煤炭產(chǎn)區(qū)周邊土壤重金屬污染特征和風(fēng)險評估

摘要：以長治市襄垣縣為研究區(qū)域，探究村莊、電廠、化工、煤礦及選煤廠周邊土壤中Cr、Zn、As、Cd、Pb、Hg、Ni及Cu等8種重金屬的差異性累積特征，采用Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價煤炭產(chǎn)業(yè)園區(qū)周邊土壤重金屬的污染程度和生態(tài)風(fēng)險。結(jié)果表明：As在村莊周邊土壤中的含量顯著高于電廠、化工、煤礦及選煤廠；Hg在選煤廠周邊土壤中的含量顯著高于化工和煤礦；Hg和Cd的潛在風(fēng)險指數(shù)均為最高，大體達到中等潛在生態(tài)風(fēng)險水平以上。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬；污染特征；潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.051

Characteristics and Risk Assessment of Soil Heavy Metal Pollution around Coal Producing Areas

ZHANG Xiang1， ZHANG Junjun2， SU Chao3

（1.Shanxi Dadi Holding Ecological Restoration Technologies Co.， Ltd.; 2. College of Environment and Resources， Shanxi University;

3. Institute of Loess Plateau Research， Shanxi University， Taiyuan 030000， China）

Abstract： In changzhi xiangyuan as the research area， to explore the villages， power plant， chemical industry， coal and coal preparation plant surrounding soil， Cr， Zn， As， Cd， Pb， Hg， Ni and Cu eight kinds of heavy metal difference accumulation characteristics， using Hakanson potential ecological risk index method to evaluate the soil of heavy metal pollution and ecological risk.The results show that the content of As in the surrounding soil is significantly higher than that of power plant， chemical， coal mines and coal preparation plant; the content of Hg in the soil around coal preparation plant is significantly higher than that of chemical and coal mines; the potential risk index of Hg and Cd is the highest， roughly above the medium potential ecological risk level.

Keywords： soil heavy metal; pollution characteristics; potential ecological risk index theory

目前，土壤重金屬污染已成為世界性的環(huán)境問題之一。研究表明，燃煤、采礦活動是土壤重金屬的主要來源之一[1-3]。郭彥海等[4]以上海市某生活垃圾焚燒廠為例，利用富集因子、多元統(tǒng)計和空間插值方法分析重金屬來源和空間分布特征，并評價土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險水平。沈城等[5]以上海市普陀、寶山、閔行和嘉定這4個區(qū)為例，分析有色冶煉園區(qū)道路揚塵中的重金屬污染特征，采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對健康風(fēng)險進行評價。劉紅斌等人[6]以太原市為例，利用統(tǒng)計學(xué)方法、半方差函數(shù)和地理信息技術(shù)分析了

5種重金屬在研究區(qū)的分布特征，并利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價研究區(qū)的污染現(xiàn)狀。易文利等[7]以陜西省寶雞市城市土壤為研究對象，利用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）空間插值及主成分分析等方法研究了土壤重金屬元素的空間分布特征與源解析。羅成科等[8]以位于寧夏回族自治區(qū)中東部寧東能源化工基地為例，采用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)對研究區(qū)域土壤重金屬污染程度進行分析。馮乙晴等[9]以廣東省深圳市寶安區(qū)為例，采用單因子指數(shù)法并結(jié)合內(nèi)羅梅綜合指數(shù)法進行重金屬綜合污染評價。

襄垣縣隸屬于山西省長治市，煤炭資源豐富，依靠當(dāng)?shù)刈匀毁Y源的優(yōu)勢，政府大力發(fā)展煤炭經(jīng)濟[10]，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以煤炭開采為主[11]。通過采集煤礦產(chǎn)業(yè)區(qū)域內(nèi)5類不同企業(yè)的土壤樣品，分析了樣品中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb及Hg等8種特征重金屬元素，量化了以上目標重金屬元素污染現(xiàn)狀，簡要分析了污染特點。

1 研究方法與標準

1.1 研究區(qū)概況

襄垣縣位于太行山區(qū)，屬于沁水煤田腹地，全縣地形北高南低，地貌以山地丘陵為主，平均海拔在1 000 m左右，是黃土高原的一部分。全縣東西長48 km，南北寬40 km，屬大陸性溫帶氣候，年平均氣溫為8～9 ℃，年平均降雨量約550 mm。

