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(臺州學院 生命科學學院,浙江 臺州 318000)
摘 要:本文以浙江省臺州市路橋區峰江地區電子廢物拆解回收場地為對象,主要考察了電子廢物拆解地土壤中重金屬污染的分布特征.結果表明,在考察的5種(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd)重金屬中,除了Cr和Zn外均在一定程度上超過《國家土壤環境質量標準》二類土壤環境質量標準,污染最嚴重的是Cu、Cd,其次為Pb.以國家土壤環境質量二級標準計算該典型區Cu、Zn、Pb、Cr、Cd的綜合污染指數為4.3,已達嚴重污染程度.表明該電子廢物回收跡地土壤存在嚴重的重金屬復合污染問題,已不適合農業耕作.
關鍵詞 :電子廢物;重金屬污染;土壤;分布特征
中圖分類號:X705 文獻標識碼:A 文章編號:1673-260X(2015)01-0140-03
1 前言
電子廢物,又稱電子垃圾,是指各類報廢的電子產品,包括各種廢舊電腦、通信設備、電視機、電冰箱以及被淘汰的精密電子儀器儀表等[1,2].20世紀以來,隨著電子信息等高科技產業迅猛發展,電子技術的更新不斷加快,全球越來越多的廢舊電子和電器設備被淘汰.在許多發達國家,電子廢物已成為增長最快的垃圾流[2,7,9,10].世界上約80%的電子廢物被轉運到亞洲,其中有90%以“回收”等名義輸入到中國[11].
電子廢物中含有大量的銅、鎳、鉛、鎘等重金屬,電子廢物的拆解回收可以帶來廉價的原材料和豐厚的利潤[3,4].但是電子廢物不合適的處理方式,同時也導致有害重金屬進入環境,對人類的身體健康和生存環境造成嚴重的危害[5-8].浙江臺州地區是中國最大的電子廢物拆解回收處理中心之一.當地居民采用電線電纜的露天焚燒、電路板的烤制熔化酸洗等原始粗放的方式進行電子廢物的拆解,嚴重污染了當地生態環境[4,5].
在電子廢物回收活動對環境和人類造成的巨大環境危害引起國際關注的情況下,國內環保部門嚴令禁止電子垃圾的公開焚燒和隨意傾倒,但在暴利的驅使下,收效甚微[5,6,12].雖然路橋地區環保部門對當地電子廢物拆解回收進行了集中的整治與規劃,將所有電子廢物拆解回收作坊集中在同一條街道進行,但是由于拆解方式相對比較落后,拆解活動所帶來的環境污染問題還在繼續.因此,本研究選擇浙江省臺州路橋地區典型電子廢物不當處置地區峰江開展研究工作,通過對該地區電子廢物回收跡地土壤中重金屬的含量水平、分布特征的研究,對該地區電子廢物回收活動帶來的重金屬污染進行了初步的評價.
1 材料與方法
1.1 土壤樣采集
選取峰江地區某一拆解時間為20多年的電子廢物拆解地.其拆卸的電子廢物主要成分為家用電器的外殼、電板以及廢舊的電線等.采樣時,以電子廢物拆解地為中心,在離電子廢物拆解點邊緣0m、100m、200m、300m處分別采集3個平行樣.梅花狀采樣,分別取約1kg土壤(取距離地表2cm以下的混合土樣),將所取土壤均勻混合,土壤樣品經自然風干后,用瑪瑙棒研壓,通過200目尼龍篩,混勻后備用.
1.2 樣品的處理
稱取備用的土壤樣品0.5000±0.0005g,置于大玻璃管中,采用硝酸-高氯酸-氫氟酸全量消解法處理土壤樣品[13].采用ICP-OES測定土壤處理液中Cu、Cd、Zn、Pb、Cr的含量.實驗所用試劑均為分析純,所用水均為去離子水.并采用國家標準物質土壤標準參考樣GSS24、GSS25參比進行分析質量控制,分析誤差均在允許范圍內,并設置空白樣品同步分析.
