皖北某電廠周邊土壤重金屬污染現狀及評價分析

張喜亮 閔 寧 程 成 陳 超 李田田 蔣家沁

（宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000）

0 引言

土壤環境是人類生存和發展的重要環境基礎。生活垃圾焚燒產生的重金屬顆粒是土壤污染來源之一。我國城市生活垃圾年處理量從2017年的2.15億t增 長 至2020年 的2.82億t，年 增 率 為10%［1］。電廠焚燒生活垃圾產生的熱能發電，既可以有效緩解城市垃圾體積的增加，又為能源的開發利用提供新的途徑。目前，國內外對于電廠周邊土壤重金屬污染狀況的研究主要集中圍繞燃煤發電廠展開，如楊皓等［2］研究發現不同元素在黔北電廠周邊土壤中的分布特征不盡相同；Akin［3］對土耳其某電廠周邊土壤污染研究發現，Cu、Cr和Ni含量均高于當地土壤背景值。而對于環保電廠周邊土壤重金屬污染狀況和評價分析的研究相對較少。為完善環保電廠的土壤重金屬污染狀況和評價的體系，本次研究選取皖北某電廠為研究對象，對電廠周邊表層土壤中Cr、Mn、Ni、Pb、Cu、Zn等重金屬元素含量確定污染情況及污染來源，為該地土壤重金屬污染評價及治理提供參考依據。

1 研究區概況

研究區位于安徽省東北部，總面積2 868 km2，地處華北平原，地勢相對較為平坦，全年主導風向為東北風。皖北某電廠從2013年投產至今，以生活垃圾為原料進行焚燒發電為主。

2 樣品采集及分析測試

沿常年主導風方向，在電廠周邊呈放射狀布點，選取四個方向，分別為常年主導風下風向（西南)、主導風下風向45°夾角方向（正南)、主導風上風向（東北)和次主導風下風向（正西)，在各方向上每隔500 m采集土壤樣品，共采集16個樣品。皖北某電廠周邊及對照點土壤樣品采樣示意圖如圖1所示。為與電廠周邊土壤對比，距電廠2 km東北向以上的區域采集8個樣品，通過梅花狀采樣法，采集0～20 cm的土壤，后經四分法縮分至1 kg左右，裝袋并帶回實驗室。樣品經室內風干后，挑除其中的殘植爛葉、石塊等雜物，經碎樣機粗磨至60目左右，再用瑪瑙研缽細磨成200目以上。粉末樣經高溫高壓封閉消解至溶液態，利用ICP-MS測量重金屬含量，測試誤差在10%以內。

圖1 皖北某電廠周邊及對照點土壤樣品采樣示意圖

3 結果與討論

3.1 重金屬元素含量特征

該電廠土壤重金屬含量見表1。由表1知，所有樣品重金屬元素含量關系為Mn>Zn>Ni>Pb>Cu。通過對比發現，沿主導風下風向45°夾角方向、主導風下風向、主導風上風向和次主導風下風向，Ni、Zn和Cu含量逐漸減少，說明風向對重金屬元素在空間分布特征上有著重要影響。主導風下風向45°夾角方向重金屬含量最高的原因與車流量較多有關。在各個方向上的不同元素的大小都為：Mn>Zn>Ni>Cu>Pb。Mn的含量變化范圍相對較大，而Pb的含量變化范圍相對較小，說明Mn受外部干擾影響較大，而Pb較小。

表1 電廠周邊土壤重金屬含量特征

與安徽省土壤背景值［4］相比，Mn、Cu、Ni含量較高，而Pb和Zn含量略低，說明研究區已經產生了不同程度的污染。與《土壤環境質量標準》二級標準［5］相比，研究區內重金屬元素含量均未超過國家二級標準。

變異系數直接反映數據的離散程度，間接反映出外部條件對重金屬含量的影響［6］。Ni和Zn的變異系數最大值達22%和21%，Ni和Zn受到集中降水和受人為因素影響是導致兩者變異系數偏大的主要原因。通過綜上對比分析，該研究區土壤重金屬含量具有明顯的空間分布特征且含量變化較小。

3.2 土壤重金屬污染評價

為綜合反映出采樣區的污染狀況，根據Hakanson［7］提出的潛在生態危害指數法對研究區域的重金屬污染進行潛在性的污染程度劃分。公式如式（1)和式（2)所示。

式中：Cf為重金屬元素的富集系數；Tr為元素的毒性系數；RI為元素的潛在生態危害指數。重金屬毒性響應系數［8］分別為：Ni=Cr=2、Zn=Mn=1、Pb=Cu=5和Cd=30。

電廠周邊和廠區內土壤中重金屬元素污染的潛在風險為輕微（見表2至表5)，從Er看，在各個方向上的各個重金屬元素Er值大小都不超過40，該研究區樣品元素在不同方向的不同距離均只達到輕微生態危害。從RI看，重金屬污染所有方向上都處于輕微生態危害，危害程度分布均勻。各方向距離電廠最近的500 m處RI值相對較高，說明距離該電廠較近的區域污染程度相對較大。研究區受污染對比程度為主導風下風向45°夾角方向>主導風上風向>主導風下風向>次主導風下風向。順著主導風方向大致呈現出主導風上風向的污染程度略高于主導風下風向。主導風下風向45°夾角方向污染程度偏高的原因可能與該路線上車流量較多有關。對于電廠長期堆放的工業廢料渣經過一系列轉換和遷移，會對周邊土壤造成重金屬污染，從而導致潛在生態風險的加劇。

表2 電廠周邊廠區主導風下風向45°夾角（正南)土壤潛在生態風險指數

表3 電廠周邊廠區主導風上風向（東北)土壤潛在生態風險指數

表4 電廠周邊廠區主導風下風向（西南)土壤潛在生態風險指數

表5 電廠周邊廠區次主導風下風向（正西)土壤潛在生態風險指數

4 結論

①重金屬元素含量特征結果表明，元素含量大小關系為：Mn>Zn>Ni>Pb>Cu，沿主導風下風向45°夾角方向、主導風下風向、主導風上風向和次主導風下風向，Ni、Zn和Cu含量逐漸減少，風向對重金屬元素在空間分布特征上有著重要影響。在各個方向上的不同元素的含量大小都為Mn>Zn>Ni>Cu>Pb。與安徽省土壤背景值相比，Mn、Cu和Ni略高。與《土壤環境質量標準》二級標準相比，研究區內重金屬元素含量均未超過國家二級標準。

②重金屬污染評價結果顯示，采樣區受污染對比程度為主導風下風向45°夾角方向>主導風上風向>主導風下風向>次主導風下風向。所有方向上都處于輕微生態危害，危害程度分布均勻。電廠長期堆放的工業廢料渣，會對周邊土壤造成重金屬污染，加劇潛在生態風險。