典型電鍍污染場(chǎng)地重金屬污染特征與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

陳志良，周建民，蔣曉璐，彭曉春，洪鴻加，周鼎，雷國(guó)建，趙述華

環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655

改革開放以來，工業(yè)化水平不斷提高，隨著汽車、摩托車、機(jī)械裝備、電子電器、五金燈飾等制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，作為具有重要配套功能的電鍍產(chǎn)業(yè)也得到發(fā)展壯大。但電鍍產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中存在比較嚴(yán)重的環(huán)境問題，極易造成場(chǎng)地的重金屬污染[1-3]。早期電鍍企業(yè)普遍存在規(guī)模小、工藝簡(jiǎn)單與管理不規(guī)范的特點(diǎn)，當(dāng)電鍍企業(yè)升級(jí)改造以及搬遷過程中會(huì)遺留大量被污染的場(chǎng)地，因此，研究這種類型場(chǎng)地污染物特征與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，可為電鍍行業(yè)污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)管理提供支撐。筆者以廣東省某搬遷電鍍基地遺留場(chǎng)地為研究對(duì)象，分析了電鍍企業(yè)遺留場(chǎng)地的污染特征與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以期為污染場(chǎng)地環(huán)境管理提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與采樣

以某搬遷電鍍基地為研究對(duì)象，分析場(chǎng)地的重金屬污染特征。該電鍍基地是以電鍍工業(yè)為主的鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍城，于1994年建成投產(chǎn)，占地約2萬m2，主要包括五金、塑料、機(jī)械加工、電鍍等行業(yè)。電鍍城內(nèi)有電鍍企業(yè)37家，鍍種主要為鍍銅、鎳、鉻、鋅等，電鍍所用的主要原料和助劑為HCl、銅、鎳、鉻、鋅、氰化物、鉻酐、光亮劑等。電鍍城污水處理站處理工藝采用化學(xué)還原法，處理規(guī)模為250 td。

圖1 采樣點(diǎn)布置Fig.1 The soil sampling location

考慮場(chǎng)地功能分布，在電鍍城區(qū)內(nèi)按25 m×25 m進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并在最有可能存在污染的污水處理站、排污管網(wǎng)和電鍍廠區(qū)內(nèi)加密布點(diǎn)，原則上每個(gè)較大電鍍廠均布設(shè)樣點(diǎn)，共布設(shè)采樣點(diǎn)35個(gè)(S1～S35)，采樣深度為表層土壤至地下水位，分3層采樣(0～50 cm、50～100 cm和100 cm～地下水位)，共采集105個(gè)樣品；同時(shí)在場(chǎng)地外部區(qū)域3個(gè)方向離場(chǎng)地邊界外1 000 m分別布設(shè)采樣點(diǎn)3個(gè)(S36～S38)?？傆?jì)108個(gè)土壤樣品。

2 研究方法

2.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與分析方法

土壤監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括含水率、機(jī)械組成以及pH、總鎘、總鉛、總鉻、六價(jià)鉻、總銅、總鋅、總鎳、總銀、氰化物、總石油烴類(TPH)等。分析測(cè)試方法參照文獻(xiàn)[4-5]。

2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)篩選

由于研究區(qū)土地再利用用途為居住用地，鑒于我國(guó)現(xiàn)已頒布的GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[4]只適用于農(nóng)田、蔬菜地、茶園、牧場(chǎng)、林地、自然保護(hù)區(qū)等地的土壤，因此需要找到一個(gè)適合該場(chǎng)地的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?！锻寥拉h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(修訂版)》[6]目前仍未頒布，因此，參照美國(guó)[7]、英國(guó)[8]、加拿大[9]、荷蘭[10]等國(guó)家的土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，及北京市DB 11T 811—2011《場(chǎng)地土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)篩選值》[11]進(jìn)行對(duì)比，選取較嚴(yán)格的限值作為該次評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 我國(guó)與國(guó)外土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

Table 1 The comparison of the soil environment quality standard between oversea and China mgkg

表1 我國(guó)與國(guó)外土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

指標(biāo)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(修訂版)》居住用地1)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值荷蘭住房用地目標(biāo)值干預(yù)值美國(guó)居住用地篩選值DB 11∕T 811—2011居住用地選用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值總鎘濃度100.81270(飲食)810總鉻濃度400(六價(jià)鉻5.0)100380—2)250(30)380總銅濃度300361903 100600190總鉛濃度30085530400400300總鎳濃度150352101 500(可溶鎳鹽)50150總鋅濃度5001407203 100(代森鋅)3 500500總銀濃度——157 800(氰化銀)—15氰化物濃度(以CN-計(jì))205501 60030020總TPH濃度1 000505 000——1 000

1)為城鄉(xiāng)居住區(qū)、學(xué)校、賓館、游樂場(chǎng)所、公園、綠化用地等地土壤； 2)“—”表示沒有相應(yīng)值。

2.3 基于環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局對(duì)化學(xué)物質(zhì)分類，將化學(xué)物質(zhì)分為致癌物質(zhì)與非致癌物質(zhì)2類，其中以污染物的致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受值為10-6，非致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受值小于1作為污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)[12]。通過計(jì)算污染物的致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)，可以評(píng)價(jià)基于人體健康的場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)單一污染物的致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)，其推薦模式包括計(jì)算經(jīng)口攝入土壤、皮膚接觸土壤、吸入土壤顆粒物、吸入室外土壤蒸汽、吸入室內(nèi)土壤蒸汽和飲用地下水途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)與非致癌風(fēng)險(xiǎn)[7]。

3 結(jié)果與討論

3.1 電鍍基地污染特征分析

電鍍污染場(chǎng)地的監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 土樣樣品分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

