雅西某铅锌冶炼企业周边土壤重金属污染及生态风险评价_陈科.pdf

山东化工收稿日期:20220804作者简介:陈科，大学本科，工程师，主要从事环境监测工作。通信作者:宋娇，女，大学本科，工程师，研究方向:环境监测。雅西某铅锌冶炼企业周边土壤重金属污染及生态风险评价陈科1，宋娇2*，徐德江2，周毅1，杨富垒1(1雅安市荥经生态环境监测站，四川 荥经625200;2四川省雅安生态环境监测中心站，四川 雅安625000)摘要:为进一步掌握企业周边土壤污染状况，近年来我县展开对性重点企业周边土壤污染调查，特别是涉重企业，针对性地开展周边土壤取样分析。利用便携式 X 射线荧光仪和测汞仪分别对土壤中 Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Hg 等 8 种元素进行检测，采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属进行评价，并对该区域潜在生态风险作出评定。结果显示，企业周边土壤重金属含量差异明显，区域主要受到 Zn 和 Cd 污染，超国家标准值分别为 304 倍和 208 倍，分别达到中度污染和轻度污染级别。潜在生态风险指数评价表明，As、Cr、Pb、Cu、Zn 和 Ni 元素属于轻微风险程度，Hg 元素处于较强风险程度，而 Cd 元素处于极强风险程度。从整体生态风险来看，全部点位都处在中等风险程度以上，其中最高达到 6545。该区域土壤受到人类活动干扰明显，Zn 和 Cd 受到不同程度污染。关键词:铅锌冶炼;土壤;重金属;污染评价中图分类号:X833;X53文献标识码:B文章编号:1008021X(2023)03022604Heavy Metal Pollution and Ecological isk Assessment of Soil Around a LeadzincSmelting Enterprise in YaxiChen Ke1，Song Jiao2*，Xu Dejiang2，Zhou Yi1，Yang Fulei1(1Yaan Yingjing Environmental Monitoring Station，Yingjing625200，China;2Sichuan Yaan Ecological Environment Monitoring Center Station，Yaan625000，China)Abstract:In order to further understand the soil pollution situation around enterprises，in recent years，our county has carried outsoil pollution investigation around key enterprises，especially heavy enterprises，and carried out surrounding soil sampling andanalysisEight elements such as Cu，Pb，Zn，Cd，Ni，Cr，As and Hg in soil were detected by portable Xray fluorescence instrumentand mercury meter respectivelyHeavy metals were evaluated by single factor pollution index method and Nemero comprehensivepollution index method，and the potential ecological risk of the region was evaluatedThe results showed that there were significantdifferences in the content of heavy metals in the soil around the enterpriseThe area was mainly polluted by Zn and Cd，whichexceeded the national standard by 304 times and 208 times respectively，reaching the level of moderate pollution and mildpollution respectivelyThe evaluation of potential ecological risk index shows that As，Cr，Pb，Cu，Zn and Ni are at a slight risklevel，Hg is at a strong risk level，and Cd is at a very strong risk levelFrom the perspective of overall ecological risk，all points areabove the medium risk level，with the highest of 6545The soil in this area is obviously disturbed by human activities，and Zn andCd are polluted to varying degreesKey words:lead zinc smelting;soil;heavy metals;pollution assessment四川省雅西地区主要以山林为主，盛产铅锌矿，铅锌冶炼企业较多，已成为当地经济支柱产业。近十年来，铅锌冶炼规模不断扩大，雅西地区经济得到快速发展，然而企业管理者生态环境保护意识淡薄，周边生态环境污染日益严重，土壤污染严重影响人们食物安全。为加强铅锌企业管理，综合治理生态环境污染突出问题，保护土壤生态环境质量，我县开展了重点企业、工业园区周边土壤生态环境质量调查。通过对重点铅锌冶炼企业周边土壤重金属采样检测，利用单因子指数法、内梅罗综合指数法、潜在生态风险评价法对重点企业周边土壤重金属的污染进行评价12，客观、准确地分析周边土壤重金属的污染状况，为该地区土壤污染重金属防治和生态环境管理提供科学依据。