某鉛鋅冶煉廠周邊土壤重金屬污染特征研究

孫 濤，徐皓普，于致偉，王乙穎，劉冬梅，湯 波

(陜西理工大學 環境系，陜西 漢中 723000)

近現代我國工業經歷了飛躍式的發展，但在經濟發展的同時，各地區的環境卻不斷惡化。其中代表性的即為對環境和人體都造成巨大威脅的重金屬污染。土壤是生物和人類生存的不可缺少的介質，特別是漢中作為盆地對土壤的依賴更為嚴重，尤其作為漢江支流流經的地區，土壤多分布于江流周圍，極易由于江水沖刷而造成重金屬流入徑流水中，從而造成多區域流域受污染[1]。因此本實驗以漢中盆地某鉛鋅冶煉廠為研究對象，采取廠區周圍不同距離的土壤樣品，查明土壤中Pb、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Fe等土壤重金屬污染，并研究其污染特征。根據《土壤環境質量標準》(GB15-618-1995)的二級標準中選取標準值，運用內梅羅綜合指數法和潛在生態危害指數法等對其污染狀況進行評價，重點在于研究生態風險評價以及居住安全性的評定，對當地居民及務工人員的居住環境及距離做一評價和劃分，為漢中市土壤重金屬污染的治理提供有力的科學數據和依距[2]。

1 材料與方法

1.1 采樣地點

此次采樣點的地點位于陜西省南部、漢中盆地西端，地處漢江上游，北依秦嶺，南連巴山此地區為典型的內陸性季風氣候，屬亞濕潤區，平均年降水量849.5 mm。總的氣候特征是：溫暖濕潤，四季較為分明，冬季少雨雪，夏秋多雨，光輻射值低，日照時數短。

1.2 樣品處理

將土壤樣品在實驗室通風晾干，磨碎松散后過100目篩。用于元素含量和PH值測定。稱取土樣0.5 g，每個點的設置3個平行樣，用王水[V(濃鹽酸)∶V(濃硝酸)=3∶1]消解，并使用火焰原子吸收光譜法測定Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Ni、Fe的含量；用酸度計測定土壤懸液的pH值[3]。

1.3 評價方法

本文采用單因子污染指數法、內梅羅綜合污染指數法[4]以及潛在生態危害指數法對所調查的區域土壤重金屬污染狀況以及污染風險進行評價，單因子污染指數法、內梅羅綜合污染指數法以及潛在生態危害指數法以《土壤環境質量標準》(GB15618-1995)的二級標準[5]作為評價標準值。

單因子污染指數法計算公式如下：

Pi=Ci/Si

其中Pi為土壤中i元素的污染指數；Ci為i元素的實測質量分數，mg/kg；Si為i元素評價標準值。具體分類標準為Pi≤1為無污染；1

內梅羅綜合污染指數法計算公式如下：

潛在生態危害指數法計算方法如下：

Eri=Tri×Pi

RI=∑i=1Eri

其中Eri為單個重金屬潛在生態風險因子指數；Tri為重金屬i的毒性相應系數；Pi為土壤中i元素的污染指數；RI為重金屬的綜合潛在生態危害指數,其分類標準見表1。

表1 土壤潛在生態危害指數評價表[7]Table 1 Evaluation table of soil potential Ecological hazard index [7]

