铅锑冶炼污染场地周边土壤铅污染特征及潜在生态危害评价

刘楠楠+邱伟军+聂建瑞+郭儒++邵立南+林星杰+苗雨

摘要： 通过对铅锑冶炼污染场地周围土壤现场采样及室内测定，检测样品中重金属元素铅含量，分析其污染特征并开展风险评估。结果表明：污染场地周边土壤中铅含量远高于该区域土壤元素背景值，呈现由原有主控污染源向周边逐渐递减的趋势，且向下纵向衰减。对土壤中铅进行单种重金属潜在生态风险评价，结果表明铅局部污染程度已达极强的潜在生态风险，应加强风险管控，及时进行固化稳定化和工程阻隔等土壤修复。

Abstract： By sampling and determination of soil in wasted lead-antimony smelting plant， the distribution of lead concentration was investigated， and the potential ecological risk was evaluated. The results indicated that there were significant differences between the wasted plant and background values of this region. Lead concentration was cut down from main pollution sources to the surrounding. Parts of the potential ecological risk of lead in this study are very strong. It should pay much attention on risk management and control. Besides， prompt methods of stabilization/solidifition and enhancement of obstruct capability should be applied in soil remediation.

关键词： 铅锑冶炼；污染场地；铅；土壤；风险评估

Key words： lead-antimony smelting；contaminated sites；lead；soil；risk assessment

中图分类号：X833 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0023-03

0 引言

铅是重金属污染土壤中分布较广、具强蓄积性的环境污染物，在重金属毒性表中居潜在毒性前列[1]。铅过量累积会阻滞植物生长，叶绿素含量下降，阻碍呼吸及光合作用。此外，土壤铅是人体主要的暴露源[2]，铅可通过食物链富集，人体内的铅能与多种酶结合干扰机体生理活动，严重时甚至形成铅中毒[3]，损害人的神经、消化、免疫和生殖系统，对人类健康造成威胁。冶金工业污染场地中铅等重金属污染物在土壤中较难迁移，滞留时间较长，且难于降解，经由水或植物等介质具有危害人体健康造成的潜在风险，开展污染场地周围土壤铅污染特征和环境风险评估显得尤为重要。而目前针对铅锑冶炼污染场地调查、风险评估尚无相关研究开展。

调查地区为世界罕见的多金属共生富矿区，原矿中铅、锑、锌主要以脆硫锑铅矿、辉锑矿、方铅矿、闪锌矿等硫化物和硫酸盐矿物形式存在，具有典型的铅锑矿石矿物组合特征。选取该区域已关停的典型铅锑冶炼污染场地为研究对象，通过现场调查、取样分析铅锑冶炼周围土壤铅含量，研究土壤重金属中铅污染特征，在此基础上开展环境风险评估，对铅锑复合污染土壤中铅污染修复治理及风险控制具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 铅锑冶炼污染场地概况

铅锑冶炼污染场地原有厂区始建于20世纪90年代，现生产系统已搬迁改造至工业园区内。场址设有粗炼、精炼共2个分厂，粗炼分厂主要包括粗铅冶炼、制酸、尾气脱硫、污水处理等，精炼分厂包括铅精炼、锑冶炼等。遗留工业场地依据原有总平面布置图，划分为熔炼区、烧结区、硫酸区、污酸区、精锑成品区、精炼电解区、与非生产区交界处等七个区域。

1.2 土样采集

通过对研究对象所在地土壤类型、气候、水文、地形以及冶炼工业场地“三废”排放及处置情况，结合厂区周边环境，场地外部区域的四个垂直轴上，每个方向等间距布设对照采样点。兼顾采样点的代表性和均匀性，在调查区内共布设7个采样点，主要布设在工业场地原有生产主体功能区1#熔炼区、2#烧结区、3#硫酸区、4#污酸区、5#精锑成品区、6#精炼电解区、7#非生产区交界处。每个采样点按0～20cm、20～60cm、60～100cm分层采样，样品采集后密封带回实验室处理，自然风干、除杂后研磨，过100目筛备用。

