某鋼鐵企業(yè)周邊土壤重金屬污染狀況調(diào)查與評(píng)價(jià)

陳 鋒,劉紅瑛,曹 陽(yáng)

(黃石環(huán)境監(jiān)測(cè)站,湖北黃石 435000)

土壤重金屬污染是由重金屬引起的土壤污染。污染土壤的重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素,以及有一定毒性的銅、鋅、鎳等元素。土壤中重金屬元素主要有自然來(lái)源和人為干擾輸入兩種途徑。在自然因素中,成土母質(zhì)和成土過(guò)程對(duì)土壤重金屬含量的影響很大,此為土壤重金屬本底含量;在各種人為因素中,工業(yè)廢渣、廢氣中重金屬的擴(kuò)散、沉降、累積,含重金屬?gòu)U水澆灌農(nóng)田,以及含重金屬農(nóng)藥、磷肥的大量施用是土壤重金屬污染的主要途徑[1]。

黃石市位于湖北省東南部,長(zhǎng)江中游南岸,地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。由于歷史原因先有工礦企業(yè)后有城市,因此轄區(qū)內(nèi)企業(yè)眾多。經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn),企業(yè)周邊土壤受工業(yè)污染較嚴(yán)重,重金屬進(jìn)入土壤 -植物系統(tǒng)后,通過(guò)食物鏈的富集、傳遞,危害人體健康[2]。本次調(diào)查主要對(duì)某鋼鐵企業(yè)周邊土壤進(jìn)行取樣并分析其中重金屬含量,了解其重金屬污染的狀況;為弄清土壤中重金屬來(lái)源,對(duì)此鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的除塵灰進(jìn)行了同步取樣。

1 調(diào)查方案

1.1 樣品采集

外來(lái)重金屬多富集在土壤的表層,本次調(diào)查主要對(duì)耕作層 (0～20cm)土壤進(jìn)行取樣分析,按照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[3](HJ/T166-2004)要求,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及黃石市的主導(dǎo)風(fēng)向 (東南風(fēng))在下風(fēng)向設(shè)置 4個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū),每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)大小為 200 ×200m,按對(duì)角線法分 5等份等量采樣,將 5等份樣混合后作為一個(gè)監(jiān)測(cè)樣品進(jìn)行制樣分析。對(duì)此鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的除塵灰進(jìn)行了同步取樣。具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意圖見(jiàn)下圖。

圖 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意圖Fig. Schematic diagram ofmonitoring sites

1.2 樣品制備

1.2.1 將采集回來(lái)的樣品放置于風(fēng)干盤中,揀出碎石、砂礫、植物殘?bào)w后壓碎攤成 2～3cm的薄層,并適時(shí)翻動(dòng)以盡快風(fēng)干樣品。

1.2.2 將風(fēng)干后的樣品倒入有機(jī)玻璃用木錘敲碎,混勻后用四分法取一份樣,過(guò)孔徑 0.25mm (20目)尼龍篩。用木棒將過(guò)篩后的樣品進(jìn)一步磨細(xì),用四分法取一份混勻后的細(xì)磨樣過(guò) 0.15mm(100目)尼龍篩,過(guò)篩后的樣品用于分析[3]。

1.2.3 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況及《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[4](GB15618-1995)確定本次調(diào)查分析項(xiàng)目為pH、銅、鎳、鎘、鉛、汞、砷共 7個(gè)項(xiàng)目。

2 樣品分析

2.1 樣品前處理

取每個(gè)風(fēng)干后樣品均分成 5份,一份做含濕量測(cè)定[5],一份按土水比為 1.0∶2.5進(jìn)行 pH值測(cè)定[4],一份用王水-HF-HClO4分解法消解樣品用于銅、鉛、鎘、鎳,一份用硫硝混酸-K MnO4消解后用于測(cè)定汞,一份用硫硝混酸-KClO4消解后用于測(cè)定砷[5]。

2.2 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的分析方法及使用儀器 (見(jiàn)表 1)

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、分析方法及主要儀器Tab.1 List of the monitoring items,analysismethods and instruments (mg/kg)

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

按 2.2要求的分析方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,并將樣品按含濕量折算成干重后計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表 2和表 3 (表中L代表未檢出)。

表2 某鋼鐵企業(yè)除塵灰中重金屬含量監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.2 Monitoring results of heavymetals in dust of a steel enterprise (mg/kg)

