贵溪冶炼厂周边土壤重金属污染研究

贵溪冶炼厂周边土壤重金属污染研究
吴送先;邹晓红;潘筱璐;蔡卫东;罗彦青
【摘要】In order to understand the surrounding area of soil pollution of Guixi's smeltery, prevent heavy metal pollution and repair of contaminated soil, the method of single factor pollution index and Nemerow comprehensive pollution index were adopted to evaluate the level of heavy metal pollution and analysis of the spatial distribution of their heavy metal content from the collected surrounding soil in different directions of this region. The results show that, the regional soil subjected to extremely serious Cu, Cd pollution, in some part of the regional soil As, Hg pollution reached the level of warn- ing limits. The element pollution level : Cu 〉Cd 〉 As 〉 Hg. From the comprehensive pollution index, northeast and south direction is slightly polluted, southwest and northwest direction is moderately pol- luted ,west direction under heavy pollution.%为了解贵溪冶炼厂周边土壤的污染情况，防止重金属再污染和修复已污染土壤，采集贵溪冶炼厂周边不同方向的土壤，对其重金属含量的空间分布规律进行分析，并运用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对该区域重金属污染水平进行评价，结果表明，研究区域土壤受到一定程度的重金属污染。

从单因子污染指数可知，该区域土壤受到极为严重的Cu、Cd污染，部分区域土壤As、Hg的污染达到警戒限水平，元素污染程度：Cu〉Cd〉As〉Hg。

从综合污染指数看，研究区域东北、南方向为轻度污染，西南与西北方向为中度污染，西面为重度污染。

【期刊名称】《江西科学》
【年(卷),期】2012(030)006
【总页数】5页(P779-783)
【关键词】冶炼厂;农田土壤;重金属;污染;植物修复
【作者】吴送先;邹晓红;潘筱璐;蔡卫东;罗彦青
【作者单位】鹰潭市环境保护监测站,江西鹰潭335000;鹰潭市环境保护监测站,江西鹰潭335000;鹰潭市环境保护监测站,江西鹰潭335000;鹰潭市环境保护监测站,江西鹰潭335000;鹰潭市环境保护监测站,江西鹰潭335000
【正文语种】中文
【中图分类】X53
0 前言
土壤是人类赖以生存的主要资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。

但是，由于采矿与冶炼等工业和城市污染，以及污水灌溉、农药化肥的不合理施用，土壤重金属污染日益严重［1］。

冶炼厂是土壤重金属的一个重要来源，其生产过程中排放大量有害物质通过大气沉降、废渣渗滤和污水浇灌进入土壤，致使周边农田受到不同程度的污染。

有关冶炼活动造成重金属污染问题的大量研究表明［2～5］，冶炼厂周边土壤已受到不同程度的污染，尤其是耕地土壤重金属超标严重威胁粮食安全和全民健康，上升为亟待解决的突出的环境问题。

本研究以贵溪冶炼厂周边耕地土壤为对象，对其重金属复合污染的空间分布状况进行了调查研究，并运用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对该区域的污染水平作了评价，为防止重金属的再污染和修复改良已污染耕
地提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 研究区域
贵溪市位于江西省东北部、信江中游，北纬27°50′5 ～28°37′，东经116°55′～117°28′，是鹰潭市辖县级市，市境东西最窄处14 km，南北最长距81 km，总面积2480 km2。

南北环山，信江自东向西流贯市境中部，形成以信江河侧翼为主的盆地。

本区属亚热带温湿气候，四季分明，阳光充足，雨量充沛，年平均风速为2.1 m/s，静风频率为21%，且多为偏东风。

贵溪冶炼厂是我国规模最大技术最先进的闪速炼铜工厂，位于贵溪市东北约4 km 处，该厂自1979年建厂以来，以点源、面源形式向空气中排放大量的二氧化硫和粉尘等有害物质，废水、废渣中的主要污染物为 Cu、Cd、As、Pb、Zn 等重金属元素。

1.2 土样采集
依据国家《农田土壤环境质量检测技术规范》(NY/T395－2000)和国家《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166－2004)，2011年8月通过实地考查和勘测，结合其周围地形及当地气候特点，分别在贵溪冶炼厂周边不同方向布设采样点6个，其中旱地采样点3个，水田采样点3个，采集0～20 cm的表层土样(每处用梅花形布点法等量采集5个子样点进行混合，四分法缩分成一个约1000 g样品)，并用GPS系统对每个采样点精确定位。

图1 贵溪冶炼厂周边土壤样品采样点示意图
1.3 样品处理与监测
土壤样品经室内自然风干去除草根树叶后，用玛瑙研磨过2 mm尼龙筛，装入自封袋保存备用。

样品以四酸法［6］消解、定容，用Perkin Elmer公司
optima5300DV型发射光谱仪测定 Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Mn、Co 的含量，以
石墨炉原子吸收法测定Cd含量;相同样品采用王水消解，用原子荧光法测定As、Hg含量。

