电子废弃物拆解园区重金属排...金属污染来源解析及风险评价_蒋炜玮.pdf

DOI:10 3969/j issn 1674 6732 2023 01 002电子废弃物拆解园区重金属排放特征和周边土壤重金属污染来源解析及风险评价蒋炜玮，谢丹平，陈晓燕，杨艳艳，范芳(生态环境部华南环境科学研究所，广东广州510655)摘要:对某典型电子废弃物拆解园区排放的废气以及周边土壤中的重金属进行监测分析。结果显示，拆解过程中排放的重金属总量由高到低依次为:锡(Sn)、铬(Cr)、镍(Ni)、铅(Pb)、铜(Cu)、锑(Sb)、锰(Mn)、砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg);从处理工艺来看，几个主要拆解工序均有重金属排放，排放量由高到低依次为:加热烤板、火法冶炼、塑料造粒和湿法冶炼工序。园区周边土壤中的 Hg、Cd、Cu、Pb 平均质量分数超过珠三角土壤污染风险筛选值。相关性和主成分分析结果表明，Pb、Cu、Cd、Ni、Zn 等重金属来源于电子废弃物拆解过程，包括废水排放、大气干湿沉降和固体废弃物随意堆放等途径，Cr 可能主要来源于成土母质，Hg 有电子废弃物之外的其他来源。土壤生态风险评价结果表明，该区域属于很强生态风险，其中 Cd 和Hg 对生态危害的贡献率达到 91 6%。土壤环境容量评价结果表明，该区域仅有 As 和 Cr 的土壤现存容量较大，Zn 和 Ni 的土壤现存环境容量较小，已达到警戒值，其余重金属均处于超载状态。该地区土壤重金属污染状况须引起足够重视，应尽快制定管控治理措施。关键词:电子废弃物拆解园区;重金属;废气;土壤;源解析;风险评价中图分类号:X825文献标志码:B文章编号:1674 6732(2023)01 0009 07收稿日期:2022 04 14;修订日期:2022 05 05基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFC1803904)作者简介:蒋炜玮(1989)，女，工程师，硕士，从事环境监测和重金属污染研究工作。Heavy Metal Emission Characteristics of Waste Gas from E-waste Dismantling egion andSource Analysis and isk Assessment of Heavy Metal Pollution in Surrounding SoilJIANG Wei-wei，XIE Dan-ping，CHEN Xiao-yan，YANG Yan-yan，FAN Fang(South China Institute of Environment Sciences，Ministry of Ecology and Environment，Guangzhou，Guangdong510655，China)Abstract:Heavy metals had been monitored and analyzed in waste gas and soil from a typical e-waste dismantling region The resultsshowed that in the process of e-waste dismantling，the total amount of heavy metals discharge ranged from high to low was Sn，Cr，Ni，Pb，Cu，Sb，Mn，As，Cd and Hg Also，heavy metals were discharged in the main processes of e-waste dismantling process，and theemissions from high to low are heated baking board process，pyrometallurgical smelting process，plastic granulation process andhydrometallurgical process The average contents of Hg，Cd，Cu and Pb in soils of surrounding area exceeded the risk screening valuesof soil pollution in the Pearl iver Delta，correlation analysis and principal component analysis results showed that Pb，Cu，Cd，Ni，Zn were derived from electronic waste dismantling process，including wastewater discharge，atmospheric dry and wet deposition，solidwaste illegal stacking and etc Cr can mainly came from soil parent material，Hg has sources other than e-waste The results of soilcapacity evaluation showed that in this region the soil capacity of As and Cr was relatively large，while the soil capacity of Zn and Niwas relatively small，which had reached the warning value Soil capacity of other heavy metals were overload Heavy metal pollution ofsoil in this region should be paid more attention and control measures should be developed as soon as possibleKey words:E-waste dismantling region;Heavy metal;Waste gas;Soil;Source analysis;isk assessment随着我国经济迅速发展和生活水平的提高，目前已成为电子电器产品的生产和消费大国，其9第 15 卷第 1 期2023 年 1 月环境监控与预警Environmental Monitoring and ForewarningVol 15，No 1January 2023保有量和报废量在持续增长。