電子廢物拆解跡地土壤中重金屬污染的分布特征

馬 冉，楊 宏，董曉倩，范永安，張 珍

（臺州學院 生命科學學院，浙江 臺州 318000）

1 前言

電子廢物，又稱電子垃圾，是指各類報廢的電子產(chǎn)品，包括各種廢舊電腦、通信設(shè)備、電視機、電冰箱以及被淘汰的精密電子儀器儀表等[1,2].20世紀以來，隨著電子信息等高科技產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，電子技術(shù)的更新不斷加快，全球越來越多的廢舊電子和電器設(shè)備被淘汰.在許多發(fā)達國家，電子廢物已成為增長最快的垃圾流[2,7,9,10].世界上約80%的電子廢物被轉(zhuǎn)運到亞洲，其中有90%以“回收”等名義輸入到中國[11].

電子廢物中含有大量的銅、鎳、鉛、鎘等重金屬，電子廢物的拆解回收可以帶來廉價的原材料和豐厚的利潤[3,4].但是電子廢物不合適的處理方式，同時也導(dǎo)致有害重金屬進入環(huán)境，對人類的身體健康和生存環(huán)境造成嚴重的危害[5-8].浙江臺州地區(qū)是中國最大的電子廢物拆解回收處理中心之一.當?shù)鼐用癫捎秒娋€電纜的露天焚燒、電路板的烤制熔化酸洗等原始粗放的方式進行電子廢物的拆解，嚴重污染了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境[4,5].

在電子廢物回收活動對環(huán)境和人類造成的巨大環(huán)境危害引起國際關(guān)注的情況下，國內(nèi)環(huán)保部門嚴令禁止電子垃圾的公開焚燒和隨意傾倒，但在暴利的驅(qū)使下，收效甚微[5,6,12].雖然路橋地區(qū)環(huán)保部門對當?shù)仉娮訌U物拆解回收進行了集中的整治與規(guī)劃，將所有電子廢物拆解回收作坊集中在同一條街道進行，但是由于拆解方式相對比較落后，拆解活動所帶來的環(huán)境污染問題還在繼續(xù).因此，本研究選擇浙江省臺州路橋地區(qū)典型電子廢物不當處置地區(qū)峰江開展研究工作，通過對該地區(qū)電子廢物回收跡地土壤中重金屬的含量水平、分布特征的研究，對該地區(qū)電子廢物回收活動帶來的重金屬污染進行了初步的評價.

1 材料與方法

1.1 土壤樣采集

選取峰江地區(qū)某一拆解時間為20多年的電子廢物拆解地.其拆卸的電子廢物主要成分為家用電器的外殼、電板以及廢舊的電線等.采樣時，以電子廢物拆解地為中心，在離電子廢物拆解點邊緣0m、100m、200m、300m處分別采集3個平行樣.梅花狀采樣，分別取約1kg土壤(取距離地表2cm以下的混合土樣)，將所取土壤均勻混合，土壤樣品經(jīng)自然風干后，用瑪瑙棒研壓，通過200目尼龍篩，混勻后備用.

1.2 樣品的處理

稱取備用的土壤樣品0.5000±0.0005g,置于大玻璃管中,采用硝酸-高氯酸-氫氟酸全量消解法處理土壤樣品[13].采用ICP-OES測定土壤處理液中Cu、Cd、Zn、Pb、Cr的含量.實驗所用試劑均為分析純，所用水均為去離子水.并采用國家標準物質(zhì)土壤標準參考樣GSS24、GSS25參比進行分析質(zhì)量控制，分析誤差均在允許范圍內(nèi)，并設(shè)置空白樣品同步分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 電子垃圾拆解點土壤性質(zhì)