1.3 样品分析与测试

土壤中铅的测定采用电感耦合等离子体原子发射光谱法[4]，原理为土壤样品经过消解后加入内标溶液，样品溶液通过进样装置被引入到电感耦合等离子体中，根据元素的发光强度测定其浓度，其中铅的ICP推荐分析波长为220.353nm，测定条件等离子体气体流量16L/min；辅助气体流量0.5L/min；载气流量1.0L/min。

2 结果与讨论

2.1 铅锑冶炼污染场地周围土壤中铅污染分布特征

2.1.1 土壤样品测定结果

本研究采集土壤样品中镉含量测定结果显示，铅锑冶炼污染场地土壤中铅含量5.91～78400mg/kg，平均值为8881.33mg/kg，与该铅锌生产基地矿区土壤元素背景值295mg/kg[5]存在明显的差异，远高于土壤元素背景值。

2.1.2 单因子评价

采用目前国内外普遍采用的单因子指数法对土壤进行单一元素污染评价[6]。单一重金属污染指数：Pi=Ci/Si。式中：Pi—土壤中污染物i的污染指数；Ci—土壤中污染物i实测平均含量（mg/kg）；Si—污染物的评价标准（mg/kg），或称为污染起始值。其中：Pi≤1表示土壤未受污染；Pi>1表示土壤已受污染；Pi越大，污染程度越重。污染物污染等级按汪雅各[11]所划的5个等级如表1所示。

基于铅锑冶炼污染场地周围土壤污染现状，现行《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）不适用于需开展的土壤环境管理的铅锑冶炼污染场地类的建设用地。污染场地土壤应兼顾土壤利用方式、土壤性质、受体类型、暴露途径等因素，综合考虑该区域土壤环境背景值或特定地块的土壤环境本底值，土壤环境质量评价确定选取《建设用地土壤污染风险筛选指导值（三次征求意见稿）》工业类非敏感用地铅风险筛选指导值为800mg/kg。相较于目前国际部分国家和地区制定的工业/商业用地铅土壤环境指导值/标准值600～2500mg/kg[7-9]，作为评价标准值较为合理。本研究采集土壤样品中铅含量结果评价见表2。

结果显示，铅锑冶炼污染工业场地周边各采样点土壤中镉含量在剖面中的纵向呈沿深度增加削减的分布规律。除铅锑冶炼污染工业场1#熔炼区与7#非生产区交界处外，2#烧结区、4#污酸区、3#硫酸区、5#精锑成品区监测点位0～20cm、20～60cm以及6#精炼电解区监测点位0～20cm采样深度，土壤样品中铅含量超出《建设用地土壤污染风险筛选指导值（三次征求意见稿）》中总铅污染风险筛选指导值。随着采样深度增加至60～100cm，土壤环境样品铅含量基本满足要求。

依据表1污染分级标准，表层土壤中铅3#硫酸区、4#污酸区、2#烧结区为重度污染区，5#精锑成品区、6#精炼电解区为轻度污染区，1#熔炼区与7#非生产区交界处为尚清洁区。表层中铅含量呈现规律为3#硫酸区>4#污酸区>2#烧结区>5#精锑成品区>6#精炼电解区>1#熔炼区>7#非生产区交界处。3#硫酸区、4#污酸区、2#烧结区作为铅锑冶炼重点排污工段，由于原有厂区内硫酸区和污酸区的防酸、防渗、防雨等措施不完善，可能存在原冶炼厂含重金属的酸性废水下渗、火法冶炼工段排放的烟粉尘飘散沉降、废渣堆场的淋溶水外渗等造成土壤中铅等重金属累积。

学者对湘中某冶炼区农田土壤研究显示有效态铅波动范围为18.00～2134.77mg/kg[10]，本研究采集铅锑冶炼污染场地土壤样品中铅含量测定结果多处于此区段，重金属生态毒性与土壤的理化性质相关，影响重金属形态、活性、迁移转化，有效态与土壤有机质等呈负相关关系，与土壤中重金属铅全量呈显著正相关。

