宝鸡地区冶金厂重金属排放对周围土壤的影响分析

王 兵

（宝鸡文理学院，陕西 宝鸡 721013）

土地作为人类赖以生存的重要资源，其健康状况直接影响农产品质量安全，对人类健康和生态安全构成威胁[1]。近几年来，土壤环境问题日益突出，土壤本身就具有比空气和水更强的转化和吸收有毒物质的能力，所以污染物在土壤中停留的时间一般更长。重金属是一种隐蔽性强，容易积聚，不易降解，污染后难以修复的污染物[2]。当前，由于人类活动的过度干预，土壤已打破了原有的健康状态，造成的污染问题日益突出，尤其是重金属污染，已引起社会的高度重视。大量研究表明，矿业活动是造成土壤重金属污染的主要原因之一[3]。矿山生产过程中产生的粉尘、废气、废渣、废水和尾矿等会使重金属向土壤中迁移，严重污染土壤，也可通过呼吸、手抓食物、皮肤接触等方式进入人体，严重威胁人体健康。对宝鸡地区冶金厂周围农田土壤 Pb, Zn, Cu, Mn, Cd, Cr 进行了分析，评估接触人群的污染状况及健康风险，为控制重金属污染、修复污染农田、综合利用和改善当地生活环境提供参考。利用宝鸡市某冶炼厂周围农田土壤，对排放生长过程中重金属污染在土壤中的富集情况进行了分析。

1 重金属来源及对重金属排放周围土壤的影响特点分析

1.1 重金属来源

宝鸡地区冶金厂排出的粉尘、废水、废渣中往往含有较多的重金属(Pb, Zn, Cu, Mn, Cd, Cr 等)，这些污染物进入土壤后会使土壤重金属含量增加，是土壤重金属的重要来源之一[4]。除冶炼活动的影响外，农业生产活动本身也会引入污染物，导致土壤重金属含量升高。冶炼过程中土壤中重金属的来源主要有以下几个方面：

1.1.1 自然风化

在自然风化过程中，土壤母质生成镍、汞等元素，是土壤重金属的主要来源。

1.2.2 冶炼活动

有色冶炼生产过程中产生的“三废”主要包括：

（1）废水：含有熔渣淬火水，洗涤废水，炉冷却水(80% 可回收)，含铅，镉，锌和痕量酸的洗涤废水；

（2）固体废物：其中包括烧结冶炼废渣、热解精炼废渣、电子除尘器粉尘、石膏废水处理，包括铅、镉、硒、铜等金属及金属氢氧化物；

（3）废气：主要包括焙烧炉料产生的烧结烟气，高炉熔炼炉产生的熔炼烟气，以及渣处理过程中产生的烟气，主要包括SO2气体，Pb, Cd, Se, TE 等金属。

1.2.3 农业生产活动

除了冶炼活动，农业生产活动本身也会导致土壤重金属含量增加，具体表现在以下几个方面：

（1）肥料施用。农作物的生长与化肥，如磷肥和复合肥的施用是分不开的。研究表明，磷肥原料中含有大量的Cd，长期施用会使土壤中不能被植物吸收的Cd 积聚在土壤中，最终导致土壤中 Cd 含量增加。饲喂用添加剂波尔多酒中铜等元素含量超标；过多的铜会通过家畜粪便进入土壤，最后积聚起来[5]。

（2）农药的使用。一般情况下，土壤中的除草剂和杀虫剂含有重金属。除化肥和杀虫剂外，污水灌溉和污泥回用也增加了农田土壤的重金属含量[6]。

1.2 影响特点分析

冶炼过程中排放的烟尘沉降距离、含尘量随沉降距离增大而减小，但随着烟囱高度的增大而减小；另外，上下风向对重金属在大气中积聚的影响较大，地形、径流等因素对重金属分布的影响也较大。在低洼地区，一般都有重金属积累[7]。有时，重金属会随着径流而污染周围的土壤，污染物的分布特征与径流趋势相一致。其生物毒性不仅与总量有关，还与形态分布密切相关。各种形态对环境有不同的影响，直接影响着重金属在自然界中的毒性、迁移和循环过程。大部分重金属都是过渡元素，其原子具有自身的电子层结构，使其在土壤环境中的化学行为具有一系列的特征。

在一定范围内，重金属可以发生氧化还原反应，且价态多变。因价态不同，重金属的活性和毒性也不同；重金属易在土壤环境中水解，生成氢氧化物，并与土壤中的某些无机酸反应生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等。其溶解产物相对较小，使重金属在土壤中积累而不易迁移。造成污染范围扩大的可能性不大，但造成污染区域危害周期延长，危害程度加重。

对环境的危害主要包括：被污染土壤直接暴露于环境中，通过动物或人直接或间接吸收土壤微粒；雨水淋滤会使土壤重金属向下缓慢渗入，造成地下水污染；外部环境条件的变化，如酸雨和土壤添加剂的使用，提高了土壤中重金属的活性和生物利用率，使得重金属更容易进入食物链，被植物吸收利用，有毒，容易下渗，造成地下水污染，给动物和人类日常生活及生命造成严重威胁。