表3 某鋼鐵企業(yè)周邊土壤中重金屬含量監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.3 Monitoring results of heavymetals in the soil around a steel enterprise (mg/kg)

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

3.1 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

土壤環(huán)境質(zhì)量以單項(xiàng)污染指數(shù)、污染超標(biāo)倍數(shù)、污染物分擔(dān)率及內(nèi)梅羅污染指數(shù)[3]進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)調(diào)查該處土壤為農(nóng)田或蔬菜用地,確定該處土壤屬Ⅱ類[4],從表 3知土壤 pH均大于 7.5,確定各項(xiàng)目執(zhí)行二級(jí) pH＞7.5標(biāo)準(zhǔn)[4]。

根據(jù)表 3監(jiān)測(cè)結(jié)果及各項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)于表4。

表4 土壤各分析項(xiàng)目評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)Tab.4 Evaluation data of analyzed elements in soil mg/kg

從表 3知土壤樣品中汞、鎳均未檢出,因此不參與表 4中的評(píng)價(jià)。

單項(xiàng)污染指數(shù)進(jìn)行土壤評(píng)價(jià)時(shí),指數(shù)小表示污染輕,指數(shù)大污染則重[3]。根據(jù)表 4中的數(shù)據(jù)知,四處土壤樣品中銅、砷、鉛單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1,三種元素含量均未超標(biāo),說(shuō)明土壤未受到這三種元素污染。鎘元素在上畈西北方向 1.5km處土壤中單項(xiàng)污染指數(shù)為 4.0,超標(biāo) 3.0倍;上畈菜地土壤單項(xiàng)污染指數(shù)為 3.0,超標(biāo) 2.0倍;肖鋪蔬菜基地土壤單項(xiàng)污染指數(shù)為 2.1,超標(biāo) 1.1倍;下畈菜地土壤單項(xiàng)污染指數(shù)為 1.8,超標(biāo) 0.8倍。根據(jù)鎘在四處土壤的單項(xiàng)污染指數(shù)及超標(biāo)倍數(shù)數(shù)據(jù),可知土壤污染程度為上畈西北方向 1.5km處 ＞上畈菜地 ＞肖鋪蔬菜基地 ＞下畈菜地。

污染分擔(dān)率可確定土壤的主要污染項(xiàng)目[3],項(xiàng)目的污染分擔(dān)率越大,則主要污染物為該項(xiàng)目。從表 4知,上畈西北方向 1.5km處土壤中污染分擔(dān)率次序?yàn)殒k ＞銅 ＞砷 ＞鉛;上畈菜地土壤污染分擔(dān)率次序?yàn)殒k ＞銅 ＞鉛;肖鋪蔬菜基地土壤污染分擔(dān)率次序?yàn)殒k ＞銅 ＞砷 ＞鉛;下畈菜地土壤污染分擔(dān)率次序?yàn)殒k ＞銅 ＞鉛。土壤中鎘的污染分擔(dān)率在65.5%～86.6%之間,說(shuō)明土壤中主要污染物為鎘。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)反映了各污染物對(duì)土壤的作用,同時(shí)突出了高濃度污染物對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響[3]。從內(nèi)梅羅污染指數(shù)來(lái)看,上畈西北方向1.5km處土壤 ＞上畈菜地土壤 ＞肖鋪蔬菜基地土壤＞下畈菜地土壤。四處土壤內(nèi)梅羅指數(shù)在 1.4和2.9之間,根據(jù)土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[3],該企業(yè)周邊土壤處于Ⅲ級(jí) (輕度污染)和 Ⅳ級(jí)(中度污染)之間,說(shuō)明土壤已受到污染。

3.2 土壤污染原因分析

從表 2及表 3中數(shù)據(jù)知,汞、鎳、砷在該企業(yè)除塵灰中未檢出或少量檢出,這三種元素在土壤樣品也均未檢出或少量檢出;銅、鎘在該企業(yè)除塵灰中含量較大,鉛在高爐和電爐除塵灰中含量較大,僅在球團(tuán)豎爐除塵灰中未檢出。這說(shuō)明該企業(yè)除塵灰中重金屬以含銅、鎘、鉛為主。與除塵灰成份相同的煙塵通過(guò)有組織或無(wú)組織排放,經(jīng)大氣擴(kuò)散作用后沉積在企業(yè)周邊土壤中,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的累積作用形成了對(duì)土壤的污染[6]。

