江西省某冶煉廠遺留尾砂場重金屬污染特征

丁 凝， 劉建明， 孫 峰

(贛州市環(huán)境科學(xué)研究所， 江西 贛州 341000)

土壤的重金屬污染主要來自“工業(yè)三廢”、城市生活垃圾、農(nóng)藥和肥料等。重金屬是指比重大于5.0 g/cm3的金屬元素，如鉻、錫、銅、鉛、銀、金、汞等。營養(yǎng)化學(xué)、毒物學(xué)和環(huán)境污染研究中公認(rèn)鈹、銻、鉈、鉻、錫、鉛、汞等對生物和人體有毒害作用，被稱為污染元素；而錳、鈷、銅、釩、硒、鉻等在含量過高或形態(tài)(如價(jià)態(tài))不同時(shí)，對生物體亦有毒害作用。在環(huán)境污染方面所說的重金屬實(shí)際主要是指鎘、鉛、鉻、汞以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬元素，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳等[1]。

冶煉廠是土壤重金屬污染的一個(gè)重要來源，其生產(chǎn)過程中排放的大量有毒有害物質(zhì)通過大氣沉降、廢渣滲濾和污水灌溉進(jìn)入土壤，致使周邊農(nóng)田受到不同程度的污染。有關(guān)冶煉活動造成重金屬污染問題的大量研究[2-5]表明，冶煉廠周邊土壤已受到不同程度的重金屬污染，尤其是農(nóng)田土壤重金屬超標(biāo)嚴(yán)重威脅著糧食安全和人體健康，上升為亟待解決的突出的環(huán)境問題[6-8]。由于歷史遺留問題，江西某冶煉廠生產(chǎn)過程中所遺留下的廢渣遺棄在廠內(nèi)的部分尾砂池，污染防治設(shè)施停運(yùn)，容易因雨水沖刷尾砂池產(chǎn)生污水徑流進(jìn)入周邊河流，從而造成污染。

因此，本研究以該冶煉廠尾砂池為研究對象，對其重金屬污染的空間分布進(jìn)行調(diào)查研究，并運(yùn)用單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)法對該范圍的污染水平作出評價(jià)，為后續(xù)冶煉廠尾砂池中廢渣綜合處置提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省某冶煉廠占地面積68.89萬m2，是鈷、鎳、鎢等系列產(chǎn)品的專業(yè)生產(chǎn)廠家，全國100家最大有色金屬冶煉企業(yè)之一。由于歷史的原因，建廠早、設(shè)備老化、環(huán)保欠賬等問題，成為江西贛江流域重要污染源之一。該廠部分水污染防治設(shè)施停運(yùn)，經(jīng)調(diào)查，場地內(nèi)遺留重金屬冶煉廢渣約4.5萬 m3，其中：一般固廢約4萬m3，危險(xiǎn)廢渣約0.5萬 m3，其生產(chǎn)場地土壤中的銅、鎳等重金屬含量偏高。目前，該企業(yè)改制已基本結(jié)束，遺留污染治理問題交由當(dāng)?shù)丨h(huán)保局負(fù)責(zé)實(shí)施。

該廠采用濕法冶金生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)鈷系列產(chǎn)品和鎢系列產(chǎn)品，主要產(chǎn)品有四氧化三鈷、鈷鹽、鈷粉、硫酸鎳、電解銅，生產(chǎn)能力為1 000 t/a(以鈷金屬計(jì))。主要工藝過程由破碎、磨礦、浸出、萃銅、凈化、萃取除雜、萃取鎳鈷分離、萃取富集鎳、濃縮結(jié)晶、樹脂交換凈化、沉鈷、干燥、煅燒、還原、洗渣及回收等工序組成。

