有色金屬冶煉企業建設項目土壤環評分析與展望

顧睿，舒艷，劉一帆，吳鐵，蘇藝

(1.環境保護部環境工程評估中心， 北京 100027； 2.環境保護部環境發展中心， 北京 100029)

有色金屬冶煉企業建設項目土壤環評分析與展望

顧睿1，舒艷2，劉一帆2，吳鐵1，蘇藝1

(1.環境保護部環境工程評估中心， 北京 100027； 2.環境保護部環境發展中心， 北京 100029)

在對鉛冶煉、鋅冶煉、鉛鋅聯合冶煉、銅冶煉等典型有色金屬冶煉企業周邊土壤重金屬含量進行調查的基礎上，分析有色金屬冶煉企業周邊土壤的重金屬污染狀況和趨勢，并提出典型有色金屬冶煉企業建設項目土壤環評方法，以及設置土壤累積影響防護距離的初步設想，以期為有色金屬冶煉企業重金屬污染防治提供技術支持。

有色金屬冶煉企業；土壤；環境影響評價

有色金屬冶煉作為重金屬污染物的主要工業來源，在冶煉過程中產生的含重金屬污染物的煙塵會以大氣沉降的形式進入土壤，同時在固體廢物堆存處置過程中，含重金屬污染物的淋溶液會以滲漏的形式進入土壤，土壤已成為有色金屬冶煉企業重金屬污染物排放的最終載體。重金屬污染物不易被土壤生物降解，在土壤中逐漸累積導致土壤污染，影響農作物產量和質量，并最終通過食物鏈危害人類健康。

本研究選擇鉛冶煉、鋅冶煉、銅冶煉3種典型有色金屬冶煉行業作為研究對象，根據生產工藝水平、企業歷史發展沿革、企業所處地理位置等，選取確定了鉛冶煉(10萬t電鉛)、鋅冶煉(20萬t電鋅)、鉛鋅聯合冶煉(10萬t電鉛，16萬t電鋅)、銅冶煉(40萬t陰極銅)4家正常生產企業作為研究對象，分別對其周邊5 km范圍內的土壤開展重金屬污染情況調查研究，分析土壤重金屬污染的程度和范圍，以及與企業的相關關系；采用將土壤累積影響預測模式的預測值與實測值擬合的分析方法，驗證土壤累積影響預測模式及相關參數的適用性；提出設置土壤累積影響防護距離的防治措施。本研究旨在為科學評價有色金屬冶煉企業建設項目重金屬污染物在土壤中的累積影響提供理論依據，為有色金屬冶煉企業重金屬污染防治提供技術支持。

1 有色金屬冶煉企業周邊土壤重金屬污染狀況

1.1 樣品采集與處理

本研究以所選企業為中心，在其周邊5～7 km范圍內分別沿當地主導風向和次主導風向軸線布設土壤采樣點，布點原則為近密遠疏，下風向布點多于上風向，各企業土壤采樣布點如圖1所示。

圖1 典型有色金屬冶煉企業周邊土壤采樣點布設示意圖Fig.1 Sketch map of soil sampling points around the typical nonferrous metal smelting enterprises

土壤采樣及分析方法按《土壤環境監測技術規范》(HJ/T 166—2004)[1- 2]相關規定執行。土壤采樣采用“蛇形”布點采樣法，主要采集0～20 cm土層。土壤樣品在陰涼通風處自然風干后，室內過2 mm篩，剔除所有植物碎片、根系、石子等，充分混合后用四分法縮分，再過100目尼龍篩，供土壤pH測定和分析測試。土壤樣品分析因子包括pH值、鉛、鎘、鉻、汞、砷、鋅、銅等重金屬[3]。

1.2 土壤重金屬污染分析

1.2.1 土壤重金屬濃度分布

本研究以《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)[4]中的二級指標作為各項重金屬污染物的含量限值，采用單因子指數法進行土壤重金屬污染評價。

單因子指數法計算公式為：

式中，Pi為土壤中重金屬污染物i的單項污染指數；Ci為土壤中重金屬污染物i的實測濃度，mg/kg；C0i為土壤中重金屬污染物i的標準濃度，mg/kg。

所選鉛冶煉企業33個采樣點中，各采樣點鉻含量均達標，有28個采樣點出現重金屬超標現象；所選鋅冶煉企業68個采樣點中，有35個采樣點出現重金屬超標現象；所選鉛鋅聯合冶煉企業30個采樣點中，各采樣點汞、砷、鉛、鉻含量均達標，27個采樣點出現重金屬超標現象；所選銅冶煉企業100個采樣點中，各采樣點砷、鋅、鉛含量均達標，20個采樣點出現重金屬超標現象。具體超標情況見表1。

