寶雞地區冶金廠重金屬排放對周圍土壤的影響分析

王 兵

（寶雞文理學院，陜西 寶雞 721013）

土地作為人類賴以生存的重要資源，其健康狀況直接影響農產品質量安全，對人類健康和生態安全構成威脅[1]。近幾年來，土壤環境問題日益突出，土壤本身就具有比空氣和水更強的轉化和吸收有毒物質的能力，所以污染物在土壤中停留的時間一般更長。重金屬是一種隱蔽性強，容易積聚，不易降解，污染后難以修復的污染物[2]。當前，由于人類活動的過度干預，土壤已打破了原有的健康狀態，造成的污染問題日益突出，尤其是重金屬污染，已引起社會的高度重視。大量研究表明，礦業活動是造成土壤重金屬污染的主要原因之一[3]。礦山生產過程中產生的粉塵、廢氣、廢渣、廢水和尾礦等會使重金屬向土壤中遷移，嚴重污染土壤，也可通過呼吸、手抓食物、皮膚接觸等方式進入人體，嚴重威脅人體健康。對寶雞地區冶金廠周圍農田土壤 Pb, Zn, Cu, Mn, Cd, Cr 進行了分析，評估接觸人群的污染狀況及健康風險，為控制重金屬污染、修復污染農田、綜合利用和改善當地生活環境提供參考。利用寶雞市某冶煉廠周圍農田土壤，對排放生長過程中重金屬污染在土壤中的富集情況進行了分析。

1 重金屬來源及對重金屬排放周圍土壤的影響特點分析

1.1 重金屬來源

寶雞地區冶金廠排出的粉塵、廢水、廢渣中往往含有較多的重金屬(Pb, Zn, Cu, Mn, Cd, Cr 等)，這些污染物進入土壤后會使土壤重金屬含量增加，是土壤重金屬的重要來源之一[4]。除冶煉活動的影響外，農業生產活動本身也會引入污染物，導致土壤重金屬含量升高。冶煉過程中土壤中重金屬的來源主要有以下幾個方面：

1.1.1 自然風化

在自然風化過程中，土壤母質生成鎳、汞等元素，是土壤重金屬的主要來源。

1.2.2 冶煉活動

有色冶煉生產過程中產生的“三廢”主要包括：

（1）廢水：含有熔渣淬火水，洗滌廢水，爐冷卻水(80% 可回收)，含鉛，鎘，鋅和痕量酸的洗滌廢水；

（2）固體廢物：其中包括燒結冶煉廢渣、熱解精煉廢渣、電子除塵器粉塵、石膏廢水處理，包括鉛、鎘、硒、銅等金屬及金屬氫氧化物；

（3）廢氣：主要包括焙燒爐料產生的燒結煙氣，高爐熔煉爐產生的熔煉煙氣，以及渣處理過程中產生的煙氣，主要包括SO2氣體，Pb, Cd, Se, TE 等金屬。

1.2.3 農業生產活動

除了冶煉活動，農業生產活動本身也會導致土壤重金屬含量增加，具體表現在以下幾個方面：

（1）肥料施用。農作物的生長與化肥，如磷肥和復合肥的施用是分不開的。研究表明，磷肥原料中含有大量的Cd，長期施用會使土壤中不能被植物吸收的Cd 積聚在土壤中，最終導致土壤中 Cd 含量增加。飼喂用添加劑波爾多酒中銅等元素含量超標；過多的銅會通過家畜糞便進入土壤，最后積聚起來[5]。

（2）農藥的使用。一般情況下，土壤中的除草劑和殺蟲劑含有重金屬。除化肥和殺蟲劑外，污水灌溉和污泥回用也增加了農田土壤的重金屬含量[6]。

1.2 影響特點分析

冶煉過程中排放的煙塵沉降距離、含塵量隨沉降距離增大而減小，但隨著煙囪高度的增大而減小；另外，上下風向對重金屬在大氣中積聚的影響較大，地形、徑流等因素對重金屬分布的影響也較大。在低洼地區，一般都有重金屬積累[7]。有時，重金屬會隨著徑流而污染周圍的土壤，污染物的分布特征與徑流趨勢相一致。其生物毒性不僅與總量有關，還與形態分布密切相關。各種形態對環境有不同的影響，直接影響著重金屬在自然界中的毒性、遷移和循環過程。大部分重金屬都是過渡元素，其原子具有自身的電子層結構，使其在土壤環境中的化學行為具有一系列的特征。

在一定范圍內，重金屬可以發生氧化還原反應，且價態多變。因價態不同，重金屬的活性和毒性也不同；重金屬易在土壤環境中水解，生成氫氧化物，并與土壤中的某些無機酸反應生成硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽等。其溶解產物相對較小，使重金屬在土壤中積累而不易遷移。造成污染范圍擴大的可能性不大，但造成污染區域危害周期延長，危害程度加重。