2 結果與討論

2.1 土壤重金屬含量

本次對距離廠區50、100、200、400、500、600 m共計17個采樣點的土壤進行了重金屬總量測定，6個不同距離土壤的重金屬總量平均值統計結果如表2。

由表2得，Cu在距廠區200 m處含量最高，為107.88 mg/kg，超過國家二級標準7.9%，在400 m處最低為29.98 mg/kg，最低含量為最高含量的27.8%；Cr在距廠區200 m處含量最高，為111.48 mg/kg，在50 m處含量最低為20.00 mg/kg，最低含量為最高含量的17.9%，最高含量并未超過國家二級標準，說明Cr元素在研究區域內存在一定積累，但無污染風險；Pb在距廠區200 m處污染較為嚴重，其含量為412.67 mg/kg,超過國家二級標準37.6%，在50m處含量最低，為12.97 mg/kg,最低含量為最高含量的3.1%；Cd在距廠區200 m處含量最高，為67.89 mg/kg，超過國家二級標準171.7%，在100m處含量最低，為1.59 mg/kg，最低含量為最高含量的2.3%；Ni在距廠區600 m處含量最高，為137.76 mg/kg，在50 m處含量最低43.44 mg/kg，超過國家二級標準129.6%，最低含量為最高含量的31.5%；Zn在距廠區200 m處含量最高，其含量達2048.76 mg/kg，超過國家二級標準719.5%，在400 m處含量最低為566.74 mg/kg，最低含量為最高含量的27.66%， Zn含量在各采樣點均超過標準值，說明Zn的積累最為嚴重，應作為主要的管控和治理對象。

表2 土壤重金屬總量統計結果Table 2 Statistical results of total heavy metals in soil mg/kg

縱向比較表2的數據可得，在50～200 m范圍Cr、Pb、Fe、Ni 、Zn 的含量隨距離增加不斷增加，而Cu、Cd在50～100 m含量隨距離增加有所降低，從100～200 m含量隨距離增加又大幅增加，且Cu、Cr、Pb、Fe、Cd、Zn含量在200 m處達到峰值，隨后7種元素含量從200～400 m大幅減少，Cu、Cr、Pb、Ni、Zn的含量在400～600 m隨距離增加不斷增加，Fe和Cd在土壤中的含量在此范圍內增加后又有所減少；由此可得出廠區周圍7種金屬含量隨距離變化上下波動頻繁，這說明這7種重金屬受到外源因素的影響較大，空間分布差異明顯[8]。

2.2 單因子污染指數與內梅羅綜合指數評價

根據處理土樣時測得的pH值對應《土壤環境質量標準》(GB15-618-1995)的二級標準，對6種重金屬在距廠區不同距離地帶做單因子污染指數與內梅羅綜合指數評價，各指數如表3所示。

表3 土壤重金屬污染評價指數結果Table 3 Results of Evaluation index of soil heavy metal pollution

距廠區50 m土壤中Zn的Pi值為2.129，屬輕度污染，其余幾種金屬Cu、Cd、Pb、Cr、Ni的Pi值均小于1，屬無污染狀態；距廠區100 m處土壤中Zn的Pi值為3.459，屬中度污染，Ni的Pi值為1.209，屬輕微污染，Cu、Cd、Pb、Cr、Zn屬無污染狀態；重金屬富集最為嚴重的是距廠區200 m土樣，重金屬單因子污染指數分別為Zn(8.195) > Cd(2.263) > Ni(2.136) >Pb(1.213) > Cu(1.079)> Cr(0.557)，其中Zn的單因子污染指數大于5，已達到重度污染，Cd和Ni的單因子污染指數均大于2小于3，達到中度污染，Cu單因子指數大于1小于2，屬輕微污染，Cr元素單因子污染指數小于1，屬清潔無污染狀態；距廠區400 m處土壤中Zn的Pi值為1.899，屬于輕微污染，Cu、Cd、Pb、Cr、Ni的Pi值均小于1，屬于無污染狀態；距廠區500 m處土壤中Zn的Pi值為4.156，屬于中度污染，Ni和Cd的Pi值封分別為2.041、1.531，屬于輕度污染和輕微污染，Cu、Pb、Cr的 Pi值均小于1，屬無污染狀態；距廠區600 m處土壤中Zn、Ni、Cu的Pi值分別為5.419、2.739、1.006，屬于重度污染、輕度污染和輕微污染，Cd、Cr、Pb的Pi值均小于1，屬于無污染狀態。廠區周邊土壤綜合污染指數Pn的值分別為50 m(1.551)、100 m(2.538)、 200 m(5.944)、400 m(1.388)、500 m(3.044)、600 m(3.979)，污染程度200 m(重度污染)> 600 m(重度污染) >500 m(重度污染)> 100 m(輕度污染)> 400 m(輕度污染)> 50 m(輕度污染)，內梅羅綜合指數平均值為3.074，說明該廠區周邊土壤Cu、Pb、Zn、Ni、Cr和Cd的綜合污染程度處于重度污染狀態，其中Zn的點位超標率達到了100%，說明Zn的積累最為嚴重，且污染范圍最廣。