1.2.2 土壤重金屬空間分布

所選鉛冶煉企業周邊土壤環境質量監測結果表明，距離廠界500 m范圍內土壤表層鉛、鎘、鋅、砷含量均明顯高于500～3 000 m區域。受企業所在區域地形條件影響，該鉛冶煉企業周邊500～3 000 m區域內土壤表層鉛、鎘、鋅、砷含量，未表現出隨廠界距離增加而明顯變化的趨勢。隨著廠界距離的增加，土壤表層汞、鉻含量有逐漸減小的趨勢，但這種變化在統計上并不顯著。

所選鋅冶煉企業周邊土壤鉛含量監測結果如圖2(a)所示。土壤表層鉛、鋅、鎘含量較明顯地表現出隨著與廠界距離的增加而逐漸降低的趨勢，表明其分布與企業生產有較密切關系。砷、鉻、銅、汞其他重金屬元素隨廠界距離未表現出明顯變化規律。與本研究其他鉛冶煉、鉛鋅聯合冶煉企業相比，該鋅冶煉企業所處地形為平原，因此重金屬污染物的影響范圍、程度與企業生產的關系更為密切。

表1 所選企業周邊土壤重金屬超標情況表

所選鉛鋅聯合冶煉企業周邊土壤環境質量監測結果表明，距廠界500 m范圍內，土壤表層鎘含量顯著增高(本研究分別于2010年和2013年對該企業周邊土壤進行采樣分析測試)。距廠界500 m內、500～1 500 m、1 500～3 000 m、3 000 m以外區域，土壤表層鉻、砷含量均顯著降低。受企業生產運營時間、所在位置地形條件(山區)的影響，該鉛鋅聯合冶煉企業周邊土壤表層各重金屬元素含量均未表現出隨廠界距離增加而顯著變化的趨勢。

所選銅冶煉企業周邊土壤鉛含量監測結果如圖2(b)所示。土壤表層重金屬元素含量較明顯地表現出隨著與廠界距離的增加而逐漸降低的趨勢，表明其分布與企業生產有較密切關系。其中，土壤中鎘、銅、鉛、鋅濃度分布與主導風向較為一致；汞的濃度總體偏低，在主導風向的兩側土壤中濃度較大；土壤中砷濃度分布規律與主導風向不太一致。

圖2 鋅、銅冶煉企業周邊土壤中鉛濃度分布等值線圖Fig.2 Lead concentration contour map in soil of the lead and zinc smelting enterprises

根據前文分析可知，有色金屬冶煉企業周邊土壤中重金屬的來源主要是冶煉過程中產生的含重金屬污染物煙塵的大氣沉降，土壤中重金屬的累積影響隨著企業生產時間的增加而逐步顯現，這種現象在平原地區較山地、丘陵地區更為明顯。

有色金屬冶煉企業的污染源控制除主金屬外，更需要對非主金屬給予足夠關注。以鉛冶煉和鉛鋅聯合冶煉企業為例，其企業周邊土壤中鉛超標情況并不嚴重，而鎘超標情況相當普遍[5]。

2 有色金屬冶煉企業建設項目土壤累積影響預測

2.1 預測模式

進行土壤累積影響評價定量預測的模式主要有兩種[6]，分別為考慮土壤殘留系數的模式和不考慮土壤殘留系數的模式。

(1)考慮土壤殘留系數的模式

式中，Qt為重金屬污染物在土壤中的年累積量，mg/kg；Q0為土壤中某重金屬的起始濃度，mg/kg；P為每年外界重金屬進入土壤量折合成土壤濃度，mg/kg；K為土壤中某重金屬的年殘留率，%；t為年數。

(2)不考慮土壤殘留系數的模式

Qt=Q0+Pt

式中，Qt為土壤中某重金屬在t年后的濃度，mg/kg；Q0為土壤中某重金屬的起始濃度，mg/kg；P為每年外界重金屬進入土壤量折合成土壤濃度，mg/kg；t為年數。

