地貌形态、气候干湿和自然景观的形成与变化，而且影响人类环境的区域分异和动态变化。同时它作为能源、生产原料和生活资源，还影响着生产质量和生活质量的高低。因此，自然界水量的分布、时间变化以及水质的优劣，直接和间接的影响着人类生产和生活。他会给人带来幸福和快乐，也会给人造成巨大的灾难和恶果。
　　地球上包括人类在内的一切生物均与水有着生死攸关的关系。生物体大部分都由水组成的，植物体内平均含水量为70%,鱼体内水分为70-80%,水母身体中水分可达95%。一个成年人体内平均含水量为50-60%。这些水分在生物体内不是静止的，其含量也有一定的变化范围。否则水分过多或过少，植物就要枯萎或死亡，动物体就感到不舒服，或者生病以致死亡。 任何一种工业生产过程中都需要数量很大、合乎一定质量的水。水在工业生产中用于很多方面：如冷却用水、生产技术用水和产品用水等。水对农业也很重要，特别在较干旱地区，需要大量水进行灌溉。据调查我国华北地区一亩蔬菜大约需25-30吨水，一亩小麦需水40-50吨水，一亩棉花需水35-50吨水。 另外，交通运输、水产养殖、水力发电等都离不开水。地球表面约有70%以上被水所覆盖，地球素有“水的星行”之称。
　　随着工农业生产的发展，一方面用水量迅速增加，另一方面未处理的废水、废渣排入水体造成污染，是可能用的水量急剧减少。二十世纪50年代以后，由于人口的增长和集中，工农业生产的发展，以及部分水源受到污染，淡水的供需矛盾更显突出。而且用水量还在逐年递增，若不及时采取对策，有效的控制水体污染，逐年增加补充供水，则不远的将来水荒势必难免。因此，除了开辟新的水源、调节用水、节约用水外，保护水源、防止水体污染是非常紧迫和重要的事。
　　四、重金属对水的污染及其危害
　　在查阅资料的过程中同学们了解到水的污染源很多，其中重金属的污染相当严重。污染水体的重金属有汞、镉、铅、铬、钴、钒、钡等。其中汞的毒性最大，镉、铅、铬也有较大的危害，砷由于毒性与重金属列在一起。重金属在工厂、矿山生产过程中随废水排出，进入水体中不能被微生物降解，经食物链的富集作用，能逐级在较高级生物体内千百倍的增加含量，最终进入人体。
　　天然水系中汞的本底浓度很低，一般不超过0.1微克/升。但应注意的，天然水系中溶解汞浓度之所以低，是由于它们大多以不溶的化合物聚集在水底沉积物中之故。资料表明，无论是日本的水俣湾，瑞典的湖泊，北美的五大湖泊等，沉积物中都有汞的化合物。它们能在一定条件下向水体中释放汞，并在水生生物，尤其在鱼类中富积，造成危害。可见它们是水体汞污染的“储藏所”。在查阅资料的过程中我们了解到世界上有80多种工业把汞作为原料之一或辅助原料。汞的无机化合物毒性较小，汞的有机化合物毒性较大。
　　水体中的汞污染，主要是工业上汞流失的增加，随废水排放造成的，其中以水银法制碱工业最为突出。另外，在仪表和电器工业中常使用金属汞，在纸浆造纸工业中常使用醋酸苯汞，磷酸乙基汞等做防腐剂。在这些工业中，汞蒸气污染和含汞废水污染相当严重。汞的无机化合物毒性较小，汞的苯基化合物具有一定的毒性，汞的烷基化合物则是有毒物质。
　　汞的化合物能溶于水，并通过皮肤吸收和通过食物链进入人体，主要集中在肝、肾、脾及骨骼中，它的毒性是积累性的。烷基汞则大部分聚集在人脑中。汞中毒病状感觉疲乏、头晕、易怒，随后发生颤抖、手脚麻痹，吞咽困难、耳聋、视力模糊、肌肉运动失调，进一步发展到出现情绪紊乱、神经中枢失调，语言不清，最后昏迷致死。日本的汞中毒事件，最初出现于熊本县水俣市，以后新泻县也相继出现类似水俣病的症状。目前日本的汞中毒患者已达万人以上。水俣病患者主要是渔民，他们因吃了大量的受汞污染的鱼、贝而中毒。后来瑞典人弄清了汞在水域中的变化：汞的无机化合物Hg→甲基汞

