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广 东 化 工 2023 年 第 16 期 122 第 50 卷 总第 498 期 安徽省某化工厂土壤重金属污染现状与评价安徽省某化工厂土壤重金属污染现状与评价 高芮1，孙晨曦2，李伟平3，黄俊2(1安徽省巢湖管理局湖泊生态环境研究院，安徽 合肥 238001；2合肥学院，安徽 合肥 230601；3安徽国祯环境修复股份有限公司，安徽 合肥 230088)摘 要本研究针对安徽省中南部某化工厂污染现场土壤中重金属的污染情况，采集 28 个土壤样品，并对其中的汞、砷、铜、镉、铅进行了测定。结果表明，这一遗留地块内土壤重金属中的汞、砷、铜、镉和铅,分别达到平均含量为0.32，11.29，36.25，0.37，27.10 mgkg-1；依据单因子污染指数及内梅罗综合指数分析结果，五类重金属的危害性等级大小顺序为：汞镉铜砷铅；采用潜在生态风险指数法评价表明：土壤重金属的 RI 均值 441.5，Hg、Cd 分别属于较强生态危害、强生态危害，剩下三个则属于轻微生态危害，各重金属的潜在生态风险指数依次为汞镉砷铜铅，而汞的作用是最主要的。关键词重金属污染；生态危害；风险评价 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0122-03 Status and Assessment of Heavy Metal Pollution in Soil of a Chemical Plant in Anhui Province Gao Rui1,Sun Chenxi2,Li Weiping3,Huang Jun2(1.Lake Ecological Environment Research Institute of Anhui Chaohu Management Bureau,Hefei 238001；2.School of Biological Food and Environment,Hefei University,Hefei 230601；3.Anhui Guozhen Environmental Remediation Company Limited,Hefei 230088,China)Abstract:In view of the heavy metal pollution in the soil of a chemical plant in the central and southern Anhui Province,28 soil samples were tested,and the mercury,arsenic,copper,cadmium and lead in them were determined.The results showed that the average contents of mercury,arsenic,copper,cadmium and lead in the soil heavy metals in the left plot were0.32,11.29,36.25,0.37,27.10 mgkg-1,respectively.According to the analysis results of single factor pollution index and Nemerow composite index,the order of the harmfulness of the five heavy metals is mercurycadmiumcopperarseniclead.The potential ecological risk index method showed that the average RI of soil heavy metals was 441.5,Hg belonged to the strong ecological hazard,Cd belonged to the strong ecological hazard,and other heavy metals belonged to the slight ecological hazard.The potential ecological risk index of each heavy metal was mercurycadmiumarseniccopperlead,and mercury played the most important role.Keywords:heavy metal pollution；ecological hazards；risk evaluation 土壤是人类安全和发展的重要物质基础，也是社会和经济发展进程中不必要的自然资源。随着我国经济社会的高速发展和工业化进程的加快，多种类型重金属元素以不同的方式进入土壤，它不仅破坏了土壤环境原有的生态和平衡，但也严重危害人类健康，严重制约区域土壤系统的可持续发展。1土壤重金属污染对生态与健康造成的风险已经成为土壤环境研究中的一个热点问题。土壤中重金属含量多少受外界污染物作用，重金属将继续在土壤中积累，导致土壤环境承载力降低，而且对生态环境构成了严重的威胁。