某荧光灯厂周围土壤汞污染评价

向秋洁，李世东，杨雨浛，李雨蒙，胡必琴

(西南大学资源环境学院， 重庆 400715)

某荧光灯厂周围土壤汞污染评价

向秋洁，李世东，杨雨浛，李雨蒙，胡必琴

(西南大学资源环境学院， 重庆 400715)

为探讨荧光灯厂周围土壤中重金属汞的环境风险，采集某荧光灯厂周围26个表层土壤样品进行分析，评价土壤汞污染状况及其影响因素。结果表明：调查范围内土壤汞的含量在0.050～0.363 mg/kg，平均含量为0.136 mg/kg，明显高于重庆市土壤汞背景值。荧光灯厂周围土壤汞污染严重，超标率达100%。地累积污染指数评价表明，有15.4%、38.5%和38.5%的土壤采样点分别达到中-强度、中度和无-中度污染水平，仅有7.6%的采样点未受污染。潜在生态风险评价表明，有7.7%、26.9%、42.3%和23.1%的采样点分别达到极强、很强、强和中等程度潜在生态危害。距离污染源越近，土壤汞污染水平和潜在生态危害程度越大。

荧光灯厂；土壤；汞；污染评价

汞是一种高毒非必需元素，可通过呼吸道、皮肤或消化道不同途径侵入人体，最主要的方式是通过食物链在人体内不断富集。自20世纪50年代初日本熊本县发生水俣病(Minamata Disease)事件以来，汞作为一种重要的全球性污染物而备受关注[1- 2]。汞被广泛应用于工业、科研、医疗、生活用品中，如制造各种荧光灯(如日光灯、节能灯)、温度计、血压计、电池等[3- 4]。由于寿命长、节能省电等优势，荧光灯逐步代替白炽灯。我国节能灯推广战略由来已久，仅2008年全国范围内就推广节能灯6 200万只，2009年高达12亿只。预计2015年左右，市场节能灯的年需求量可达20亿只左右。据报道，1只普通节能灯的含汞量约5 mg，渗入地下后可能造成1 800 t水受污染[5]。由于汞的沸点低，常温下即可蒸发，废弃的节能灯管破碎后，瞬时可使周围空气中的汞浓度超标上百倍。在长期的生产过程中，荧光灯中的汞严重污染了生产环境和厂区周围环境[6]，废弃节能灯是仅次于废电池的第二大生活垃圾“汞污染源”，而我国在节能灯无害处理及其汞污染研究方面还比较缺乏。因此本文选取某荧光灯厂作为调查对象，探讨和分析其周围土壤中汞污染现状和环境风险，为控制土壤环境中汞的危害提供一点参考依据。

1 材料与方法

1.1 采样方法

以某荧光灯厂周围土壤为采样对象，采样布点以荧光灯厂为中心，在距离荧光灯厂半径为0.5 km、1 km、2 km的断面上分层布点。每个采样点以1 m×1m为样方，采集土壤表层0～20 cm混合土样，共收集表层土壤样品26个，其中，0.5 km采集样品12个，1 km采集样品7个，2 km采集样品7个。

1.2 分析方法

采集的土壤样品风干后去除杂物及石块，研磨过100目筛，测定土壤中Hg含量、有机质含量、pH值等。土壤总汞采用HNO3-H2SO4-KMnO4水浴消解，F732-V冷原子吸收测汞仪测定，检出限为0.05 μg·L-1。有机质采用重铬酸钾-硫酸溶液法消煮，滴定法测定；pH值用pH计测定。

1.3 土壤汞污染评价

采用地累积指数(Geoaccumulation index)[7]来评价土壤中汞的污染现状。其计算方法为：

Igeo=log2[Ci/kBi]

式中,Igeo为Hg的地累积指数；Ci为土壤中Hg的实测值；Bi为土壤中Hg的地球化学背景值，本研究选取重庆市土壤汞背景值(37.0 μg·kg-1)[8]作为汞的地球化学背景值，k为考虑到造岩运动可能引起的背景值变动而取的系数，一般取1.5。根据Igeo值的计算结果，土壤中重金属的污染程度分为7级(0～6级)，见表1。