2.2 铅锑冶炼污染场地周围土壤中铅污染生态风险评价

污染土地修复前应开展详细的场地调查和风险评估，综合考量土壤类型、气候环境特征、土地利用方式及潜在的污染生态毒理学特征等因素[11-12]显得尤为重要，作为现行单纯以最高允许总量评估方式的重要补充，更为全面了解土壤中重金属的实际环境危害[13]。

Hakanson提出“潜在生态风险指数法”，评估土壤中重金属污染的潜在生态风险[14]。综合重金属含量、生态效应、环境效应和毒理学效应相联系，定量划分出其潜在风险程度。其中单种重金属污染潜在生态风险系数计算表达式为：Eir=Tir×Ci实测/ Cin 。式中：Ci实测为土壤重金属浓度实测值，mg/kg；Cin为计算所需的参比值，mg/kg，可选取全球沉积物重金属的平均值，或以当地土壤重金属背景值为参比值，本研究选取区域矿产区土壤中元素铅背景值；Eir为某一金属潜在生态风险系数；Tir为单个污染物的毒性响应系数，根据Hakanson制定的标准化重金属毒性响应系数[18]，铅取5。

单种重金属污染潜在生态风险程度分级见表3。

本研究铅锑复合污染情形，土壤中铅潜在生态风险评价结果见表4。

铅锑冶炼污染场地除1#熔炼区、7#非生产区交界处监测点位外，周围土壤中铅存在不同程度的污染，且存在一定的生态风险。污染场地周边其余土壤监测点中铅的潜在风险参数Eir介于0.10和1328.81之间，局部达到极强生态污染。潜在风险参数Eir最大值出现在3#硫酸区点表土层，而最小值出现在6#精炼电解区。所有监测点位在60～100cm处污染潜在生态风险程度均为轻微。经上述评价，铅污染潜在生态风险程度呈现规律为3#硫酸区>4#污酸区>2#烧结区>5#精锑成品区>6#精炼电解区>1#熔炼区>7#非生产区交界处，说明铅锑冶炼污染场地高协同污染态势，由于酸性废水、废渣、渗滤液收集处理不完善，经雨水淋溶后造成周边土壤环境污染。烧结区排放的烟尘携带大量的有害元素，随着烟尘的扩散沉降，这些有害元素在周围形成积累。综上，该铅锑冶炼污染场地周边土壤中重金属铅污染的潜在生态风险水平较高。

铅的存在形态影响其在土壤中的迁移、转化和生物可利用性。受土壤物理化学性质的控制，铅的生物有效性排序为可交换态>碳酸盐结合态>铁锰氧化物结合态、有机物硫化物结合态>残渣态。针对该铅锑冶炼污染场地周边土壤中重金属铅污染的潜在生态风险水平，建议采用固化稳定化方法降低铅在土壤中的溶解性、迁移性和毒性，同时采用物理方法将污染土壤转变为不可流动固体或形成紧密固体；经在污染场地硬化表面及四周修建隔离墙体等工程阻隔措施，将固化稳定化的土壤与其周围环境进行隔离，减少由于进一步的迁移、扩散或渗透等对周围环境产生的污染。

3 结论与建议

①铅锑冶炼污染场地周围土壤中铅含量纵向分布特征与采样深度呈负相关，冶炼厂生产区多年运行造成土壤中铅积累和迁移转化，调查区土壤中铅含量与该区域土壤元素背景值存在显著差异，且由原有大气和地下水主控污染源向周边逐渐递减，且铅污染能迁移到的深度与表层土中铅含量有关。

②潜在生态风险指数评价显示：铅锑冶炼污染场地周边土壤中重金属铅为超标因子，局部达到极强生态风险。通过针对性、代表性污染场地研究，加强风险防范措施监管，为及时开展污染土壤修复提供技术支撑。

③建议对该铅锑冶炼污染场地周边土壤开展详细的场地调查，确定污染范围，开展污染场地固化稳定化和工程阻隔措施，降低土壤污染的环境风险。

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