1.2 樣品采集與測定

將煤炭產(chǎn)業(yè)園區(qū)的企業(yè)分為電廠、化工、煤礦及選煤廠4種類型，并選取村莊土壤作為對照。采用五點混合取樣法，企業(yè)周邊的樣點位于廠區(qū)1 km范圍內(nèi)，采樣深度為土壤表層0～20 cm，共采集29個土壤樣品，其中村莊樣品4個，電廠樣品5個，化工樣品4個，煤礦樣品11個，選煤廠樣品5個。

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）要求預(yù)處理樣品，測定方法參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》（GB 15618—2018）的要求。石墨爐原子吸收分光光度法測定Cd；微波消解-原子熒光光譜法測定Hg、As；火焰原子吸收分光光度法測定Pb、Cr、Ni、Cu、Zn。

1.3 評價方法與分級標準

1980年，瑞典科學(xué)家HAKANSON[12]提出潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法，可以更全面地反映重金屬對某地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響潛力，適合對大區(qū)域范圍沉積物和土壤進行評價比較[13]。單因子污染指數(shù)、單因子潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)、因子綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)分別采用式（1）、式（2）及式（3）計算。重金屬污染潛在生態(tài)危害指標與分級關(guān)系如表1所示。

Pi=Csi/Cni（1）

Eri=Tri×Pi（2）

（3）

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；Csi為重金屬濃度實測值；Cni為重金屬參比值；Eri為單因子潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；Tri為毒性響應(yīng)系數(shù)，Hg、Cd、As、Pb、Ni、Cu、Cr及Zn的毒性響應(yīng)系數(shù)分別為40、30、10、5、5、5、2及1[14]；RI為多因子綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)；n為總因子數(shù)。

2 結(jié)果和討論

2.1 土壤重金屬含量特征

不同類型企業(yè)周邊土壤重金屬平均含量如表2所示。由表2可知，Cr的平均含量在電廠周邊土壤中最高；Ni和Cu的平均含量在化工周邊土壤中最高；Zn的平均含量在煤礦周邊土壤中最高；As的平均含量在村莊周邊土壤中最高；Cd、Pb、Hg的平均含量在選煤廠周邊土壤中最高。由此表明，選煤廠周邊重金屬累積較其他類型企業(yè)和村莊嚴重，結(jié)合變異系數(shù)分析結(jié)果得知，Hg在選煤廠周邊受人為活動影響較大。

2.2 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價

對不同類型企業(yè)和村莊不同土壤重金屬污染潛在風(fēng)險水平進行評價，評價結(jié)果如表3所示。Hg和Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均為最高，大體達到中潛在生態(tài)風(fēng)險水平以上。該結(jié)果與葛元英等人[15]的結(jié)果一致。Hg在選煤廠中單因子潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)高達102.16，為較重潛在生態(tài)風(fēng)險水平，相關(guān)企業(yè)應(yīng)重視。在所有企業(yè)類型和村莊中，Zn的潛在生態(tài)風(fēng)險最低。村莊、選煤廠及電廠潛在生態(tài)風(fēng)險水平為中風(fēng)險，較化工和煤礦嚴重。結(jié)合單因子潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)可以看出，選煤廠之所以為中風(fēng)險，是由于Hg的單因子潛在風(fēng)險指數(shù)較高，該研究結(jié)果與王星星等人[16]的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

在不同類型企業(yè)周邊土壤中，As在村莊周邊土壤中含量最高，顯著高于電廠、化工、煤礦及選煤廠；選煤廠周邊土壤中Hg、Cd、Pb的含量均為最高，Hg含量顯著高于化工和煤礦。由單因子潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價分析可知，Hg和Cd的潛在風(fēng)險指數(shù)均為最高，選煤廠中Hg為較重潛在生態(tài)風(fēng)險水平。由多因子潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價分析可知，村莊、選煤廠及電廠為中風(fēng)險水平，化工和煤礦為低風(fēng)險水平。

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作者簡介：張翔（1988—），男，山西臨汾人，碩士，工程師。研究方向：生態(tài)環(huán)境保護。