貴州鐵路鋅廠廢渣舊址土壤重金屬污染研究與分析

陳冬華，袁 瑋，吳記銀

（1.凱里生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州 凱里 556002；2.凱里學(xué)院，貴州 凱里 556011）

1 引言

貴州鐵路鋅廠廢渣舊址位于下灣溪東經(jīng)107°58′，北緯26°36′，利用較為偏僻山坡并配以水泥筑壩，形成大概面積為37000 m2的廢渣廠，在此對貴州鐵路鋅廠廢棄物進(jìn)行堆積，以避免對凱里市地表環(huán)境造成大面積影響。鐵路鋅廠廢渣中仍含有部分重金屬，會引發(fā)該區(qū)域內(nèi)土壤污染。土壤一旦發(fā)生重金屬污染，不僅會通過作物進(jìn)入動物和人體，還會通過下滲作用對地下水造成，而且污染難以治理，嚴(yán)重威脅人類生存安全[1]。

凱里市目前已獲得“全國文明城市”“優(yōu)秀旅游城市”等稱號，因此對生態(tài)環(huán)境建設(shè)要求也較高。并且隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，凱里市人口數(shù)量不斷增多，土地開發(fā)速度快速增長，現(xiàn)鐵路鋅廠廢渣舊址周邊部分土壤已被附近居民用于作物的種植。因此本文以凱里市原貴州鐵路鋅廠廢渣舊址中的土壤為研究對象，分析土壤中重金屬的含量，評價其潛在生態(tài)風(fēng)險，為以后該區(qū)域土壤的利用與治理提供參考依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)采用火焰分光光度計法[2]，利用火焰原子吸收光譜儀（AA-7020原子吸收分光光度計，北京東西分析儀器有限公司）進(jìn)行樣品的測定。

2.2 樣品的采集

由于采樣區(qū)地形坡度及面積較大，地勢不平坦，較符合蛇形采樣法的標(biāo)準(zhǔn)，則在研究區(qū)內(nèi)不同坡位，利用蛇形采樣法選擇六個采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，D1—D6采樣點(diǎn)經(jīng)緯度為：26°36′55″，107°58′44″；26°36′54″，107°58′43″；26°36′53″，107°58′41″；26°36′52″，107°58′41″；26°36′52″，107°58′40″；26°36′52″，107°58′39″。D1點(diǎn)與各采樣點(diǎn)的水平高度分別為：0，41，103，124，144，166米。

2.3 評價方法

2.3.1 貴州省土壤背景值及毒性相應(yīng)系數(shù)

貴州省土壤背景值與土壤重金屬的毒性相應(yīng)系數(shù)[3]，見表1。

表1 貴州省土壤背景值及毒性相應(yīng)系數(shù)

2.3.2 單因子指數(shù)法

其中，Px為污染指數(shù)，Cx為實(shí)測濃度，Co為貴州省土壤背景值。單因子指數(shù)法分級標(biāo)準(zhǔn)參考徐爭啟等著【潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價】中重金屬毒性系數(shù)計算文章[4]。

2.3.3 土壤綜合污染指數(shù)法

其中，Pm為土壤綜合指數(shù)，Pmax和Px分別為單因子x元素的最大值和平均值。土壤綜合污染分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 土壤綜合污染分級標(biāo)準(zhǔn)

2.3.4 潛在生態(tài)風(fēng)險評價法

式中：RI為潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，為單一生態(tài)風(fēng)險因子，Tx表示重金屬元素x的毒性相應(yīng)系數(shù)，Cx、Co分別為實(shí)測濃度、貴州省土壤背景值。分級標(biāo)準(zhǔn)參考盛紅坤等著【天津市某校園土壤中重金屬污染研究及其評價】[5]。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 重金屬研究結(jié)果

鐵路鋅廠廢渣舊址土壤中鐵的濃度最高值是D3點(diǎn)位，為303.40 mg/kg，是貴州省土壤背景值的33.2倍，最低值是D2點(diǎn)位，為105.35 mg/kg，是貴州省土壤背景值的11.53倍；鋅的平均濃度最高的是D3點(diǎn)位，為85.79 mg/kg，最低的是D2點(diǎn)位，為45.95 mg/kg，均未超過貴州省土壤背景值；錳的平均濃度最高的是D3點(diǎn)位，為80.46 mg/kg，最低的是D2點(diǎn)位，為13.68 mg/kg，均未超過貴州省土壤背景值；金屬鎘的濃度最高的值是D3點(diǎn)位，為3.72 mg/kg，是貴州省土壤背景值的5.64倍，最低值是D5點(diǎn)位，為1.27 mg/kg，是貴州省土壤背景值的1.92倍；鉛的濃度最高的是D3點(diǎn)位，為87.90 mg/kg，是貴州土壤背景值的2.5倍，最低值的是D1點(diǎn)位，為2.52 mg/kg，未超過貴州土壤背景值；D6點(diǎn)位鉛的平均濃度為50.78 mg/kg，超過貴州省土壤背景值0.51倍；銅的平均濃度最高的是D3點(diǎn)位，為26.60 mg/kg，最低的是D1點(diǎn)位，為0.60 mg/kg，均未超過貴州土壤背景值，詳見圖1、圖2。

