有色金属冶炼企业建设项目土壤环评分析与展望

顾睿，舒艳，刘一帆，吴铁，苏艺

(1.环境保护部环境工程评估中心， 北京 100027； 2.环境保护部环境发展中心， 北京 100029)

有色金属冶炼企业建设项目土壤环评分析与展望

顾睿1，舒艳2，刘一帆2，吴铁1，苏艺1

(1.环境保护部环境工程评估中心， 北京 100027； 2.环境保护部环境发展中心， 北京 100029)

在对铅冶炼、锌冶炼、铅锌联合冶炼、铜冶炼等典型有色金属冶炼企业周边土壤重金属含量进行调查的基础上，分析有色金属冶炼企业周边土壤的重金属污染状况和趋势，并提出典型有色金属冶炼企业建设项目土壤环评方法，以及设置土壤累积影响防护距离的初步设想，以期为有色金属冶炼企业重金属污染防治提供技术支持。

有色金属冶炼企业；土壤；环境影响评价

有色金属冶炼作为重金属污染物的主要工业来源，在冶炼过程中产生的含重金属污染物的烟尘会以大气沉降的形式进入土壤，同时在固体废物堆存处置过程中，含重金属污染物的淋溶液会以渗漏的形式进入土壤，土壤已成为有色金属冶炼企业重金属污染物排放的最终载体。重金属污染物不易被土壤生物降解，在土壤中逐渐累积导致土壤污染，影响农作物产量和质量，并最终通过食物链危害人类健康。

本研究选择铅冶炼、锌冶炼、铜冶炼3种典型有色金属冶炼行业作为研究对象，根据生产工艺水平、企业历史发展沿革、企业所处地理位置等，选取确定了铅冶炼(10万t电铅)、锌冶炼(20万t电锌)、铅锌联合冶炼(10万t电铅，16万t电锌)、铜冶炼(40万t阴极铜)4家正常生产企业作为研究对象，分别对其周边5 km范围内的土壤开展重金属污染情况调查研究，分析土壤重金属污染的程度和范围，以及与企业的相关关系；采用将土壤累积影响预测模式的预测值与实测值拟合的分析方法，验证土壤累积影响预测模式及相关参数的适用性；提出设置土壤累积影响防护距离的防治措施。本研究旨在为科学评价有色金属冶炼企业建设项目重金属污染物在土壤中的累积影响提供理论依据，为有色金属冶炼企业重金属污染防治提供技术支持。

1 有色金属冶炼企业周边土壤重金属污染状况

1.1 样品采集与处理

本研究以所选企业为中心，在其周边5～7 km范围内分别沿当地主导风向和次主导风向轴线布设土壤采样点，布点原则为近密远疏，下风向布点多于上风向，各企业土壤采样布点如图1所示。

图1 典型有色金属冶炼企业周边土壤采样点布设示意图Fig.1 Sketch map of soil sampling points around the typical nonferrous metal smelting enterprises

土壤采样及分析方法按《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)[1- 2]相关规定执行。土壤采样采用“蛇形”布点采样法，主要采集0～20 cm土层。土壤样品在阴凉通风处自然风干后，室内过2 mm筛，剔除所有植物碎片、根系、石子等，充分混合后用四分法缩分，再过100目尼龙筛，供土壤pH测定和分析测试。土壤样品分析因子包括pH值、铅、镉、铬、汞、砷、锌、铜等重金属[3]。

1.2 土壤重金属污染分析

1.2.1 土壤重金属浓度分布

本研究以《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)[4]中的二级指标作为各项重金属污染物的含量限值，采用单因子指数法进行土壤重金属污染评价。

单因子指数法计算公式为：

式中，Pi为土壤中重金属污染物i的单项污染指数；Ci为土壤中重金属污染物i的实测浓度，mg/kg；C0i为土壤中重金属污染物i的标准浓度，mg/kg。

所选铅冶炼企业33个采样点中，各采样点铬含量均达标，有28个采样点出现重金属超标现象；所选锌冶炼企业68个采样点中，有35个采样点出现重金属超标现象；所选铅锌联合冶炼企业30个采样点中，各采样点汞、砷、铅、铬含量均达标，27个采样点出现重金属超标现象；所选铜冶炼企业100个采样点中，各采样点砷、锌、铅含量均达标，20个采样点出现重金属超标现象。具体超标情况见表1。

