丁 凝， 刘建明， 孙 峰

(赣州市环境科学研究所， 江西 赣州 341000)

土壤的重金属污染主要来自“工业三废”、城市生活垃圾、农药和肥料等。重金属是指比重大于5.0 g/cm3的金属元素，如铬、锡、铜、铅、银、金、汞等。营养化学、毒物学和环境污染研究中公认铍、锑、铊、铬、锡、铅、汞等对生物和人体有毒害作用，被称为污染元素；而锰、钴、铜、钒、硒、铬等在含量过高或形态(如价态)不同时，对生物体亦有毒害作用。在环境污染方面所说的重金属实际主要是指镉、铅、铬、汞以及类金属砷等生物毒性显著的重金属元素，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍等[1]。

冶炼厂是土壤重金属污染的一个重要来源，其生产过程中排放的大量有毒有害物质通过大气沉降、废渣渗滤和污水灌溉进入土壤，致使周边农田受到不同程度的污染。有关冶炼活动造成重金属污染问题的大量研究[2-5]表明，冶炼厂周边土壤已受到不同程度的重金属污染，尤其是农田土壤重金属超标严重威胁着粮食安全和人体健康，上升为亟待解决的突出的环境问题[6-8]。由于历史遗留问题，江西某冶炼厂生产过程中所遗留下的废渣遗弃在厂内的部分尾砂池，污染防治设施停运，容易因雨水冲刷尾砂池产生污水径流进入周边河流，从而造成污染。

因此，本研究以该冶炼厂尾砂池为研究对象，对其重金属污染的空间分布进行调查研究，并运用单项污染指数和内罗梅综合污染指数法对该范围的污染水平作出评价，为后续冶炼厂尾砂池中废渣综合处置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江西省某冶炼厂占地面积68.89万m2，是钴、镍、钨等系列产品的专业生产厂家，全国100家最大有色金属冶炼企业之一。由于历史的原因，建厂早、设备老化、环保欠账等问题，成为江西赣江流域重要污染源之一。该厂部分水污染防治设施停运，经调查，场地内遗留重金属冶炼废渣约4.5万 m3，其中：一般固废约4万m3，危险废渣约0.5万 m3，其生产场地土壤中的铜、镍等重金属含量偏高。目前，该企业改制已基本结束，遗留污染治理问题交由当地环保局负责实施。

该厂采用湿法冶金生产工艺，生产钴系列产品和钨系列产品，主要产品有四氧化三钴、钴盐、钴粉、硫酸镍、电解铜，生产能力为1 000 t/a(以钴金属计)。主要工艺过程由破碎、磨矿、浸出、萃铜、净化、萃取除杂、萃取镍钴分离、萃取富集镍、浓缩结晶、树脂交换净化、沉钴、干燥、煅烧、还原、洗渣及回收等工序组成。

1.2 土样采集与制备

通过实地考察和勘测，并依据国家环境保护标准HJ 25.2—2014《污染场地环境监测技术导则》：“场地原始状况严重破坏，可采用系统布点法进行监测点位布设。系统布点法是将监测区域分成面积相等的若干地块，每个地块内布设一个采样点。”各采样点垂直分层取样分别为：表层土壤(0～0.2 m)、浅层土壤(0.2～0.6 m)和深层土壤(0.6 m～地下水)。单个监测地块的面积原则上不应超过1 600 m2。在每个监测地块的中心部位进行采样。

(1) 监测点的布设

鉴于该冶炼厂历史较为久远，原厂区由于扰动较大，本次研究作为初步调查，无法做到全面采样，故根据该冶炼厂退休职工提供资料，选择废渣尾砂池1(A、B、C)，尾砂池2(E、F、G)，尾砂池3(M、N)共设置8个监测点为代表性的监测点位，在地块中心部位采样。具体如图1所示。

图1 监测点位

(2) 监测项目及频率

监测项目：pH、总铜、总铅、总锌、总镉、总砷、总铬、总镍。监测频率：1次采样分析。

(3) 采样方法

对于每个监测地块，分别采集表层土壤(0～0.2 m)、浅层土壤(0.2～0.6 m)和深层土壤(0.6 m～地下水)。一般情况下，3 m以内深层土壤的采样间隔为0.5 m，3～6 m采样间隔为1 m，6 m至地下水采样间隔为2 m。对于垂直方向不同特征的土壤，适当调整土壤样品间隔。

(4) 土样处理

对所取土样，经风干去除杂质按四分法取100 g，样品研磨过100目(0.149 mm孔径)尼龙筛后备用。

1.3 分析方法

土样pH值的测定采用雷兹PXS-215型离子酸度计，用玻璃电极法进行测定，水土比为2.5：1；土壤样品采用HNO3-HClO4-HF混酸法消解，消化液过滤定容后，用原子吸收分光光度计测定总铜、总铅、总锌、总镉、总砷、总铬、总镍7种重金属的含量[9-10]。分析过程中严格按照HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》进行，以确保数据的准确性。

