化肥厂场地土壤重金属污染特征与评价_杨在.pdf

化学工程与装备 2022 年 第 12 期 294 Chemical Engineering&Equipment 2022 年 12 月 化肥厂场地土壤重金属污染特征与评价化肥厂场地土壤重金属污染特征与评价 杨 在（厦门凯力信检测技术有限公司，福建 厦门 361012）摘摘 要要：以福建省漳州市某化肥厂为例，对其场地土壤 7 种重金属污染情况进行分析。结果表明，重金属均未超过 GB36600-2018 第一类用地筛选值；重金属的单因子污染指数均小于 1，均未达到污染程度，污染程度顺序为 AsPbHgNiCuCd；潜在生态风险指数表明，监测点主要处于高污染和轻微生、中等生态风险，潜在生态风险顺序为 HgCdCuPbAsNi；重金属的相关性分析表明，一些重金属在化肥厂场地土壤中具有一定的同源性。关键词：关键词：土壤；化肥厂；重金属；污染 随着我国社会经济不断发展，不少城市的规划布局进行了大幅调整，原有的农业用地、工业用地、居住用地以及公共建设用地等类型用地在搬迁、转换用途过程中产生的土壤污染问题日渐突出。这其中，部分工业企业搬迁所遗留下的污染场地数量逐年递增，造成的土壤污染问题日趋严重1。长期的生产活动、环境管理不当等因素使得某些退役厂区遗留场地的土壤中污染物含量过高，可能成为对人体健康和环境具有潜在的风险的“化学定时炸弹”2。作为可持续发展和生态文明建设需要的一个方面，废弃化工生产场地的再利用问题，已成为环保、科研领域重要的研究课题3,4。由于化肥厂的生产特性，目前关于化肥厂场地污染的研究主要集中在氨氮，如徐铁兵等5对华北地区某化肥厂场地土壤和地下水中的氨氮分布特征进行了研究，吕晓立等6对华北地区某化肥厂场地地下水中的氨氮污染特征进行了研究。而化肥厂场地的重金属污染仅孙小华7对某化肥厂场地土壤的重金属 As 污染特征进行了研究，暂未发现其他相关研究。因此，本文以福建省漳州市某化肥厂场地为例，对化肥厂场地开展土壤重金属污染特征进行分析并加以评价，旨在为相关场地土壤的重金属污染提供科学依据。1 1 场地概况与生产工艺场地概况与生产工艺 该化肥厂场地的原始地貌主要属冲洪积地貌单元。场地内为残丘坡地及冲积阶地地貌，整体地形由东北至西南降低，现场地较为平缓、开阔。年平均降雨量 14531612mm，多年平均蒸发量 1472.2mm。2002 年，该化肥厂开始生产复混肥，拥有年产 2 万 t 复混肥生产线；2003 年，生产线改造为 5 万 t/年的复混肥生产线；2012 年，厂区生产线停产。原有主要建筑为复混肥生产车间、仓库以及锅炉房等。厂房于 2019 年末进行厂房拆除，相关建筑物、设备均已拆除，场地内无地面建筑。场地面积约 20000m2。所在场地目前已拆除作为政府收储用地，未来作为居住用地、商业用地及医疗卫生用地。该化肥厂主要生产复混肥，其主要生产工艺如下：过磷酸钙经粉碎后加碳酸氢铵混合氨化，细粉与尿素、氯化钾混合，并加入粘合剂硫酸进行造粒。2 2 材料与方法材料与方法 2.1 样品采集 图图 1 1 化肥厂场地土壤采样点分布化肥厂场地土壤采样点分布 因化肥厂的地面建筑均已拆除，故采用分区布点法及系统布点法（网格布点法）相结合的方法布点，对功能区占较大比例且为主要活动区域的工作单元进行布点。参考 工业企业场地环境调查评估与修复工作指南（试行）中系统布点法（网格布点法）推荐网格布点数量，将监测区域分成DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.130 杨 在：化肥厂场地土壤重金属污染特征与评价 295 40 m40 m 的 15 个工作单元。土壤采样设置为：表层（050cm），中层（两层土壤交界处）、深层（地下水位线50 cm 附近）。土壤对照点采集表层，采 1 个样品；其余土壤采集 3 层，每层采 1 个样品；共采集 37 个土壤样品。具体的采样布点见图 1。基于地块卫星图及房屋平面图等资料，采用 GPS 定位，测距采用手持式电子测距仪，使用 XY-150 型钻机进行土壤样品的采集和监测井的建井施工。