表1 地累积指数与重金属污染程度

1.4 土壤汞潜在生态风险评价

采用Håkanson[9]提出的潜在生态危害指数法(The potential ecological risk factor)评价土壤中汞的潜在生态风险。计算方法如下：

Er=Tr·Ci/C0

式中，Er为Hg的潜在生态危害系数；Ci为土壤中汞的测定值；C0为汞的参比值；Tr为汞的毒性系数，本研究采用重庆市土壤环境汞的自然背景含量(37.0 μg·kg-1)[8]为参比值，汞的毒性系数取Tr=40。汞的潜在生态危害系数和污染程度的关系见表2。

表2 潜在生态风险分级

2 结果与讨论

2.1 土壤中汞含量及分布特征

表3为荧光灯厂周围不同距离土壤中汞含量特征。从表4中可以看出，土壤中汞含量范围为0.050～0.363 mg/kg，平均值为0.136±0.081 mg/kg。低于我国土壤环境质量标准(GB 15618—1995)一级标准(150 μg/kg)[10]，但大大高于重庆市土壤汞背景值(0.037 mg/kg)。其中，约有34.6%的采样点土壤汞含量超过了国家土壤环境质量一级标准。同时，所有采样点土壤汞含量均超过了重庆市土壤背景值，约有30.8%的采样点超过了背景值的5倍以上，最大值达到0.363 mg/kg，是重庆市土壤背景值的9.8倍，表明该地区土壤受到一定程度的汞污染。调查发现，距离荧光灯厂越远，土壤汞平均含量越低。距污染源0.5 km、1 km、2 km三个采样断面的土壤汞平均含量分别为0.191±0.082 mg/kg、0.115±0.051 mg/kg、0.064±0.013 mg/kg，均超过了重庆市土壤背景值，分别为重庆市土壤背景值的5.16倍、3.11倍和1.73倍。

表3 土壤中汞含量/(mg/kg)

2.2 土壤汞含量影响因素

土壤中重金属含量与土壤有机质、pH值等土壤性质密切相关。有研究发现，在酸性条件下土壤对Hg2+吸附量较大，在pH 3～5时，随着pH的升高，Hg的氢氧化物形式更易被吸附[11]，因此，土壤中吸附的汞含量较大。调查区域内土壤pH值范围为3.36～8.16(图1)，约有82%的土壤pH值在3～6范围内，相关分析表明，土壤汞浓度与pH值之间呈显著正相关关系(R=0.452*)。土壤有机质可通过有机胶体或有机颗粒与汞离子之间发生络合或螯合作用，使得土壤吸附更多的汞。调查发现(图2)，土壤汞含量与土壤有机质呈显著正相关关系，相关系数为0.446*，表明土壤有机质含量越大，有机质结合态汞的含量也相应增加。

图1 土壤汞含量与土壤pH值的关系Fig.1 The relationship of the content of mercury and pH in soil

图2 土壤汞含量与有机质的关系Fig.2 The relationship of the content of mercury and organic matter in soil

分析发现，荧光灯厂周围土壤总汞含量与距离之间呈现极显著负相关关系，其Pearson相关系数为0.648**(n=26，P<0.01)。这可能是由于荧光灯厂排放出来的汞经过大气传输，向周围扩散，逐渐沉降到土壤中，其浓度随距离增加而逐渐降低，因而从0.5 km到2 km，土壤中汞浓度下降得比较大，特别是达到2 km以后，土壤汞累积已不太明显。

2.3 土壤汞污染评价

表4为荧光灯厂周围土壤中汞的地累积污染指数。从表中可以看出，荧光灯厂周围土壤汞的地累积指数平均值大于1，表明土壤已受到中等程度的汞污染。其中，有15.4%的采样点土壤汞已达到中-强度污染水平，中度、无-中度污染水平的土壤采样点均为38.5%，仅有7.6%的采样点地累积指数小于0，未受污染。研究表明，距离荧光灯厂越近，土壤受到汞污染的程度越大。在距离污染源0.5 km范围内，地累积指数平均值为1.66，达到中度污染水平。仅有8.3%的采样点的土壤汞地累积指数小于1，其他采样点地累积指数均大于1，最大值高达2.71，达到中-强程度污染水平。在距离污染源1 km范围内，地累积指数平均值为0.95，达到中-无污染水平。有42.9%的土壤采样点地累积指数大于1，其余采样点地累积指数均小于1。距离污染源2 km范围内，地累积指数平均值为0.18。有28.6%的采样点土壤未受到汞污染，其余采样点受到无-中度污染。

