某熒光燈廠周圍土壤汞污染評(píng)價(jià)

向秋潔，李世東，楊雨浛，李雨蒙，胡必琴

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 重慶 400715)

某熒光燈廠周圍土壤汞污染評(píng)價(jià)

向秋潔，李世東，楊雨浛，李雨蒙，胡必琴

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 重慶 400715)

為探討熒光燈廠周圍土壤中重金屬汞的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，采集某熒光燈廠周圍26個(gè)表層土壤樣品進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)土壤汞污染狀況及其影響因素。結(jié)果表明：調(diào)查范圍內(nèi)土壤汞的含量在0.050～0.363 mg/kg，平均含量為0.136 mg/kg，明顯高于重慶市土壤汞背景值。熒光燈廠周圍土壤汞污染嚴(yán)重，超標(biāo)率達(dá)100%。地累積污染指數(shù)評(píng)價(jià)表明，有15.4%、38.5%和38.5%的土壤采樣點(diǎn)分別達(dá)到中-強(qiáng)度、中度和無-中度污染水平，僅有7.6%的采樣點(diǎn)未受污染。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，有7.7%、26.9%、42.3%和23.1%的采樣點(diǎn)分別達(dá)到極強(qiáng)、很強(qiáng)、強(qiáng)和中等程度潛在生態(tài)危害。距離污染源越近，土壤汞污染水平和潛在生態(tài)危害程度越大。

熒光燈廠；土壤；汞；污染評(píng)價(jià)

汞是一種高毒非必需元素，可通過呼吸道、皮膚或消化道不同途徑侵入人體，最主要的方式是通過食物鏈在人體內(nèi)不斷富集。自20世紀(jì)50年代初日本熊本縣發(fā)生水俁病(Minamata Disease)事件以來，汞作為一種重要的全球性污染物而備受關(guān)注[1- 2]。汞被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研、醫(yī)療、生活用品中，如制造各種熒光燈(如日光燈、節(jié)能燈)、溫度計(jì)、血壓計(jì)、電池等[3- 4]。由于壽命長(zhǎng)、節(jié)能省電等優(yōu)勢(shì)，熒光燈逐步代替白熾燈。我國(guó)節(jié)能燈推廣戰(zhàn)略由來已久，僅2008年全國(guó)范圍內(nèi)就推廣節(jié)能燈6 200萬只，2009年高達(dá)12億只。預(yù)計(jì)2015年左右，市場(chǎng)節(jié)能燈的年需求量可達(dá)20億只左右。據(jù)報(bào)道，1只普通節(jié)能燈的含汞量約5 mg，滲入地下后可能造成1 800 t水受污染[5]。由于汞的沸點(diǎn)低，常溫下即可蒸發(fā)，廢棄的節(jié)能燈管破碎后，瞬時(shí)可使周圍空氣中的汞濃度超標(biāo)上百倍。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過程中，熒光燈中的汞嚴(yán)重污染了生產(chǎn)環(huán)境和廠區(qū)周圍環(huán)境[6]，廢棄節(jié)能燈是僅次于廢電池的第二大生活垃圾“汞污染源”，而我國(guó)在節(jié)能燈無害處理及其汞污染研究方面還比較缺乏。因此本文選取某熒光燈廠作為調(diào)查對(duì)象，探討和分析其周圍土壤中汞污染現(xiàn)狀和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為控制土壤環(huán)境中汞的危害提供一點(diǎn)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣方法

以某熒光燈廠周圍土壤為采樣對(duì)象，采樣布點(diǎn)以熒光燈廠為中心，在距離熒光燈廠半徑為0.5 km、1 km、2 km的斷面上分層布點(diǎn)。每個(gè)采樣點(diǎn)以1 m×1m為樣方，采集土壤表層0～20 cm混合土樣，共收集表層土壤樣品26個(gè)，其中，0.5 km采集樣品12個(gè)，1 km采集樣品7個(gè)，2 km采集樣品7個(gè)。

1.2 分析方法

采集的土壤樣品風(fēng)干后去除雜物及石塊，研磨過100目篩，測(cè)定土壤中Hg含量、有機(jī)質(zhì)含量、pH值等。土壤總汞采用HNO3-H2SO4-KMnO4水浴消解，F(xiàn)732-V冷原子吸收測(cè)汞儀測(cè)定，檢出限為0.05 μg·L-1。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸溶液法消煮，滴定法測(cè)定；pH值用pH計(jì)測(cè)定。

1.3 土壤汞污染評(píng)價(jià)

采用地累積指數(shù)(Geoaccumulation index)[7]來評(píng)價(jià)土壤中汞的污染現(xiàn)狀。其計(jì)算方法為：

Igeo=log2[Ci/kBi]

