顧睿，舒艷，劉一帆，吳鐵，蘇藝

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心， 北京 100027； 2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境發(fā)展中心， 北京 100029)

有色金屬冶煉企業(yè)建設(shè)項目土壤環(huán)評分析與展望

顧睿1，舒艷2，劉一帆2，吳鐵1，蘇藝1

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心， 北京 100027； 2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境發(fā)展中心， 北京 100029)

在對鉛冶煉、鋅冶煉、鉛鋅聯(lián)合冶煉、銅冶煉等典型有色金屬冶煉企業(yè)周邊土壤重金屬含量進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析有色金屬冶煉企業(yè)周邊土壤的重金屬污染狀況和趨勢，并提出典型有色金屬冶煉企業(yè)建設(shè)項目土壤環(huán)評方法，以及設(shè)置土壤累積影響防護(hù)距離的初步設(shè)想，以期為有色金屬冶煉企業(yè)重金屬污染防治提供技術(shù)支持。

有色金屬冶煉企業(yè)；土壤；環(huán)境影響評價

有色金屬冶煉作為重金屬污染物的主要工業(yè)來源，在冶煉過程中產(chǎn)生的含重金屬污染物的煙塵會以大氣沉降的形式進(jìn)入土壤，同時在固體廢物堆存處置過程中，含重金屬污染物的淋溶液會以滲漏的形式進(jìn)入土壤，土壤已成為有色金屬冶煉企業(yè)重金屬污染物排放的最終載體。重金屬污染物不易被土壤生物降解，在土壤中逐漸累積導(dǎo)致土壤污染，影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，并最終通過食物鏈危害人類健康。

本研究選擇鉛冶煉、鋅冶煉、銅冶煉3種典型有色金屬冶煉行業(yè)作為研究對象，根據(jù)生產(chǎn)工藝水平、企業(yè)歷史發(fā)展沿革、企業(yè)所處地理位置等，選取確定了鉛冶煉(10萬t電鉛)、鋅冶煉(20萬t電鋅)、鉛鋅聯(lián)合冶煉(10萬t電鉛，16萬t電鋅)、銅冶煉(40萬t陰極銅)4家正常生產(chǎn)企業(yè)作為研究對象，分別對其周邊5 km范圍內(nèi)的土壤開展重金屬污染情況調(diào)查研究，分析土壤重金屬污染的程度和范圍，以及與企業(yè)的相關(guān)關(guān)系；采用將土壤累積影響預(yù)測模式的預(yù)測值與實測值擬合的分析方法，驗證土壤累積影響預(yù)測模式及相關(guān)參數(shù)的適用性；提出設(shè)置土壤累積影響防護(hù)距離的防治措施。本研究旨在為科學(xué)評價有色金屬冶煉企業(yè)建設(shè)項目重金屬污染物在土壤中的累積影響提供理論依據(jù)，為有色金屬冶煉企業(yè)重金屬污染防治提供技術(shù)支持。

1 有色金屬冶煉企業(yè)周邊土壤重金屬污染狀況

1.1 樣品采集與處理

本研究以所選企業(yè)為中心，在其周邊5～7 km范圍內(nèi)分別沿當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向和次主導(dǎo)風(fēng)向軸線布設(shè)土壤采樣點，布點原則為近密遠(yuǎn)疏，下風(fēng)向布點多于上風(fēng)向，各企業(yè)土壤采樣布點如圖1所示。

圖1 典型有色金屬冶煉企業(yè)周邊土壤采樣點布設(shè)示意圖Fig.1 Sketch map of soil sampling points around the typical nonferrous metal smelting enterprises

土壤采樣及分析方法按《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166—2004)[1- 2]相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。土壤采樣采用“蛇形”布點采樣法，主要采集0～20 cm土層。土壤樣品在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干后，室內(nèi)過2 mm篩，剔除所有植物碎片、根系、石子等，充分混合后用四分法縮分，再過100目尼龍篩，供土壤pH測定和分析測試。土壤樣品分析因子包括pH值、鉛、鎘、鉻、汞、砷、鋅、銅等重金屬[3]。