人类在许多日常活动(如市政，工业，商业及农业活动)中都会将多种有毒及潜在有毒污染物排放到环境中。在上述活动尤为剧烈的城市环境下，金属及有机污染物排放量普遍较高，必然使城市环境尤其易受环境退化及污染之害。城市土壤环境质量直接关系到人们的身体健康和经济发展，所以对其进行监测和评估显得尤为重要。由于目前我国对于城市绿地土壤环境污染状况还缺乏有效的监测手段和方法，导致了许多问题的出现。在诸多土壤污染物当中，重金属是公认的主要污染物。自然和人类活动的双重作用导致了土壤会累积富集重金属，其中人为输入是主要原因，我们普遍想法是认为人为来源(如工业废物，汽车尾气，生活垃圾等)可能产生有毒元素(如铅，镉，铜，锌)是造成城市土壤环境污染的重要原因2。城市土壤较自然土壤更易对重金属进行累积而出现重金属污染。所以，进行土壤重金属污染评价研究，对于制定治理措施、确定土地用途等都有着十分重要的意义。本研究选取安徽省南部某厂土壤(该工厂于 2017 年停产生产甲叉和三苯氯甲烷)，利用单因子污染指数法，内梅罗综合指数法，再加上潜在生态风险指数法来对土壤中五种重金属(Hg、As、Cu、Cd、Pb)进行含量分析，并对其污染程度与环境风险进行了研究，以期为同类型土壤污染风险的研究，修复治理与再利用打下基础3。1 材料与方法材料与方法 1.1 研究区概况 宣城地区位于浙皖苏这三省交界处，坐落于安徽省的东南边，介于东经 119 度 02 分119 度 38 分，北纬 30 度 37 分31度 14 分之间。南临宁国市；东、东南边与浙江省长兴县及安吉县相毗邻；江苏省溧阳市，宜兴市位于其北边；西与宜州市，郎溪县接壤，紧挨长江三角洲。地城东西长四十八千米，南北宽六十五千米，县域面积 2165 平方千米。区域内溪涧众多，河流多出境，以桐讷河、无量溪河为主，属于长江第二大支流朗川河(第一大支流水阳江)的中上游水系。两大河自南向北纵贯全境，在郎溪县合溪口注入后称为朗川河注入南清湖。1.2 样品采集与处理 根据现场踏勘，将场地原有的功能区特征进行分析，寻找功能区的特征污染物，对污染厂区进行布点，用分区布点法，并结合网格布点的方法。前期采样调查布置 9 个土壤采样点共采集 28 个土壤样品(含 1 个土壤对照点)，采样点分别涵盖了原存储区、污染物排放较严重场地(生产车间)、污水处理池及疑似堆放危险废物的残余固废等功能区域。1.3 样品测定 利用原子荧光光谱法测定 Hg、As 含量，Cu 含量主要利收稿日期 2023-05-12 基金项目 安徽省科技重大专项项目(202003A06020024)；合肥市关键共性技术研发项目(2021GJ063)；安徽高校自然科学研究项目重点项目(KJ2021A1011)；2021 年合肥学院研究生创新创业项目(21YCXL26)作者简介 高芮(1986-)，男，安徽庐江人，高级工程师，硕士，主要研究方向为流域环境治理、土壤污染治理。2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 123 用火焰原子吸收分光光度方法测定。对于 Cd、Pb 的含量测定主要利用石墨炉原子吸收分光光度法，与此同时通过分析平行双样、空白样品和加标样等方法对样品进行质量控制。1.4 评价标准与方法 以安徽省的土壤环境为基准背景值，采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、再结合潜在生态风险指数法这三种方法进行分析，对土壤中重金属含量多少，污染程度进行详细分析与评估。1.4.1 单因子污染指数法 单个因子去评价，是最基本的评估方法，它是建立在一个单因子指标上，即污染物的实际测量结果与该被评价区域的土壤背景值或土壤环境质量标准值(GB156181995)之比。单一因子的品质指数仅能反映出某一特定的重金属污染水平，而无法反映出一个地区的重金属污染总体状况4。土壤污染指数污染程度见下表 1。公式如下：Pi=Ci/Si 上述公式中：Pi表示污染物单因子指数；Ci为实际所测浓度值，单位 mgkg-1；Si为土壤环境质量标准值(安徽土壤环境背景值)，单位mgkg-1。表表 1 土壤污染指数污染程度土壤污染指数污染程度 Tab.1 Soil pollution index pollution degree 等级 综合污染指数(P 综)污染等级 1 Pi1 无污染 2 1Pi2 轻污染 3 2Pi3 中污染 4 Pi3 重污染 1.4.2 内梅罗综合污染指数法 单因子指数法在区域上有一定局限性，而实际的污染区域状况却非常复杂，且各地区之间可能差别很大，当前情况，内梅罗综合污染指数法评价可以满足，其能够较好地既反映多种因素的环境质量指标影响，又可把元素极值与突出极值同时运用起来，能够对区域重金属污染进行更加客观的评估5。依此方法土壤的污染程度如表 2 所示。公式如下：2max22PiPiP）（综合 上述公式中：P：综合是指土壤综合污染指数；Pi：为土壤中各污染指数平均值；max(Pi)：为土壤中单项最大污染物指数数值。表表 2 土壤综合污染指数污染程度土壤综合污染指数污染程度 Tab.2 Soil comprehensive pollution index pollution degree 等级 综合污染指数 污染等级 1 P综合0.7 清洁(安全)2 0.7P综合1.0 尚清洁(非污染警戒线)3 1P综合2.0 轻度污染 4 2P综合3.0 中度污染 5 P综合3 重度污染 1.4.3 潜在生态风险指数法 来自瑞典的著名科学家 Hakanson 提出，可利用沉积学基本原理的一种方法，去评估土壤环境中重金属污染的程度及其对环境危害的程度6。