1.2.2 土壤重金属空间分布

所选铅冶炼企业周边土壤环境质量监测结果表明，距离厂界500 m范围内土壤表层铅、镉、锌、砷含量均明显高于500～3 000 m区域。受企业所在区域地形条件影响，该铅冶炼企业周边500～3 000 m区域内土壤表层铅、镉、锌、砷含量，未表现出随厂界距离增加而明显变化的趋势。随着厂界距离的增加，土壤表层汞、铬含量有逐渐减小的趋势，但这种变化在统计上并不显著。

所选锌冶炼企业周边土壤铅含量监测结果如图2(a)所示。土壤表层铅、锌、镉含量较明显地表现出随着与厂界距离的增加而逐渐降低的趋势，表明其分布与企业生产有较密切关系。砷、铬、铜、汞其他重金属元素随厂界距离未表现出明显变化规律。与本研究其他铅冶炼、铅锌联合冶炼企业相比，该锌冶炼企业所处地形为平原，因此重金属污染物的影响范围、程度与企业生产的关系更为密切。

表1 所选企业周边土壤重金属超标情况表

所选铅锌联合冶炼企业周边土壤环境质量监测结果表明，距厂界500 m范围内，土壤表层镉含量显著增高(本研究分别于2010年和2013年对该企业周边土壤进行采样分析测试)。距厂界500 m内、500～1 500 m、1 500～3 000 m、3 000 m以外区域，土壤表层铬、砷含量均显著降低。受企业生产运营时间、所在位置地形条件(山区)的影响，该铅锌联合冶炼企业周边土壤表层各重金属元素含量均未表现出随厂界距离增加而显著变化的趋势。

所选铜冶炼企业周边土壤铅含量监测结果如图2(b)所示。土壤表层重金属元素含量较明显地表现出随着与厂界距离的增加而逐渐降低的趋势，表明其分布与企业生产有较密切关系。其中，土壤中镉、铜、铅、锌浓度分布与主导风向较为一致；汞的浓度总体偏低，在主导风向的两侧土壤中浓度较大；土壤中砷浓度分布规律与主导风向不太一致。

图2 锌、铜冶炼企业周边土壤中铅浓度分布等值线图Fig.2 Lead concentration contour map in soil of the lead and zinc smelting enterprises

根据前文分析可知，有色金属冶炼企业周边土壤中重金属的来源主要是冶炼过程中产生的含重金属污染物烟尘的大气沉降，土壤中重金属的累积影响随着企业生产时间的增加而逐步显现，这种现象在平原地区较山地、丘陵地区更为明显。

有色金属冶炼企业的污染源控制除主金属外，更需要对非主金属给予足够关注。以铅冶炼和铅锌联合冶炼企业为例，其企业周边土壤中铅超标情况并不严重，而镉超标情况相当普遍[5]。

2 有色金属冶炼企业建设项目土壤累积影响预测

2.1 预测模式

进行土壤累积影响评价定量预测的模式主要有两种[6]，分别为考虑土壤残留系数的模式和不考虑土壤残留系数的模式。

(1)考虑土壤残留系数的模式

式中，Qt为重金属污染物在土壤中的年累积量，mg/kg；Q0为土壤中某重金属的起始浓度，mg/kg；P为每年外界重金属进入土壤量折合成土壤浓度，mg/kg；K为土壤中某重金属的年残留率，%；t为年数。

(2)不考虑土壤残留系数的模式

Qt=Q0+Pt

式中，Qt为土壤中某重金属在t年后的浓度，mg/kg；Q0为土壤中某重金属的起始浓度，mg/kg；P为每年外界重金属进入土壤量折合成土壤浓度，mg/kg；t为年数。

