某钢厂周边土壤重金属与磁化率分布规律及情况监测

2018-05-25王琦

山西冶金 2018年1期

关键词：磁化率钢铁厂金属元素

王琦

（忻州市环境监测站，山西忻州 034000）

在社会经济发展的过程中，钢厂在发展的同时也会产生很多的重金属污染物，重金属污染在钢铁厂以及周围的区域都产生了重要的影响，尤其是引起了全世界的关注。重金属污染中存在磁性矿物，所以需要进行深入分析。

1 试验材料与方法

1.1 研究区概况

本文结合某钢铁厂及周围地区进行了研究，此厂建成于1958年，占地1.32 km2，主要包含了采矿、炼铁、炼钢等工艺配套，属于一个大型的钢铁联合型企业。在研究区中，不仅有钢铁厂、煤厂，还包含了此外的农田土壤。根据这些厂区的特点，其污染比较严重，尤其是污染源十分复杂。钢铁厂周围的区域主要是农田，而且以玉米、小麦等农作物为主，容易受到重金属污染而减产。研究区处于半干旱以及半湿润的季风气候区，总体特征是温带大陆性气候，其土壤类型为褐土。地形属于四周环山，中间为平川。这种地形条件造成了污染物扩散困难的局面，所以此地的污染十分严重。这一城市的矿产资源比较丰富，成为此地的一种能源特征，属于山西省能源以及工业基础建设的重要部分，该市的经济支柱主要是煤、焦、铁等。

1.2 土壤样品采集

在钢铁厂的内部，需要对其功能的分区以及污染情况进行详细调查，因此本次研究主要从40个样点采集了土壤。在钢铁厂周边的农田，采集了46个土壤样品，主要的依据是将钢铁厂作为中心，在北、东、南以及东南和西北几个方向上，按照50 m为变程布设样点，剖面土壤主要使用的连续刻槽取样法。在采样的过程中，一共采集了90个土壤样品，可以使用GPS定位，将样品装入塑料自封袋并且带回实验室，并且使其自然风干，碾磨之后备用[1]。

1.3 分析测定的方法

土壤磁化率的测定使用Bartington MS2型磁化仪，土壤样品主要是在低频以及高频的测长中进行测定，计算样品的频率磁化率（Xfd），其公式为Xfd=（Xlf－Xhf）×100/Xlf，式中Xlf、Xhf主要代表的是低频和高频磁化率，测量相对误差小于0.3%，单位10-8m3/kg。

1.4 数据处理

使用统计学软件SPSS对数据进行描述性统计以及相关性分析。使用Arcgis进行重金属污染与磁化率空间分布图的绘制。

2 结果与分析

2.1 钢铁厂周边重金属元素含量

在研究的过程中，发现该区域的重金属含量较高，如下页表1所示，其中有7种重金属已经超出了山西省的环境背景值，其中的Pd和Cr的超标了高达90%以上，1≤Igeo＜2，处于中度污染水平，Cd、Cu、Mn 的超标率在 70%之上，0≤Igeo＜1，表示重金属元素虽然有所积累，不过污染不严重。目前的Zn以及Ni还没有受到过多的影响，根据变异系数进行分析，此厂区内的7种重金属元素的变异系数不大，在0.23～0.46的范围内，属于弱变异的范畴，由此可以见，此厂区的重金属元素呈现的是状或者是面源污染。

该区域的空间分布特征以及对重金属均一化之后的分布特征十分明显，如下页图1所示，在钢铁厂区内部的焦化厂、炼钢厂以及球团厂等处的污染比较严重。其中主要的污染物是Pb以及Cu，在钢铁厂的东南部污染物为Cd以及Cr，在动力厂以及煤气车间中的污染物是Cr以及Mn，在炼铁厂的西南部以及加工厂和煤厂的西侧，主要存在的污染物是Zn，而且污染程度不高。

表1 研究区土壤重金属元素统计特征值

图1 样品磁化率随深度变化的关系

2.2 土壤重金属元素与磁化率之间的相关性

试验证明，在研究剖面土壤样品的时候，发现其Xlf比地表以下样品的Xlf要高，而且与深度有着密切的关系，在深度下降之后，Xlf出现了突变的情况，这种变化情况具有规律性。重金属Zn、Cu、Pd、Ni以及Mn的变化趋势和突变深度与土壤侧磁化率具有一致性。如图1-3所示，为样品磁化率随深度变化的关系[3]。

此外，为了更加明确金属元素与磁化率之间的关系，本文还对表层样品重金属含量以及磁化率进行了相关性的分析，如表2所示。

表2 表层土壤重金属与磁化率相关分析×10-8m3/kg

3 讨论

3.1 表层土壤重金属含量与磁化率值特征

研究表明，钢铁厂的土壤样品Xlf值比一般的褐土Xlf值高，存在明显的差距，因此可以说明在钢铁厂的重金属污染区域具有这样的特点，重金属与磁化率存在相关性，而且磁化率的变异也是因为外部因素的影响。研究发现，厂区周边土壤Xlf明显超过了一般的褐土磁化率值，因此可以明确污染物受到风力的影响而造成了迁移，因此分布较为均匀。