该系统涵盖了多种学科，如相结合了生物毒理学、环境化学、生态学，对其进行了生态风险评估，并用量化的方法对其进行了分类。目前，这一技术已经被广泛地用于水体生态环境的风险评估、土壤重金属的生态危害分析。公式如下：CCCiniir实测 CTEiririr niirERI1 式中：Cir表示某重金属 i 的富集系数；Ci实测为浓度的实际测量值；Cin表示对某重金属 i 的评价的参考值，本文采用的是安徽土壤中重金属元素背景值。RI为生态风险指数的综合数值；Eir为单项潜在生态危害的系数；Tir是指某一种金属的毒性响应系数，若用 Hakanson 制定的标准化重金属毒性系数，以此判定评价依据，则毒性系数 Hg=40，Cd=30，As=10，Pb、Cu=57；表表 3 潜在生态风险评价等级划分标准潜在生态风险评价等级划分标准 Tab.3 Classification criteria for potential ecological risk assessment levels Er 单因子生态风险程度 RI 综合生态风险程度 40 轻微生态危害 90 轻微生态危害 4080 中等生态危害 90180 中等生态危害 80160 强生态危害 180360 强生态危害 160320 很强生态危害 360720 很强生态危害 320 极强生态危害 720 极强生态危害 2 结果与讨论结果与讨论 2.1 土壤 pH 值 土壤的酸碱度、理化性质与土壤的 pH 值都有密切关系。本场地采集的28个土壤样品pH值分布在3.596.32区域之间，因此表明该工业遗留场地的土壤整体是表现为酸性。2.2 土壤重金属含量状况 由表4分析可知，土壤样品中的重金属Hg、As、Cu、Cd、Pb按平均值大小顺序为CuPbAsCdHg，其平均值具体分别为0.32，11.29，36.25，0.37，27.10 mgkg-1，而其在安徽土壤中的背景值分别为0.05，8.94，20.02，0.07，26.39 mgkg-1，因此可以得出其浓度平均值均高于安徽土壤背景值。Hg、As、Cu、Cd、Pb 浓度平均值分别是安徽省土壤元素背景值的 6.4，1.26，1.81，5.29，1.03 倍，呈富集状态。根据重金属浓度的最大值，可以看出 Cu 在五种重金属里浓度值最突出，最大值达到 49.60 mgkg-1，超过安徽土壤背景值的 2 倍还要多，为 2.48 倍。Pb、As 浓度的最大值为 36.42，20.43 mgkg-1，而Hg、Cd浓度的最大值分别为0.62，0.8 mgkg-1，这四种重金属分别是安徽土壤背景值的 1.38，2.29，12.4，11.43倍。五种重金属浓度的最小值是 Cd，为 0.11 mgkg-1，其次是Hg 的浓度含量。可以通过变异系数的数值，判断出各个样点的变异程度的变化，若超过30%则属于强变异，中等变异处于区间10%30%中8。其中 Cd 为 40.54%，达到变异系数最大；Pb 的变异系数为 13.43%，是占最小的，说明其含量分布相对比较集中。表表 4 研究区土壤重金属含量统计研究区土壤重金属含量统计 Tab.4 Statistics of soil heavy metal content in the study area 浓度/(mgkg-1)重金属 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数/%安徽土壤背景值/(mgkg-1)土壤二级标准/(mgkg-1)土壤一级标准/(mgkg-1)Hg 0.62 0.23 0.32 0.08 25 0.05 0.3 0.15 As 20.43 4.64 11.29 3.26 28.88 8.94 30 15 Cu 49.60 21 36.25 11.21 30.92 20.02 50 35 Cd 0.8 0.11 0.37 0.15 40.54 0.07 0.3 0.2 Pb 36.42 22.75 27.10 3.64 13.43 26.39 250 35 广 东 化 工 2023 年 第 16 期 124 第 50 卷 总第 498 期 2.3 土壤重金属污染程度评价 2.3.1 单因子污染指数评价 从表5中数据平均来看，该化工厂遗留场地中土壤重金属的单因子污染指数均大于1，说明该地区存在着Hg、As、Cu、Cd、Pb五种土壤重金属的污染。土壤中重金属元素Hg污染最严重，其单项污染指数平均值为6.4；其中As、Cu、Pb污染程度相近，分别为1.26，1.81，1.03，均属于轻度污染。从各元素变异系数来看，Cd元素以40.45%为系数最大，位居第一位，其次是Cu，重金属元素Pb的变异系数最小，为13.59%9。结果表明，在这一地区，重金属 Cd 的污染分布尤其不均匀。