1.2 土壤重金屬污染分析

1.2.1 土壤重金屬濃度分布

本研究以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)[4]中的二級指標(biāo)作為各項重金屬污染物的含量限值，采用單因子指數(shù)法進(jìn)行土壤重金屬污染評價。

單因子指數(shù)法計算公式為：

式中，Pi為土壤中重金屬污染物i的單項污染指數(shù)；Ci為土壤中重金屬污染物i的實測濃度，mg/kg；C0i為土壤中重金屬污染物i的標(biāo)準(zhǔn)濃度，mg/kg。

所選鉛冶煉企業(yè)33個采樣點中，各采樣點鉻含量均達(dá)標(biāo)，有28個采樣點出現(xiàn)重金屬超標(biāo)現(xiàn)象；所選鋅冶煉企業(yè)68個采樣點中，有35個采樣點出現(xiàn)重金屬超標(biāo)現(xiàn)象；所選鉛鋅聯(lián)合冶煉企業(yè)30個采樣點中，各采樣點汞、砷、鉛、鉻含量均達(dá)標(biāo)，27個采樣點出現(xiàn)重金屬超標(biāo)現(xiàn)象；所選銅冶煉企業(yè)100個采樣點中，各采樣點砷、鋅、鉛含量均達(dá)標(biāo)，20個采樣點出現(xiàn)重金屬超標(biāo)現(xiàn)象。具體超標(biāo)情況見表1。

1.2.2 土壤重金屬空間分布

所選鉛冶煉企業(yè)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果表明，距離廠界500 m范圍內(nèi)土壤表層鉛、鎘、鋅、砷含量均明顯高于500～3 000 m區(qū)域。受企業(yè)所在區(qū)域地形條件影響，該鉛冶煉企業(yè)周邊500～3 000 m區(qū)域內(nèi)土壤表層鉛、鎘、鋅、砷含量，未表現(xiàn)出隨廠界距離增加而明顯變化的趨勢。隨著廠界距離的增加，土壤表層汞、鉻含量有逐漸減小的趨勢，但這種變化在統(tǒng)計上并不顯著。

所選鋅冶煉企業(yè)周邊土壤鉛含量監(jiān)測結(jié)果如圖2(a)所示。土壤表層鉛、鋅、鎘含量較明顯地表現(xiàn)出隨著與廠界距離的增加而逐漸降低的趨勢，表明其分布與企業(yè)生產(chǎn)有較密切關(guān)系。砷、鉻、銅、汞其他重金屬元素隨廠界距離未表現(xiàn)出明顯變化規(guī)律。與本研究其他鉛冶煉、鉛鋅聯(lián)合冶煉企業(yè)相比，該鋅冶煉企業(yè)所處地形為平原，因此重金屬污染物的影響范圍、程度與企業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系更為密切。

表1 所選企業(yè)周邊土壤重金屬超標(biāo)情況表

所選鉛鋅聯(lián)合冶煉企業(yè)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果表明，距廠界500 m范圍內(nèi)，土壤表層鎘含量顯著增高(本研究分別于2010年和2013年對該企業(yè)周邊土壤進(jìn)行采樣分析測試)。距廠界500 m內(nèi)、500～1 500 m、1 500～3 000 m、3 000 m以外區(qū)域，土壤表層鉻、砷含量均顯著降低。受企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營時間、所在位置地形條件(山區(qū))的影響，該鉛鋅聯(lián)合冶煉企業(yè)周邊土壤表層各重金屬元素含量均未表現(xiàn)出隨廠界距離增加而顯著變化的趨勢。