1材料与分析方法11样品采集雅西某铅锌冶炼企业坐落在雅安市荥经县牛背山镇三合村，如图 1 所示，企业四面环山，背面是山地和牛背山镇场镇，南面是农地和一条小河，东面是乡村道路和农地，北侧为山地。在企业四周不同距离采集样品，采用扇形布点法采集多个 020 cm 的土壤表层样混合成一个样，共采集 10 个混合样。风干、研磨、过筛制成850 m(20 目)和150 m(100 目)的土壤样品，进行土壤 pH 值和重金属含量分析。图 1采样点示意图12分析方法及质量控制土壤中 Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As 等 7 种元素采用便携式 X射线荧光光谱法测定3，土壤 Hg 采用测汞仪进行分析4，土壤pH 值采用电位法测定5。622SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷DOI:10.19319/ki.issn.1008-021x.2023.03.023第 3 期为保证实验数据准确性，在采样、分析过程完全按照 土壤环境监测技术规范，实验室分析试样时加入标准物质同步测定。2污染评价方法21单因子污染指数法单因子污染指数法是以单因子污染值与土壤污染防控标准值之间的比值来判断污染程度，分为五个等级6，分别为:Pi1，未污染;1Pi2，轻微污染;2Pi3，轻度污染;3Pi5，中度污染;Pi5，重污染，其评价公式为(1):Pi=Ci/Si(1)式中，Pi为土壤单项污染指数;Ci为土壤重金属单项实测值(mg/kg);Si为土壤环境质量标准 GB 156182018 农用地土壤污染风险筛选值7(mg/kg)，详见表 1。表 1农用地土壤污染风险筛选值污染物项目Si(65pH 值75)/(mgkg1)As30Cd03Cr200Cu100Ni100Pb120Zn250Hg2422内梅罗综合污染指数法内梅罗综合污染指数法是更好地评价不同重金属对土壤污染的综合作用，突出高浓度污染因子对土壤质量的影响，污染评价等级如表 28，其公式为(2):P综合=(PI均)2+(PI最大)2/2(2)式中，P综合为内梅罗综合污染指数;PI均为各单因子污染指数的平均值;PI最大为各单因子污染指数中最大值。表 2内梅罗综合污染指数评价等级等级内梅罗综合污染指数 P综合污染程度P综合07清洁(安全)07 P综合10尚清洁(警戒线)10 P综合20轻度污染20 P综合30中度污染P综合 30重度污染23生态风险评价生态风险评价采用 Hakanson 提出的潜在生态风险评价法对企业周边土壤重金属的生态风险进行评价8，计算公式为(3):I=ni=1Eir=ni=1TirCir=ni=1Tir(Ci表层/Cin)(3)式中，I 为土壤环境中重金属的潜在生态风险指数;Eir为土壤中第 i 种重金属的潜在生态危害系数，Eir=TirCir;Tir为第 i种重金属元素的毒性相应系数，可以综合反映重金属的毒性、污染水平和污染的敏感程度;Cir为第 i 种重金属元素的污染系数;Ci表层为土壤重金属元素浓度实测值;Cin为参比值，一般采用土壤背景值。在本研究中 8 种重金属 Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn 的毒性系数分别为 30，40，10，5，2，5，5，19，土壤背景值采用中国土壤元素背景值(四川省)10 表 3，重金属潜在生态风险评级指标与分级见表 4。表 3土壤背景值采用中国土壤元素背景值(四川省)污染物项目土壤元素背景值/(mgkg1)As104Cd0079Cr79Cu311Ni326Pb309Zn865Hg0061表 4潜在生态风险评价指标与分级Eir单一金属生态风险程度I多种金属生态风险程度Eir40轻微I150轻微40Eir80中等150I300中等80Eir160较强300I600较强160Eir320很强600I1 200很强Eir320极强I1 200极强3结果与污染评价31结果与分析用便携式 X 射线荧光仪和测汞仪对企业周边采集的 10 个点位重金属项目进行测定，分析结果如表 5，由表可知，企业周边土壤重金属含量差异明显，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg 含量均值分别为 56，062，83，51，33，95，760，020 mg/kg，除土壤砷以外，全部元素超过四川省土壤背景值，其中土壤锌的含量最大，达到 760 mg/kg;变异系数分别为 404%，415%，228%，513%，14 6%，35 0%，32 4%，57 9%，介于 14 6%57 9%。Wilding11 将变异系数分为高度变异(CV 036)、中等变异(016CV036)和低度变异(CV016)。As、Cd、Cu、Hg 变异系数分别为 404%，415%，513%，579%，属于高度变异;Cr、Pb、Zn 变异系数分别为 228%，350%，324%，属于中度变异;Ni 变异系数为 146%，属于低度变异。土壤中重金属锌和镉超标最严重，锌和镉的含量分别超四川省土壤背景值 879 倍和789倍，超国家标准值 304 倍和 208 倍，同时企业周边土壤中锌、镉含量超标比例分别高达 100%和 80%，说明该区域主要受到锌和镉的污染。