土壤采样采用直推式方法利用钻杆从地表直推至指定的土壤采样深度，土壤岩芯样品按照揭露顺序依次放入岩芯箱，对土层变层位置进行标识。3m 以上每隔 0.5m，3m 以下每隔 1m 使用 XRF（X 射线荧光光谱仪）对土壤重金属进行快速检测，确定各点位分层土壤样品采样深度，辅助筛选送检样品。随后用取样器对采集上来的土壤进行取样。先用竹刀（聚乙烯塑料铲），去除与金属采样器接触的部分土壤，再取其土壤样，每个土样采集 1kg左右，置于玻璃容器 4以下保存。2.2 样品分析 样品采集、流转严格按照相关规范进行质量控制。分析测试时采用空白试验、精密度控制、准确度控制等质量控制措施。所测样品相关指标的空白、加标回收率、平行样品标准偏差及质控样结果均在允许偏差范围内。平行样品测定数为总样品数的 20%。砷按照 GB/T 22105.2-2008 测定；汞按照 GB/T 22105.1-2008 测定；镉和铅按照 GB/T 17141-1997测定；铬按照 HJ 687-2014 测定；铜和镍按照 HJ 491-2019测定。2.3 评价方法 2.3.1 单因子污染评价法 单因子污染评价法用于评价区域内单个重金属的污染程度，其公式为：Pi=Ci/Si。其中：Pi、Ci、Si分别为重金属i的单因子污染指数、实测浓度、评价标准值。本研究以GB36600-2018 中第一类用地筛选值为评价标准值。Pi1、1Pi2、2Pi3、Pi3 对应的污染程度分别为无污染、轻度污染、中度污染和重度污染。2.3.2 潜在生态风险指数法 潜在生态风险指数法用于评价区域内土壤多种重金属潜在生态的联合污染风险，其公式为：，。其中：、分别为某一重金属的实测浓度、评价参比值、污染系数、综合污染指数、毒性系数、潜在生态风险指数，RI 为多种重金属的综合潜在生态风险污染指数；采用福建省土壤重金属背景值，重金属 As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni 的值分别为 10、30、5、5、40、58-9。Cd5、5Cd10、10Cd20、Cd20 对应的污染程度分别为低污染、中等污染、较高污染、很高污染。RI150、150RI300、300RI600、RI600 对应的生态风险水平分别为轻微生态风险、中等生态风险、强生态风险、很强生态风险。3 3 结果与分析结果与分析 3.1 基于土壤质量标准的重金属评价 化肥厂场地土壤重金属的含量与场地对照点、GB36600-2018第一类用地筛选值10、福建省土壤重金属背景值11的比较见表1。由于受污染程度不同，不同区域、不同深度的同种重金属含量亦有所不同，同种重金属的含量变化较大。由表1可知，化肥厂场地土壤7种重金属含量的最高值均低于土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（GB36600-2018）10中第一类用地筛选值，说明场地内7种重金属含量均在标准限值范围内，未出现超标行为。由于福建省土壤背景值未有Cr的数据，剔除后，土壤样品6种重金属平均含量均高于福建省背景值。其中，As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni含量高于福建省土壤重金属背景值的监测点分别占22%、86%、100%、100%、75%、25%。化肥厂场地土壤7种重金属含量的平均值部分低于对照点的重金属含量，主要是由于对照点采集的样品是表层，而化肥厂场地样品采集是表层、中层和底层，污染程度较小的底层重金属含量降低了其平均值。表表 1 1 场地土壤重金属的含量比较场地土壤重金属的含量比较 mg/kgmg/kg 重金属 含量范围 平均值 标准差 对照点含量 筛选值10 福建省背景值11 As 0.9712.30 4.69 2.392 2.49 20 6.3 Cd 0.020.97 0.23 0.202 0.16 20 0.074 Cr ND ND-ND 3.0-Cu 56.0318.0 144.8 58.292 47 2 000 22.8 Pb 46.3244.0 79.9 34.126 81 400 41.3 Hg 0.050.875 0.223 0.172 0.14 8 0.093 Ni 5.0107.0 25.2 18.640 29 150 18.2 注：ND 表示未检出；-表示无该项要求。