表4 土壤中汞的地累积污染指数

2.4 土壤汞潜在生态风险评价

表5为荧光灯厂周围土壤中汞的潜在生态危害指数。从表中可以看出，荧光灯厂周围土壤汞的潜在生态危害指数平均值达到147.19，表明土壤具有强度汞生态危害。其中，有7.7%的采样点土壤汞已达极强的潜在生态危害，有26.9%的采样点土壤汞达到很强的潜在生态危害，有42.3%的采样点为强生态危害，其余23.1%的采样点为中等程度潜在生态危害。研究表明，距离荧光灯厂越近，土壤受到汞污染的程度越大。在距离污染源0.5 km范围内，潜在生态危害指数平均值为206.13，具有很强的潜在生态危害。有16.7%、50%和33.3%的土壤采样点分别达到极强、很强和强度生态危害。在距离污染源1 km范围内，潜在生态危害指数平均值为124.32，具有强度生态危害。其中，有14.3%、71.4%和14.3%的土壤采样点分别达到很强、强度和中等程度的潜在生态危害。距离污染源2 km范围内，地累积指数平均值为69.03，已达到中等程度潜在生态危害。其中，有28.6%和71.4%的采样点分别达到强度和中等程度潜在生态危害。

表5 土壤中汞的潜在生态危害指数

3 结论

(1)荧光灯厂周围土壤汞含量为0.050～0.363 mg/kg，平均值为0.136 mg/kg，明显高于重庆市土壤汞背景值，表明周围土壤存在一定程度的汞污染和富集现象，随着距离的增加，土壤汞含量逐渐降低。

(2)风险评价表明，荧光灯厂周围土壤汞的地累积污染指数平均值大于1，已受到中等程度的汞污染。潜在生态危害指数平均值达到147.19，具有强度生态危害。距离污染源越近，土壤汞污染水平和潜在生态危害程度越高。

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Assessment of Mercury Pollution in Soil around a Fluorescent Lamp Factory

XIANG Qiu-jie, LI Shi-dong, YANG Yu-han, LI Yu-meng, HU Bi-qin

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China)

To investigate the environmental risks of mercury in soil, which is surrounded by a fluorescent lamp factory, 26 surface soil samples were obtained and analyzed to assess the status of mercury pollution in soil and its impact factors. The result shows that: the content of mercury in the investigated soil is between 0.050 and 0.363 mg/kg, with an average content of 0.136 mg/kg, which is higher than the mercury background value of soil in Chongqing. The soil around the fluorescent lamp factory is seriously contaminated by mercury, and the over standard rate is 100%. The evaluation of geo-accumulation index shows that there are 15.4%, 38.5% and 38.5% of the soil sampling points reach the intensity, moderate and non-moderate pollution levels respectively, and only 7.6% of the sampling points are uncontaminated. The evaluation of the potential ecological risk index (RI) shows that there are 7.7%, 26.9%, 42.3% and 23.1% of the soil sampling points reach strongest, stronger, strong and moderate potential ecological hazard respectively. The closer to the fluorescent lamp factory, the higher the pollution level of mercury in soil and the potential ecological hazard are.

fluorescent lamp factory; soil; mercury; contamination assessment

2014-10-21

西南大学本科生科技创新基金项目(1324001)；西南大学资源环境学院“光炯”培育项目(20130103)

向秋洁(1992—)，女，重庆市万州人，西南大学资源环境学院环境工程专业，E-mail： 360289530@qq.com

胡必琴，西南大学资源环境学院高级实验师，主要从事环境评价和污染研究，E-mail：hubiqin@163.com

10.14068/j.ceia.2015.02.022

X131

A

2095-6444(2015)02-0081-04