本文對路橋電子產(chǎn)品拆解地周邊土壤的pH、總有機碳 TOC(mg/g)、總氮(mg/g)、總磷(μg/g)及銨態(tài)氮(μg/g)含量做了測試分析，結(jié)果如表1所示.該地區(qū)土壤pH、總有機碳、總氮、銨態(tài)氮及總磷無顯著差異，表明各個采樣點土壤基本物理化學性質(zhì)無顯著差異.與全國第二次土壤普查中該地區(qū)水稻土養(yǎng)分含量平均值 (有機碳:24.5g/kg；總氮:2.45g/kg；總磷:0.41g/kg)相比，土壤養(yǎng)分含量均有所增加，而該地區(qū)土壤的pH則略低于該區(qū)全國土壤第二次普查結(jié)果(pH為6.0).可見，研究區(qū)電子廢物拆解活動并未降低其周邊農(nóng)田土壤的肥力質(zhì)量，卻降低了土壤的pH值，使得該地區(qū)土壤有一定的酸化.這可能與周邊電子廢物拆解的重金屬回收工藝流程有關(guān).該工藝是將含貴金屬的廢舊電子產(chǎn)品以濃酸處理，取得貴金屬的剝離沉淀物，再分別將其還原成金、銀、鈀等金屬產(chǎn)品.而在該典型區(qū)，多半企業(yè)采用傳統(tǒng)的手工作坊式生產(chǎn)，很少集中處理剩余的大量殘留酸液，而是直接排于周邊溝渠、農(nóng)田等場地，大量酸性廢水的灌溉破壞了土壤的緩沖能力從而造成土壤的酸化[10].而土壤酸化一方面會破壞土壤結(jié)構(gòu)，使得土壤板結(jié)，抗逆能力下降，另一方面更為重要的是土壤酸化有利于土壤中重金屬向水溶態(tài)、交換態(tài)的轉(zhuǎn)化[7-9]，增加重金屬在生物環(huán)境介質(zhì)的移動性及其污染風險，從而降低土壤的環(huán)境功能，因此，該地區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境問題應(yīng)該引起我們高度重視[10].

2.2 電子廢物拆解地周邊重金屬的分布特征

表2為該電子廢物回收跡地土壤中重金屬的含量.該地區(qū)表層土壤 Cu、Cd、Pb、Zn、Cr的全量均明顯高于浙江省該地區(qū)土壤背景值(Cu:19.77mg kg-1，Cd：0.20mg kg-1，Pb:24.49mg kg-1，Zn:84.84mg kg-1，Cr:58.51mg kg-1)[13,14].由表1可見，該地區(qū)土壤中Cu和Cd的污染最為嚴重，Cu的最大濃度為519.3mg/kg，最小濃度為249.0mg/kg，最大濃度為《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-2008)中農(nóng)業(yè)用地二級標準50mg/kg的10.4倍，最低濃度為《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-2008)中農(nóng)業(yè)土地二級標準的5.0倍.其次，該地區(qū)土壤中Cd最大濃度和最小濃度分別為4.5mg/kg和0.8mg/kg，為《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-2008)中農(nóng)用土地二級標準0.3mg/kg的9.0倍和2.7倍.調(diào)查還發(fā)現(xiàn)Pb的最大濃度達到56.9mg/kg，這個值已經(jīng)超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-2008)中水田、旱地、菜地的二級標準，表明不適合耕種，尚可作為果園用地.Cr和Zn的含量較低，沒有超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-2008)中農(nóng)業(yè)用地標準，主要是該拆解場地中幾乎不含或含有少量含Cr、Zn較多的電子垃圾,如磁帶、錄像帶等.

由表1，各采樣點處Cu和Cd的含量均超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-2008)中的二級標準,而Pb則是在回收跡地中心超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-2008)中水田、旱地、菜地的二級標準，這說明電子產(chǎn)品回收活動隊對周圍土壤污染比較嚴重.在電子產(chǎn)品回收基地周圍300m范圍的土壤中,Cd、Cr、Cu、Pb、Zn含量隨距離增加快速降低.以國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準計算該典型區(qū)Cu、Zn、Pb、Cr、Cd的綜合污染指數(shù)為 4.3，已達嚴重污染程度,表明該電子廢物回收跡地土壤存在嚴重的重金屬復(fù)合污染問題，已不適合農(nóng)業(yè)耕作.

表2 電子廢物拆解地周邊土壤中重金屬的濃度（mg/kg）

徐莉等[10]調(diào)查了浙江東部廢舊電子產(chǎn)品拆解場地周邊農(nóng)田土壤重金屬污染特，發(fā)現(xiàn)檢測土壤中存在Cu、Cd總量超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，Cu和Pd的濃度范圍與本研究相當，而Cd的濃度則是本研究的2~3倍，而相應(yīng)地區(qū)土壤酸化很明顯（3.8~4.4），可能是導(dǎo)致Cd濃度較高的原因.潘紅梅等[11]于2006年考查了同一地區(qū)重金屬污染的狀況，發(fā)現(xiàn)Cu含量為435.67mg/kg,與本研究的結(jié)果比較接近.羅勇等[13]考察了廣東省龍?zhí)伶?zhèn)和石角鎮(zhèn)的電子廢物堆場附近農(nóng)田土壤重金屬含量，發(fā)現(xiàn)Cu的超標率為63.7%,Pd的超標率為48.5%，Cd的超標率為78.8%，這與研究的結(jié)果也比較相近，可能是這兩地與本研究地所回收的電子廢物的種類和回收工藝比較接近.鄭茂坤等[12]考察了同一地區(qū)廢舊電子產(chǎn)品拆解區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染特征及空間分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)Cu、Zn、Pb、Cd含量分別為Cu 118 mg kg-1、Pb 47.9 mg kg-1、Zn 169.0 mg kg-1、Cd 1.21 mg kg-1，其中Cu的含量為本調(diào)查結(jié)果的1/2~1/5,明顯較小,Cd的含量也較本研究低,可能是由于Cu、Cd的富集速度比較快，經(jīng)過近兩年電子廢物的拆解回收，Cu、Cd的含量明顯增加了.