根據對企業的試算結果可知[7]，在參數選擇合理的前提下，這兩種預測模式的預測結果基本可靠。

2.2 預測參數

(1)土壤重金屬起始濃度

本研究分別采用了不同起點土壤重金屬背景濃度，進行了累積影響預測。采用的土壤重金屬起始濃度包括：全國或地方土壤環境背景值調查數據；試點企業環評或竣工環保驗收期間監測數據。結果表明，土壤重金屬起始濃度的差異對土壤重金屬累積影響預測的結果影響較大。采用全國或地方土壤環境背景值調查數據、試點企業環評或竣工環保驗收期間監測數據作為土壤重金屬起始濃度時，由于點位數量有限，而且當時監測調查點位與本次驗證點位的位置存在差異，所采用的土壤重金屬起始濃度并不能真實反映驗證點位的重金屬起始濃度，對土壤重金屬累積影響預測結果造成較大干擾。因此，在開展土壤重金屬累積影響預測時，應以土壤累積影響預測起始年度的實際土壤濃度值作為預測起始濃度。

(2)重金屬土壤殘留率

重金屬土壤殘留率不僅受土壤本身理化特性影響，同時還受到植物吸收富集、土壤侵蝕等外界作用的影響。目前關于重金屬在土壤中殘留率這一參數的基礎研究很少，還難以給出統一的土壤殘留率數據。

由于本次研究中的監測調查數據均為野外采集樣品分析，受外界條件干擾也比較大，因此，要準確獲得土壤殘留率的數據則需要通過專項科研課題進行研究。為簡化工作內容，土壤殘留率可參考《公路建設項目 環境影響評價規范(試行)》(JTJ005—96)提出的鉛元素95%的殘留率進行計算，砷、鎘、鉻、鋅等其他重金屬元素也可按照95%的殘留率進行計算。

(3)外界年輸入量

根據企業試算結果，采用大氣預測重金屬污染物沉降量方法估算出的外界年輸入量更為可靠。

2.3 預測方案

在確定預測模式、選擇預測參數后，即可采用土壤累積環境影響預測模式進行預測，預測內容主要包括以下兩方面：

(1)服務年限內土壤中污染物累積量

以各監測點位現狀監測值為起始濃度，在不加入新的污染源的前提下，預測該企業主要設備服務期滿時的土壤濃度值。

(2)土壤可納污能力限值

以各監測點位現狀監測值為起始濃度，分別以各種土壤環境質量數據作為預測的目標值，在不加入新的重金屬污染源的前提下，推算在服務期滿時達到目標值的情況下，土壤能接納的最大外界年輸入量。

2.4 預測結果分析與評價

根據土壤累積環境影響預測內容，主要從以下兩方面進行評價：

(1)土壤累積影響防護距離

根據預測的服務年限內土壤中污染物累積量，繪制土壤濃度等值線圖，結合《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)標準限值的要求劃定土壤累積影響防護距離。

(2)土壤可納污能力限值

根據預測的土壤可納污能力限值，反推區域可接納的以大氣污染物沉降形式進入土壤的重金屬污染物量，為區域土壤環境承載力預測提供科學依據。

2.5 存在問題及制約條件

(1)重金屬輸入量的確定

本研究中土壤重金屬外界輸入量采用大氣沉降量預測結果進行累積影響分析。但實際上，土壤重金屬外界輸入量的確定非常復雜。企業廢氣污染源對土壤重金屬的累積受多種因素影響，譬如生產工況、環境因素、氣象條件、治理效果等；同時，每年度或年度內各月的重金屬輸入量均有所不同。因此，重金屬實際累積量與預測累積量存在一定差異。

(2)土壤重金屬殘留率的確定

土壤重金屬殘留率受重金屬形態、土壤類型與理化性質，以及植物吸收富集、土壤侵蝕等外在因素的多重影響。不同區域、不同類型的土壤，其重金屬殘留率不同；即使同一區域，同一種重金屬形態不同，重金屬殘留率也不同。因此，土壤殘留率的確定對于土壤重金屬累積影響預測的準確性也是一個制約條件。