2 結果與分析
2.1 電子垃圾拆解點土壤性質
本文對路橋電子產品拆解地周邊土壤的pH、總有機碳TOC(mg/g)、總氮(mg/g)、總磷(μg/g)及銨態氮(μg/g)含量做了測試分析,結果如表1所示.該地區土壤pH、總有機碳、總氮、銨態氮及總磷無顯著差異,表明各個采樣點土壤基本物理化學性質無顯著差異.與全國第二次土壤普查中該地區水稻土養分含量平均值(有機碳:24.5g/kg;總氮:2.45g/kg;總磷:0.41g/kg)相比,土壤養分含量均有所增加,而該地區土壤的pH則略低于該區全國土壤第二次普查結果(pH為6.0).可見,研究區電子廢物拆解活動并未降低其周邊農田土壤的肥力質量,卻降低了土壤的pH值,使得該地區土壤有一定的酸化.這可能與周邊電子廢物拆解的重金屬回收工藝流程有關.該工藝是將含貴金屬的廢舊電子產品以濃酸處理,取得貴金屬的剝離沉淀物,再分別將其還原成金、銀、鈀等金屬產品.而在該典型區,多半企業采用傳統的手工作坊式生產,很少集中處理剩余的大量殘留酸液,而是直接排于周邊溝渠、農田等場地,大量酸性廢水的灌溉破壞了土壤的緩沖能力從而造成土壤的酸化[10].而土壤酸化一方面會破壞土壤結構,使得土壤板結,抗逆能力下降,另一方面更為重要的是土壤酸化有利于土壤中重金屬向水溶態、交換態的轉化[7-9],增加重金屬在生物環境介質的移動性及其污染風險,從而降低土壤的環境功能,因此,該地區農田土壤環境問題應該引起我們高度重視[10].
2.2 電子廢物拆解地周邊重金屬的分布特征
表2為該電子廢物回收跡地土壤中重金屬的含量.該地區表層土壤Cu、Cd、Pb、Zn、Cr的全量均明顯高于浙江省該地區土壤背景值(Cu:19.77mg kg-1,Cd:0.20mg kg-1,Pb:24.49mg kg-1,Zn:84.84mg kg-1,Cr:58.51mg kg-1)[13,14].由表1可見,該地區土壤中Cu和Cd的污染最為嚴重,Cu的最大濃度為519.3mg/kg,最小濃度為249.0mg/kg,最大濃度為《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)中農業用地二級標準50mg/kg的10.4倍,最低濃度為《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)中農業土地二級標準的5.0倍.其次,該地區土壤中Cd最大濃度和最小濃度分別為4.5mg/kg和0.8mg/kg,為《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)中農用土地二級標準0.3mg/kg的9.0倍和2.7倍.調查還發現Pb的最大濃度達到56.9mg/kg,這個值已經超過《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)中水田、旱地、菜地的二級標準,表明不適合耕種,尚可作為果園用地.Cr和Zn的含量較低,沒有超過《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)中農業用地標準,主要是該拆解場地中幾乎不含或含有少量含Cr、Zn較多的電子垃圾, 如磁帶、錄像帶等.
由表1,各采樣點處Cu和Cd的含量均超出《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)中的二級標準,而Pb則是在回收跡地中心超出《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)中水田、旱地、菜地的二級標準,這說明電子產品回收活動隊對周圍土壤污染比較嚴重.在電子產品回收基地周圍300m范圍的土壤中,Cd、Cr、Cu、Pb、Zn含量隨距離增加快速降低.以國家土壤環境質量二級標準計算該典型區Cu、Zn、Pb、Cr、Cd的綜合污染指數為4.3,已達嚴重污染程度,表明該電子廢物回收跡地土壤存在嚴重的重金屬復合污染問題,已不適合農業耕作.
