燃煤電廠周邊土壤汞含量異常的原因分析

摘要：汞是一種有毒重金屬污染物，含有有毒物質的氣體隨著大氣循環被運送到其他地方，會對陸地和海洋的生態系統造成嚴重影響，由于干濕沉降和其他大氣活動，全球范圍內的不同地區都會受到汞排放的污染。本文將收集一些燃煤電廠周邊的土壤，按照GIS的分析方法研究電廠周圍土壤中汞含量的分布情況，具體探討土壤中的汞元素和其他理化性質之間的內在聯系，為環境保護工作提供參考。

關鍵詞：燃煤電廠;汞含量;原因分析

中圖分類號：X833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.097

Abstract： Mercury is a toxic heavy metal pollutant， and gases containing toxic substances are transported to other places as the atmosphere circulates， with serious impacts on terrestrial and marine ecosystems due to dry and wet deposition and other atmospheric activities. Globally， different regions are contaminated by mercury emissions. This paper will collect some soil around coal-fired power plants， study the distribution of mercury content in soil around power plants according to GIS analysis methods， and explore the intrinsic relationship between Mercury and other physical and chemical properties in soil to provide reference for future environmental protection.

Key words： Coal-fired power plant;Mercury content;Cause analysis

在自然環境中，汞元素對于生物來說具有很強的毒性，是一種重金屬元素。它還具有持久性、易遷移性和生物蓄積性等特點，汞對環境造成的生態污染需要花費大量的時間和精力去分解治理，因此也受到全世界人民的關注。汞元素可以通過自然界中的食物鏈不斷給更高層級的生物造成危害，人體中的汞含量如果超出標準會影響中樞神經系統的正常運轉。在我國，燃煤電廠是汞排放的主要源頭，并且隨著工業生產的不斷發展，燃煤電廠出現了汞排放量越來越多的態勢。燃煤電廠的汞排放具有不同的形態特征，通過大氣循環，排放出來的汞分散在全球不同區域，但是干濕沉降會導致陸地土壤中的汞元素含量上升，經過氧化還原反應或者甲基化學反應隨著土壤經由陸地上的水體流動，然后地表蒸發輸送到大氣中去。

1 樣品采集與分析

1.1 樣品采集

按照燃煤電廠的煙霧濃度進行測算，參考年度統計的風向與風速的玫瑰圖，設置不同的樣品采集地點，在燃煤電廠的上風區距離10km的地方采集土壤樣品作為參考，選取人為干擾因素較少的地方，選擇土壤表層0～20cm處的土壤并進行混合。

1.2 樣品分析

首先將收集到的土壤樣品做風干處理，然后均勻地混合不同采集點的土壤，剔除其中的石頭、動植物殘余，利用工具進行碾碎過篩再平均裝入袋中。通過冷原子自動測汞儀測量土壤樣品中的汞含量，水土比按照2：1的標準，過程中需要用到去離子水。

P表示土壤中汞元素的單因子污染指數，C表示土壤中汞含量的背景參數為0.015mg/kg。運用公式p=c/s可以算出燃煤電廠周邊土壤重金屬含量高低的污染程度，按照最終P值數量的大小，可以將土壤定性為不同類型，如表1所示。

通過上表可以看出：燃煤電廠周邊的土壤表層pH數值在6.25～7.18之間，土壤的含汞量在0.014～0.078mg/kg，平均值是0.03mg/kg，這個數據在國內其他燃煤電廠周邊的土壤汞含量比較中屬于較低水平，比貴州、寶雞、蕪湖等地的燃煤電廠都要低。文中列舉的這幾家電廠投入使用的時間較長，這些產地的煤礦中汞含量在全國都處于前列。

1.3 燃煤電廠污染土壤的途徑

造成土壤中的汞元素形成有許多來源，自然環境和人類活動都可能會影響土壤中汞元素成分。燃煤電廠的排放廢氣中含有大量的汞元素，通過干沉降或者濕沉降進入陸地表面。廢氣最初被排放到空氣中經過大氣活動存在于云層中，由于臭氧液相氧化后通過下雨的形式落下，汞元素在這個過程中轉化成為水溶性的。燃煤電廠周圍降雨的汞元素濃度含量與該區域的代表處測試量相比，會超過60%，尤其在夏季的降水中。大氣汞的濕沉降同時還能為自然環境提供甲基汞，特別是在下雨或者下雪的時候，甲基汞的含量會比往常情況要高出很多。