1.2 土樣采集與制備

通過實(shí)地考察和勘測，并依據(jù)國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ 25.2—2014《污染場地環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》：“場地原始狀況嚴(yán)重破壞，可采用系統(tǒng)布點(diǎn)法進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)。系統(tǒng)布點(diǎn)法是將監(jiān)測區(qū)域分成面積相等的若干地塊，每個(gè)地塊內(nèi)布設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)?！备鞑蓸狱c(diǎn)垂直分層取樣分別為：表層土壤(0～0.2 m)、淺層土壤(0.2～0.6 m)和深層土壤(0.6 m～地下水)。單個(gè)監(jiān)測地塊的面積原則上不應(yīng)超過1 600 m2。在每個(gè)監(jiān)測地塊的中心部位進(jìn)行采樣。

(1) 監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)

鑒于該冶煉廠歷史較為久遠(yuǎn)，原廠區(qū)由于擾動較大，本次研究作為初步調(diào)查，無法做到全面采樣，故根據(jù)該冶煉廠退休職工提供資料，選擇廢渣尾砂池1(A、B、C)，尾砂池2(E、F、G)，尾砂池3(M、N)共設(shè)置8個(gè)監(jiān)測點(diǎn)為代表性的監(jiān)測點(diǎn)位，在地塊中心部位采樣。具體如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)位

(2) 監(jiān)測項(xiàng)目及頻率

監(jiān)測項(xiàng)目：pH、總銅、總鉛、總鋅、總鎘、總砷、總鉻、總鎳。監(jiān)測頻率：1次采樣分析。

(3) 采樣方法

對于每個(gè)監(jiān)測地塊，分別采集表層土壤(0～0.2 m)、淺層土壤(0.2～0.6 m)和深層土壤(0.6 m～地下水)。一般情況下，3 m以內(nèi)深層土壤的采樣間隔為0.5 m，3～6 m采樣間隔為1 m，6 m至地下水采樣間隔為2 m。對于垂直方向不同特征的土壤，適當(dāng)調(diào)整土壤樣品間隔。

(4) 土樣處理

對所取土樣，經(jīng)風(fēng)干去除雜質(zhì)按四分法取100 g，樣品研磨過100目(0.149 mm孔徑)尼龍篩后備用。

1.3 分析方法

土樣pH值的測定采用雷茲PXS-215型離子酸度計(jì)，用玻璃電極法進(jìn)行測定，水土比為2.5：1；土壤樣品采用HNO3-HClO4-HF混酸法消解，消化液過濾定容后，用原子吸收分光光度計(jì)測定總銅、總鉛、總鋅、總鎘、總砷、總鉻、總鎳7種重金屬的含量[9-10]。分析過程中嚴(yán)格按照HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.4 評價(jià)方法

評價(jià)方法選用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅(N.L Nemerow)綜合污染指數(shù)法相結(jié)合進(jìn)行評價(jià)[11-13]。該評價(jià)方法同時(shí)兼顧了單因子污染指數(shù)的平均值和最高值突出了污染較重的污染物的權(quán)重，能較全面地反映土壤樣品的環(huán)境質(zhì)量。

(1)

式中，Pi為廢渣樣中污染物i的污染指數(shù)；Ci為廢渣樣中污染物i的的監(jiān)測值；Si為污染物i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算公式為：

(2)

式中，Pi為土壤重金屬綜合污染指數(shù)；Ci為土壤中第i種污染物的實(shí)測含量；Si為污染物i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值；avr(Ci/Si)為土壤各重金屬污染分指數(shù)的平均值；max(Ci/Si)為土壤各重金屬污染分指數(shù)的最大值。土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級采用HJ/T166-2004《土壤監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中的標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 土壤重金屬內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

2 檢測結(jié)果

冶煉廠遺留廢渣尾砂池1、尾砂池2及尾砂池3中重金屬元素(總銅、總鉛、總鋅、總鎘、總砷、總鉻、總鎳)的含量如表2、3、4所示。

表2 廢渣尾砂池1土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果 mg/kg

表3 廢渣尾砂池2土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果 mg/kg

續(xù)表3 mg/kg

表4 廢渣尾砂池3土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果 mg/kg

3 遺留尾砂場重金屬污染評價(jià)

根據(jù)尾砂池1、2、3各監(jiān)測點(diǎn)重金屬元素的監(jiān)測含量的平均值，對各個(gè)采樣點(diǎn)的每種重金屬元素進(jìn)行了單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價(jià)，對比GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三級標(biāo)準(zhǔn)。具體評價(jià)結(jié)果表5、表6。