所選銅冶煉企業(yè)周邊土壤鉛含量監(jiān)測結(jié)果如圖2(b)所示。土壤表層重金屬元素含量較明顯地表現(xiàn)出隨著與廠界距離的增加而逐漸降低的趨勢，表明其分布與企業(yè)生產(chǎn)有較密切關(guān)系。其中，土壤中鎘、銅、鉛、鋅濃度分布與主導(dǎo)風(fēng)向較為一致；汞的濃度總體偏低，在主導(dǎo)風(fēng)向的兩側(cè)土壤中濃度較大；土壤中砷濃度分布規(guī)律與主導(dǎo)風(fēng)向不太一致。

圖2 鋅、銅冶煉企業(yè)周邊土壤中鉛濃度分布等值線圖Fig.2 Lead concentration contour map in soil of the lead and zinc smelting enterprises

根據(jù)前文分析可知，有色金屬冶煉企業(yè)周邊土壤中重金屬的來源主要是冶煉過程中產(chǎn)生的含重金屬污染物煙塵的大氣沉降，土壤中重金屬的累積影響隨著企業(yè)生產(chǎn)時間的增加而逐步顯現(xiàn)，這種現(xiàn)象在平原地區(qū)較山地、丘陵地區(qū)更為明顯。

有色金屬冶煉企業(yè)的污染源控制除主金屬外，更需要對非主金屬給予足夠關(guān)注。以鉛冶煉和鉛鋅聯(lián)合冶煉企業(yè)為例，其企業(yè)周邊土壤中鉛超標(biāo)情況并不嚴(yán)重，而鎘超標(biāo)情況相當(dāng)普遍[5]。

2 有色金屬冶煉企業(yè)建設(shè)項目土壤累積影響預(yù)測

2.1 預(yù)測模式

進(jìn)行土壤累積影響評價定量預(yù)測的模式主要有兩種[6]，分別為考慮土壤殘留系數(shù)的模式和不考慮土壤殘留系數(shù)的模式。

(1)考慮土壤殘留系數(shù)的模式

式中，Qt為重金屬污染物在土壤中的年累積量，mg/kg；Q0為土壤中某重金屬的起始濃度，mg/kg；P為每年外界重金屬進(jìn)入土壤量折合成土壤濃度，mg/kg；K為土壤中某重金屬的年殘留率，%；t為年數(shù)。

(2)不考慮土壤殘留系數(shù)的模式

Qt=Q0+Pt

式中，Qt為土壤中某重金屬在t年后的濃度，mg/kg；Q0為土壤中某重金屬的起始濃度，mg/kg；P為每年外界重金屬進(jìn)入土壤量折合成土壤濃度，mg/kg；t為年數(shù)。

根據(jù)對企業(yè)的試算結(jié)果可知[7]，在參數(shù)選擇合理的前提下，這兩種預(yù)測模式的預(yù)測結(jié)果基本可靠。

2.2 預(yù)測參數(shù)

(1)土壤重金屬起始濃度

本研究分別采用了不同起點土壤重金屬背景濃度，進(jìn)行了累積影響預(yù)測。采用的土壤重金屬起始濃度包括：全國或地方土壤環(huán)境背景值調(diào)查數(shù)據(jù)；試點企業(yè)環(huán)評或竣工環(huán)保驗收期間監(jiān)測數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，土壤重金屬起始濃度的差異對土壤重金屬累積影響預(yù)測的結(jié)果影響較大。采用全國或地方土壤環(huán)境背景值調(diào)查數(shù)據(jù)、試點企業(yè)環(huán)評或竣工環(huán)保驗收期間監(jiān)測數(shù)據(jù)作為土壤重金屬起始濃度時，由于點位數(shù)量有限，而且當(dāng)時監(jiān)測調(diào)查點位與本次驗證點位的位置存在差異，所采用的土壤重金屬起始濃度并不能真實反映驗證點位的重金屬起始濃度，對土壤重金屬累積影響預(yù)測結(jié)果造成較大干擾。因此，在開展土壤重金屬累積影響預(yù)測時，應(yīng)以土壤累積影響預(yù)測起始年度的實際土壤濃度值作為預(yù)測起始濃度。

