重慶市某工業(yè)遺留地土壤重金屬污染狀況分析與評價(jià)

馬嬋媛，鄧紅艷

(1.甘肅農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730020；2 .重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045)

· 環(huán)境評價(jià) ·

重慶市某工業(yè)遺留地土壤重金屬污染狀況分析與評價(jià)

馬嬋媛1，鄧紅艷2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730020；2 .重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045)

為研究土壤重金屬的污染狀況，從重慶市某鉻污染場地土壤中采集54份樣本檢測分析了其Cr、Cu、Zn和Pb元素含量。結(jié)果表明：表層土壤樣品中的重金屬 Cr、Cu、Zn、Pb的平均含量分別為3 370.8，58.0，36.1，112.4 mg/kg。該場地土壤屬于重度重金屬污染，潛在生態(tài)危害處于很強(qiáng)危害程度，各重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小順序?yàn)椋篊r>Pb>Cu>Zn。其中，Cr的影響占絕對主導(dǎo)地位。研究結(jié)果可為該廢棄場地的治理修復(fù)和再利用提供理論依據(jù)。

土壤污染；重金屬；六價(jià)鉻；污染評價(jià)；風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

1 引 言

近年來，隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，重慶市有許多工廠、企業(yè)以關(guān)閉、破產(chǎn)、異地遷建等形式搬出主城區(qū)。搬遷后的土地將逐步規(guī)劃成公共綠地、公用設(shè)施甚至居住用地。昔日的工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的“三廢”等污染物不可避免的對土壤造成污染，導(dǎo)致重金屬、有機(jī)毒物等污染物含量較高。且城市中通過交通運(yùn)輸、工業(yè)排放、市政建設(shè)和大氣沉降等造成土壤重金屬污染越來越嚴(yán)重[1～4]。重金屬具有隱蔽性、難降解、移動性差和易被富集等特點(diǎn)[5]，并能通過生物鏈轉(zhuǎn)移，直接或間接地威脅和危害人體健康。為此，本文以重慶市工業(yè)遺留地為研究對象，通過調(diào)查與評價(jià)該場地土壤重金屬污染狀況，對了解周邊土壤系統(tǒng)中重金屬污染狀況及空間分布規(guī)律，建立該場地土壤重金屬污染評價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)，豐富土壤污染化學(xué)和環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的理論內(nèi)涵，以及修復(fù)該場地及周邊土壤重金屬污染，為合理復(fù)墾開發(fā)利用遺留地提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

重慶市某化工廠位于重慶市西北部，在工業(yè)企業(yè)搬遷范圍內(nèi)。該工廠始建于1959年，總面積約為281.000m2，以生產(chǎn)紅礬鈉、鉻酸酐、鉻綠和鉻粉等產(chǎn)品為主，2008年停止生產(chǎn)。此處的場地污染主要由于生產(chǎn)過程中填埋于廠區(qū)地下的鉻渣，雖然場內(nèi)堆放埋藏的鉻渣已在2010年全部清理完畢，但原鉻渣長期受自然降雨淋洗后，使大量六價(jià)鉻及鉻化合物進(jìn)入深層土壤造成污染，加之原填埋鉻渣范圍較廣，使得整個(gè)廠區(qū)污染均較為嚴(yán)重。為了充分利用該區(qū)域的土地,增加公共綠地面積,提高土地生產(chǎn)力,恢復(fù)生態(tài)平衡,對該廢棄地土壤進(jìn)行了調(diào)查與采樣分析。

2.2 土樣采集和制備

2.2.1 根據(jù)整個(gè)場區(qū)分布情況，按照隨機(jī)布點(diǎn)法，在構(gòu)筑物周圍表層土布設(shè)采樣點(diǎn)，分東、西、南、北四個(gè)方向進(jìn)行布設(shè)，共布設(shè)54個(gè)點(diǎn)，采集3個(gè)0～50 cm的表層土壤子樣品，均勻混合后按照四分法留取約1kg土壤樣品。樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干，去除植物根系和沙礫等異物，用木質(zhì)搟杖碾碎并用研缽研磨，分別過18目和100目尼龍篩，封存于PVC袋內(nèi)以備分析用。

2.2.2 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況及《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618- 1995)[6]確定本次調(diào)查分析項(xiàng)目為銅、鉻、鉛、鋅共4個(gè)項(xiàng)目。

2.3 分析方法

(1)土壤 pH 的測定：參照《土壤pH 的測定》(NY/T 1377-2007)；

(2) 土壤重金屬的測定：參照《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T17141-1997)，準(zhǔn)確稱取0.2g土壤樣品，于聚四氟乙烯坩堝中，在電熱板上加 HNO3-HF-HClO4消解、定容，用原子吸收分光光度法測定Cr、Cu、Zn、Pb 4種重金屬的含量。為保證所獲得數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性，實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)置平行樣品，各重金屬的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均控制在5%以內(nèi)。