1.4 评价方法

评价方法选用单因子污染指数法和内梅罗(N.L Nemerow)综合污染指数法相结合进行评价[11-13]。该评价方法同时兼顾了单因子污染指数的平均值和最高值突出了污染较重的污染物的权重，能较全面地反映土壤样品的环境质量。

(1)

式中，Pi为废渣样中污染物i的污染指数；Ci为废渣样中污染物i的的监测值；Si为污染物i的评价标准值。

内梅罗综合污染指数计算公式为：

(2)

式中，Pi为土壤重金属综合污染指数；Ci为土壤中第i种污染物的实测含量；Si为污染物i的评价标准值；avr(Ci/Si)为土壤各重金属污染分指数的平均值；max(Ci/Si)为土壤各重金属污染分指数的最大值。土壤重金属内梅罗综合污染指数分级采用HJ/T166-2004《土壤监测技术规范》中的标准见表1。

表1 土壤重金属内梅罗污染综合指数分级标准

2 检测结果

冶炼厂遗留废渣尾砂池1、尾砂池2及尾砂池3中重金属元素(总铜、总铅、总锌、总镉、总砷、总铬、总镍)的含量如表2、3、4所示。

表2 废渣尾砂池1土壤重金属监测结果 mg/kg

表3 废渣尾砂池2土壤重金属监测结果 mg/kg

续表3 mg/kg

表4 废渣尾砂池3土壤重金属监测结果 mg/kg

3 遗留尾砂场重金属污染评价

根据尾砂池1、2、3各监测点重金属元素的监测含量的平均值，对各个采样点的每种重金属元素进行了单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价，对比GB 15618—1995《土壤环境质量标准》三级标准。具体评价结果表5、表6。

表5 尾砂池1、2、3中重金属元素单因子污染指数

表6 尾砂池1、2、3中重金属元素内梅罗综合污染指数

从表5中分析可知：各尾砂池铜、锌、镍、砷单因子污染指数较高，说明超标倍数大。铅单因子污染指数表层土壤、浅层土壤及深层土壤均小于1，说明土壤中的重金属铅含量较小，不构成污染；对比各尾砂池中各重金属元素含量是：尾砂池1>尾砂池2>尾砂池3，说明该冶炼厂在生产过程中，主要废渣是堆存在尾砂池1之中；且各尾砂池重金属元素呈表层>浅层>深层分布，这符合重金属迁移由表层向深层迁移的规律。但尾砂池1土壤垂直分布当中，铜、锌、镉、镍及砷5种重金属元素浅层土壤(0.2～0.6 m)中含量高于表层土壤(0～0.2 m)与深层土壤(0.6 m～地下水)，根据调查该冶炼厂退休职工，由于周边市政工程道路等基础设施的建设，尾砂池1表层土壤被作为土方进行了扰动，因此导致部分重金属元素主要分布在浅层土壤(0.2～0.6 m)中。

从表6中分析可知：尾砂池1从表层土壤到深层土壤污染指数均远大于1，属重污染土壤，且浅层土壤内梅罗综合污染指数达到120.96，为各层最高，显示浅层土壤污染最严重，这与表5分析结果一致；尾砂池2除深层土壤外，其余土壤污染指数均大于1，尤其是表层土壤内梅罗综合污染指数达到175.07，为所有尾砂池中最高，据现场调查，尾砂池2地势较低，常年积水，周边因市政污水管网未建，众多污水流进尾砂池2，这可能是导致尾砂池2表层土壤重金属含量偏高的主要原因；针对尾砂池3，虽各层土壤内梅罗综合污染指数均大于1，但相对其他尾砂池较小，据了解这与尾砂池3为该冶炼厂最近堆存废渣，且堆存废渣量不大有关。

4 结论

(1) 江西省某冶炼厂生产过程中所遗留下的废渣遗弃在厂内的各尾砂池中，导致土壤中重金属铜、锌、镍、砷超标倍数高。

(2) 铅单因子污染指数表层土壤、浅层土壤及深层土壤均小于1，说明土壤中的铅含量较小；各尾砂池除尾砂池2深层土壤外，其重金属内梅罗综合污染指数均远大于1，显示各尾砂池土壤均为重污染土壤，极需采取有效的综合处理措施，以免继续污染周边地表水环境.

(3) 尾砂池1从表层土壤到深层土壤，内梅罗综合污染指数均远大于1，属重污染土壤，浅层土壤重金属污染最严重。

(4) 尾砂池2除深层土壤外，其余土壤污染指数均大于1，尤其是表层土壤内梅罗综合污染指数达到175.07，为所有尾砂池中最高，据现场调查，尾砂池2地势较低，常年积水，周边因市政污水管网未建，众多污水流进尾砂池2，这可能是导致尾砂池2表层土壤重金属含量偏高的主要原因。

鉴于采样点位有限，加上该冶炼厂因历史较为久远等因素，本研究尚无法详细确定各尾砂池中受污染土壤的量、范围以及深度，这需要进一步进行详细调查和采样分析。目前的研究可为该冶炼厂遗留尾砂场制定更加科学完善的修复治理方案提供数据支持。

参 考 文 献

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