表5 尾砂池1、2、3中重金屬元素單因子污染指數(shù)

表6 尾砂池1、2、3中重金屬元素內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

從表5中分析可知：各尾砂池銅、鋅、鎳、砷單因子污染指數(shù)較高，說明超標(biāo)倍數(shù)大。鉛單因子污染指數(shù)表層土壤、淺層土壤及深層土壤均小于1，說明土壤中的重金屬鉛含量較小，不構(gòu)成污染；對比各尾砂池中各重金屬元素含量是：尾砂池1>尾砂池2>尾砂池3，說明該冶煉廠在生產(chǎn)過程中，主要廢渣是堆存在尾砂池1之中；且各尾砂池重金屬元素呈表層>淺層>深層分布，這符合重金屬遷移由表層向深層遷移的規(guī)律。但尾砂池1土壤垂直分布當(dāng)中，銅、鋅、鎘、鎳及砷5種重金屬元素淺層土壤(0.2～0.6 m)中含量高于表層土壤(0～0.2 m)與深層土壤(0.6 m～地下水)，根據(jù)調(diào)查該冶煉廠退休職工，由于周邊市政工程道路等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，尾砂池1表層土壤被作為土方進(jìn)行了擾動，因此導(dǎo)致部分重金屬元素主要分布在淺層土壤(0.2～0.6 m)中。

從表6中分析可知：尾砂池1從表層土壤到深層土壤污染指數(shù)均遠(yuǎn)大于1，屬重污染土壤，且淺層土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)達(dá)到120.96，為各層最高，顯示淺層土壤污染最嚴(yán)重，這與表5分析結(jié)果一致；尾砂池2除深層土壤外，其余土壤污染指數(shù)均大于1，尤其是表層土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)達(dá)到175.07，為所有尾砂池中最高，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，尾砂池2地勢較低，常年積水，周邊因市政污水管網(wǎng)未建，眾多污水流進(jìn)尾砂池2，這可能是導(dǎo)致尾砂池2表層土壤重金屬含量偏高的主要原因；針對尾砂池3，雖各層土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均大于1，但相對其他尾砂池較小，據(jù)了解這與尾砂池3為該冶煉廠最近堆存廢渣，且堆存廢渣量不大有關(guān)。

4 結(jié)論

(1) 江西省某冶煉廠生產(chǎn)過程中所遺留下的廢渣遺棄在廠內(nèi)的各尾砂池中，導(dǎo)致土壤中重金屬銅、鋅、鎳、砷超標(biāo)倍數(shù)高。

(2) 鉛單因子污染指數(shù)表層土壤、淺層土壤及深層土壤均小于1，說明土壤中的鉛含量較??；各尾砂池除尾砂池2深層土壤外，其重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均遠(yuǎn)大于1，顯示各尾砂池土壤均為重污染土壤，極需采取有效的綜合處理措施，以免繼續(xù)污染周邊地表水環(huán)境.

(3) 尾砂池1從表層土壤到深層土壤，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均遠(yuǎn)大于1，屬重污染土壤，淺層土壤重金屬污染最嚴(yán)重。

(4) 尾砂池2除深層土壤外，其余土壤污染指數(shù)均大于1，尤其是表層土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)達(dá)到175.07，為所有尾砂池中最高，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，尾砂池2地勢較低，常年積水，周邊因市政污水管網(wǎng)未建，眾多污水流進(jìn)尾砂池2，這可能是導(dǎo)致尾砂池2表層土壤重金屬含量偏高的主要原因。

鑒于采樣點(diǎn)位有限，加上該冶煉廠因歷史較為久遠(yuǎn)等因素，本研究尚無法詳細(xì)確定各尾砂池中受污染土壤的量、范圍以及深度，這需要進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和采樣分析。目前的研究可為該冶煉廠遺留尾砂場制定更加科學(xué)完善的修復(fù)治理方案提供數(shù)據(jù)支持。

參 考 文 獻(xiàn)

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