徐莉等[10]調查了浙江東部廢舊電子產品拆解場地周邊農田土壤重金屬污染特,發現檢測土壤中存在Cu、Cd總量超過土壤環境質量二級標準,Cu和Pd的濃度范圍與本研究相當,而Cd的濃度則是本研究的2~3倍,而相應地區土壤酸化很明顯(3.8~4.4),可能是導致Cd濃度較高的原因.潘紅梅等[11]于2006年考查了同一地區重金屬污染的狀況,發現Cu含量為435.67mg/kg,與本研究的結果比較接近.羅勇等[13]考察了廣東省龍塘鎮和石角鎮的電子廢物堆場附近農田土壤重金屬含量,發現Cu的超標率為63.7%,Pd的超標率為48.5%,Cd的超標率為78.8%,這與研究的結果也比較相近,可能是這兩地與本研究地所回收的電子廢物的種類和回收工藝比較接近.鄭茂坤等[12]考察了同一地區廢舊電子產品拆解區農田土壤重金屬污染特征及空間分布規律,發現Cu、Zn、Pb、Cd含量分別為Cu 118 mg kg-1、Pb 47.9 mg kg-1、Zn 169.0 mg kg-1、Cd 1.21 mg kg-1,其中Cu的含量為本調查結果的1/2~1/5,明顯較小,Cd的含量也較本研究低,可能是由于Cu、Cd的富集速度比較快,經過近兩年電子廢物的拆解回收,Cu、Cd的含量明顯增加了.
3 結論和討論
電子廢物回收活動,由于回收方式的粗放化,導致重金屬在周圍環境中不斷積累.電子產品回收跡地土壤中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn中,除了Cr和Zn外均超過《國家土壤環境質量標準》二類土壤環境質量標準,污染最嚴重的是Cu、Cd,其次為Pb.以國家土壤環境質量二級標準計算該典型區Cu、Zn、Pb、Cr、Cd的綜合污染指數為4.3,已達嚴重污染程度.表明該電子廢物回收跡地土壤存在嚴重的重金屬復合污染問題,已不適合農業耕作.
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摘 要:針對貴州省不同污染區進行土壤重金屬污染特征對比、總結,探究導致土壤重金屬受到污染的原因,以及影響污染程度的主要因素。本文首先對貴州省污染區做了簡要介紹,具體分析了污染區土壤重金屬污染特征,從而提供良好的解決措施。
關鍵詞:貴州省;土壤;重金屬
前言:近年來,我國耕地受重金屬污染比例范圍在逐漸擴大,一旦重金屬受到污染,則土壤的穩定性會相應降低,同時,土壤肥力也會受到不利影響,農產品質量會隨之下降。貴州省土壤重金屬污染存在地區差異性,對此展開化學特征探究,能夠在掌握污染現狀、原因的基礎上,提出有效治理措施,進而優化食物鏈結構,保障人體健康。
1污染區基本介紹
1.1研究區域
本文所選貴州省研究對象主要有畢節赫章野馬川(a區)、開陽縣金中鎮(b區)、白云區曹關村(c區)、六盤水市水城縣倮摩村(d區)、清鎮市后午(e區)、幸福村(f區)、花溪區久安鄉(g區)、大灣鎮安樂村(h區)、青巖鎮二關村(i區)、烏當區新莊(j區)。
1.2樣品收集
由于樣品采集存在明顯的地域差異性,應用蛇形布點法進行樣點采集活動,每一樣點采集樣品數量為8――17個,每一樣品采集0――19厘米耕層土壤,選取最少6個點的混合樣,應用四分法取1.5千克后放入標好號碼的試驗袋。然后使其自然風干,待風干后研磨、篩選、均勻混合,樣品處理的過程中常用瑪瑙、木質用具,同時避免用具污染[1]。
1.3樣品分析
