小微企業(yè)鍍鋅廢水排放污染與環(huán)境風(fēng)險分析

章 恒，王 元，馬浩奇，孫慧群

鍍鋅廢水不加處理或未達標(biāo)排放會對周邊環(huán)境產(chǎn)生危害，目前國內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)鍍鋅小微企業(yè)眾多，基本沒有污水處理措施，廢水直接排放到附近水體或滲入土壤。由于重金屬的不可降解特性，重金屬將在土壤或水體沉積物中逐漸富集，土壤特殊的理化性質(zhì)使其對重金屬有一定的吸持作用，因而土壤中重金屬的含量更能體現(xiàn)出對環(huán)境所產(chǎn)生的影響，并通過食物鏈直接或間接地威脅生物的生存和人類的健康[1-2]。所以，對電鍍廢水中重金屬污染的現(xiàn)狀和生態(tài)風(fēng)險進行評價顯得十分重要。本研究通過對某市五個鍍鋅加工廠廢水主要污染指標(biāo)的測定結(jié)果分析，應(yīng)用單項污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價鍍鋅廢水不經(jīng)處理排放造成的環(huán)境危害，以期為企業(yè)鍍鋅廢水排放的監(jiān)督和管理提供科學(xué)性指導(dǎo)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象概況

五個鍍鋅加工廠所在區(qū)域位于長江中下游江段北岸安徽省西南部某市，該市西北倚靠大別山主峰，東南連接黃山余脈，位于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫14.5～16.6℃，年平均降水量為1253～1535 mm，年平均相對濕度77%，氣候溫和，適宜種植多種類型農(nóng)作物，動植物資源豐富。五個加工廠辦廠時間為2～4年，鍍鋅方式均為電鍍，生產(chǎn)廢水均未經(jīng)過處理即排放到環(huán)境中，廠4和廠5分別挖有6 m3和2 m3的滲坑，周邊主要敏感目標(biāo)為農(nóng)用地和水體。

1.2 數(shù)據(jù)來源和測定

五個加工廠排污口廢水中總Zn(TZn)濃度數(shù)據(jù)來源于2017年2月當(dāng)?shù)乇O(jiān)測部門的檢測結(jié)果，五個加工廠排污口廢水TZn濃度分別為428、368、626、432、313 mgL-1。為了評價廢水未經(jīng)處理排放對排污沿線環(huán)境的影響，沿廢水流經(jīng)線路依照采樣可適性分別設(shè)置2～4個采樣點(B～E)，同時在上游無污染區(qū)設(shè)置一個對照點A，進行了土壤和底泥中pH值、TZn和TCr濃度的檢測。

測定方法參考文獻4。pH值測定采用玻璃電極法；土樣經(jīng)硫酸-硝酸-氫氟酸消解，加氯化銨液后用火焰原子吸收分光光度法測定TCr；經(jīng)鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后用火焰原子吸收分光光度法測定TZn。

1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)與分析方法

2 結(jié)果與討論

五個加工廠在現(xiàn)場調(diào)查時檢測的排污口濃度分別達到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21900-2008 )的214、184、313、216、156、5倍，屬于極嚴(yán)重污染?？芍獜U水進入環(huán)境，會造成土壤、地表水、地下水等環(huán)境的污染，給生存于其中的生物和人群帶來一定的生態(tài)風(fēng)險。為此，本研究對五個加工廠排污沿線土壤的TCr、TZn進行了取樣、測定和分析。

2.1 排污沿線土壤Cr的污染狀況與環(huán)境質(zhì)量分析

2.1.1 排污沿線土壤Cr的含量特征

由于五個廠排污口均未設(shè)置專業(yè)的防滲設(shè)施，廢水中的重金屬極易進入土壤中，通過對沿排污沿線土壤取樣檢測了TCr濃度(表1)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：五個廠的對照點土壤中TCr濃度均沒有超過GB 15618-1995二級標(biāo)準(zhǔn)限值。廠2的車間外排污口和廠外排污口、廠4水體底泥、廠5滲坑附近土壤中TCr濃度沒有超標(biāo)，其它檢測點TCr濃度不同程度地超出國家標(biāo)準(zhǔn)限值。蓄積池中TCr濃度極低，根據(jù)相同時間內(nèi)Cr在蓄積池底部排污口附近的河床邊高濃度積累的事實，可推知蓄積池有滲漏現(xiàn)象?？梢娢鍌€廠沿排污路線土壤中TCr有不同程度的積累。

表1 廢水排放沿程土壤TCr、TZn 濃度檢測結(jié)果(mgkg-1)

表1 廢水排放沿程土壤TCr、TZn 濃度檢測結(jié)果(mgkg-1)

