燃煤電廠周邊土壤汞含量異常的原因分析

摘要：汞是一種有毒重金屬污染物，含有有毒物質(zhì)的氣體隨著大氣循環(huán)被運(yùn)送到其他地方，會(huì)對(duì)陸地和海洋的生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，由于干濕沉降和其他大氣活動(dòng)，全球范圍內(nèi)的不同地區(qū)都會(huì)受到汞排放的污染。本文將收集一些燃煤電廠周邊的土壤，按照GIS的分析方法研究電廠周圍土壤中汞含量的分布情況，具體探討土壤中的汞元素和其他理化性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，為環(huán)境保護(hù)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;汞含量;原因分析

中圖分類號(hào)：X833 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.097

Abstract： Mercury is a toxic heavy metal pollutant， and gases containing toxic substances are transported to other places as the atmosphere circulates， with serious impacts on terrestrial and marine ecosystems due to dry and wet deposition and other atmospheric activities. Globally， different regions are contaminated by mercury emissions. This paper will collect some soil around coal-fired power plants， study the distribution of mercury content in soil around power plants according to GIS analysis methods， and explore the intrinsic relationship between Mercury and other physical and chemical properties in soil to provide reference for future environmental protection.

Key words： Coal-fired power plant;Mercury content;Cause analysis

在自然環(huán)境中，汞元素對(duì)于生物來(lái)說(shuō)具有很強(qiáng)的毒性，是一種重金屬元素。它還具有持久性、易遷移性和生物蓄積性等特點(diǎn)，汞對(duì)環(huán)境造成的生態(tài)污染需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去分解治理，因此也受到全世界人民的關(guān)注。汞元素可以通過(guò)自然界中的食物鏈不斷給更高層級(jí)的生物造成危害，人體中的汞含量如果超出標(biāo)準(zhǔn)會(huì)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在我國(guó)，燃煤電廠是汞排放的主要源頭，并且隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，燃煤電廠出現(xiàn)了汞排放量越來(lái)越多的態(tài)勢(shì)。燃煤電廠的汞排放具有不同的形態(tài)特征，通過(guò)大氣循環(huán)，排放出來(lái)的汞分散在全球不同區(qū)域，但是干濕沉降會(huì)導(dǎo)致陸地土壤中的汞元素含量上升，經(jīng)過(guò)氧化還原反應(yīng)或者甲基化學(xué)反應(yīng)隨著土壤經(jīng)由陸地上的水體流動(dòng)，然后地表蒸發(fā)輸送到大氣中去。

1 樣品采集與分析

1.1 樣品采集

按照燃煤電廠的煙霧濃度進(jìn)行測(cè)算，參考年度統(tǒng)計(jì)的風(fēng)向與風(fēng)速的玫瑰圖，設(shè)置不同的樣品采集地點(diǎn)，在燃煤電廠的上風(fēng)區(qū)距離10km的地方采集土壤樣品作為參考，選取人為干擾因素較少的地方，選擇土壤表層0～20cm處的土壤并進(jìn)行混合。

1.2 樣品分析

首先將收集到的土壤樣品做風(fēng)干處理，然后均勻地混合不同采集點(diǎn)的土壤，剔除其中的石頭、動(dòng)植物殘余，利用工具進(jìn)行碾碎過(guò)篩再平均裝入袋中。通過(guò)冷原子自動(dòng)測(cè)汞儀測(cè)量土壤樣品中的汞含量，水土比按照2：1的標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)程中需要用到去離子水。

P表示土壤中汞元素的單因子污染指數(shù)，C表示土壤中汞含量的背景參數(shù)為0.015mg/kg。運(yùn)用公式p=c/s可以算出燃煤電廠周邊土壤重金屬含量高低的污染程度，按照最終P值數(shù)量的大小，可以將土壤定性為不同類型，如表1所示。

通過(guò)上表可以看出：燃煤電廠周邊的土壤表層pH數(shù)值在6.25～7.18之間，土壤的含汞量在0.014～0.078mg/kg，平均值是0.03mg/kg，這個(gè)數(shù)據(jù)在國(guó)內(nèi)其他燃煤電廠周邊的土壤汞含量比較中屬于較低水平，比貴州、寶雞、蕪湖等地的燃煤電廠都要低。文中列舉的這幾家電廠投入使用的時(shí)間較長(zhǎng)，這些產(chǎn)地的煤礦中汞含量在全國(guó)都處于前列。

1.3 燃煤電廠污染土壤的途徑

造成土壤中的汞元素形成有許多來(lái)源，自然環(huán)境和人類活動(dòng)都可能會(huì)影響土壤中汞元素成分。燃煤電廠的排放廢氣中含有大量的汞元素，通過(guò)干沉降或者濕沉降進(jìn)入陸地表面。廢氣最初被排放到空氣中經(jīng)過(guò)大氣活動(dòng)存在于云層中，由于臭氧液相氧化后通過(guò)下雨的形式落下，汞元素在這個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)化成為水溶性的。燃煤電廠周圍降雨的汞元素濃度含量與該區(qū)域的代表處測(cè)試量相比，會(huì)超過(guò)60%，尤其在夏季的降水中。大氣汞的濕沉降同時(shí)還能為自然環(huán)境提供甲基汞，特別是在下雨或者下雪的時(shí)候，甲基汞的含量會(huì)比往常情況要高出很多。

自然生態(tài)系統(tǒng)中大部分還是干沉降，燃煤電廠排出廢氣后，氣體中的汞元素與大氣顆粒物相結(jié)合。這與當(dāng)?shù)氐牡乇頊囟取L(fēng)速、土壤條件等方面都有關(guān)系。顆粒物的直徑大小決定了沉降的速度，亞微米級(jí)別的會(huì)比超微米級(jí)別的顆粒物沉降速度要快許多。

