小微企业镀锌废水排放污染与环境风险分析

章 恒，王 元，马浩奇，孙慧群

镀锌废水不加处理或未达标排放会对周边环境产生危害，目前国内乡镇镀锌小微企业众多，基本没有污水处理措施，废水直接排放到附近水体或渗入土壤。由于重金属的不可降解特性，重金属将在土壤或水体沉积物中逐渐富集，土壤特殊的理化性质使其对重金属有一定的吸持作用，因而土壤中重金属的含量更能体现出对环境所产生的影响，并通过食物链直接或间接地威胁生物的生存和人类的健康[1-2]。所以，对电镀废水中重金属污染的现状和生态风险进行评价显得十分重要。本研究通过对某市五个镀锌加工厂废水主要污染指标的测定结果分析，应用单项污染指数法、地积累指数法和潜在生态风险指数法评价镀锌废水不经处理排放造成的环境危害，以期为企业镀锌废水排放的监督和管理提供科学性指导。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象概况

五个镀锌加工厂所在区域位于长江中下游江段北岸安徽省西南部某市，该市西北倚靠大别山主峰，东南连接黄山余脉，位于亚热带季风性湿润气候区，年平均气温14.5～16.6℃，年平均降水量为1253～1535 mm，年平均相对湿度77%，气候温和，适宜种植多种类型农作物，动植物资源丰富。五个加工厂办厂时间为2～4年，镀锌方式均为电镀，生产废水均未经过处理即排放到环境中，厂4和厂5分别挖有6 m3和2 m3的渗坑，周边主要敏感目标为农用地和水体。

1.2 数据来源和测定

五个加工厂排污口废水中总Zn(TZn)浓度数据来源于2017年2月当地监测部门的检测结果，五个加工厂排污口废水TZn浓度分别为428、368、626、432、313 mgL-1。为了评价废水未经处理排放对排污沿线环境的影响，沿废水流经线路依照采样可适性分别设置2～4个采样点(B～E)，同时在上游无污染区设置一个对照点A，进行了土壤和底泥中pH值、TZn和TCr浓度的检测。

测定方法参考文献4。pH值测定采用玻璃电极法；土样经硫酸-硝酸-氢氟酸消解，加氯化铵液后用火焰原子吸收分光光度法测定TCr；经盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解后用火焰原子吸收分光光度法测定TZn。

1.3 评价标准与分析方法

2 结果与讨论

五个加工厂在现场调查时检测的排污口浓度分别达到《电镀污染物排放标准》(GB 21900-2008 )的214、184、313、216、156、5倍，属于极严重污染。可知废水进入环境，会造成土壤、地表水、地下水等环境的污染，给生存于其中的生物和人群带来一定的生态风险。为此，本研究对五个加工厂排污沿线土壤的TCr、TZn进行了取样、测定和分析。

2.1 排污沿线土壤Cr的污染状况与环境质量分析

2.1.1 排污沿线土壤Cr的含量特征

由于五个厂排污口均未设置专业的防渗设施，废水中的重金属极易进入土壤中，通过对沿排污沿线土壤取样检测了TCr浓度(表1)，结果发现：五个厂的对照点土壤中TCr浓度均没有超过GB 15618-1995二级标准限值。厂2的车间外排污口和厂外排污口、厂4水体底泥、厂5渗坑附近土壤中TCr浓度没有超标，其它检测点TCr浓度不同程度地超出国家标准限值。蓄积池中TCr浓度极低，根据相同时间内Cr在蓄积池底部排污口附近的河床边高浓度积累的事实，可推知蓄积池有渗漏现象。可见五个厂沿排污路线土壤中TCr有不同程度的积累。

表1 废水排放沿程土壤TCr、TZn 浓度检测结果(mgkg-1)

表1 废水排放沿程土壤TCr、TZn 浓度检测结果(mgkg-1)

厂编号检测结果1采样点编号BCD-A采样点位置厂外排污口排水沟废水入河口CKpH值7.067.766.99-8.10TCr8.49×103575571-51.3TZn2.75×1041.92×1031.96×103-68.02采样点编号BCDEA采样点位置车间外排污口附近厂外排污口附近排水沟废水入河口CKpH值7.565.906.439.138.25TCr72.430958.459.2185TZn1.42×1035394144131043采样点编号BC--A采样点位置蓄积池河床边CKpH值7.896.38--6.93TCr0.0164.08×103--108TZn0.1043.48×103--4854采样点编号BCDEA采样点位置渗坑附近渗坑附近渗坑附近水体底泥CKpH值6.383.533.516.586.92TCr15415915916279.0TZn2.04×1032.07×1032.09×1032.10×1031755采样点编号BCD-A采样点位置渗坑边渗坑边渗坑边CKpH值7.117.117.29-7.32TCr184196193-69.7TZn3.5×1033.66×1033.55×103-83.7

注：1、厂3废水排放沿程地面是水泥地，废水沿蓄积池进入河流，河流是硬质底部，故只采集蓄积池底部排污口附近的河床边土壤样品；2、蓄积池TCr和TZn浓度单位：mg/L。

2.1.2排污沿线土壤Cr的污染强度和环境质量分析

本研究采用地积累指数法对五个厂废水排放导致排污沿线土壤TCr浓度超标进行了污染强度的分析，结果发现(表2)：厂1和厂3废水排放导致厂外排污口附近和河床边土壤中TCr的Igeo>5，呈极严重污染；厂1从排水沟到入河口附近土壤中TCr的2