式中,Igeo為Hg的地累積指數(shù)；Ci為土壤中Hg的實(shí)測(cè)值；Bi為土壤中Hg的地球化學(xué)背景值，本研究選取重慶市土壤汞背景值(37.0 μg·kg-1)[8]作為汞的地球化學(xué)背景值，k為考慮到造巖運(yùn)動(dòng)可能引起的背景值變動(dòng)而取的系數(shù)，一般取1.5。根據(jù)Igeo值的計(jì)算結(jié)果，土壤中重金屬的污染程度分為7級(jí)(0～6級(jí))，見表1。

表1 地累積指數(shù)與重金屬污染程度

1.4 土壤汞潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用H?kanson[9]提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法(The potential ecological risk factor)評(píng)價(jià)土壤中汞的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算方法如下：

Er=Tr·Ci/C0

式中，Er為Hg的潛在生態(tài)危害系數(shù)；Ci為土壤中汞的測(cè)定值；C0為汞的參比值；Tr為汞的毒性系數(shù)，本研究采用重慶市土壤環(huán)境汞的自然背景含量(37.0 μg·kg-1)[8]為參比值，汞的毒性系數(shù)取Tr=40。汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)和污染程度的關(guān)系見表2。

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤中汞含量及分布特征

表3為熒光燈廠周圍不同距離土壤中汞含量特征。從表4中可以看出，土壤中汞含量范圍為0.050～0.363 mg/kg，平均值為0.136±0.081 mg/kg。低于我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618—1995)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(150 μg/kg)[10]，但大大高于重慶市土壤汞背景值(0.037 mg/kg)。其中，約有34.6%的采樣點(diǎn)土壤汞含量超過了國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，所有采樣點(diǎn)土壤汞含量均超過了重慶市土壤背景值，約有30.8%的采樣點(diǎn)超過了背景值的5倍以上，最大值達(dá)到0.363 mg/kg，是重慶市土壤背景值的9.8倍，表明該地區(qū)土壤受到一定程度的汞污染。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，距離熒光燈廠越遠(yuǎn)，土壤汞平均含量越低。距污染源0.5 km、1 km、2 km三個(gè)采樣斷面的土壤汞平均含量分別為0.191±0.082 mg/kg、0.115±0.051 mg/kg、0.064±0.013 mg/kg，均超過了重慶市土壤背景值，分別為重慶市土壤背景值的5.16倍、3.11倍和1.73倍。

表3 土壤中汞含量/(mg/kg)

2.2 土壤汞含量影響因素

土壤中重金屬含量與土壤有機(jī)質(zhì)、pH值等土壤性質(zhì)密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下土壤對(duì)Hg2+吸附量較大，在pH 3～5時(shí)，隨著pH的升高，Hg的氫氧化物形式更易被吸附[11]，因此，土壤中吸附的汞含量較大。調(diào)查區(qū)域內(nèi)土壤pH值范圍為3.36～8.16(圖1)，約有82%的土壤pH值在3～6范圍內(nèi)，相關(guān)分析表明，土壤汞濃度與pH值之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R=0.452*)。土壤有機(jī)質(zhì)可通過有機(jī)膠體或有機(jī)顆粒與汞離子之間發(fā)生絡(luò)合或螯合作用，使得土壤吸附更多的汞。調(diào)查發(fā)現(xiàn)(圖2)，土壤汞含量與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.446*，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量越大，有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)汞的含量也相應(yīng)增加。

圖1 土壤汞含量與土壤pH值的關(guān)系Fig.1 The relationship of the content of mercury and pH in soil

圖2 土壤汞含量與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系Fig.2 The relationship of the content of mercury and organic matter in soil

分析發(fā)現(xiàn)，熒光燈廠周圍土壤總汞含量與距離之間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其Pearson相關(guān)系數(shù)為0.648**(n=26，P<0.01)。這可能是由于熒光燈廠排放出來的汞經(jīng)過大氣傳輸，向周圍擴(kuò)散，逐漸沉降到土壤中，其濃度隨距離增加而逐漸降低，因而從0.5 km到2 km，土壤中汞濃度下降得比較大，特別是達(dá)到2 km以后，土壤汞累積已不太明顯。

2.3 土壤汞污染評(píng)價(jià)

表4為熒光燈廠周圍土壤中汞的地累積污染指數(shù)。從表中可以看出，熒光燈廠周圍土壤汞的地累積指數(shù)平均值大于1，表明土壤已受到中等程度的汞污染。其中，有15.4%的采樣點(diǎn)土壤汞已達(dá)到中-強(qiáng)度污染水平，中度、無-中度污染水平的土壤采樣點(diǎn)均為38.5%，僅有7.6%的采樣點(diǎn)地累積指數(shù)小于0，未受污染。研究表明，距離熒光燈廠越近，土壤受到汞污染的程度越大。在距離污染源0.5 km范圍內(nèi)，地累積指數(shù)平均值為1.66，達(dá)到中度污染水平。僅有8.3%的采樣點(diǎn)的土壤汞地累積指數(shù)小于1，其他采樣點(diǎn)地累積指數(shù)均大于1，最大值高達(dá)2.71，達(dá)到中-強(qiáng)程度污染水平。在距離污染源1 km范圍內(nèi)，地累積指數(shù)平均值為0.95，達(dá)到中-無污染水平。有42.9%的土壤采樣點(diǎn)地累積指數(shù)大于1，其余采樣點(diǎn)地累積指數(shù)均小于1。距離污染源2 km范圍內(nèi)，地累積指數(shù)平均值為0.18。有28.6%的采樣點(diǎn)土壤未受到汞污染，其余采樣點(diǎn)受到無-中度污染。