1.4 燃煤電廠周邊土壤汞含量的影響原因

燃煤電廠周邊土壤的汞含量受到多方面原因的影響，當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，比如風(fēng)向風(fēng)速和降水情況都會(huì)影響大氣中的汞含量，特別是人類的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)會(huì)加速汞元素的活動(dòng)與傳播。

大氣的水平活動(dòng)和其他形式的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)都會(huì)干擾汞元素以及其他污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，很大程度上影響了生態(tài)系統(tǒng)的自然循環(huán)，汞元素在大氣中停留的時(shí)間越長(zhǎng)，越容易與顆粒物質(zhì)相結(jié)合造成沉降。大氣的溫度高低、臭氧濃度的情況和氣溶膠的水平都會(huì)影響沉降效應(yīng)。除了降雨量的變化，另外一個(gè)會(huì)對(duì)有毒污染物擴(kuò)散的影響因素就是風(fēng)，包括風(fēng)速和風(fēng)向，這項(xiàng)因素可以決定燃煤電廠周邊土壤中的汞含量在空間上的分布情況，并對(duì)汞含量的濃度起重要作用。風(fēng)速可以主導(dǎo)大氣中的汞元素在活動(dòng)中的擴(kuò)散速度，風(fēng)向能夠主導(dǎo)大氣中的汞元素沉降在哪個(gè)區(qū)域。本文采集了一部分土壤樣品進(jìn)行分析，得出的結(jié)果表明它的空間分布情況有一定的規(guī)律可循，以污染源為中心向四周呈現(xiàn)出逐漸降低的情況。處于燃煤電廠下風(fēng)向的土壤樣品中被測(cè)量出的汞含量相較于其他地方的土壤汞含量要高出63%，大氣活動(dòng)提供的擴(kuò)散功能和干濕沉降讓土壤聚集了大量的汞，地表土壤中的汞含量高低很大程度上取決于主導(dǎo)風(fēng)向的位置。

土壤中的汞含量高低另一方面還受大氣活動(dòng)中的化學(xué)反應(yīng)影響，比如溫度和降雨情況。當(dāng)溫度升高時(shí)，大氣中的臭氧含量會(huì)高于平均水平，這樣較易與酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)影響大氣中汞含量的濃度。同時(shí)，溫度還會(huì)決定大氣活動(dòng)中云層的物理反應(yīng)情況，夏季的降水中測(cè)試到的汞含量會(huì)比冬季下雨時(shí)測(cè)試到的數(shù)值高許多。這說(shuō)明大氣中的可溶性膠態(tài)與溫度高低有很大關(guān)系，溫度越高土壤中的濕沉降量越大，因?yàn)楦邷貢?huì)加速氣溶膠的轉(zhuǎn)化過(guò)程，光化學(xué)反應(yīng)越強(qiáng)烈。降水量對(duì)土壤中的汞含量濕沉降也有重要影響，潮濕高溫的環(huán)境容易讓氣溶膠表面產(chǎn)生吸附作用，并與汞發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，低溫干燥的自然環(huán)境讓氣溶膠不容易發(fā)生吸附。

地表植物的覆蓋情況會(huì)對(duì)土壤中的汞含量高低起重要作用。土地按照不同用途類型進(jìn)行分類，汞含量的空間分布情況也不同，如果土壤表面的植被是以高大的喬木或灌木為主的話，因?yàn)闃?shù)葉容易吸附大氣中的汞元素，在干沉降的過(guò)程中，葉片會(huì)通過(guò)氣孔吸收。森林中具有較多的高大灌木叢，這樣導(dǎo)致森林中的土壤能夠接收到的紫外線會(huì)比耕地中的少，會(huì)降低汞元素的光致還原作用效率，土壤中的汞元素?zé)o法及時(shí)向外排出，因此森林中的土壤含汞量會(huì)比耕地里的汞含量高出許多。

燃煤電廠周邊的土壤含汞量在垂直的分布情況上有很大差異，當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)耕作習(xí)慣和施肥方式某種程度上會(huì)與含汞量有一定關(guān)系，土壤的理化性質(zhì)也與汞含量的空間分布情況有關(guān)。大氣中汞元素通過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以及干濕沉降后會(huì)存在于土壤之中，再經(jīng)過(guò)降水和其他環(huán)境因素的侵蝕，汞元素會(huì)發(fā)生形態(tài)上的轉(zhuǎn)變和空間分布上的變化，這樣也會(huì)改變土壤中的汞含量。

2 結(jié)語(yǔ)

由于地區(qū)不同，燃煤電廠周邊土壤含汞量高低的各個(gè)分布數(shù)值也有很大不同。通常情況下，燃煤電廠周圍的土壤含汞量會(huì)比當(dāng)?shù)赝寥乐械墓繕?biāo)準(zhǔn)值高，一般都對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成危害。含汞量濃度的高低和空間垂直分布情況與燃煤電廠的污染排放有很大關(guān)系，此外，電廠所處地區(qū)的氣象特征包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、降雨量也對(duì)含汞污染物的擴(kuò)散起著重要作用，地表土壤的利用類型與理化特征也會(huì)造成土壤中含汞量的分布情況不均。相關(guān)部門需要加強(qiáng)研究燃煤電廠排放物中汞元素在大氣、土壤以及水源中的擴(kuò)散情況和分布狀態(tài)，這有助于了解汞元素在物理和化學(xué)作用下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)規(guī)律。

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收稿日期：2019-07-20

作者簡(jiǎn)介：翟海濤（1989-），男，漢族，碩士研究生，中級(jí)職稱，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。