對環境的危害主要包括：被污染土壤直接暴露于環境中，通過動物或人直接或間接吸收土壤微粒；雨水淋濾會使土壤重金屬向下緩慢滲入，造成地下水污染；外部環境條件的變化，如酸雨和土壤添加劑的使用，提高了土壤中重金屬的活性和生物利用率，使得重金屬更容易進入食物鏈，被植物吸收利用，有毒，容易下滲，造成地下水污染，給動物和人類日常生活及生命造成嚴重威脅。

2 寶雞地區冶金廠周圍土壤的污染狀況分析

以寶雞地區冶金廠周圍土壤為例，其8 個采樣點如圖1 所示。

圖1 寶雞地區冶金廠周圍土壤8 個采樣點

寶雞地區冶金廠周圍土壤樣品中的重金屬含量、最大值、最小值、平均值如表1 所示。

表1 土壤樣品中的重金屬含量分析/mg/kg

由表1 可知，寶雞地區冶金廠周圍土壤8 個采樣點土 壤 中 的Pb、Zn、Cu、Mn、Cd 和Cr 的 含 量 范 圍 分 別 為：39.10~81.85、65.02~99.82、22.16~30.98、234.15~265.35、1.62~4.65、74.42~218.73，含量均高于陜西省土壤元素背景值。土壤中的重金屬Mn、Cu/Zn/Pb/Cd/Cr含量依次增大，其中Cr最大，由此可知，寶雞地區冶金廠重金屬排放對周圍土壤的影響存在明顯差異。

該區的東風常年盛行，主要風向有東風、東北風和東南風。結合表1 可以看出，2-1 ( 西北) 和3-( 西南) 所含的Pb、Zn、Cu、Mn 含量明顯高于3-( 東南) 所含的Pb、Zn、Cu、Mn 含量。Pb、Zn、Cu、Mn、Cd、Cr含量在7點(西部)時明顯高于11點(東部)，在8 點( 西北) 時明顯高于4 點( 東南) ；Pb, Zn, Cu, Mn, Cd 和 Cr在6 點( 西南) 的含量略高于10 點( 東北)。Pb、Zn、Cu、Cd 和 Cr在第9 點( 北) 顯著高于第5 點( 南)，但Mn 含量特征不明顯。一般風向下土壤中 Pb、 Zn、 Cu 和 Cd 含量均明顯高于逆風，其原因在于冶煉企業常年排放大量含重金屬元素的氣體和粉塵，造成嚴重的空氣污染。污染物質不斷進入土壤和地下水，并且由于自然大氣中塵埃或降水的淋濾作用而積累，從而使土壤中某些重金屬元素的含量增加。

3 冶金廠重金屬排放對周圍土壤的影響評估方法

采用單項污染指數法，綜合評估冶金廠重金屬排放對周圍土壤的影響。單一污染物指數是指土壤中某一單一污染物與其評價標準的實測值之比，用來表示該污染物對土壤的污染程度，該計算公式如下所示：

公式（1）中，iC 表示土壤中污染物實際測量值；iC 表示污染物評價標準。該方法污染評價標準如表2 所示：

表2 污染評價標準

由表2 可知，通過污染指數，可確定4 個污染等級，在該等級下，統計Pb、Zn、Cu、Mn、Cd 和Cr 的排放單項污染指數，如表3 所示。

表3 重金屬排放單項污染指數

由表3 可知，Pb 的單項污染指數變化范圍為1.90~3.98，平均值為2.75，滿足表2 中的2 < Mi≤ 3，屬于中度污染等級；Zn 的單項污染指數變化范圍為1.00~1.65，平均值為1.25，滿足表2 中的1 < Mi≤ 2，屬于輕度污染等級；Cu 的單項污染指數變化范圍為1.15~1.62，平均值為1.34，滿足表2 中的1 < Mi≤ 2，屬于輕度污染等級；Mn 的單項污染指數變化范圍為0.42~0.47，平均值為0.44，滿足表2 中的 Mi≤1，屬于無污染現象等級；Cd 的單項污染指數變化范圍為18.42~50.35，平均值為37.83，滿足表2 中的Mi≥ 3，屬于重度污染現象等級；Cr 的單項污染指數變化范圍為1.25~3.50，平均值為2.01，滿足表2 中的2 < Mi≤ 3，屬于中度污染等級。通過上述分析結果可知，Mn 元素不會對土壤造成污染，而Cd 對土壤污染最嚴重。

4 結束語

從檢測分析寶雞地區冶煉廠周圍土壤重金屬含量得出以下結論：不同土壤重金屬含量在冶煉廠周圍有明顯差異。Pb, Zn, Cu, Mn, Cd, Cr 的 平 均 重 金 屬 含 量，從 大 到 小 的 次 序 為Mn>Cu>Zn>Pb>Cd>Cr。Pb, Zn含量變化幅度相對較小，與 Cr含量變化幅度和變化趨勢基本一致。Pb, Zn, Cu, CD, Cr在土壤元素中的含量比土壤元素的背景值高；在空間分布特征上，各個研究區土壤中Pb, Zn, Cu含量隨風向明顯高于風向。通過污染指數，可確定Mn元素對土壤不會造成污染，而Cd對土壤污染最嚴重。綜合上述分析結果，可為后續重金屬排放標準設定提供數據支持。