3.2 单因子污染指数评价 由于场地土壤中 Cr 未检出，因此未予以评价，后文同。采用单因子污染指数法对化肥厂场地土壤 6 种重金属进行评价，结果见图 1。由图可知，各监测点 6 种重金属的Pi296 杨 在：化肥厂场地土壤重金属污染特征与评价 均小于 1，则单因子污染指数表明场地 6 种重金属均未达到污染程度；各监测点 As 相较于其他 5 种重金属，其Pi总体偏高；所有监测点中Pi最高的 3 个点位分别为 T3 表层（Ni）、T11 表层（As）和 T2 底层（Pb），其值分别为 0.713、0.615和 0.610，故这 3 个监测点应予以适当关注。对所有监测点6 种重金属Pi取均值，As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni 平均Pi分别为 0.234、0.012、0.072、0.200、0.028、0.168、0.102，则污染程度顺序为 AsPbHgNiCuCd。图图 1 1 场地土壤重金属场地土壤重金属的的单因子单因子污染指数污染指数 3.3 潜在生态风险指数评价 采用潜在生态风险指数法对化肥厂场地土壤 6 种重金属进行评价，其综合污染指数Cd和综合潜在生态风险指数RI 见表 2。由表可知，Cd与 RI 最高值位于 T8 表层，其值分别为 34.0 和 626，对应的污染程度和生态风险水平分别为很高污染和很强生态风险。对所有监测点的Cd对应的污染程度进行统计，发现 11.11%监测点处于中等污染，69.44%监测点处于较高污染，19.44%监测点处于很高污染；对所有监测点 RI 对应的生态风险水平进行统计，发现 36.11%监测点处于轻微生态风险，36.11%监测点处于中等生态风险，25.00%监测点处于强生态风险，2.78%监测点处于很强生态风险。对所有监测点的Cd与 RI 取均值，其值分别为 15.9和 245.0，对应的污染程度和生态风险水平分别为较高污染和中等生态风险。对所有监测点重金属的潜在生态风险指数Er取均值，As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni 平均 Er分别为 7.44、93.24、31.76、9.68、95.94、6.94，则潜在生态风险顺序为 HgCdCuPbAsNi。表表 2 2 土壤重金属的综合污染指数和综合潜在生态风险指数土壤重金属的综合污染指数和综合潜在生态风险指数 指数 T1 T2 T3 T4 表层 中层 底层 表层 中层 底层 表层 中层 底层 表层 中层 底层 Cd 13.1 13.4 11.5 13.6 12.2 27.0 25.8 18.7 15.2 24.7 14.3 15.7 RI 159 117 115 145 169 410 429 355 171 426 221 240 指数 T5 T6 T7 T8 表层 中层 底层 表层 中层 底层 表层 中层 底层 表层 中层 底层 Cd 22.2 16.4 11.5 13.2 15.9 25.1 6.6 12.7 7.3 34.0 17.0 12.9 RI 390 324 131 181 228 595 85 253 94 626 298 206 指数 T9 T10 T11 T12 表层 中层 底层 表层 中层 底层 表层 中层 底层 表层 中层 底层 Cd 8.8 15.2 9.0 20.0 11.2 11.2 33.4 10.5 11.6 12.9 16.8 12.9 RI 144 242 114 348 110 183 542 144 138 131 149 206 杨 在：化肥厂场地土壤重金属污染特征与评价 297 3.4 重金属的相关性分析 场地土壤重金属是否为同一来源可通过相关性进行判断12。重金属间的相关系数越大，说明其来源或分布越相似。将场地土壤 6 种重金属进行 Pea