根据对企业的试算结果可知[7]，在参数选择合理的前提下，这两种预测模式的预测结果基本可靠。

2.2 预测参数

(1)土壤重金属起始浓度

本研究分别采用了不同起点土壤重金属背景浓度，进行了累积影响预测。采用的土壤重金属起始浓度包括：全国或地方土壤环境背景值调查数据；试点企业环评或竣工环保验收期间监测数据。结果表明，土壤重金属起始浓度的差异对土壤重金属累积影响预测的结果影响较大。采用全国或地方土壤环境背景值调查数据、试点企业环评或竣工环保验收期间监测数据作为土壤重金属起始浓度时，由于点位数量有限，而且当时监测调查点位与本次验证点位的位置存在差异，所采用的土壤重金属起始浓度并不能真实反映验证点位的重金属起始浓度，对土壤重金属累积影响预测结果造成较大干扰。因此，在开展土壤重金属累积影响预测时，应以土壤累积影响预测起始年度的实际土壤浓度值作为预测起始浓度。

(2)重金属土壤残留率

重金属土壤残留率不仅受土壤本身理化特性影响，同时还受到植物吸收富集、土壤侵蚀等外界作用的影响。目前关于重金属在土壤中残留率这一参数的基础研究很少，还难以给出统一的土壤残留率数据。

由于本次研究中的监测调查数据均为野外采集样品分析，受外界条件干扰也比较大，因此，要准确获得土壤残留率的数据则需要通过专项科研课题进行研究。为简化工作内容，土壤残留率可参考《公路建设项目 环境影响评价规范(试行)》(JTJ005—96)提出的铅元素95%的残留率进行计算，砷、镉、铬、锌等其他重金属元素也可按照95%的残留率进行计算。

(3)外界年输入量

根据企业试算结果，采用大气预测重金属污染物沉降量方法估算出的外界年输入量更为可靠。

2.3 预测方案

在确定预测模式、选择预测参数后，即可采用土壤累积环境影响预测模式进行预测，预测内容主要包括以下两方面：

(1)服务年限内土壤中污染物累积量

以各监测点位现状监测值为起始浓度，在不加入新的污染源的前提下，预测该企业主要设备服务期满时的土壤浓度值。

(2)土壤可纳污能力限值

以各监测点位现状监测值为起始浓度，分别以各种土壤环境质量数据作为预测的目标值，在不加入新的重金属污染源的前提下，推算在服务期满时达到目标值的情况下，土壤能接纳的最大外界年输入量。

2.4 预测结果分析与评价

根据土壤累积环境影响预测内容，主要从以下两方面进行评价：

(1)土壤累积影响防护距离

根据预测的服务年限内土壤中污染物累积量，绘制土壤浓度等值线图，结合《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)标准限值的要求划定土壤累积影响防护距离。

(2)土壤可纳污能力限值

根据预测的土壤可纳污能力限值，反推区域可接纳的以大气污染物沉降形式进入土壤的重金属污染物量，为区域土壤环境承载力预测提供科学依据。

2.5 存在问题及制约条件

(1)重金属输入量的确定

本研究中土壤重金属外界输入量采用大气沉降量预测结果进行累积影响分析。但实际上，土壤重金属外界输入量的确定非常复杂。企业废气污染源对土壤重金属的累积受多种因素影响，譬如生产工况、环境因素、气象条件、治理效果等；同时，每年度或年度内各月的重金属输入量均有所不同。因此，重金属实际累积量与预测累积量存在一定差异。

(2)土壤重金属残留率的确定

土壤重金属残留率受重金属形态、土壤类型与理化性质，以及植物吸收富集、土壤侵蚀等外在因素的多重影响。不同区域、不同类型的土壤，其重金属残留率不同；即使同一区域，同一种重金属形态不同，重金属残留率也不同。因此，土壤残留率的确定对于土壤重金属累积影响预测的准确性也是一个制约条件。