采用2.5∶1的水土质量比，玻璃电极法测定pH值。

1.4 评价标准与方法
1.4.1 评价标准该研究以国家《土壤环境质量标准》(GB15618－1995)二级标准(表1)作为评价标准，分析评价该冶炼厂周边土壤重金属的污染现状。

1.4.2 评价方法 (1)单因子污染指数法。

土壤环境质量评价一般以单因子污染指数法(single－factor pollution index)为主，计算公式如下:
式中，Pi为土壤中污染物i的环境质量指数;Ci为污染物i的实测浓度;Si为污染物i 的评价标准。

(2)综合污染指数法。

在单因子污染指数评价的基础上，选用内梅罗(N L Nemerow)污染指数计算土壤重金属综合污染指数(synthetic pollution index)，评价土壤重金属综合污染程度。

计算公式如下:
表1 国家《土壤环境质量标准》(GB15618－1995)二级标准/mg·kg－1*为澳大利亚保护土壤及地下水调研值;＊＊为加拿大土壤环境质量标准农用地标准值。

pH值Cd Hg As(水田/旱地)Pb Cr(水田/旱地)Cu Zn Ni Mn* Co ＊＊＜6.5 0.30 0.30 30/40250250/150****0406.5＜pH 值＜7.5 0.30 0.50 25/30 300
300/200 100 250 50 1500 40 pH值pH值＞7.5 0.60 1.0 20/25 350 350/250 100 300 60
式中，PN为土壤综合污染指数为土壤中各污染物的指数平均值;max(Pi)为土壤中单项污染物的最大污染指数。

土壤综合污染等级划分标准见表2。

表2 土壤重金属污染综合评价划分标准污染级别 PN 污染等级ⅠPN≤0.7 清洁(安全)Ⅱ0.7＜PN≤1.0 尚清洁(警戒限)Ⅲ1＜PN≤2.0 轻度污染Ⅳ2＜PN≤3.0 中度污
染ⅤPN＞3重度污染
2 结果与分析
2.1 土壤重金属含量状况
以《土壤环境质量标准》(GB15618－1995)二级标准进行污染程度评价，经检测所有土样pH值均在4.44～5.26范围内，为弱酸性;土壤重金属含量见表3。

由表3可知，6个采样点Cu含量全部超标，Cd除龙石村达标外其它采样点也全都超标，其它项目都在国家二级标准以内。

九牛岗1号点Hg、As含量接近国家二级标准，可能受到污染，其它各点都在江西省土壤背景值附近;Pb、Cr分别有1～2个点明显高于江西省土壤背景值，其它点都在背景值左右;Zn、Mn、Ni、Co 含量6个采样点都小于江西省土壤背景值。

表3 土壤重金属含量状况/mg·kg－1Cd Hg As Pb Cr Cu Zn Mn Ni Co龙石村(水田距冶炼厂东北3000 m)采样点0.152 0.035 4.61 29 68 76 42 59 10.0 4.7水泉村1(水田距冶炼厂南 1000 m) 0.511 0.055 5.98 32 56 127 24 38 5.9 3.4水泉村2(旱地距冶炼厂西南 900 m) 0.756 0.076 13.95 37 63 188 38 60 9.5 3.9九牛岗1(旱地距冶炼厂西 800 m) 1.695 0.236 33.60 84 56 403 42 45 9.7 3.2九牛岗2(水田距冶炼厂西 1200 m) 2.350 0.094 16.47 55 52 521 35 44 6.5 2.7印岭石(旱地距冶炼厂西北 1300 m) 0.638 0.063 5.70 36 45 187 42 113 7.0 2.3江西省土壤背景值［7］0.10 0.08 10.4 32.1 48.0 20.8 69.0 259 19.0 9.75
2.2 土壤重金属污染情况评价
根据样点实测数据，运用污染指数模型求算的各样点单因子污染指数和内梅罗综合污染指数见表4。