表 5土壤重金属分析结果点位重金属含量/(mgkg1)AsCdCrCuNiPbZnHg1#69075774839687360112#54052875642686890283#21115136127261821 2200144#10208672293188712016722陈科，等:雅西某铅锌冶炼企业周边土壤重金属污染及生态风险评价山东化工表 5(续)点位重金属含量/(mgkg1)AsCdCrCuNiPbZnHg5#35057664332758270166#50025794230673180127#620698151271219960528#65044704436935760159#760288740349554201410#3007273333190985026最大值102115136127421821 220052最小值2102566292667318011均值5606283513395760020标准差2280261891263347933112464012变异系数/%404415228513146350324579四川省土壤背景值1040079793113263098650061超背景值倍数054789105165101306879334超背景值比例/%0100509040100100100GB 156182018(65pH 值75)300320010010012025024超标倍数019208041051033079304009超国家标准比例/%080010020100032污染评价321单因子污染指数法评价根据单因子污染指数法和 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB 156182018)中(65pH 值75)的评价标准值，由式(1)计算出各个采样点的重金属单因子污染指数，由表 6 可知，企业周边土壤重金属 As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 和Hg 单因子污染指数均值分别为 019，208，041，051，033，079，304 和 009，其中土壤 As、Cr、Ni、Hg 四种元素均为小于 1，处于未污染级别，Cu 和 Pb 个别达到轻微污染级别，Cd 为轻度污染，个别点位达到中度污染，Zn 为中度污染。表 6单因子污染指数评价结果点位污染指数AsCdCrCuNiPbZnHg1#0232500390480390572940052#0181730440560420572760123#0073830681270261524880064#0342870360290310732850075#0121900330430320633310076#0170830400420300561270057#0212300410510271013980228#0221470350440360782300069#02509304404003407921700610#010240037033031075394011均值019208041051033079304009322内梅罗综合污染指数法评价根据内梅罗污染综合污染指数法公式(2)计算出结果如表7 所示，企业周边土壤除 6#点位处于警戒线外，其余点位均受到污染，其中 3#点位重金属内梅罗综合污染指数最高为 36，6#点位最低为 10。说明该区域土壤受到铅锌冶炼污染。表 7内梅罗综合指数法评价结果采样点位内梅罗综合污染指数污染等级1#22中度污染2#20中度污染3#36重度污染4#21中度污染822SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷第 3 期表 7(续)采样点位内梅罗综合污染指数污染等级5#24中度污染6#10尚清洁(警戒线)7#29中度污染8#17轻度污染9#16轻度污染10#29中度污染33潜在生态风险评价结果潜在生态风险指数包括单个元素和整体元素的潜在生态风险，通过公式(3)计算得到生态风险评价结果，由表 8 可知，单个金属元素生态风险程度为:CdHgPbZnCuAsNiCr。其中 As、Cr、Cu、Ni、Pb 和 Zn 元素处于轻微风险程度;Hg 元素处于较强风险程度，有两个点位处于中等风险强度;而 Cd 元素处于极强风险程度，有两个点位处于较强风险程度。从整体生态风险来看，6#和 9#点位处于中等风险强度，1#、2#、4#、5#、8#和10#点位处于较强风险强度，3#和 7#点位处于极强风险程度，其中 7#最高，达到 6545。充分说明该区域受到严重污染，生产企业向周边环境排放大量污染物。表 8重金属元素潜在生态风险评价结果采样点位EirAsCdCrCuNiPbZnHgI1#6632848195772598110085172139872#5191975220900644110079718442293#2024367344204399294514191860194#9813266182466475142482310547505#3372165167691491121495610535996#481949200675460108436878720637#5962620205820414195811534165458#6251671177707552150566698430789#73110632206435211537627918240910#288273418553147514561141704847均值54223662108255031532879138841534结论(1)结果表明企业周边土壤重金属含量差异明显，8 种元素除砷以外，全部元素超过四川省土壤背景值，其中土壤锌的含量最大，达到 760 mg/kg。土壤中汞的变异系数最大，其变异系数为 579%，属于高度变异。土壤中重金属锌和镉超标最严重，锌和镉的含量分别超四川省土壤背景值 879 倍和 789 倍，超国家标准值 304 倍和 208 倍，同时企业周边土壤中锌、镉含量超标比例分别高达 100%和 80%，说明该区域主要受到锌和镉的污染。(2)污染指数评价结果表明，企业周边土壤重金属污染程度由强到弱依次为 ZnCdPbCuCrNiAsHg，其中土壤 As、Cr、Ni、Hg 四种元素均为小于 1，处于未污染级别，Cu 和 Pb 个别达到轻微污染级别，Cd 为轻度污染，个别点位达到中度污染，Zn为中度污染。区域土壤除 1 个点位处于警戒线外，其余点位均受到污染。(3)潜在生态风险指数评价表明，As、Cr、Cu、Ni、Pb 和 Zn 元素属于轻微风险程度，Hg 元素全部处于较强风险程度，而 Cd 元素全部处在极强风险程度。从整体生态风险来看，全部点位都处在中等风险程度以上，其中最高达到 6545。综上所述，该铅锌冶炼企业周边土壤严重受到人为活动因素干扰，建议企业提高环保意识、加强日常监管、落实环保措施，保证污染物达标排放，减轻废气重金属对周边土壤的累计污染。参考文献 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