(2)重金屬土壤殘留率

重金屬土壤殘留率不僅受土壤本身理化特性影響，同時還受到植物吸收富集、土壤侵蝕等外界作用的影響。目前關(guān)于重金屬在土壤中殘留率這一參數(shù)的基礎(chǔ)研究很少，還難以給出統(tǒng)一的土壤殘留率數(shù)據(jù)。

由于本次研究中的監(jiān)測調(diào)查數(shù)據(jù)均為野外采集樣品分析，受外界條件干擾也比較大，因此，要準(zhǔn)確獲得土壤殘留率的數(shù)據(jù)則需要通過專項科研課題進(jìn)行研究。為簡化工作內(nèi)容，土壤殘留率可參考《公路建設(shè)項目 環(huán)境影響評價規(guī)范(試行)》(JTJ005—96)提出的鉛元素95%的殘留率進(jìn)行計算，砷、鎘、鉻、鋅等其他重金屬元素也可按照95%的殘留率進(jìn)行計算。

(3)外界年輸入量

根據(jù)企業(yè)試算結(jié)果，采用大氣預(yù)測重金屬污染物沉降量方法估算出的外界年輸入量更為可靠。

2.3 預(yù)測方案

在確定預(yù)測模式、選擇預(yù)測參數(shù)后，即可采用土壤累積環(huán)境影響預(yù)測模式進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測內(nèi)容主要包括以下兩方面：

(1)服務(wù)年限內(nèi)土壤中污染物累積量

以各監(jiān)測點位現(xiàn)狀監(jiān)測值為起始濃度，在不加入新的污染源的前提下，預(yù)測該企業(yè)主要設(shè)備服務(wù)期滿時的土壤濃度值。

(2)土壤可納污能力限值

以各監(jiān)測點位現(xiàn)狀監(jiān)測值為起始濃度，分別以各種土壤環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)作為預(yù)測的目標(biāo)值，在不加入新的重金屬污染源的前提下，推算在服務(wù)期滿時達(dá)到目標(biāo)值的情況下，土壤能接納的最大外界年輸入量。

2.4 預(yù)測結(jié)果分析與評價

根據(jù)土壤累積環(huán)境影響預(yù)測內(nèi)容，主要從以下兩方面進(jìn)行評價：

(1)土壤累積影響防護(hù)距離

根據(jù)預(yù)測的服務(wù)年限內(nèi)土壤中污染物累積量，繪制土壤濃度等值線圖，結(jié)合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618—1995)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求劃定土壤累積影響防護(hù)距離。

(2)土壤可納污能力限值

根據(jù)預(yù)測的土壤可納污能力限值，反推區(qū)域可接納的以大氣污染物沉降形式進(jìn)入土壤的重金屬污染物量，為區(qū)域土壤環(huán)境承載力預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

2.5 存在問題及制約條件

(1)重金屬輸入量的確定

本研究中土壤重金屬外界輸入量采用大氣沉降量預(yù)測結(jié)果進(jìn)行累積影響分析。但實際上，土壤重金屬外界輸入量的確定非常復(fù)雜。企業(yè)廢氣污染源對土壤重金屬的累積受多種因素影響，譬如生產(chǎn)工況、環(huán)境因素、氣象條件、治理效果等；同時，每年度或年度內(nèi)各月的重金屬輸入量均有所不同。因此，重金屬實際累積量與預(yù)測累積量存在一定差異。

(2)土壤重金屬殘留率的確定

土壤重金屬殘留率受重金屬形態(tài)、土壤類型與理化性質(zhì)，以及植物吸收富集、土壤侵蝕等外在因素的多重影響。不同區(qū)域、不同類型的土壤，其重金屬殘留率不同；即使同一區(qū)域，同一種重金屬形態(tài)不同，重金屬殘留率也不同。因此，土壤殘留率的確定對于土壤重金屬累積影響預(yù)測的準(zhǔn)確性也是一個制約條件。

3 有色金屬冶煉企業(yè)土壤環(huán)評研究展望

有色金屬冶煉企業(yè)建設(shè)項目土壤環(huán)評是一項正在嘗試開展的新工作，為使其具有更為堅實的技術(shù)基礎(chǔ)和更為廣闊的應(yīng)用前景，建議重點開展以下幾項工作：