將該企業(yè)周邊土壤中這三種主要金屬的監(jiān)測(cè)結(jié)果和 1999年黃石地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果[7]列于表5。

表5 土壤中銅、鎘、鉛監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.5 Monitoring results of Cu, Cd and Pb in soil (mg/kg)

1999年黃石地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果是對(duì)全市27個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))及2個(gè)農(nóng)場(chǎng)共95個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分析結(jié)果,此為黃石市土壤重金屬本底含量。從表5知,該企業(yè)周邊土壤中銅、鉛含量與黃石市土壤重金屬本底含量接近,而鎘含量 (最低 1.06mg/kg)大幅超過(guò)本底含量 (最高 0.10mg/kg)。污染累積指數(shù)反映土壤人為污染的程度[3],該企業(yè)周邊土壤中鎘污染累積指數(shù)為 25,說(shuō)明該企業(yè)煙塵中重金屬鎘對(duì)其周邊土壤產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染。

3.3 鎘污染分析

土壤中的重金屬鎘可通過(guò)陸生食物鏈富集而引起鎘中毒[8],弄清鎘的污染來(lái)源及污染狀況對(duì)于控制鎘污染具有重要作用。從表 2知,鎘最主要的污染來(lái)源為該企業(yè)高爐和電爐,鎘含量分別為34.23mg/kg和 19.40mg/kg,含鎘煙塵經(jīng)煙囪有組織排放后有一最大落地濃度及距離[9],受主導(dǎo)風(fēng)向東南風(fēng)的影響,處于污染源下風(fēng)向 (廠界西北方向)的土壤受到的污染最嚴(yán)重。根據(jù)上圖及表 3知,鎘的最大污染出現(xiàn)在污染源下風(fēng)向的廠界西北方向 1.5km的上畈菜地處,含量為 2.41 mg/kg;距廠界 50m的上畈菜地污染其次,含量為 1.80 mg/kg;而逐漸偏離污染源及主導(dǎo)風(fēng)向的肖鋪蔬菜基地土壤和下畈菜地土壤鎘含量依次為 1.26mg/kg和 1.06mg/kg,受到的污染依次減小,說(shuō)明鎘污染分布是有一定規(guī)律性的,要了解其具體的規(guī)律性需做進(jìn)一步的研究工作。

4 結(jié) 論

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及及土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià),可以得出以下結(jié)論：

4.1 該企業(yè)周邊土壤已受到重金屬鎘的污染,超標(biāo)倍數(shù)處于 0.8～3.0之間,根據(jù)土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),該企業(yè)周邊土壤處于Ⅲ級(jí)(輕度污染)和Ⅳ級(jí)(中度污染)之間。

4.2 該企業(yè)除塵灰和周邊土壤中鎘含量較高,根據(jù) 1999年黃石地區(qū)土壤重金屬本底含量調(diào)查結(jié)果,黃石地區(qū)土壤中鎘本底含量低,說(shuō)明該企業(yè)周邊土壤中的鎘主要來(lái)源于該企業(yè)排放的煙塵。

4.3 受主導(dǎo)風(fēng)向的影響,經(jīng)煙囪排放的煙塵有一最大落地濃度及距離,因而該企業(yè)周邊土壤鎘污染分布是有一定規(guī)律性的,其具體的規(guī)律性需做進(jìn)一步的研究。

[1] 鄭喜珅,魯安懷,高 翔.土壤中重金屬污染現(xiàn)狀與防治方法[J].土壤與環(huán)境,2002,11(1)：7984.

[2] 王學(xué)鋒,朱桂芬.重金屬污染研究新進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2003,26(1)：54-56.

[3] HJ/T166-2004,土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB15618-1995,土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.435-438.

[6] 董 榕,付嘉媛.電廠煙氣對(duì)土壤環(huán)境和農(nóng)作物影響的研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,15(5)：151.

[7] 湖北省黃石市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書 (一九九六-二 000年度). [R].湖北省黃石市環(huán)境保護(hù)局,2001.160-163.

[8] 環(huán)保工作者實(shí)用手冊(cè) [M].北京：冶金工業(yè)出版社,1984.5.

[9] HJ2.2-2008,環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境[S].