3 結(jié)論和討論

電子廢物回收活動，由于回收方式的粗放化，導(dǎo)致重金屬在周圍環(huán)境中不斷積累.電子產(chǎn)品回收跡地土壤中 Cd、Cr、Cu、Pb、Zn中，除了 Cr和 Zn外均超過《國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二類土壤環(huán)境質(zhì)量標準，污染最嚴重的是Cu、Cd，其次為Pb.以國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準計算該典型區(qū)Cu、Zn、Pb、Cr、Cd的綜合污染指數(shù)為4.3，已達嚴重污染程度.表明該電子廢物回收跡地土壤存在嚴重的重金屬復(fù)合污染問題，已不適合農(nóng)業(yè)耕作.

〔1〕Ha N N,Agusa T,Ramu K,et al.Contamination by trace elements at e-waste recycling sites in Bangalore,India [J].Chemosphere,2009,76:9-15.

〔2〕UNEP.2005.E-waste,the hidden side of IT equipment’s manufacturing and use: Early warning on emerging environmental threats no.5,United Nations Environment Programme,2005.

〔3〕王家嘉.廢舊電子產(chǎn)品拆解對農(nóng)田土壤復(fù)合污染特征及其調(diào)控修復(fù)研究[D].貴陽:貴州大學,2008.

〔4〕吳南翔,楊寅娟,俞蘇霞,等.舊電器拆解業(yè)對職業(yè)人群及普通居民的健康影響[J].環(huán)境與健康雜志,2001,18(2):97-99.

〔5〕Xing G H,Wu S C,Wong M H.Dietary exposure to PCBs based on food consumption survey and food basket analysis at Taizhou,China–The World’s major site for recycling transformers.Chemosphere,2010,81:1239-1244.

〔6〕魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學分析法[M].北京:農(nóng)業(yè)科技出版社,1999.235-285.

〔7〕杜彩艷,祖艷群,李元.pH和有機質(zhì)對土壤中鎘和鋅生物有效性影響研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報,2005,20(4):539-543.

〔8〕Harter R D.Effect of soil pH on adsorp tion of lead,copper,zinc and nickel.Soil Science Society of America Journal,1983,47:47-51.

〔9〕Clemente R,WalkerD J,Roig A,et al.Heavy metal bioavailability in a soil affected by mineral sulphides contamination following the mine sp illage atAznalcóllar(Spain).Biodegradation,2003,14(3):199-205.

〔10〕徐莉,駱永明,滕應(yīng),卜元卿,張雪蓮,王家嘉,李振高,劉五星.長江三角洲地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量與修復(fù)研究Ⅳ.廢舊電子產(chǎn)品拆解場地周邊農(nóng)田土壤酸化和重金屬污染特征[J].土壤學報,2009,46(5):833-839.

〔11〕潘虹梅,李鳳全,葉瑋,王俊荊.電子廢棄物拆解業(yè)對周邊土壤環(huán)境的影響——以臺州路橋下谷岙村為例[J].浙江師范大學學報(自然科學版),2007,30(1):103-108.

〔12〕鄭茂坤,駱永明,趙其國,滕應(yīng),吳龍華,章海波.廢舊電子產(chǎn)品拆解區(qū)農(nóng)田土壤 Cu、Zn、Pb、Cd污染特征及空間分布規(guī)律.土壤學報,2010,47(3):584-588.

〔13〕羅勇,羅孝俊,楊中藝,余曉華,袁劍剛,陳社軍,麥碧嫻.電子廢物不當處置的重金屬污染及其環(huán)境風險評價Ⅱ.分布于人居環(huán)境(村鎮(zhèn))內(nèi)的電子廢物拆解作坊及其附近農(nóng)田的土壤重金屬污染[J].生態(tài)毒理學報，2008,3(2):123-129.