2.4 污染程度評價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

在自然界中，重金屬的污染多為伴生性或綜合性的復(fù)合污染。其對土壤-植物體系的影響十分復(fù)雜。單個(gè)重金屬污染雖有發(fā)生，但由于元素之間的交互作用使元素的生理效應(yīng)和化學(xué)行為發(fā)生了很大變化。因此，評價(jià)某種元素在污染土壤中的毒性僅以在其單體系中確定的臨界值為依據(jù)顯然是缺乏說服力的[7]。針對不同采樣點(diǎn)和不同區(qū)域的整體研究，本文在單因子指數(shù)的基礎(chǔ)上對研究區(qū)重金屬復(fù)合污染分別采用內(nèi)梅羅指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法等數(shù)學(xué)方法綜合進(jìn)行研究。

2.4.1 單因子污染指數(shù)法

2.4.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)能全面反映各污染物對土壤的作用，同時(shí)突出了高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響[10]。計(jì)算公式為：

式中：P為內(nèi)梅羅

綜合污染指數(shù)，Pi為土壤中污染物單因子污染指數(shù)，avg(Pi) 土壤中污染物單因子污染指數(shù)的平均值，max(Pi) 土壤中污染物單因子污染指數(shù)的最大值。本文采用的土壤綜合污染指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]對土壤污染狀況判定污染等級。

2.5 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法

瑞典科學(xué)家 Hakanson[12]于1980年建立了潛在生態(tài)危害指數(shù)法，這種方法考慮到不同重金屬的毒性差異及環(huán)境對重金屬污染的敏感程度，能夠更準(zhǔn)確的表示重金屬對生態(tài)環(huán)境的影響潛力，因此被廣泛應(yīng)用[13]。計(jì)算公式為：RI=∑Ei=∑Ti×Pi，式中，RI為潛在生態(tài)危害指數(shù)(表1)，Ei為單一重金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù)，Ti為單一重金屬i的毒性系數(shù)，各金屬的毒性系數(shù)分別為Cu=Pb=5>Cr=2>Zn=1[14]，Pi為各種所測重金屬的單因子指數(shù)。

表1 生態(tài)危害系數(shù)、指數(shù)與危害程度分級[11]Tab.1 Ecological risk coefficient，risk index and classification of risk intensity

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤pH值

pH值是土壤酸堿度指標(biāo)，是土壤基本性質(zhì)和肥力的重要影響因素之一，是審查其他項(xiàng)目結(jié)果的一個(gè)依據(jù)。檢測采集的54個(gè)土壤樣品pH值，均在7.3～9.3范圍內(nèi)，平均值為8.3?？梢?，此工業(yè)遺留地土壤整體上呈堿性。

3.2 土壤中重金屬含量狀況

表2 重慶市某鉻污染場地土壤重金屬含量Tab.2 Soil heavy metal concentrations of a Chromium Contaminated Site in Chongqing

注：a:《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)三級標(biāo)準(zhǔn)。

測定研究區(qū)域(0～50)cm表層土壤樣品中的4種重金屬含量結(jié)果見表2。由表2可見，表層土壤樣品中的重金屬Cr、Cu、Zn、Pb的平均值分別為3 370.8，58.0，36.1，112.4mg/kg。變異系數(shù)反映各個(gè)樣點(diǎn)的變異程度，其中Zn的變異系數(shù)最大，為111.4%；Cu的變異系數(shù)最小，為34.7%，各金屬元素含量的變異系數(shù)由大到小的排列為Zn>Cr>Pb>Cu，說明不同采樣點(diǎn)Zn的含量差異較大，而Cu含量分布相對集中。

與中國土壤背景值和四川省土壤背景值相比，4種重金屬元素含量平均值中只有Zn的含量偏低，而Cr、Cu和Pb的平均含量分別是中國土壤背景值的55.3倍、2.6倍和4.3倍，是四川省土壤背景值的42.7倍、1.9倍和3.6倍。與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三級標(biāo)準(zhǔn)相比，Cu、Zn和Pb的平均含量均遠(yuǎn)小于其標(biāo)準(zhǔn)值，而Cr的平均含量是《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三級標(biāo)準(zhǔn)的8.4倍。

3.3 土壤重金屬污染程度評價(jià)

以四川省土壤背景值作參比，計(jì)算出土壤樣品中4種重金屬的單因子污染指數(shù)值，見表3。各采樣點(diǎn)重金屬單因子污染指數(shù)分布情況見表4。由表3可見，該場地土壤重金屬除了Zn的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值小于1之外，其它三種重金屬的的單項(xiàng)污染指數(shù)均大于1。說明該區(qū)域受到了Cr、Cu、pb三種重金屬的污染。其中，Cr的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值最大，為42.67，污染最嚴(yán)重，其次為Pb，單項(xiàng)污染指數(shù)平均值為3.64，最后是Cu，單項(xiàng)污染指數(shù)為1.86。各種重金屬元素變異系數(shù)Zn最大，Cr次之，Cu最小。說明Zn在該污染場地分布極其不均勻。