3 有色金属冶炼企业土壤环评研究展望

有色金属冶炼企业建设项目土壤环评是一项正在尝试开展的新工作，为使其具有更为坚实的技术基础和更为广阔的应用前景，建议重点开展以下几项工作：

3.1 开展土壤重金属基础研究

开展土壤重金属残留率、土壤重金属来源解析等基础研究。

(1)土壤重金属残留率

土壤重金属残留率在土壤累积环境影响预测模式中较为重要，且其数值对预测结果有较大影响。如前文所述，重金属土壤残留率的确定较为复杂。此外，随着企业发展阶段以及社会生活方式的变化，每年从外界输入到土壤中的重金属污染物数量有较大差异，因此要获得准确的区域残留率，则需要通过开展专项科研课题进行研究。

(2)外界年输入量

为简化工作，本研究确定土壤中重金属污染物的外界年输入量时只考虑了企业生产所排放的重金属污染物，对其周边同类企业以及社会生活所排放的重金属污染物则未计算在内。这会为计算结果带来误差，尤其是位于人群集中居住区附近的老企业。如不考虑其他企业以及社会生活所产生的影响，则会导致预测结果比实际情况偏小。因此，建议后续加强其他污染源对土壤环境质量影响的研究。

3.2 设置土壤累积影响防护距离

建议在开展有色金属冶炼企业建设项目环境影响评价时，根据企业服务年限内土壤中重金属的累积预测结果，绘制重金属浓度等值线图，结合《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)标准限值的要求划定土壤环境防护距离。在土壤环境防护距离内不允许种植进入食物链的作物。

3.3 制定土壤环评技术导则

土壤是自然环境系统中一个很重要的子系统，人类活动所产生的很多污染物，尤其是重金属，都是通过这一子系统进入食物链，最终危害人体健康。然而，在目前的建设项目环评技术体系中，缺乏针对土壤环评的导则，在此建议尽快出台相应的技术导则，以指导此类建设项目的土壤环评工作[8]。

[1] 中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2003.

[2] 国家环境保护总局.HJ/T166—2004 土壤环境监测技术规范[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2005.

[3] 舒艳. 某铅冶炼企业周边土壤重金属污染状况调查研究[C]//中国环境科学学会. 2012中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷). 北京: 中国农业大学出版社, 2012: 2703- 2711.

[4] 国家环境保护局, 国家质量监督局.GB15618—1995 土壤环境质量标准[S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.

[5]ShuYan,ZhaiShengjia.Studyonsoilheavymetalscontaminationofaleadrefinery[J].ChineseJournalofGeochemistry, 2014, 33(4): 393- 397.

[6] 王红旗. 土壤环境学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007.

[7] 舒艳, 王亚男, 李时蓓, 等. 铅污染物在土壤中累积影响评价方法研究[J]. 中国环境科学, 2012, 32(S2): 56- 62.

[8] 杨劲松, 余世鹏, 谢文萍. 土壤环评管理面临的问题与对策[J]. 环境影响评价, 2015, 37(1): 1- 5.

Problems and Prospects of Soil Environmental Impact Assessment for Nonferrous Metal Smelting Projects

GU Rui1, SHU Yan2, LIU Yi-fan2, WU Tie1, SU Yi1

(1.Appraisal Center for Environment & Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100027, China;2.Environmental Development Centre, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029, China)

After investigating the heavy metal concentration in the soil around typical nonferrous metal smelting companies including lead, zinc, lead-zinc and copper smelting companies, the paper analyzes the current soil contamination by heavy mental and its future trend. It puts forward the soil EIA methodology for non-ferrous metal smelting and raises the suggestions on keeping the safety distance for accumulative impact in order to provide technical support to nonferrous metal smelting companies for the pollution control.

nonferrous metal smelting companies; soil; environmental impact assessment

2014-12-09

环境保护部财政预算项目(2110203)

顾睿(1978—)，男，江西人，工程师，硕士，研究方向为有色金属行业环境影响评价，E-mail：gurui@acee.org.cn

舒艳(1978—)，女，四川人，高级工程师，博士，研究方向为涉重建设项目环境影响评价，E-mail：shuyan@edc-eia.org

10.14068/j.ceia.2015.03.017

X825

A

2095-6444(2015)03-0065-05