表表 5 重金属单因子污染指数重金属单因子污染指数 Tab.5 Single factor pollution index of heavy metals 项目 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数/%PHg 12.4 4.6 6.4 1.6 25 PAs 2.29 0.52 1.26 0.36 28.57 PCu 2.48 1.05 1.81 0.56 30.94 PCd 11.43 1.57 5.29 2.14 40.45 PPb 1.38 0.86 1.03 0.14 13.59 由表 6 可知，Hg 的污染最严重，约 45%处于重污染状态，约 33%处于中污染状态，轻污染状态约占 20%；相反之，五种重金属元素中污染最轻的是 Pb，其污染频率表现为，未污染状态和轻污染状态约各占 50%；重金属 As 属于轻污染，频率约 84%，重金属 Cu 未污染占 10%，反之轻污染频率约占90%；重金属Cd重污染约占4%，中污染为36.2%，而有53.5%是属于轻污染的。再由横向比较可以看出，Hg、Cd 这两种重金属元素存在重污染的状态。因此，原化工遗留场地土壤中，按污染状态依次顺序为 Hg、Cd、Cu、As、Pb，即 Hg 污染最严重，Cd 较严重，Cu、As 次之，污染最轻的则是 Pb。表表 6 污染指数分布表污染指数分布表 Tab.6 Distribution of pollution index 频率/%项目 Hg As Cu Cd Pb Pi1 0 15.6 7.2 6.4 44.8 1Pi2 20.6 84.4 92.8 53.5 55.2 2Pi3 33.9 0 0 36.2 0 Pi3 45.5 0 0 3.9 0 2.3.2 内梅罗综合污染指数评价 分析表 7 数据可知，原化工遗留场地土壤重金属 Hg、Cd的综合污染指数分别为 9.87，8.91，因此二者都处于重度污染等级，而且 Hg 污染最为严重，Cd 次之；重金属元素 Cu 的综合污染指数为 2.17，处于中度污染，As、Pb 污染最轻，分别为 1.85，1.22，处于轻度污染10。综上所述，这表明与单因子污染指数评价结果完全切合。表表 7 内梅罗综合污染指数情况内梅罗综合污染指数情况 Tab.7 Nemero comprehensive pollution index 重金属 综合污染指数 I 污染等级 Hg 9.87 重度污染 As 1.85 轻度污染 Cu 2.17 中度污染 Cd 8.91 重度污染 Pb 1.22 轻度污染 2.3.3 潜在生态风险指数评价 土壤重金属潜在生态危害评价情况见下表 8。由表 8 可以看出，Er值与 RI 值的幅度范围比较广。分析各项目的平均值可得：除了 EHg、ECd，剩下三个数值均低于40，属轻微生态危害。而 EHg、ECd的平均值分别为 256，158.7，EHg是 ECd的 1.61 倍，得出 Hg 处于很强生态危害11。再由表8 中平均值可得，五种重金属依次从大到小的顺序为 HgCdAsCuPb，元素 Hg 危害最大。重金属 RI 最大值为 881.1，最小值为 245.85，其平均值为 441.5，按其均值分析可知，元素 Hg 对总生态风险指数 RI 的贡献值最大，因此需首要修复解决12。表表 8 土壤重金属生态危害评价指数土壤重金属生态危害评价指数 Tab.8 Ecological hazard assessment index of heavy metals in soil 项目 最大值 最小值 平均值 EHg 496 184 256 EAs 22.9 5.2 12.6 ECu 12.4 5.25 9.05 ECd 342.9 47.1 158.7 EPb 6.9 4.3 5.15 RI 881.1 245.85 441.5 3 结论结论 从单因子污染指数和内梅罗综合指数两个角度分析五种重金属危害等级，大小顺序依次为：HgCdCuAsPb，从潜在生态风险指数来看，五类重金属的危害等级为：HgCdAsCuPb。以安徽省的土壤背景值为基准，无论从单因子污染指数、内梅罗综合污染指数，还是潜在生态风险指数等多方面分析比较，对原化工厂废弃厂房的土壤重金属 Hg、Cd、As、Cu、Pb进行了富集，其中土壤重金属 Hg 的污染最为严重，危害最大。三种方法评价比较，由结果可知，Hg、Cd 两个重金属为该场地主要污染因子，综合污染指数分别为 9.87，8.91，属于重度重金属污染，元素 Hg 的综合污染指数是 Cd 的 1.11 倍，说明 Hg 污染最严重，Cd 次之，但均需要修复治理13。重金属 As、Cu 和 Pb 的风险危害性有差异，但差异不大，危害都较轻。但由于废弃化工用地的土壤已被污染，不宜直接使用，必须进行整治和处理14。参考文献参考文献 1尧一骏我国污染场地治理与风险评估J环境保护，2016，44(20)：25-28 2王延荣，郭丽污染场地土壤污染调查与风险评估研究J当代化工研究，2021，(13)：125-126 3王星星，王海芳 山西省某焦化厂土壤重金属污染状况分析与评价J 应用化工，2020，49(4)4王星星特征污染物土壤D中北大学，2020 5张亦弛，王金波，等 某焦化生产场地典型污染物的垂向分布特征J 煤炭学报，2012，37(7)：1211-1218 6王培俊，刘俐，等 西南某焦化场地土壤中典型污染物的特征分布J 煤炭学报，2011(9)：1587-1592 7谢剑，李发生中国污染场地修复与再开发J环境保护，2012，(Z1)：15 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