表3 重金屬單因子污染指數(shù)Tab.3 Single factor pollution index of heavy metal

表4 污染指數(shù)值分布表Tab.4 Distribution of pollution index values of heavy metal

根據(jù)土壤綜合污染指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)0﹤Pi﹤1時(shí)，土壤屬于清潔土壤，由表4可見，未受Cu、Zn、Pb污染的樣本數(shù)分別為12個(gè)、47個(gè)和 5個(gè)，在1

3.4 土壤重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

根據(jù)土壤重金屬生態(tài)危害評價(jià)指數(shù)，對該鉻污染場地土壤重金屬的Ei，RI進(jìn)行分析，數(shù)值見表5。由于部分樣品重金屬污染濃度高，加之樣品采自不同區(qū)域段，因此，Ei，RI值的變化幅度較大。從ECu、EZn、EPb的平均值可看出：數(shù)值均小于40，處于輕微危害。4種重金屬的平均單一潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小順序?yàn)椋篊r>Pb>Cu>Zn。而ECr的值為216.79，鉻污染處于強(qiáng)度危害。重金屬RI的均值為1 529.13，可知Cr和Pb對總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)的貢獻(xiàn)值最大?；て髽I(yè)遺留地土壤重金屬污染程度與生產(chǎn)產(chǎn)品、生產(chǎn)原料、廢渣常年堆積與填埋有很大關(guān)系，研究區(qū)域?yàn)橹貞c市某鉻污染場地，是化工廠集中的區(qū)域，又處在下游區(qū)，由于化工生產(chǎn)過程復(fù)雜，原料多樣，是導(dǎo)致該區(qū)域重金屬污染的主要原因，應(yīng)該把鉻和鉛的污染放在首要進(jìn)行修復(fù)。

表5 土壤重金屬生態(tài)危害評價(jià)指數(shù)Tab.5 Ecological risk assessment index of heavy metals in the soil

4 結(jié) 論

(1) 通過調(diào)查采樣，分析測試和土壤重金屬污染狀況評價(jià)，基本摸清該化工廠遺留地土壤重金屬元素含量及其污染狀況，為控制和治理該區(qū)域重金屬污染提供了科學(xué)依據(jù)。

(2) 以國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)，采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對該項(xiàng)目區(qū)域土壤是否遭受重金屬污染進(jìn)行了評價(jià)，計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際，方法可行。

(3) 以單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分析，表層土壤樣品中的重金屬Cr、Cu、Zn、Pb的平均含量分別為3 370.8，58.0，36.1，112.4mg/kg。4種重金屬元素只有Zn含量偏低，Cr、Cu和Pb的平均含量分別是四川省土壤背景值的42.7倍、1.9倍和3.6倍，該土壤區(qū)域中受Cr和Pb污染情況比較嚴(yán)重。

(4) 以四川省土壤背景值為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該場地土壤重金屬主要污染因子為Cr，其次是Pb和Cu，Zn未超過四川省土壤背景值。綜合污染指數(shù)為77.13，屬于重度重金屬污染。說明該化工遺留地及周圍土壤環(huán)境受到嚴(yán)重污染，重金屬含量水平已不適宜于公共綠化，公用居住地的發(fā)展，應(yīng)該妥善處理，防止污染擴(kuò)散。

(5) 根據(jù)土壤重金屬生態(tài)危害評價(jià)指數(shù)，該場地土壤重金屬的平均單一潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小順序?yàn)?，Cr>Pb>Cu>Zn?？芍狢r和Pb對總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)的貢獻(xiàn)值最大，其中，Cr的影響占絕對主導(dǎo)地位，土壤環(huán)境總體處于很強(qiáng)危害程度。應(yīng)該把鉻和鉛的污染放在首要進(jìn)行修復(fù)。

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Analysis and Assessment on Soil Pollution by Heavy Metals at an Industrial Remnant Land in Chongqing

MA Chan-yuan1，DENG Hong-yan2

(1.GansuAgricultureTechnologyCollege,Lanzhou730020,China; 2 .CityConstruction&EnvironmentalEngineeringAcademy,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)

In order to study soil pollution by heavy metals, 54 soil samples containing heavy metal residues from a chromium contaminated site in Chongqing were collected to analyze the content of Cr, Cu, Zn and Pb elements.The results showed that the concentrations of Cr, Cu, Zn and Pb at surface soils were 3370.8，58.0，36.1，112.4 mg/kg, respectively. This site was heavily polluted by heavy metals and has a strong potential ecological risk. The potential ecological risk indexes rank as follows， Cr>Pb>Cu>Zn, Cr is the primary risk factor. The research results would provide theoretical foundation for the remediation and reuse of this abandoned site.

Soil contamination; heavy metal;chromium (VI); pollution assessment; risk index

2016-12-27

馬嬋媛(1983-)，女，甘肅會寧人，2009年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)槲廴究刂苹瘜W(xué)。

X53

A

1001-3644(2017)02-0081-05