　　甲基汞能溶于水，并在水生生物的肌体中积累。浮游植物和浮游动物从水中摄入甲基汞，小鱼吃浮游动物，大鱼吃小鱼。这样就发生了甲基汞的生物性浓集，使鱼体中汞的浓度可以比污水中原来汞的浓度提高一万倍到十万倍。这样，人食用了被污染的鱼、贝类而中毒。据日本卫生部门提供的数字，成年人一次摄入2毫克甲基汞，或在几周内积累到8毫克甲基汞就会出现汞中毒症状。美国也有汞中毒的病例。1969年12月，在新墨西哥州一个黑人家庭里，三个孩子相继发病，病状是行动语言机能失调，后来均残疾。事后查明他们饲养的猪吃了有机汞农药处理的种子，人吃了猪肉而中毒。
　　这些触目惊心的数据和公害事件使我们认识到重金属对人体健康的危害有多么大。它对鱼类和鸟类以及植物也能产生较大的危害。含汞废水是世界上危害较大的废水之一。

　　五、研究性实验——重金属汞对种子发芽的影响
　　资料表明重金属对人体和动物都会产生较大的危害，那么它对植物的生长有没有影响呢？同学们带着这样的疑问设计了重金属汞对绿豆发芽影响的研究性实验。
　　实验目的： 证明水体污染物重金属离子Hg对种子发芽有何影响。
　　实验仪器： 烧杯两只50ml，玻璃杯一只，量筒50ml，托盘天平，纱布。
　　实验药品： Hg(NO3)2、自来水、精选绿豆
　　实验过程： 共四组实验，配置不同浓度的Hg(NO3)2溶液
　　实验记录：

发芽种子个数
未发芽种子个数
第1组
自来水
98
2
1%Hg(NO3)2
88
12
第2组
自来水
96
4
4%Hg(NO3)2
71
29
第3组
自来水
99
1
6%Hg(NO3)2
64
36
第4组
自来水
100
0
8%Hg(NO3)2
52
48
　　通过第一组实验数据，大家可以看到：用自来水浸泡绿豆的发芽个数为98个，用1%Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数为88个。因此我们可以得出用自来水浸泡绿豆的发芽个数要比用1%Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数多，那么二、三、四组实验是否也是相同的结果呢？通过这张图，我想大家能清楚的了解用自来水浸泡绿豆的发芽个数要比用Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数多，而且随着Hg(NO3)2溶液浓度的不断增大，其发芽个数是在不断降低的。为了让大家更清楚更明显地看出二者之间的差别，我们又做了一张柱状图。
Hg(NO3)2溶液
　　横坐标是Hg(NO3)2溶液的浓度，纵坐标为绿豆的发芽个数。蓝色柱表示用自来水浸泡绿豆的发芽个数，黄色柱表示用Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数。在用1%浓度的Hg(NO3)2溶液做实验时，用自来水浸泡绿豆的发芽个数要比用Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数多。在用4%浓度的Hg(NO3)2溶液做实验时，用Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数比1%浓度的Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数少，但用自来水浸泡绿豆的发芽个数却几乎没有什么变化。通过这张图，大家能更清楚地了解用自来水浸泡绿豆的发芽个数要比用Hg(NO3)2溶液浸泡的绿豆的发芽个数多，而且随着Hg(NO3)2溶液浓度的不断增大，其发芽个数是呈阶梯状。

　　通过该曲线图我们清楚的看到硝酸汞对种子的发芽率及生长都有影响，而且随着浓度的增加发芽率降低，芽的长短也不同。由此可见重金属汞不仅对人体健康有害而且对植物也能产生较大的危害。
　　五、对大港油田附近河流重金属污染的调查
　　在采访环境监测中心工作人员的过程中，同学们了解到：大港地区有一条重金属污染较重的河流——沧浪渠。这条河的入海口在距离三号远不到十公里的岐口。在7—8月丰水期河水是褐色的，而在冬季枯水期几乎是酱油色的。据环境监测中心人员的介绍沧浪渠的上游为河北省的一家造纸厂，未经处理的生产废水直接排入河中。在造纸废水中，不仅含有大量的造纸原料（约20%的原料随废水流失），而且含有大量的化学药品及其他杂质。所以水中铅、铬、铜、锌、汞含量较高，PH约为8.3。除了生产废水还有大量的生活废水也直接排入河中。水可溶解空气中的氧气，遭到污染的河流中细菌分解污染物需消耗氧气，所以水中的氧气更加减少，严重时几乎接近于零。水中几乎无溶解氧，也就看不见鱼的影子。由此可见，人类污染河流的同时也是在剥夺水中生物的氧气，使其窒息而死。
　　大港油田地处渤海湾西部盐碱严重地区，流经油田入海的河流较多，且油田辖区内的河流段均为河流下游入海口。主要河流有：独流减河，沧浪渠，子芽河等。从河流综合污染指数看，沧浪渠污染程度相当严重，今年与往年相比有恶化趋势。汞，铅、镉、总磷为河流主要污染物，有机物和重金属的污染仍然是河流的特征污染物，产生的原因主要是上游工业生产排污，生活用水，农田沥水所至。据统计，2000年河流中金属、重金属的污染仍不容忽视。2001年河流中金属、重金属的污染有所加重，其产生的原因主要是上游地方工业及乡镇企业排污所至。作为油田特征污染物的石油类居第六位。从河流水质结果看，悬浮物和氧化物的含量较高，这可能受海潮影响，而非因沿岸生产、生活所至。
　　由此可见水污染问题已经非常严重，废水处理问题应受到普遍关注。

