典型电镀城周边土壤重金属的污染特征研究

梁秀娟，谢润楠，罗艺丰，王志行，韦柳鑫

(广东产品质量监督检验研究院，广东 广州 510670)

随着城市工业化的快速发展，作为重要的工业配套电镀产业也得到发展壮大，为我国经济腾飞做出了应有的贡献[1-2]。但由于当前电镀产业数量多、规模小、布局不集中、企业偷排漏排严重、监管困难等原因，已造成我国多处电镀城污染状况严重[3-4]。据有关资料统计，仅以北京市为例子，每年向环境排放约450万吨含重金属的生产废水，约1千吨的固体废物和危险废物，约5亿立方米的酸性气体[5]。由于重金属具有高毒性、持久性、不可降解性、隐蔽性、易被富集等特点[6]，在环境中不断迁移、不断转化，最终进入并沉积于土壤、地下水等环境介质中[7-8]，时刻危害着生态环境和人类健康[9-10]。因此，开展电镀企业周边土壤重金属污染状况分析具有重要的环境意义。

广东省是我国电镀生产最活跃的省份之一[11]。本文以珠三角地区典型的3家电镀城为研究对象，对电镀城周边土壤重金属的含量、空间分布和生态风险进行评价，以其为珠三角地区土壤的环境风险管理和重金属污染防治提供基础的科学依据。

1 实 验

1.1 样品采集

选择珠三角某地区HS、TS、SS电镀城，以电镀城为中心，在其企业周边分别布置8个采样点，采集表层(0～20 cm)和浅层(20～40 cm)的土壤样品，采用十字交叉法，多点取样，均匀混合，取样量为1000 g样品，装入一次性聚乙烯密封袋，把袋内空气挤出后封锁密封条，常温保存。共采集48个土壤样品(表层、浅层样品各24个)。3家电镀城的位置见图1。

图1 3家电镀城的位置图

1.2 样品前处理及分析方法

根据《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)要求，土壤样品采集后，放置于风干室中，适时地压碎、翻动，取出土壤中碎石、砂砾植物残体，直至自然风干恒重；然后将风干后的土壤样品研磨到过孔径0.15 mm(100目)筛后，封存于一次性聚乙烯密封袋里备用。

根据《土壤环境质量 农田地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)的要求，Hg、As参照《土壤和沉积物 汞、砷、硒、铋、锑的测定 微波消解/原子荧光法》(HJ 680-2013)进行检测，Cd参照《土壤质量 铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T 17141-1997)进行检测，Pb、Cr、Ni、Cu、Zn参照《土壤和沉积物 铜、锌、铅、镍、铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491-2019)进行检测。

1.3 评价方法

采用Hakanson提出的生态危害指数法[12]对土壤重金属生态风险进行评价，该法不仅可以评价某种重金属的生态风险，而且也可以综合评价多种重金属的生态风险，采用具有可比的、等价属性的指数分级进行评价[12]。其生态危害系数和生态危害指数分级标准列于表2。计算公式为：

表2 土壤重金属浓度描述性统计

(1)

(2)

式(1)、(2)中，Ei为重金属i的潜在生态系数；Ti为重金属i的毒性系数(Hg=40，Cd=30，As=10，Pb=Cu=Ni=5，Cr=2，Zn=1)[13]；Ci为重金属i的含量(mg·kg-1)；C0为重金属i的评价标准(mg·kg-1)，采用广东省土壤中重金属元素背景值[14]；RI为多个重金属的潜在综合风险指数。

表1 Ei和RI分级标准

1.4 数据分析及处理

数据分析处理及制作图表使用Microsoft Office Excel 2013、SPSS 25.0和Origin 8.0软件进行，描述性统计分析、Peason相关性分析及制作图表使用SPSS 25.0软件，地理位置图使用ArcGIS 10.1软件完成制作。

2 结果与讨论

图2结果所示，与浅层土壤相比较，除了Hg、As外，表层重金属元素Pb、Cr、Cd、Ni、Cu和Zn的平均含量均高于浅层土壤。图2和表2所示，土壤表层Hg、Pb、Cr、Cd、As、Ni、Cu、Zn的平均含量分别是广东省土壤背景值的3.23、0.92、1.45、3.97、1.33、1.90、2.49、2.46倍，表明重金属元素主要富集于土壤表层，总体表现为以Hg、Cd为主的重金属富集，这结果可能由于长期工业活动的影响；从重金属含量的最大值来看，Hg、Pb、Cr、Cd、As和Cu的最大值均出现在土壤表层，而Ni和Zn的最大值出现在土壤浅层，进一步说明了土壤表层重金属污染较为明显。观察各重金属元素的极大值与极小值发现，土壤表层和浅层重金属元素含量变化都比较明显，各重金属元素极差较大。

