泰安市某蓄電池生產企業周圍土壤重金屬污染現狀調查與分析

趙愛霞，姜詠棟，王玉軍，劉元鵬，王京春

(泰安市環境監測站;山東農業大學資源與環境學院，山東省高校農業環境重點實驗室，山東泰安 271018)

隨著國民經濟的高速發展，城市規模的急劇擴大，尤其是機動車輛的不斷增加，我國蓄電池生產企業迎來了蓬勃發展的時期。但同時由于目前國內眾多廠家大都采用80年代的老技術、老工藝，生產設備落后［2］，一方面質量難以達到國家標準，另一方面含重金屬的各種污染物，通過各種途徑進入土壤，給土壤帶來了嚴重污染［3］。土壤重金屬污染已經成為制約我國農業可持續發展的重要原因。泰安市世華電纜電池有限公司成立于1999年，產品為“世華”牌全系列起動用鉛酸蓄電池及零部件，蓄電池生產能力為30000 只/月。為了解該公司生產過程中，排放的污染物是否會給周圍土壤環境帶來重金屬污染［4］，本文對周邊土壤樣品進行采集并進行重金屬Cu［5］、Zn［6］和Pb［7］含量測定，并對測定結果進行了分析和評價。

土壤重金屬污染的評價方法中目前應用最廣泛的方法是污染指數法(單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數評價法)。單項污染指數法用于確定單個土壤質量參數的污染情況，是將土壤污染物的實際測定濃度與該污染物的評價標準進行比較，適用于某一個特定污染源或某一種特定污染物，可以直觀的反映土壤中各元素的含量水平［8］，也就是環境質量指數Pi 的數值越大該單項的環境質量越差。在土壤環境質量評價中，內梅羅指數法是當前國內外進行綜合污染指數計算的最常用的方法之一，適用于評價區域內土壤質量作為一個整體與外區域土壤質量比較，或是一個區域內土壤質量在不同時間段的比較［9］。相比較而言，本次實驗采用單因子污染指數法進行評價最為準確。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗土壤 根據泰安市主導風向，確定采樣區域為廠區西側和南側。土壤樣品采樣點位確定為距離廠界50 m、100 m、200 m、500 m、1000 m 以及2000 m 處各6個，共12個。土壤的采樣深度0～20 cm，采用四分法棄取［10］，采樣量為1 kg，用塑料塑封袋立即包裝好，編號，貼上標簽，帶回實驗室后，自然風干。待土樣徹底風干后，用木棒初步碾碎，用四分法取對角兩份混合，連續兩次，得250 g 左右。再在瑪瑙研缽中繼續研磨，過100 目尼龍篩，即為分析樣品［11］。

1.1.2 試驗試劑 超純水(電導率在18.2 MΩ 以上)，硝酸:ρ=1.42 g/mL;高氯酸:ρ=1.68 g/mL;鹽酸:ρ=1.19 g/mL;各重金屬標準使用液:用0.2%硝酸溶液稀釋金屬標準貯備液配制而成，使配成的混合標準使用液中銅、鋅、鉛的濃度分別為50.0、10.0、100.0 mg/L［11］。所使用的化學試劑均為優級純。

1.1.3 儀器 ICPS－7500(島津順序型等離子發射光譜儀);萬分之一電子天平;可調式電熱板;電熱鼓風干燥箱;尼龍篩;研缽。

1.2 試驗方法

土壤樣品采用消解法處理［12］。即用王水(鹽酸+硝酸)+高氯酸(HClO4)消解，再用等離子體發射光譜儀測定。消解方法:將待測土樣稱取1 g 于100 mL 三角瓶中，加少許水濕潤，加王水10 mL，在通風櫥中低溫加熱微沸，待棕色煙霧基本趕完后，取下冷卻，加10 mL 高氯酸再加熱消化至產生濃白煙，待濃煙基本散去，土樣呈灰白色為止，同時作試劑空白。取下樣品，稍冷，加0.2%硝酸10 mL，過濾于100 mL 容量瓶中，用熱的去離子水洗滌殘渣3～4 次，定容至刻度，搖勻后，待測。

將消解后土壤樣品按照編號，根據鉛、銅、鋅測定的工作條件，通過ICP－7500 島津順序型等離子發射光譜儀測定［13］，樣品處理測試方法按《土壤農化分析法》《土壤環境質量標準》修訂(GB15618－2008)中所規定的要求進行［14］。離子發射光譜儀法檢測此三種重金屬的檢出限見表1。

表1 Cu Pb Zn 檢出限(mg/L)Table 1 The detection limit of Cu Pb Zn(mg/L)

1.3 土壤質量評價方法

本次實驗采用單因子污染指數法進行評價。

單因子評價:對土壤中的某一污染物的污染程度進行評價。評價的依據是該污染物的單項污染指數:

式中:Pi為單項污染指數，Ci為實測濃度，S為土壤評價標準。

Pi＜1，表示土壤未受污染;Pi＞1，表示土壤受污染;Pi越大，污染越嚴重。

1.4 數據統計

數據采用Excel和SPSS 軟件進行計算和統計分析，用DPS 軟件進行數據的顯著性分析。P＜0.05 表示具有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 在研究區域不同距離條件下所測重金屬分布情況

銅、鋅、鉛三種重金屬含量測定［15］結果及土壤環境背景值見表2。

表2 土壤樣品中Cu Pb Zn 含量表及其土壤背景值(mg/kg)Table 2 The contents table of Cu Pb Zn in soils samples and the background value of soil environment(mg/kg)

由表2 可知:

與土壤環境背景值對照相比［16］，研究區域廠區西側在距離為50 m、100 m、200 m、1000 m和2000 m時，重金屬Cu 的含量與土壤環境背景值相比均有顯著提高(P＜0.05)［17］，表明該距離對應的重金屬Cu含量明顯高于土壤環境背景值，說明此處土壤已經受到外界重金屬Cu 的影響;在廠區西側距離為500 m時，重金屬Cu 的含量低于土壤背景值，其差異達到了顯著水平(P＜0.05)，說明此處土壤質量較好。研究區域廠區南側在距離為50 m、100 m、200 m、500 m、1000 m和2000 m 時，重金屬Cu 的含量與土壤環境背景值相比均有顯著提高(P＜0.05)，表明該距離對應的重金屬Cu 含量明顯高于土壤環境背景值，說明此處土壤已經受到外界重金屬Cu 的影響;但是重金屬Cu 含量與距離不呈線性關系，說明該公司對周圍土壤Cu 污染的影響較小，周圍土壤已受其他因素影響。

與土壤環境背景值對照相比，研究區域廠區西側和南側在距離為50 m、100 m、200 m、500 m、1000 m和2000 m 時，重金屬Zn 的含量與土壤環境背景值相比均有顯著提高(P＜0.05)，表明該距離對應的重金屬Zn 含量明顯高于土壤環境背景值，說明此處土壤已經受到外界重金屬Zn 的影響［18］;但是重金屬Zn 含量與距離不呈線性關系，說明該公司對周圍土壤Zn 污染的影響較小，周圍土壤已受其他因素影響。

與土壤環境背景值對照相比，研究區域廠區西側在距離為50 m、100 m、200 m、500 m、1000 m和2000 m 時，重金屬Pb 的含量與土壤環境背景值相比均有顯著提高(P＜0.05)，表明該距離對應的重金屬Pb 含量明顯高于土壤環境背景值，說明此處土壤已經受到外界重金屬Pb 的影響;研究區域廠區南側在距離為50 m、100 m、200 m 時，重金屬Pb 的含量與土壤環境背景值相比均有顯著提高(P＜0.05)，表明該距離對應的重金屬含量Pb 明顯高于土壤環境背景值，說明此處土壤也已經受到外界重金屬Pb 的影響;在廠區南側距離為500 m、1000 m、2000 m 時，重金屬Pb 的含量與土壤環境背景值相比均有顯著降低(P＜0.05)，表明該距離對應的重金屬含量Pb 明顯低于土壤環境背景值;并且，重金屬Pb 含量隨距離的增加而呈現明顯的減小趨勢(P＜0.05)，說明該公司生產鉛蓄電池產生的鉛塵等對下風向土壤的Pb 污染有一定影響。

2.2 在研究區域土壤中重金屬單項污染指數評價分析

我國土壤環境質量標準值見表3。

表3 土壤環境質量標準值(GB15618－1995)(mg/kg)Table 3 Environment quality standard values in soils(mg/kg)

本次實驗樣品采集地位于旱地，經測定，樣品pH 范圍在6.5～7.5 之間，采用《土壤環境質量標準》(GB15618－1995)的二級作為評價標準［19］。

農業部環境保護科研監測所在評價農田環境質量時，采用如下的四級評價方法，如表4 示。

表4 土壤污染分級標準Table 4 The grading standards of pollution index for soil

根據試驗所得數據，分別計算Cu、Zn和Pb 三種重金屬的單項污染指數，見圖1。

圖1 土壤中重金屬單項污染指數綜合圖Fig.1 The comprehensive figure of average individual

由表4和圖1 可知，此次調查分析的土壤中三種重金屬Cu、Zn、Pb 的單項污染指數Pi 值均小于1(P＜0.05)，說明運用單項污染指數評價法進行評價時，所有土壤樣品中三種重金屬的含量均未超過國家土壤環境質量二級標準，污染等級為清潔。其中南50 m 采樣點處三種重金屬Pi 值均為最高，所受到重金屬污染最嚴重。

并且，重金屬Cu 含量與距離不呈線性關系，說明該公司對周圍土壤Cu 污染的影響較小，周圍土壤已受其他因素影響;重金屬Zn 含量與距離也不呈線性關系，說明該公司對周圍土壤Zn 污染的影響較小，周圍土壤也已受其他因素影響;重金屬Pb 含量隨距離的增加而呈現明顯的減小趨勢(P＜0.05)，說明該公司生產鉛蓄電池產生的鉛塵等對下風向土壤的Pb 污染有一定影響［20］。

3 結論

本文以泰安市世華電纜電池有限公司為研究對象，通過對該公司周圍土壤樣品的測定分析，得出以下主要結論:

(1)世華電纜電池有限公司部分土壤樣品中Cu、Zn、Pb 含量與土壤環境背景值相比有顯著提高(P＜0.05)，但周圍土壤三種主要重金屬Cu、Zn、Pb 的污染均未超過國家土壤環境質量二級標準，污染等級為清潔，公司對周圍土壤重金屬污染影響較小。

(2)由表2和圖1 數據分析可知，只有廠區南50 m 采樣點處Cu、Zn 的含量較高，其余各點兩種重金屬含量分別相差不多，說明該公司對周圍土壤Cu、Zn 污染的影響較小。

(3)由表1 數據分析可知，該公司西側和南側所采集土壤樣品中Pb 的含量隨距離的增加而呈現明顯的減小趨勢(P＜0.05)，其中西50 m和南50 m 處Pb 的含量最高，而西2000 m 及南2000 m 處最低。雖然所有土壤樣品中Pb 的污染指數均未大于1，但由圖1 中Pb 的污染指數梯度變化可以得出，世華電纜電池有限公司生產鉛蓄電池產生的鉛塵等對下風向土壤的Pb 污染有一定影響。

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