3 有色金屬冶煉企業土壤環評研究展望

有色金屬冶煉企業建設項目土壤環評是一項正在嘗試開展的新工作，為使其具有更為堅實的技術基礎和更為廣闊的應用前景，建議重點開展以下幾項工作：

3.1 開展土壤重金屬基礎研究

開展土壤重金屬殘留率、土壤重金屬來源解析等基礎研究。

(1)土壤重金屬殘留率

土壤重金屬殘留率在土壤累積環境影響預測模式中較為重要，且其數值對預測結果有較大影響。如前文所述，重金屬土壤殘留率的確定較為復雜。此外，隨著企業發展階段以及社會生活方式的變化，每年從外界輸入到土壤中的重金屬污染物數量有較大差異，因此要獲得準確的區域殘留率，則需要通過開展專項科研課題進行研究。

(2)外界年輸入量

為簡化工作，本研究確定土壤中重金屬污染物的外界年輸入量時只考慮了企業生產所排放的重金屬污染物，對其周邊同類企業以及社會生活所排放的重金屬污染物則未計算在內。這會為計算結果帶來誤差，尤其是位于人群集中居住區附近的老企業。如不考慮其他企業以及社會生活所產生的影響，則會導致預測結果比實際情況偏小。因此，建議后續加強其他污染源對土壤環境質量影響的研究。

3.2 設置土壤累積影響防護距離

建議在開展有色金屬冶煉企業建設項目環境影響評價時，根據企業服務年限內土壤中重金屬的累積預測結果，繪制重金屬濃度等值線圖，結合《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)標準限值的要求劃定土壤環境防護距離。在土壤環境防護距離內不允許種植進入食物鏈的作物。

3.3 制定土壤環評技術導則

土壤是自然環境系統中一個很重要的子系統，人類活動所產生的很多污染物，尤其是重金屬，都是通過這一子系統進入食物鏈，最終危害人體健康。然而，在目前的建設項目環評技術體系中，缺乏針對土壤環評的導則，在此建議盡快出臺相應的技術導則，以指導此類建設項目的土壤環評工作[8]。

[1] 中國科學院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海: 上海科學技術出版社, 2003.

[2] 國家環境保護總局.HJ/T166—2004 土壤環境監測技術規范[S]. 北京: 中國環境科學出版社, 2005.

[3] 舒艷. 某鉛冶煉企業周邊土壤重金屬污染狀況調查研究[C]//中國環境科學學會. 2012中國環境科學學會學術年會論文集(第四卷). 北京: 中國農業大學出版社, 2012: 2703- 2711.

[4] 國家環境保護局, 國家質量監督局.GB15618—1995 土壤環境質量標準[S]. 北京: 中國標準出版社, 2004.

[5]ShuYan,ZhaiShengjia.Studyonsoilheavymetalscontaminationofaleadrefinery[J].ChineseJournalofGeochemistry, 2014, 33(4): 393- 397.

[6] 王紅旗. 土壤環境學[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007.

[7] 舒艷, 王亞男, 李時蓓, 等. 鉛污染物在土壤中累積影響評價方法研究[J]. 中國環境科學, 2012, 32(S2): 56- 62.

[8] 楊勁松, 余世鵬, 謝文萍. 土壤環評管理面臨的問題與對策[J]. 環境影響評價, 2015, 37(1): 1- 5.

Problems and Prospects of Soil Environmental Impact Assessment for Nonferrous Metal Smelting Projects

GU Rui1, SHU Yan2, LIU Yi-fan2, WU Tie1, SU Yi1

(1.Appraisal Center for Environment & Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100027, China;2.Environmental Development Centre, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029, China)

After investigating the heavy metal concentration in the soil around typical nonferrous metal smelting companies including lead, zinc, lead-zinc and copper smelting companies, the paper analyzes the current soil contamination by heavy mental and its future trend. It puts forward the soil EIA methodology for non-ferrous metal smelting and raises the suggestions on keeping the safety distance for accumulative impact in order to provide technical support to nonferrous metal smelting companies for the pollution control.

nonferrous metal smelting companies; soil; environmental impact assessment

2014-12-09

環境保護部財政預算項目(2110203)

顧睿(1978—)，男，江西人，工程師，碩士，研究方向為有色金屬行業環境影響評價，E-mail：gurui@acee.org.cn

舒艷(1978—)，女，四川人，高級工程師，博士，研究方向為涉重建設項目環境影響評價，E-mail：shuyan@edc-eia.org

10.14068/j.ceia.2015.03.017

X825

A

2095-6444(2015)03-0065-05