从单因子污染指数来看，表层土壤中主要超标因子是Cu和Cd，土壤中Cu的污染指数为1.52～10.48，平均值为5.01，说明该区域土壤已受到极为严重的Cu污染。

土壤中Cd的污染指数为0.51～7.83，平均值为 3.39，说明该区域土壤已受
到极为严重的Cd污染。

其它项目的污染指数都小于1，只有九牛岗1号点Hg、As的污染指数在警戒限水平，分别为0.79、0.84，而其它因子还大多都处于安全级，没有受到严重污染。

土壤主要污染因子是Cu和Cd，达到重污染等级，主要
原因是贵溪冶炼厂主要是以铜矿冶炼为主，尾矿产物Cd含量较高，所以两者的污染最严重。

表4 表层土壤重金属污染指数采样点单因子污染指数/Pi Cd Hg As Pb Cr Cu Zn Mn Ni Co综合污染指数/PN龙石村(水田距冶炼厂东北 3000 m)0.51 0.12 0.15 0.12 0.27 1.52 0.21 0.04 0.25 0.12 1.10水泉村1(水田距冶炼厂南 1000 m) 1.70 0.18 0.20 0.13 0.22 2.54 0.12 0.03 0.15 0.09 1.84水泉村2(旱地距冶炼厂西南900 m) 2.52 0.25 0.35 0.15 0.42 3.76 0.19 0.04 0.24 0.10 2.72九牛岗1(旱地
距冶炼厂西 800 m) 5.65 0.79 0.84 0.34 0.37 8.06 0.21 0.03 0.24 0.08 5.82九
牛岗2(水田距冶炼厂西 1200 m) 7.83 0.31 0.55 0.22 0.2110.420.18 0.03 0.16 0.07 7.50印岭石(旱地距冶炼厂西北 1300 m)2.13 0.21 0.14 0.14 0.3 3.74 0.21 0.08 0.18 0.062.69
从综合污染指数看，冶炼厂东北(龙石村)、南(水泉村1)方向为轻度污染，西南(水
泉村2)与西北(印岭石)方向为中度污染，西(九牛岗1和九牛岗2)面为重度污染。

研究区域土壤重金属的一个重要来源，是冶炼厂在生产过程中排放的大量有毒有害物质通过大气沉降、废渣渗滤和污水灌溉进入土壤，致使周边农田受到不同程度的污染。

贵溪冶炼厂的废水排入窜山龙水库再流入信江，冶炼厂建厂三十多年的积累，窜山龙水库污染严重，实际上已成为贵溪冶炼厂的污水库，而它又是附近农田的灌溉用水，用它灌溉的农田污染都较重;龙石村距贵溪冶炼厂较远又在上风向，农田
灌溉不是用窜山龙水库的水，也受到污染，这主要是通过大气扩散传播造成的，因此相比其它几个采样点而言，污染最轻;污染重的区域是大气沉降、废渣渗滤、污
水灌溉等多种因素叠加造成的。

研究区域内受污染轻重情况与当地的气象条件、地
势地貌等相吻合。

3 结论与污染土壤的修复
3.1 结论
通过调查采样，分析测试和环境质量现状评价，结果表明，研究区域土壤受到一定程度的重金属污染。

从单因子污染指数可知，该区域土壤受到极为严重的Cu、Cd 污染，部分区域土壤As、Hg的污染达到警戒限水平，元素污染程度:Cu＞Cd＞As＞Hg。

从综合污染指数看，研究区域东北、南方向为轻度污染，西南与西北方向为中度污染，西面为重度污染。

3.2 污染土壤的修复
防治和治理重金属污染，最根本的途径是发展清洁生产工艺，严格控制含重金属的“三废”排放，从源头上治理污染。

对受到重金属污染的土壤进行修复，采取各种措施改良和利用受重金属污染的土壤，也是一种很好的方法。

3.2.1 调整农业种植结构不同种类的植物对土壤 Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、As 等污染元素的吸收效应存在一定的差异［8］。

根据土壤不同作物对重金属元素的吸收效应的特点，针对土壤重金属污染的程度不同，有选择、有区别地种植作物，有利于降低土壤重金属污染对农产品的污染，使受污染的农田得到合理的开发利用。

进行种植结构调整，改种棉花和花木等作物，在修复污染土壤时的同时，切断有毒有害物质进入家畜和人体食物链，避免重金属污染物直接对人类产生毒害作用。

3.2.2 植物修复技术利用植物修复技术对重金属所造成的环境污染进行治理，较廉价，较易实施，也较容易为公众所接受。

植物修复技术属于原位修复技术，具有保护表土、减小侵蚀和水土流失的功效，对环境影响小，是采用超积累植物将土壤中某种过量的元素大量转移到植物体内(特别是地上部)，从而修复污染土壤的技术，这种途径修复潜力大，可维持土壤肥力和营造良好的生态环境。

该区域比较适合选取能忍耐并富集Cu和Cd的植物，利用植物或植物与微生物的共生体系，清除环
境中的重金属污染物。

3.2.3 化学治理方法通过向土壤中施加改良剂、抑制剂等来增加土壤中有机质、阳离子代换量的含量，改变土壤pH值和电导等理化性质，使土壤中的重金属发生氧化、还原、沉淀和吸附作用，从而降低重金属的生物活性，也是一种实现污染土壤的修复途径，如施用有机肥、石灰、猪厩肥，石灰与有机物料配施等措施均能抑制作物对Cd、Cu、Pb、Zn 的吸收。

3.2.4 工程治理方法主要包括客土、换土和翻土3种方法。

客土是向污染土壤内加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染浓度降低或减少污染物与植物根系的接触。

换土就是把污染土壤取走，换入新的干净土壤。

翻土就是深翻土壤，使聚集在表层的污染物分散到土壤深层，达到稀释和自处理的目的。

参考文献:
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