　　六、介绍含重金属离子废水的处理方法（以汞为例）

　　1.化学沉淀法
　　这是普遍应用的除汞方法，尤其对含汞浓度较高的废水，均首先用此法处理。
　　Na2S＋Hg2+→HgS↓
　　FeS→H2S→Hg2+→HgS↓在废水量较小，含汞浓度低的情况下
　　是可取的。
　　HgS→洗涤→酸解→焙燃→蒸馏，回收汞
　　可将废水中的汞降至0.1mg／l
　　2.电解法
　　3.还原法
　　原理：根据Cu、Fe、比Hg活泼，在酸性条件下把Hg2+还原成Hg，流程短，设备简单，除功率为95%以上，且可以利用废铁屑，废硫酸或过剩硫酸，因而可大大节约处理费用，为含汞废水处理开辟了一条新路子。
　　4.吸附法
　　5.离子交换法
全世界的行动
　　在欧洲，瑞士、法国、德国、荷兰四国使用莱茵河水作为饮用水。因此，1976年，这些国家之间签署了保护莱茵河的条约。但由于1986年瑞士一家化工厂发生事故，造成大量水银农药流入莱茵河，形成大规模的污染，各国重新修订了该条约。加拿大于美国也签署了保护两国边界地区河流的条约。除了这些保护河流的条约外，世界卫生组织（WHO）还规定了饮用水中有害物质可允许的浓度值，指导世界各地自来水净化活动。此外，在美国欧洲等地使用臭氧及活性炭净化自来水。使得即便含有洗涤剂农药等也能够生产出干净的饮用水。有关工厂排水，除调查限制一些规定物质的浓度及对人体的有害程度外，还针对某些尚未了解的有害物质进行检测和控制。但是，很多有害物质目前虽然已经规定了限制标准，由于其测量难度大，且常常是由几种物质共同作用下产生危害（复合污染），还很难控制。
　　六、倡议书
　　现在的环境问题确实已经离我们不再遥远，是我们亲眼所见，亲耳所闻，亲身感觉的到的。
　　人类社会与环境有着紧密的关系，当人类作用于环境的同时，环境会把其所受到的影响反过来作用于人类本身，当人类向环境索取资源的速度超过其替代品的再生速度或者向环境排放废弃物的数量超过环境的自净能力时，就会产生种种环境问题，这些环境问题会严重地影响着人类的生产和生活，甚至危及到人类的健康。

　　也许你还未曾品尝过环境报复人类的恶果，但刚才的话绝对不是虚构，而是真真正正发生在我们身边。那一桩桩血的事实也绝不是夸张，而是将它如实地呈现在我们的眼前。大港油田的河水确实因为这样那样的原因遭到了严重的污染，仅含2%的Hg溶液就对种子发芽造成了这么大的影响，更何况被污染的水浇灌整个农田，后果可想而知。
　　老师们，同学们，对于日益严重的环境问题，我们该如何应对呢？让我们象珍爱自己的生命一样来珍爱我们身边的环境吧！把落笔空文化做实际行动，积极投入到环境保护的行列中，为地球、为人类、更为我们自己，打造一片蔚蓝的天空、一条清澈的河水和一片无垠的旷野吧！让鸟儿自由地飞，让鱼儿快乐的游，让我们健康的活，为保护我们身边的环境尽一份力，为延续我们生长的环境尽一份力，让珍爱我们的生命尽一份力，毕竟我们只拥有一个地球，毕竟我们只拥有一次生命。
　　此次研究性课题成果汇报到这里即将结束了，感谢到场的每一位老师和同学们，课题虽然结束了，但不能结束的是我们仍需一直继续关注着环境问题，关注着我们成长的家园！
　　谢谢！
来自：大港油田一中
指导教师 白玉娟 王久合 钟围 赵勇
2004.9.21

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