表2 排污沿线土壤TCr和TZn的值及环境质量状况

2.2 排污沿线土壤Zn的污染状况与环境质量分析

2.2.1 排污沿线土壤中Zn的含量特征

为评价Zn对土壤环境的危害，本研究沿废水排放线路取样检测了土壤中的TCr浓度，结果见表1。厂1、厂2、厂4、厂5对照点土壤中TZn浓度均没有超过GB 15618-1995的标准限值，厂3对照点TZn浓度超过国家标准，其它检测点TCr浓度不同程度地超出国家标准限值。厂3扣除对照点背景浓度，河床边TZn浓度仍超过国家标准的15倍，蓄积池中TZn浓度极低，进一步验证了蓄积池有渗漏现象。可见五个厂沿排污路线土壤中TZn有不同程度的积累。

2.2.2 排污沿线土壤Zn的污染强度和环境质量分析

本研究采用地积累指数法对五个厂废水排放导致排污沿线土壤TZn浓度超标进行了污染强度的分析，计算结果见表2。由Igeo的值可知，厂1排放废水在厂外排污口附近的土壤呈极严重污染，此后到入河口附近土壤呈强～极严重度污染；厂2车间外排污口附近土壤TZn呈强～极严重污染，从厂外排污口到废水入河口附近土壤呈中等～强度污染；排除未污染情况下土壤中TZn浓度基底值的干扰，厂3河床边土壤呈极严重污染；厂4渗坑附近农用地和水体土壤均呈强～极严重污染；厂5渗坑附近土壤呈极严重污染。Zn在土壤中超标积累的程度真实地反映为其对土壤污染的强度。

3 讨论

从2.1分析的结果可以看出，镀锌废水排放出的Cr和Zn积累导致不同强度的污染，从而引起土壤环境质量发生不同程度的变化，这种变化给排污沿线土壤环境带来的潜在生态风险可用Eir和RI值表示(表3)。由表3可知，除了厂1厂外排污口附近土壤Cr的生态风险较重，厂3河床边底泥Cr具有中度生态风险，各厂其它采样点排污沿线土壤Cr的生态风险均较低。这就说明，土壤Cr污染强度达到中强度以上，可引起土壤环境质量呈重度污染，具有中度潜在生态风险。

表3 排污沿线土壤Cr和Zn的Eir和RI值

表3也显示，除了厂1厂外排污口附近土壤Zn的生态风险较重，各厂其它采样点排污沿线土壤Zn的单因子生态风险均较低。可见其污染强度、环境质量状况和生态风险程度的关系与Cr不一样。Zn在土壤中污染强度达到中等～极严重污染，土壤环境质量却只呈轻度污染，只有在污染强度为强～极严重时，土壤环境质量才呈重度污染。结合上述分析可知，中强度以上的Cr和Zn污染易造成单因子的潜在生态风险。

表3中的RI值显示，除了厂1厂外排污口附近土壤总的潜在生态风险呈中度，各厂其它采样点排污沿线土壤Cr与Zn总的潜在生态风险均较低。与厂1和厂3的单因子生态风险比较，可以看出，Cr与Zn的综合效应可降低土壤中两种重金属的生态风险。

五个厂周边主要敏感目标是农用地和水体。重金属在环境中不会消失，前人的研究表明，Cr对水生动物、微生物及某些农作物生长有抑制作用[5]，从而影响了水的利用、水体和土壤自净功能以及农作物产量和品质。若通过食物链进入人体，在人体内积累的结果可引起肠胃痛和肠胃功能紊乱等疾症，甚至致癌、致畸等。Zn是植物生长发育所必需的微量元素，但土壤或底泥中Zn过量会引起植物幼苗光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等功能受到破坏，导致整个植株代谢过程紊乱，生长发育受到影响[6]。有人认为土壤和底泥中Cr与Zn不易于被植物吸收，但交换态Cr与Zn可被微生物、农作物、底栖动物和沉水植物等吸收[7]，交换态Cr与Zn对生物具有一定的生态风险。其累积性生态风险与土壤pH值变化而发生的形态改变有关，pH 小于 6 的土壤溶液中重金属总量下降，但交换态却在上升，厂4水体底泥pH值不到4，可见Cr与Zn对底栖动物和底泥微生物都有一定的风险。

五个厂的排放废水中均含有超标的Cr与Zn，很多研究表明，Cr/Zn复合污染对农作物的生长有抑制作用，在Cr/Zn复合污染条件下，随Cr、Zn浓度的增加，农作物的根干质量、地上部分干质量、叶片净光合速率、叶片水分利用效率及叶片光能利用率均呈降低的趋势。2.2.2结果显示土壤中有抑制Cr与Zn污染强度的因素，这使得Cr/Zn复合污染的潜在生态风险变得复杂。

4 结论

(1)五个厂沿排污路线土壤中TCr和TZn不同程度的超标，使之对土壤具有不同程度的污染，从而在不同程度上改变了土壤环境质量。

(2)土壤中Cr污染强度达到中强度以上，可引起土壤环境质量呈重度污染，具有中度潜在生态风险。土壤中Zn污染强度达到中等～极严重污染，土壤环境质量只呈轻度污染，只有在污染强度为强～极严重时，土壤环境质量才呈重度污染。中强度以上的Cr与Zn污染易造成单因子的潜在生态风险，Cr与Zn的综合效应可降低土壤中两种重金属的生态风险，其作用机制有待于进一步的研究。

(3)五个厂周边主要敏感目标是农用地和水体，Cr和Zn对土壤酶活性、水生动物、微生物及农作物生长有抑制作用，将影响水的利用、水体和土壤自净功能以及农作物产量和品质。土壤中有抑制Cr与Zn污染强度的因素，这使得Cr/Zn复合污染的潜在生态风险变得复杂。抑制和增大重金属污染强度的机制有待于进一步研究。