廠編號檢測結(jié)果1采樣點編號BCD-A采樣點位置廠外排污口排水溝廢水入河口CKpH值7.067.766.99-8.10TCr8.49×103575571-51.3TZn2.75×1041.92×1031.96×103-68.02采樣點編號BCDEA采樣點位置車間外排污口附近廠外排污口附近排水溝廢水入河口CKpH值7.565.906.439.138.25TCr72.430958.459.2185TZn1.42×1035394144131043采樣點編號BC--A采樣點位置蓄積池河床邊CKpH值7.896.38--6.93TCr0.0164.08×103--108TZn0.1043.48×103--4854采樣點編號BCDEA采樣點位置滲坑附近滲坑附近滲坑附近水體底泥CKpH值6.383.533.516.586.92TCr15415915916279.0TZn2.04×1032.07×1032.09×1032.10×1031755采樣點編號BCD-A采樣點位置滲坑邊滲坑邊滲坑邊CKpH值7.117.117.29-7.32TCr184196193-69.7TZn3.5×1033.66×1033.55×103-83.7

注：1、廠3廢水排放沿程地面是水泥地，廢水沿蓄積池進入河流，河流是硬質(zhì)底部，故只采集蓄積池底部排污口附近的河床邊土壤樣品；2、蓄積池TCr和TZn濃度單位：mg/L。

2.1.2排污沿線土壤Cr的污染強度和環(huán)境質(zhì)量分析

本研究采用地積累指數(shù)法對五個廠廢水排放導(dǎo)致排污沿線土壤TCr濃度超標(biāo)進行了污染強度的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表2)：廠1和廠3廢水排放導(dǎo)致廠外排污口附近和河床邊土壤中TCr的Igeo>5，呈極嚴(yán)重污染；廠1從排水溝到入河口附近土壤中TCr的2

表2 排污沿線土壤TCr和TZn的值及環(huán)境質(zhì)量狀況

2.2 排污沿線土壤Zn的污染狀況與環(huán)境質(zhì)量分析

2.2.1 排污沿線土壤中Zn的含量特征

為評價Zn對土壤環(huán)境的危害，本研究沿廢水排放線路取樣檢測了土壤中的TCr濃度，結(jié)果見表1。廠1、廠2、廠4、廠5對照點土壤中TZn濃度均沒有超過GB 15618-1995的標(biāo)準(zhǔn)限值，廠3對照點TZn濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn)，其它檢測點TCr濃度不同程度地超出國家標(biāo)準(zhǔn)限值。廠3扣除對照點背景濃度，河床邊TZn濃度仍超過國家標(biāo)準(zhǔn)的15倍，蓄積池中TZn濃度極低，進一步驗證了蓄積池有滲漏現(xiàn)象。可見五個廠沿排污路線土壤中TZn有不同程度的積累。

2.2.2 排污沿線土壤Zn的污染強度和環(huán)境質(zhì)量分析

本研究采用地積累指數(shù)法對五個廠廢水排放導(dǎo)致排污沿線土壤TZn濃度超標(biāo)進行了污染強度的分析，計算結(jié)果見表2。由Igeo的值可知，廠1排放廢水在廠外排污口附近的土壤呈極嚴(yán)重污染，此后到入河口附近土壤呈強～極嚴(yán)重度污染；廠2車間外排污口附近土壤TZn呈強～極嚴(yán)重污染，從廠外排污口到廢水入河口附近土壤呈中等～強度污染；排除未污染情況下土壤中TZn濃度基底值的干擾，廠3河床邊土壤呈極嚴(yán)重污染；廠4滲坑附近農(nóng)用地和水體土壤均呈強～極嚴(yán)重污染；廠5滲坑附近土壤呈極嚴(yán)重污染。Zn在土壤中超標(biāo)積累的程度真實地反映為其對土壤污染的強度。

3 討論

從2.1分析的結(jié)果可以看出，鍍鋅廢水排放出的Cr和Zn積累導(dǎo)致不同強度的污染，從而引起土壤環(huán)境質(zhì)量發(fā)生不同程度的變化，這種變化給排污沿線土壤環(huán)境帶來的潛在生態(tài)風(fēng)險可用Eir和RI值表示(表3)。由表3可知，除了廠1廠外排污口附近土壤Cr的生態(tài)風(fēng)險較重，廠3河床邊底泥Cr具有中度生態(tài)風(fēng)險，各廠其它采樣點排污沿線土壤Cr的生態(tài)風(fēng)險均較低。這就說明，土壤Cr污染強度達到中強度以上，可引起土壤環(huán)境質(zhì)量呈重度污染，具有中度潛在生態(tài)風(fēng)險。