据中国废弃电器电子 产 品 回 收 处 理 及 综 合 利 用 行 业 白 皮 书20191报告，2019 年我国电子产品理论报废量为 67 420 89 万台，共计 733 60 万 t，比 2018 年增长 14 5%，实际处理数量约为 8 000 万台，共计 213 47 万 t，其中手机产品位列首位。Zeng等2 研究发现，中国电子产品废弃量将在 2020 年和 2030 年分别达到 1 550 万 t 和 2 840 万 t，平均年增长率达到 10 4%。电子废弃物作为资源具有很高的回收利用价值，可以缓解资源和环境压力3 5，但电子废弃物在拆解处置过程中会产生铅(Pb)、镉(Cd)、锡(Sn)、铬(Cr)和汞(Hg)等重金属，多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)、二噁英和多环芳烃(PAHs)等持久性有机物，以及挥发性有机污染物(VOCs)等，这给生态环境和人体健康带来潜在危害6 14。在电子废弃物回收和拆解过程中，重金属会通过废气排放进入环境空气中，附着在颗粒物上，造成大气重金属污染15 17，也会通过废水排放、大气干湿沉降和固体废弃物堆放等途径进入土壤，造成土壤重金属污染18 21。近年来，电子废弃物拆解行业由手工拆解作坊逐渐向集中拆解产业园转变，拆解过程产生的废气也由分散式无组织排放转变为集中式有组织排放。目前，对集中式电子拆解行业不同处理工艺的重金属排放特征及拆解区周边土壤环境容量评价鲜有报道。现针对某典型电子废弃物拆解产业园区(以下简称“园区”)加热烤板、塑料造粒、湿法冶炼和火法冶炼 4 个工序排放的废气中重金属进行分析，研究电子拆解过程中排放的重金属污染物的种类以及污染特征，以期为电子废弃物拆解行业废气排放标准和技术规范的制定提供依据。同时，对园区周边土壤中重金属污染来源进行分析，对该区域土壤生态风险和土壤环境容量进行评价，以期为电子废弃物拆解行业的污染防治提供理论支持。1材料与方法1 1点位布设与样品采集1 1 1废气和环境空气于 2017 年 78 月在园区内 4 个不同拆解区的废气排放口采集有组织废气，分别记为加热烤板区废气(FQ1)、塑料造粒区废气(FQ2)、湿法冶炼区废气(FQ3)和火法冶炼区废气(FQ4)，废气样品采集参照固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范(试行)(HJ T 3732007)进行，采集时生产负荷需要达到 75%以上，每个排放口采集重金属样品 3 次，每次 1 h。1 1 2土壤于 2017 年 8 月在园区周边选择 8 个不同点位的土壤开展 1 次监测。土壤样品采集参照土壤环境监测技术规范(HJ/T 1662004)进行，采集0 20 cm 的表层土壤，经四分法缩分后取 1 kg 样品装入聚乙烯袋中。样品在实验室中室温风干后，研磨过 100 目尼龙筛，用于重金属分析。1 2仪器与试剂1 2 1仪器DCe 电感耦合等离子体质谱仪(ICP MS，美国珀金埃尔默公司);BAF-2000 原子荧光光度计(北京宝德仪器有限公司);DS360 石墨炉消解仪(广州格丹纳仪器有限公司);TOPEX+微波消解仪(上海屹尧仪器科技发展有限公司)。1 2 2试剂硝酸(HNO3，电子 UP 级，68 0%70 0%，成都科隆化学品有限公司);盐酸(HCl，优级纯，36.0%38 0%，广州化学试剂厂);氢氟酸(HF，UP 级，49%，苏州晶瑞化学有限公司);高氯酸(HClO4，优级纯，70 0%72 0%，广州化学试剂厂);氯化钠(NaCl，优级纯，上海安谱实验科技股份有限公司)。1 3样品处理及分析方法1 3 1废气和环境空气样品将整张滤膜剪成小块置于聚四氟乙烯烧杯中，加入 HNO3 HCl 混合溶液，放入石墨炉消解仪进行消解，冷却后过滤、定容，同时用空白滤膜做空白试验。通过 ICP MS 测定样品中 Cd、镍(Ni)、铜(Cu)、Pb、Cr、锌(Zn)、锑(Sb)、锰(Mn)的质量浓度，通过原子荧光光度计测定样品中砷(As)的质量浓度。将采样后的巯基棉采样管固定，滴加40 mol/L HCl NaCl 饱和溶液，洗脱 Hg 及其化合物，通过原子荧光光度计测定样品中 Hg 的质量浓度。1 3 2土壤样品土壤样品经风干、研磨、过筛后加入 HNO3、HF和 HClO4，放入石墨炉消解仪进行消解，冷却后过滤、定容，通过 ICP-MS 测定样品中 Cd、Ni、Cu、Pb、Cr、Zn 的质量分数。土壤样品经风干、研磨、过筛后加入 HCl 和 HNO3，放入微波消解仪进行消解，01第 15 卷第 1 期蒋炜玮等 电子废弃物拆解园区重金属排放特征和周边土壤重金属污染来源解析及风险评价2023 年 1 月冷却后过滤、定容，通过原子荧光光度计测定样品中 Hg 和 As 的质量分数。2统计分析与评价方法2 1统计分析方法利用 Microsoft Excel 2010 软件、SPSS 19 0 软件对数据进行 Pearson 相关性分析和主成分分析(因子分析)，经 KMO 检验和 Bartlett 球度检验后分析成分载荷。2 2土壤生态风险评价方法采用潜在生态风险指数法(Potential Ecologicalisk Index)，该方法考虑了多元素的协同作用、毒性水平、相对贡献及地理空间差异等特点，能够综合反映重金属对生态环境影响的潜力。其计算公式见式(1)和式