注：樣品數(shù)量為105個(gè);“—”表示沒有相應(yīng)值；pH無單位。

注：S1～S35為各采樣點(diǎn)位置。圖2 土壤中重金屬濃度空間分布特征Fig.2 The spatial distribution of heavy metal pollution in soil

由表2可知，除總鎘、總鉛和總TPH濃度未出現(xiàn)超標(biāo)外，其他檢測(cè)指標(biāo)均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。其中，總鉻濃度為4.50～2 580.00 mgkg，平均值為135.21 mgkg，最大超標(biāo)倍數(shù)為6.79倍；總銅濃度為5.90～7 240.00 mgkg，平均值為204.49 mgkg，最大超標(biāo)倍數(shù)為38.11倍；總鋅濃度為3.90～30 100.00 mgkg，平均值為340.82 mgkg，最大超標(biāo)倍數(shù)為60.20倍；總鎳濃度為2.40～2 900.00 mgkg，平均值為136.39 mgkg，最大超標(biāo)倍數(shù)為19.33倍；總銀濃度為0.05～19.40 mgkg，平均值為1.88 mgkg，最大超標(biāo)倍數(shù)為1.29倍。結(jié)果表明，該場(chǎng)地局部存在一定的重金屬污染，主要污染物為鉻、銅、鎳、鋅等。

土壤中重金屬濃度空間分布特征如圖2所示。從圖2可以看出，六價(jià)鉻在電鍍基地均有檢出，特別是S16與S19采樣點(diǎn)的六價(jià)鉻濃度最大，這2個(gè)采樣點(diǎn)均位于污水處理廠附近，其可能與污水處理廠管道漏滴有關(guān)；S21采樣點(diǎn)位于某電鍍廠附近，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該電鍍廠存在違法排污現(xiàn)象，重金屬超標(biāo)與其非法排污有很大關(guān)系；總鉻濃度最大值在S24采樣點(diǎn)，主要是由于該點(diǎn)為含鉻原料堆放地；其他重金屬超標(biāo)可能與電鍍鍍種有關(guān)，如鍍鋅、鍍銀、鍍鎳電鍍工藝企業(yè)。

3.2 電鍍場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，六價(jià)鉻、氰化物、三價(jià)鉻、銅、鋅、鎳、銀、鎘等污染物為電鍍行業(yè)關(guān)注污染物，按照不同土壤層不同暴露途徑對(duì)這些關(guān)注污染物開展了致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及非致癌危害熵的計(jì)算(表3和表4)。從表3和表4可以看出，表層土壤中鉻、鎳等污染物的基于人體健康致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均超過10-6，其中鎳的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為4.91×10-5，表明該基地的風(fēng)險(xiǎn)水平高；三價(jià)鉻、銅、鎳、銀等非致癌危害在各暴露途徑下也超過可接受值(1)，最高為鎳達(dá)20.8，表明該基地的風(fēng)險(xiǎn)水平高，需要進(jìn)行場(chǎng)地修復(fù)。該結(jié)論與施烈焰等[13-14]的研究結(jié)果一致。

表3 基于人體健康的污染物致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

注：為S1～S35監(jiān)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果；“—”為計(jì)算值可忽略。

表4 基于人體健康的污染物非致癌危害熵

注：為S1～S35監(jiān)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果；“—”為計(jì)算值可忽略。

4 結(jié)論

通過對(duì)某搬遷電鍍基地的調(diào)查分析得出，該基地基本上反映了我國(guó)早期電鍍行業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)，電鍍遺留場(chǎng)地中存在重金屬污染。從污染物類型看，主要關(guān)注特征污染物為鉻、鎳、鋅、銅、銀等。從污染物空間分布看，重金屬主要集中在污水處理廠、原材料堆場(chǎng)附近；局部地區(qū)特征污染物超標(biāo)可能與鍍種類型有關(guān)。

基于人體健康的場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果表明，鉻與鎳的致癌與非致癌風(fēng)險(xiǎn)較高，主要風(fēng)險(xiǎn)途徑是吸入室內(nèi)土壤顆粒物。因此，在土地再利用過程中須關(guān)注吸入室內(nèi)土壤顆粒物的暴露途徑。

[1] 甘文君,何躍,張孝飛,等.電鍍廠污染土壤重金屬形態(tài)及淋洗去除效果[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2012,28(1):82-87.

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[5] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局,國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB 15618—1995 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)局,1995.

[6] 環(huán)境保護(hù)部辦公廳.關(guān)于修訂國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》公開征求意見的通知:環(huán)辦函[2009]918號(hào)[EBOL].[2013-07-23].http:www.zhb.gov.cninfobgwbbgth200909t20090918_161112.htm.

[7] US EPA.Soil screening guidance: user’s guide[R].Washington DC:Office of Solid Waste and Emergency Response,US EPA,1996.

[8] Environment Agency,UK.The contaminated land exposure assessment ( CLEA ) model:technical basis and algorithms[R].London:Environment Agency,2002.

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[11] 北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.DB 11T 811—2011 場(chǎng)地土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)篩選值[S].北京:北京市環(huán)境保護(hù)局,2011.

[12] Environmental Agency,UK.Using soil guideline values[EBOL].[2010-07-23].http:www. environment agency.gov.ukresearchplanning64015.aspx.

[13] 施烈焰,曹云者,張景來,等.RBCA和CLEA模型在某重金屬污染場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用比較[J].環(huán)境科學(xué)研究,2009,22(2):241-247.

[14] 張厚堅(jiān),王興潤(rùn),陳春云,等.典型鉻渣污染場(chǎng)地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及修復(fù)指導(dǎo)限值[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(7):1445-1450. ○