2 宝鸡地区冶金厂周围土壤的污染状况分析

以宝鸡地区冶金厂周围土壤为例，其8 个采样点如图1 所示。

图1 宝鸡地区冶金厂周围土壤8 个采样点

宝鸡地区冶金厂周围土壤样品中的重金属含量、最大值、最小值、平均值如表1 所示。

表1 土壤样品中的重金属含量分析/mg/kg

由表1 可知，宝鸡地区冶金厂周围土壤8 个采样点土 壤 中 的Pb、Zn、Cu、Mn、Cd 和Cr 的 含 量 范 围 分 别 为：39.10~81.85、65.02~99.82、22.16~30.98、234.15~265.35、1.62~4.65、74.42~218.73，含量均高于陕西省土壤元素背景值。土壤中的重金属Mn、Cu/Zn/Pb/Cd/Cr含量依次增大，其中Cr最大，由此可知，宝鸡地区冶金厂重金属排放对周围土壤的影响存在明显差异。

该区的东风常年盛行，主要风向有东风、东北风和东南风。结合表1 可以看出，2-1 ( 西北) 和3-( 西南) 所含的Pb、Zn、Cu、Mn 含量明显高于3-( 东南) 所含的Pb、Zn、Cu、Mn 含量。Pb、Zn、Cu、Mn、Cd、Cr含量在7点(西部)时明显高于11点(东部)，在8 点( 西北) 时明显高于4 点( 东南) ；Pb, Zn, Cu, Mn, Cd 和 Cr在6 点( 西南) 的含量略高于10 点( 东北)。Pb、Zn、Cu、Cd 和 Cr在第9 点( 北) 显著高于第5 点( 南)，但Mn 含量特征不明显。一般风向下土壤中 Pb、 Zn、 Cu 和 Cd 含量均明显高于逆风，其原因在于冶炼企业常年排放大量含重金属元素的气体和粉尘，造成严重的空气污染。污染物质不断进入土壤和地下水，并且由于自然大气中尘埃或降水的淋滤作用而积累，从而使土壤中某些重金属元素的含量增加。

3 冶金厂重金属排放对周围土壤的影响评估方法

采用单项污染指数法，综合评估冶金厂重金属排放对周围土壤的影响。单一污染物指数是指土壤中某一单一污染物与其评价标准的实测值之比，用来表示该污染物对土壤的污染程度，该计算公式如下所示：

公式（1）中，iC 表示土壤中污染物实际测量值；iC 表示污染物评价标准。该方法污染评价标准如表2 所示：

表2 污染评价标准

由表2 可知，通过污染指数，可确定4 个污染等级，在该等级下，统计Pb、Zn、Cu、Mn、Cd 和Cr 的排放单项污染指数，如表3 所示。

表3 重金属排放单项污染指数

由表3 可知，Pb 的单项污染指数变化范围为1.90~3.98，平均值为2.75，满足表2 中的2 < Mi≤ 3，属于中度污染等级；Zn 的单项污染指数变化范围为1.00~1.65，平均值为1.25，满足表2 中的1 < Mi≤ 2，属于轻度污染等级；Cu 的单项污染指数变化范围为1.15~1.62，平均值为1.34，满足表2 中的1 < Mi≤ 2，属于轻度污染等级；Mn 的单项污染指数变化范围为0.42~0.47，平均值为0.44，满足表2 中的 Mi≤1，属于无污染现象等级；Cd 的单项污染指数变化范围为18.42~50.35，平均值为37.83，满足表2 中的Mi≥ 3，属于重度污染现象等级；Cr 的单项污染指数变化范围为1.25~3.50，平均值为2.01，满足表2 中的2 < Mi≤ 3，属于中度污染等级。通过上述分析结果可知，Mn 元素不会对土壤造成污染，而Cd 对土壤污染最严重。

4 结束语

从检测分析宝鸡地区冶炼厂周围土壤重金属含量得出以下结论：不同土壤重金属含量在冶炼厂周围有明显差异。Pb, Zn, Cu, Mn, Cd, Cr 的 平 均 重 金 属 含 量，从 大 到 小 的 次 序 为Mn>Cu>Zn>Pb>Cd>Cr。Pb, Zn含量变化幅度相对较小，与 Cr含量变化幅度和变化趋势基本一致。Pb, Zn, Cu, CD, Cr在土壤元素中的含量比土壤元素的背景值高；在空间分布特征上，各个研究区土壤中Pb, Zn, Cu含量随风向明显高于风向。通过污染指数，可确定Mn元素对土壤不会造成污染，而Cd对土壤污染最严重。综合上述分析结果，可为后续重金属排放标准设定提供数据支持。