自然生態系統中大部分還是干沉降，燃煤電廠排出廢氣后，氣體中的汞元素與大氣顆粒物相結合。這與當地的地表溫度、風速、土壤條件等方面都有關系。顆粒物的直徑大小決定了沉降的速度，亞微米級別的會比超微米級別的顆粒物沉降速度要快許多。

1.4 燃煤電廠周邊土壤汞含量的影響原因

燃煤電廠周邊土壤的汞含量受到多方面原因的影響，當地的自然環境，比如風向風速和降水情況都會影響大氣中的汞含量，特別是人類的工業生產活動會加速汞元素的活動與傳播。

大氣的水平活動和其他形式的擴散運動都會干擾汞元素以及其他污染物質的轉化，很大程度上影響了生態系統的自然循環，汞元素在大氣中停留的時間越長，越容易與顆粒物質相結合造成沉降。大氣的溫度高低、臭氧濃度的情況和氣溶膠的水平都會影響沉降效應。除了降雨量的變化，另外一個會對有毒污染物擴散的影響因素就是風，包括風速和風向，這項因素可以決定燃煤電廠周邊土壤中的汞含量在空間上的分布情況，并對汞含量的濃度起重要作用。風速可以主導大氣中的汞元素在活動中的擴散速度，風向能夠主導大氣中的汞元素沉降在哪個區域。本文采集了一部分土壤樣品進行分析，得出的結果表明它的空間分布情況有一定的規律可循，以污染源為中心向四周呈現出逐漸降低的情況。處于燃煤電廠下風向的土壤樣品中被測量出的汞含量相較于其他地方的土壤汞含量要高出63%，大氣活動提供的擴散功能和干濕沉降讓土壤聚集了大量的汞，地表土壤中的汞含量高低很大程度上取決于主導風向的位置。

土壤中的汞含量高低另一方面還受大氣活動中的化學反應影響，比如溫度和降雨情況。當溫度升高時，大氣中的臭氧含量會高于平均水平，這樣較易與酸性物質發生化學反應影響大氣中汞含量的濃度。同時，溫度還會決定大氣活動中云層的物理反應情況，夏季的降水中測試到的汞含量會比冬季下雨時測試到的數值高許多。這說明大氣中的可溶性膠態與溫度高低有很大關系，溫度越高土壤中的濕沉降量越大，因為高溫會加速氣溶膠的轉化過程，光化學反應越強烈。降水量對土壤中的汞含量濕沉降也有重要影響，潮濕高溫的環境容易讓氣溶膠表面產生吸附作用，并與汞發生化學反應，低溫干燥的自然環境讓氣溶膠不容易發生吸附。

地表植物的覆蓋情況會對土壤中的汞含量高低起重要作用。土地按照不同用途類型進行分類，汞含量的空間分布情況也不同，如果土壤表面的植被是以高大的喬木或灌木為主的話，因為樹葉容易吸附大氣中的汞元素，在干沉降的過程中，葉片會通過氣孔吸收。森林中具有較多的高大灌木叢，這樣導致森林中的土壤能夠接收到的紫外線會比耕地中的少，會降低汞元素的光致還原作用效率，土壤中的汞元素無法及時向外排出，因此森林中的土壤含汞量會比耕地里的汞含量高出許多。

燃煤電廠周邊的土壤含汞量在垂直的分布情況上有很大差異，當地的農業耕作習慣和施肥方式某種程度上會與含汞量有一定關系，土壤的理化性質也與汞含量的空間分布情況有關。大氣中汞元素通過擴散運動以及干濕沉降后會存在于土壤之中，再經過降水和其他環境因素的侵蝕，汞元素會發生形態上的轉變和空間分布上的變化，這樣也會改變土壤中的汞含量。

2 結語

由于地區不同，燃煤電廠周邊土壤含汞量高低的各個分布數值也有很大不同。通常情況下，燃煤電廠周圍的土壤含汞量會比當地土壤中的汞含量標準值高，一般都對當地的生態環境造成危害。含汞量濃度的高低和空間垂直分布情況與燃煤電廠的污染排放有很大關系，此外，電廠所處地區的氣象特征包括風速、風向、溫度、降雨量也對含汞污染物的擴散起著重要作用，地表土壤的利用類型與理化特征也會造成土壤中含汞量的分布情況不均。相關部門需要加強研究燃煤電廠排放物中汞元素在大氣、土壤以及水源中的擴散情況和分布狀態，這有助于了解汞元素在物理和化學作用下的轉化反應規律。

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收稿日期：2019-07-20

作者簡介：翟海濤（1989-），男，漢族，碩士研究生，中級職稱，研究方向為環境監測。