2.3 潛在生態風險評價

不同距離樣點土壤和重金屬類型生態風險統計如表4所示。

表4 潛在生態風險評價指數評價結果Table 4 Evaluation results of potential ecological risk assessment index

廠區周邊重金屬生態風險指數在0.1600～67.892之間，綜合生態風險評價指數大小依次為200 m>500 m>600 m>50 m>100 m>400 m，但是各采樣點綜合潛在生態風險指數RI均小于150，屬于輕微生態危害；在距廠區200 m土樣中，重金屬單項潛在生態風險指數Cd>Pb>Ni>Zn>Cu>Cr,在廠區土壤修復中應該重點關注Cd和Pb。在200 m處的綜合生態風險指數大于其他距離樣點指數值的2倍及以上，廠區重金屬可依靠揚塵和廢氣在風力作用下擴散，200 m可能為揚塵降落點，導致重金屬積累嚴重，造成生態危害。

3 結論

3.1 重金屬污染分布特征

本次所調查的對象為鉛鋅冶煉廠，由所測的數距表明Zn、Cd、Ni的超標點位較多，因此主要污染重金屬為Zn，Cd、Ni，且Zn的積累最為嚴重。而Cr在此地無超標點位，可看出Cr對此地土壤的危害較輕，甚至對人體無危害，可忽略此種重金屬對此地的危害，Cu僅在200 m和600 m處、Pb僅在200 m地段超過《土壤環境質量標準》(GB15-618-1995)的二級標準，說明三種重金屬僅有很少的外源輸入。此地的重金屬積累是粉塵飄落、運輸散落等原因造成，但重金屬含量在距離增加時的分布無規律，因此其擴散可能受風向、雨水沖刷作用較為明顯[9]。

由單因子污染指數與內梅羅綜合指數評價結果來看，調查區域土壤重金屬污染嚴重，且污染達到了一定距離，200、500、600 m處點位綜合污染程度處于重度污染狀態，50、100、400 m處點位綜合污染程度處于輕度污染狀態。取樣土壤中污染程度最高的是Zn和Ni，Zn在廠區周邊土壤中含量均超過《土壤環境質量標準》(GB15-618-1995)的二級標準，對人體可造成危害，而Ni在僅在距廠區50 m和400 m處未超過《土壤環境質量標準》(GB15-618-1995)的二級標準，超標點位均達到中度及以上污染程度。

3.2 居住安全性評定

由綜合指數評價結果來看，該冶煉廠周邊土壤污染較為嚴重，但從潛在生態風險評價指數評價結果來看，由距離劃分的各地段仍處于輕微生態危害狀態。主要原應是：積累嚴重的重金屬毒性系數都較小，毒性系數較大的金屬積累反而不是很嚴重，所以未造成很強的生態危害。但是還是會對人體健康造成一定威脅，并且積累的重金屬可能會從蔬菜、植被向人體富集、放大，加劇危害[10]，所以該廠周邊不適宜居住。

4 期望和建議

對該廠區域重金屬的遷移積累和理化性質做更深層次的分析和研究，需要長期對土壤的監測，收集和分析廠區周圍的大氣顆粒物質，并結合地形氣候，利用模型對重金屬的遷移和積累做預測后有望完成。

同時，可在此區域內種植耐重金屬的植物以修復此地土壤功能，把重金屬危害降到可控范圍內。