图2 土壤重金属浓度

变异系数的大小可以反映土壤样品中各采样点平均变异程度[15]。由表2可知，表层土壤中重金属元素变异系数大小顺序为：Hg>Zn>Cd>Cu>Ni>Pb>As>Cr，浅层土壤中重金属元素变异系数大小顺序为：Hg>Zn>Cd>Cu>Ni>As>Pb>Cr，表层和浅层土壤中Cr、Pb及As的变异系数相对较小，均小于25%，属于弱变异性，表明这三种元素受外界影响状况基本一致，空间分布差异小，反映这三种元素污染程度相对较轻。研究区表层和浅层土壤Cd、Cu、Ni及Zn的变异系数相对较大，为25%～50%，属于中等变异性，表明外界因素对于这四种重金属元素的累积有一定影响，其空间分布有一定差异性。研究区表层和浅层土壤Hg的变异系数最大，其值大于50%，属于强变异性，表明Hg受某些局部污染较为明显，空间分布差异最大，表示受某些区域的人类活动干扰强烈[15]。偏度是指描述数据分布情况的统计数据，峰度是指描述全部数据中取值分布情况陡斜程度的统计数据[15]，从表2可以看出，无论是表层土壤还是浅层土壤，Cd、Ni、Zn元素均呈现出较高的正偏度和峰度，进一步表明Cd、Ni、Zn元素受外界活动影响比较严重。

从图3可知，研究区重金属元素中Hg、Cd、Cu的Ei值显然高于其它5种重金属元素，其Ei值处于40与320之间，均呈现出明显的空间变化，差异性较强。此外，其它5种重金属元素Pb、Cr、As、Ni、Zn的Ei值均小于40。根据各重金属元素Ei平均值大小可知，得到Ei值大小顺序为：Cd>Hg>Cu>As>Ni>Zn>Pb>Cr，其中Cd、Hg的Ei值最大，达到了强风险生态等级，其次Cu也达到了中等风险生态等级，其余重金属元素则均属于轻微风险生态等级。

图3 土壤重金属潜在生态危害指数

从图4可知，SS电镀城的S1～S6监测点以及H2、H7、T4、T7、H5、T3、H1、H3监测点的RI值均介于300～600之间，属于强风险生态等级，而其余的监测点均属于中等风险生态等级。由此可知，研究区重金属元素生态风险最高的是SS电镀城，其次是HS电镀城，再次是TS电镀城。从上述3家电镀城中8种重金属元素的Ei和RI结果表明，研究区重金属元素的潜在生态风险主要受制于Hg、Cd、Cu，其原因由于Hg、Cd、Cu本身质量浓度相对较高，部分监测点的浓度甚至超过广东省土壤背景值浓度；其二也与它们本身具有较大的生态毒性系数有关。这个结果与之前的学者对各自研究区重金属元素生态风险的结论较为类似16-17]。

图4 3家电镀城中土壤重金属的潜在综合生态风险

3 结 论

传统的电镀行业导致土壤重金属污染，本文主要对珠三角地区HS、TS、SS电镀城企业周边土壤中8种重金属元素的污染特征及其分布情况进行分析，并对其潜在生态风险进行评价。主要结论如下：

电镀城重金属元素主要富集在土壤表层，总体表现为以Hg、Cd为主的重金属富集。在空间分布上，Hg的变异系数最大，其值大于50%，属于强变异性，空间差异最大；其次Cd、Ni、Cu、Zn属于中等变异性，Cr、Pb、As属于弱变异性。

根据潜在生态风险评价得出，Cd、Hg的Ei值最大，达到了强风险生态等级，其次Cu也达到了中等风险生态等级，其余重金属元素则均属于轻微风险生态等级。根据潜在综合生态风险评价得出，研究区重金属元素生态风险最高的是SS电镀城，其次是HS电镀城，再次是TS电镀城。总体来说，研究区重金属元素潜在生态风险主要受制于Hg、Cd、Cu。