表3 排污沿線土壤Cr和Zn的Eir和RI值

表3也顯示，除了廠1廠外排污口附近土壤Zn的生態(tài)風(fēng)險較重，各廠其它采樣點排污沿線土壤Zn的單因子生態(tài)風(fēng)險均較低。可見其污染強度、環(huán)境質(zhì)量狀況和生態(tài)風(fēng)險程度的關(guān)系與Cr不一樣。Zn在土壤中污染強度達到中等～極嚴(yán)重污染，土壤環(huán)境質(zhì)量卻只呈輕度污染，只有在污染強度為強～極嚴(yán)重時，土壤環(huán)境質(zhì)量才呈重度污染。結(jié)合上述分析可知，中強度以上的Cr和Zn污染易造成單因子的潛在生態(tài)風(fēng)險。

表3中的RI值顯示，除了廠1廠外排污口附近土壤總的潛在生態(tài)風(fēng)險呈中度，各廠其它采樣點排污沿線土壤Cr與Zn總的潛在生態(tài)風(fēng)險均較低。與廠1和廠3的單因子生態(tài)風(fēng)險比較，可以看出，Cr與Zn的綜合效應(yīng)可降低土壤中兩種重金屬的生態(tài)風(fēng)險。

五個廠周邊主要敏感目標(biāo)是農(nóng)用地和水體。重金屬在環(huán)境中不會消失，前人的研究表明，Cr對水生動物、微生物及某些農(nóng)作物生長有抑制作用[5]，從而影響了水的利用、水體和土壤自凈功能以及農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。若通過食物鏈進入人體，在人體內(nèi)積累的結(jié)果可引起腸胃痛和腸胃功能紊亂等疾癥，甚至致癌、致畸等。Zn是植物生長發(fā)育所必需的微量元素，但土壤或底泥中Zn過量會引起植物幼苗光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等功能受到破壞，導(dǎo)致整個植株代謝過程紊亂，生長發(fā)育受到影響[6]。有人認(rèn)為土壤和底泥中Cr與Zn不易于被植物吸收，但交換態(tài)Cr與Zn可被微生物、農(nóng)作物、底棲動物和沉水植物等吸收[7]，交換態(tài)Cr與Zn對生物具有一定的生態(tài)風(fēng)險。其累積性生態(tài)風(fēng)險與土壤pH值變化而發(fā)生的形態(tài)改變有關(guān)，pH 小于 6 的土壤溶液中重金屬總量下降，但交換態(tài)卻在上升，廠4水體底泥pH值不到4，可見Cr與Zn對底棲動物和底泥微生物都有一定的風(fēng)險。

五個廠的排放廢水中均含有超標(biāo)的Cr與Zn，很多研究表明，Cr/Zn復(fù)合污染對農(nóng)作物的生長有抑制作用，在Cr/Zn復(fù)合污染條件下，隨Cr、Zn濃度的增加，農(nóng)作物的根干質(zhì)量、地上部分干質(zhì)量、葉片凈光合速率、葉片水分利用效率及葉片光能利用率均呈降低的趨勢。2.2.2結(jié)果顯示土壤中有抑制Cr與Zn污染強度的因素，這使得Cr/Zn復(fù)合污染的潛在生態(tài)風(fēng)險變得復(fù)雜。

4 結(jié)論

(1)五個廠沿排污路線土壤中TCr和TZn不同程度的超標(biāo)，使之對土壤具有不同程度的污染，從而在不同程度上改變了土壤環(huán)境質(zhì)量。

(2)土壤中Cr污染強度達到中強度以上，可引起土壤環(huán)境質(zhì)量呈重度污染，具有中度潛在生態(tài)風(fēng)險。土壤中Zn污染強度達到中等～極嚴(yán)重污染，土壤環(huán)境質(zhì)量只呈輕度污染，只有在污染強度為強～極嚴(yán)重時，土壤環(huán)境質(zhì)量才呈重度污染。中強度以上的Cr與Zn污染易造成單因子的潛在生態(tài)風(fēng)險，Cr與Zn的綜合效應(yīng)可降低土壤中兩種重金屬的生態(tài)風(fēng)險，其作用機制有待于進一步的研究。

(3)五個廠周邊主要敏感目標(biāo)是農(nóng)用地和水體，Cr和Zn對土壤酶活性、水生動物、微生物及農(nóng)作物生長有抑制作用，將影響水的利用、水體和土壤自凈功能以及農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。土壤中有抑制Cr與Zn污染強度的因素，這使得Cr/Zn復(fù)合污染的潛在生態(tài)風(fēng)險變得復(fù)雜。抑制和增大重金屬污染強度的機制有待于進一步研究。