3.1 開展土壤重金屬基礎(chǔ)研究

開展土壤重金屬殘留率、土壤重金屬來源解析等基礎(chǔ)研究。

(1)土壤重金屬殘留率

土壤重金屬殘留率在土壤累積環(huán)境影響預(yù)測模式中較為重要，且其數(shù)值對預(yù)測結(jié)果有較大影響。如前文所述，重金屬土壤殘留率的確定較為復(fù)雜。此外，隨著企業(yè)發(fā)展階段以及社會生活方式的變化，每年從外界輸入到土壤中的重金屬污染物數(shù)量有較大差異，因此要獲得準(zhǔn)確的區(qū)域殘留率，則需要通過開展專項科研課題進(jìn)行研究。

(2)外界年輸入量

為簡化工作，本研究確定土壤中重金屬污染物的外界年輸入量時只考慮了企業(yè)生產(chǎn)所排放的重金屬污染物，對其周邊同類企業(yè)以及社會生活所排放的重金屬污染物則未計算在內(nèi)。這會為計算結(jié)果帶來誤差，尤其是位于人群集中居住區(qū)附近的老企業(yè)。如不考慮其他企業(yè)以及社會生活所產(chǎn)生的影響，則會導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果比實際情況偏小。因此，建議后續(xù)加強(qiáng)其他污染源對土壤環(huán)境質(zhì)量影響的研究。

3.2 設(shè)置土壤累積影響防護(hù)距離

建議在開展有色金屬冶煉企業(yè)建設(shè)項目環(huán)境影響評價時，根據(jù)企業(yè)服務(wù)年限內(nèi)土壤中重金屬的累積預(yù)測結(jié)果，繪制重金屬濃度等值線圖，結(jié)合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618—1995)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求劃定土壤環(huán)境防護(hù)距離。在土壤環(huán)境防護(hù)距離內(nèi)不允許種植進(jìn)入食物鏈的作物。

3.3 制定土壤環(huán)評技術(shù)導(dǎo)則

土壤是自然環(huán)境系統(tǒng)中一個很重要的子系統(tǒng)，人類活動所產(chǎn)生的很多污染物，尤其是重金屬，都是通過這一子系統(tǒng)進(jìn)入食物鏈，最終危害人體健康。然而，在目前的建設(shè)項目環(huán)評技術(shù)體系中，缺乏針對土壤環(huán)評的導(dǎo)則，在此建議盡快出臺相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則，以指導(dǎo)此類建設(shè)項目的土壤環(huán)評工作[8]。

[1] 中國科學(xué)院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2003.

[2] 國家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T166—2004 土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2005.

[3] 舒艷. 某鉛冶煉企業(yè)周邊土壤重金屬污染狀況調(diào)查研究[C]//中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會. 2012中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第四卷). 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2012: 2703- 2711.

[4] 國家環(huán)境保護(hù)局, 國家質(zhì)量監(jiān)督局.GB15618—1995 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

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

[6] 王紅旗. 土壤環(huán)境學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007.

[7] 舒艷, 王亞男, 李時蓓, 等. 鉛污染物在土壤中累積影響評價方法研究[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2012, 32(S2): 56- 62.

[8] 楊勁松, 余世鵬, 謝文萍. 土壤環(huán)評管理面臨的問題與對策[J]. 環(huán)境影響評價, 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

環(huán)境保護(hù)部財政預(yù)算項目(2110203)

顧睿(1978—)，男，江西人，工程師，碩士，研究方向為有色金屬行業(yè)環(huán)境影響評價，E-mail：gurui@acee.org.cn

舒艷(1978—)，女，四川人，高級工程師，博士，研究方向為涉重建設(shè)項目環(huán)境影響評價，E-mail：shuyan@edc-eia.org

10.14068/j.ceia.2015.03.017

X825

A

2095-6444(2015)03-0065-05