取0.11克樣品數量于26毫升比色容器中,加入2.5毫升王水將其消溶,消融世間120分鐘后,靜置定容,然后用X2型號的ICP-MS對其進行重金屬測量,樣品回收率在91%――106%之間,證明回收率較好。在規格為55毫升的燒杯中加入6克過篩風干土,然后加入不含二氧化碳的純凈水,土水比例為1:4,將燒杯均勻搖晃,靜置半小時后,用PUS-3C型酸度計檢測。
2污染區土壤重金屬污染特征分析
2.1含量水平及風險評估
不同區域土壤樣品研究結構顯示,不同區域土壤重金屬Zn、Cr、Pb、Cu、Cd、As含量不相一致,并且超標情況也不盡相同。其中,超標情況最嚴重的為d區,Zn超標達10倍,Pb超標達5倍,Cd超標達75倍,Cu超標達4倍,As超標達5倍,d區不適宜種植農作物。應用內梅羅綜合指標法進行風險評估,當單因子污染指數小于等于0.9時,則說明樣品未被污染,反之,則證明樣品已受污染。評估結果表示,b區受污染程度最小,污染因子為0.889,但是也應予以重視,該地土壤鎘含量較高;C區、e區、g區、i區屬于輕度污染區;j區屬于中度污染區,該區域受污灌影響Cd含量較高;a區和d區主要受鉛鋅礦冶煉影響,Cd、Zn等含量較高;f區和h區的重金屬含量均超耍主要受煤礦開采影響。從個別污染指數來講,除e區和g區以外的其他區域的Cd含量較高[2]。
2.2聚類及成分分析
聚類分析:即對不同數據應用DPS軟件進行分組,同組區域存在較多相似度,不同組別間相似度較少。其中,b區、c區、e區、g區、i區為一組,除g區外,其余四個區域的污染情況較輕,污染指數小于1.5;a區、d區、j區為一組,分別為中度污染、重度污染、重度污染,污染指數在2.5和9之間;f區和h區污染指數均大于9,分別受鉛鋅冶煉廠和煤礦開采影響。
成分分析:應用數學降維法進行成分分析,探究污染源以及污染變化情況。重金屬主成分被分為兩組,其中,Zn、Cr、Pb、Cu、As為一組,Cd元素為另一組。兩組間的變化趨勢存在差異性,第一組變化趨勢呈現一致性,第二組則與外源污染存在聯系。e區污染源來自土壤自身和煤灰堆放;g區主要污染源來自酸性礦山廢水和煤矸石堆放,Pb含量較高;j區受生活污水以及養殖場排放廢水影響嚴重。其余區域主要受工業冶煉和煤礦開采影響,導致重金屬污染量增加。a區Cr較高主要煙氣沉降影響;d區Pb含量較高主要受煉鋅廢渣影響;f區污染源主要來自煤礦開采[3]。
2.3污染區分布與土壤酸堿值關系分析
土壤酸堿度(PH)類型主要有五種,分別是強酸、強堿、中性、酸性、堿性。本研究參與研究的土壤PH值呈酸性,其中強酸性為16.2%、中性為23.3%、酸性為60.4%。g區PH值最低為3.0,屬于強酸性,這主要是因為灌溉水來自酸性礦山;c區和j區PH值呈中性,分別受赤泥堆濾液和鈣鎂沉積影響較大;a區和f區PH值呈強酸性,后者主要是煤礦開采導致的。從不同區域酸堿值分析可知,重金屬污染與其存在的相關性較小,在一定程度上受污染源影響較大。以污染源為中心,距離污染源由近到遠的區域重金屬污染數值分別為76.72/20.32/13.05/1.605mg/kg,并且Cd含量也隨之減少。
結論:綜上所述,貴州省不同區域存在重金屬污染情況存在差異性,同時,主成分分析所得到的結果也有區域性,即研究區域不僅存在重金屬背景值,而且還有疊加污染源。此外,重金屬污染受污染源距離影響顯著,即污染源越近,重金屬污染情況越嚴重。
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