圖1 土壤中金屬鐵、鋅、錳濃度

圖2 土壤中金屬鎘、鉛、銅濃度

3.2 分析結(jié)果

3.2.1 單因子指數(shù)法分析結(jié)果

由表3可知，土壤中金屬Fe各點(diǎn)的單因子指數(shù)均大于3，六個取樣點(diǎn)評價均為重度污染；金屬Cd評價結(jié)果D5處為輕度污染，D1處為中度污染，其余四個取樣點(diǎn)為重度污染；Pb評價結(jié)果D3處為中度污染，D6處為輕度污染，D1、D2、D4、D5處單因子指數(shù)均小于1，污染程度為清潔；Zn、Mn、Cu各點(diǎn)單因子評價結(jié)果均小于1，污染程度為清潔，污染程度順序?yàn)椋篎e>Cd>Pb>Zn>Cu>Mn，詳見表3。

表3 單因子污染指數(shù)結(jié)果

3.2.2 土壤綜合污染指數(shù)法評價結(jié)果

由表4可知，六個取樣點(diǎn)土壤綜合污染指數(shù)均大于3，評價其綜合污染程度均為重污染，綜合污染程度順序?yàn)椋篋3>D6>D4>D5>D1>D2，詳見表4。

表4 土壤綜合污染指數(shù)結(jié)果

3.2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險評價法評價結(jié)果

由表5可知，采樣點(diǎn)D1、D4、D5的RI值小于150，評價這三個取樣點(diǎn)潛在生態(tài)風(fēng)險程度為低；D2、D3、D6處于150與300之間，評價這三個取樣點(diǎn)潛在生態(tài)風(fēng)險程度為中度，潛在生態(tài)風(fēng)險程度順序?yàn)椋篋3>D6>D2>D4>D1>D5，詳見表5。

表5 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)結(jié)果

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

（1）Fe和Cd超出貴州省土壤背景值。其中Fe的濃度為105.35～303.40 mg/kg，超出背景值的11.53～33.2倍；Cd的濃度為1.27～3.72 mg/kg，超出背景值的1.92～5.64倍；Pb的濃度為2.52～87.90 mg/kg，最高濃度超背景值2.5倍。金屬Zn、Mn、Cu濃度均未超過貴州省土壤背景值。

（2）單因子指數(shù)法評價六種重金屬的污染程度順序?yàn)镕e>Cd>Pb>Zn>Cu>Mn。其中，F(xiàn)e為重度污染；Cd為輕度污染到重度污染之間；Pb為清潔至中度污染之間，Zn、Mn、Cu各點(diǎn)污染程度均為清潔。

（3）綜合污染指數(shù)法評價六個取樣點(diǎn)污染程度順序?yàn)镈3>D6>D4>D5>D1>D2，且均屬于重度污染。

（4）潛在生態(tài)風(fēng)險評價法評價結(jié)果為采樣點(diǎn)D1、D4、D5潛在生態(tài)風(fēng)險程度為低；D2、D3、D6潛在生態(tài)風(fēng)險程度為中度。潛在生態(tài)風(fēng)險程度順序?yàn)镈3>D6>D2>D4>D1>D5。

4.2 討論

（1）Fe、Cd、Pb超出貴州省土壤背景值，特別是金屬Fe超貴州省土壤背景值數(shù)十倍，這是因?yàn)镕e、Cd、Pb是鋅礦的伴生組分，并且在提煉過程中未能進(jìn)行有效綜合利用與二次資源回收，從而導(dǎo)致在廢渣中含量高，成為環(huán)境主要污染物[6]。

（2）D3與D6綜合污染程度較高，且D3高于D6，原因則是D3點(diǎn)位較高，地表裸露，沒有植被覆蓋與富集；D3處于一個較大的平面處，廢渣從上方傾倒點(diǎn)滾落經(jīng)D1、D2后被平坦的D3處截留，從而造成D3土壤中處重金屬綜合污染程度最高。廢渣被D3截留后不易落入下方D4、D5、D6處，但由于雨水的沖刷，高處的重金屬隨地表徑流自上而下流出，最終被位于D6處的廢渣礦壩所截留，因此造成 D6處土壤綜合污染程度也較高。

（3）結(jié)合單因子指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險評價法評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然Fe和Cd均屬于重度污染，但是其潛在生態(tài)風(fēng)險評價卻無Fe元素的評價。這是由于鐵在人體中的含量較高，不將其作為潛在生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)，但是其單因子評價為重度污染，其各點(diǎn)濃度均超出貴州省土壤背景值較高，所以在原鐵路鋅廠廢渣舊址中所需治理的污染物是Fe和Cd。