表4 土壤中汞的地累積污染指數(shù)

2.4 土壤汞潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表5為熒光燈廠周圍土壤中汞的潛在生態(tài)危害指數(shù)。從表中可以看出，熒光燈廠周圍土壤汞的潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值達(dá)到147.19，表明土壤具有強(qiáng)度汞生態(tài)危害。其中，有7.7%的采樣點(diǎn)土壤汞已達(dá)極強(qiáng)的潛在生態(tài)危害，有26.9%的采樣點(diǎn)土壤汞達(dá)到很強(qiáng)的潛在生態(tài)危害，有42.3%的采樣點(diǎn)為強(qiáng)生態(tài)危害，其余23.1%的采樣點(diǎn)為中等程度潛在生態(tài)危害。研究表明，距離熒光燈廠越近，土壤受到汞污染的程度越大。在距離污染源0.5 km范圍內(nèi)，潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值為206.13，具有很強(qiáng)的潛在生態(tài)危害。有16.7%、50%和33.3%的土壤采樣點(diǎn)分別達(dá)到極強(qiáng)、很強(qiáng)和強(qiáng)度生態(tài)危害。在距離污染源1 km范圍內(nèi)，潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值為124.32，具有強(qiáng)度生態(tài)危害。其中，有14.3%、71.4%和14.3%的土壤采樣點(diǎn)分別達(dá)到很強(qiáng)、強(qiáng)度和中等程度的潛在生態(tài)危害。距離污染源2 km范圍內(nèi)，地累積指數(shù)平均值為69.03，已達(dá)到中等程度潛在生態(tài)危害。其中，有28.6%和71.4%的采樣點(diǎn)分別達(dá)到強(qiáng)度和中等程度潛在生態(tài)危害。

表5 土壤中汞的潛在生態(tài)危害指數(shù)

3 結(jié)論

(1)熒光燈廠周圍土壤汞含量為0.050～0.363 mg/kg，平均值為0.136 mg/kg，明顯高于重慶市土壤汞背景值，表明周圍土壤存在一定程度的汞污染和富集現(xiàn)象，隨著距離的增加，土壤汞含量逐漸降低。

(2)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，熒光燈廠周圍土壤汞的地累積污染指數(shù)平均值大于1，已受到中等程度的汞污染。潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值達(dá)到147.19，具有強(qiáng)度生態(tài)危害。距離污染源越近，土壤汞污染水平和潛在生態(tài)危害程度越高。

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Assessment of Mercury Pollution in Soil around a Fluorescent Lamp Factory

XIANG Qiu-jie, LI Shi-dong, YANG Yu-han, LI Yu-meng, HU Bi-qin

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China)

To investigate the environmental risks of mercury in soil, which is surrounded by a fluorescent lamp factory, 26 surface soil samples were obtained and analyzed to assess the status of mercury pollution in soil and its impact factors. The result shows that: the content of mercury in the investigated soil is between 0.050 and 0.363 mg/kg, with an average content of 0.136 mg/kg, which is higher than the mercury background value of soil in Chongqing. The soil around the fluorescent lamp factory is seriously contaminated by mercury, and the over standard rate is 100%. The evaluation of geo-accumulation index shows that there are 15.4%, 38.5% and 38.5% of the soil sampling points reach the intensity, moderate and non-moderate pollution levels respectively, and only 7.6% of the sampling points are uncontaminated. The evaluation of the potential ecological risk index (RI) shows that there are 7.7%, 26.9%, 42.3% and 23.1% of the soil sampling points reach strongest, stronger, strong and moderate potential ecological hazard respectively. The closer to the fluorescent lamp factory, the higher the pollution level of mercury in soil and the potential ecological hazard are.

fluorescent lamp factory; soil; mercury; contamination assessment

2014-10-21

西南大學(xué)本科生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(1324001)；西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院“光炯”培育項(xiàng)目(20130103)

向秋潔(1992—)，女，重慶市萬州人，西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)，E-mail： 360289530@qq.com

胡必琴，西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事環(huán)境評(píng)價(jià)和污染研究，E-mail：hubiqin@163.com

10.14068/j.ceia.2015.02.022

X131

A

2095-6444(2015)02-0081-04