武汉地区典型行业土壤重金属污染分析与评价

环境保护

武汉地区典型行业

土壤重金属污染分析与评价

刘君侠1，童铭2，李莹莹1，程晋俊1，叶巡1，刘琼玉1*

(1．江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056；2．武汉智惠国测检测科技有限公司，湖北 武汉 430080)

[摘 要]结合武汉城市圈工业园区用地现状及用地规划，选取武汉城市圈不同行业5个场地土壤作为研究对象，采集40个土壤样品，分析土壤样品中重金属含量，用土壤重金属单因子污染指数及内梅罗综合指数进行评价。结果表明，武汉地区典型工业区土壤存在不同程度的重金属污染。与武汉市土壤化学元素背景值相比，武汉市典型工业园区土壤中除Cr元素未超出背景值外，其余六种重金属元素均超过土壤背景值。单因子评价指标评价结果表明Cd、Cr和Cu为清洁，As、Zn和Pb呈轻微污染，Ni为重度污染。用内梅罗综合指数进行评价，一个监测场地为轻微污染，两个监测场地为中度污染，两个监测场地为重度污染。参照《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)对武汉城市圈工业园区土壤重金属进行评价，结果显示Cd、Cu、Zn、Ni、Pb等主要重金属的平均含量未超过标准规定的第二类用地土壤风险筛选值，对人体健康的风险可以忽略；5家研究企业场地的Cr污染均超过了第二类用地的土壤污染风险筛选值，对人体健康可能存风险，需要开展进一步的详细调查和风险评估。

[关键词]城市土壤；典型行业；重金属污染；内梅罗综合指数；评价

[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)06-0151-03

Analysis and Evaluation of Soil Pollution by Heavy Metal in Typical Industry

Zones in Wuhan

Liu Junxia1, Tong Ming2, Li Yingying1, Cheng Jinjun1, Ye Xun1, Liu Qiongyu1*

(1. School of Chemistry and Environmental Engineering, Jianghan University, Wuhan 430056；

2. Wuhan Zhi Hui Testing Technology Co., Ltd., Wuhan 430080, China)

Abstract: Based on the land using condition and the land using planning of the industrial park in Wuhan, 5 soil samples from 5 typical industry areas in Wuhan were selected as the research objects, 40 soil samples were collected. Contents of seven kinds of heavy metals were analyzed and the situation was evaluated by single factor pollution index (SPI) and Nemerow integrated pollution index (NPI). The site utilization level was evaluated by comparing the concentration of the heavy metal of the soil and t Soil environmental quality Risk control standard for soil contamination of development land. The results showed that there was heavy metals pollution in soils of typical industrial areas in Wuhan. In comparison to Wuhan soil background values, the concentrations of Cr was lower than the background value, the concentrations of the other metals were higher than the Hubei soil background values. The SPI indicated that Cd, Cr and Cu in the soils were unpolluted, As, Pb and Zn in the soils were slightly polluted, Ni was strongly polluted. NPI indicated that one of the spots was slightly polluted, two of the spots were moderately polluted and two were strongly polluted. The results showed that the average concentrations of Cd, Cu, Zn, Ni, Pb did not exceed the soil risk screening levels of the second type of land, and the threat to human health could be neglected. The concentrations of Cr in five research enterprises exceeded the level of soil pollution risk of the second type of land, and the threat to human health might exist. Further detailed investigation and risk assessment were needed.

Keywords: urban soils；typical industries；heavy metal pollution；Nemerow integrated pollution index；assessment

随着我国经济的飞速发展，工业化和城市化的进程不断加快，随之而出现的是在城市产业结构调整、城市空间布局变化后，越来越多的土地利用性质发生了改变。位于城市中心地带或者工商业聚集区中的企业异地搬迁或关停，遗留的污染土地被遗弃、闲置、荒废或改变用途，新建企业对周围土壤环境带来潜在的污染风险。目前这些问题已经受到了学者、以及公众的日益关注，并展开了积极的研究和探讨。朱爱萍等对土壤重金属污染特征及对周围生态影响进行了研究[1-4]。郭伟等一些学者对不同城市不同功能区的土壤污染特征进行了分析评价[5-9]。胡淼等对矿区周围土壤污染特征进行了分析研究[10-12]。结果表明土壤重金属污染与工业企业污染重金属的排放密切相关，因此研究工业园区附近土壤重金属的污染情况，可以对城市工业化进程和城市圈工业园区用地储备及用地规划提供参考，给进行工业园区规划提供科学依据。本研究结合武汉地区经济及产业发展特点，筛选武汉地区典型工业园区重点企业，分析典型工业园区土壤重金属污染现状进行评价，为武汉城市圈工业用地项目控制条件提供科学依据。

取一个监测点取柱状样，其余取表层样。在企业场地外部区域的南北两个垂直轴向上分别设置1~2个土壤对照监测点，5个企业及其周边共设置32个监测点、8个对照点。表层土采集20 cm位置；对柱状样，一般采集1米以内的表层、中层和底层土壤，采样层次为表层0~30 cm，中层30~60 cm，底层60~100 cm，由下至上采取土样。土壤样品的采集应该尽可能的避开沙层、混凝土碎屑层、回填的砖块、生活垃圾等人工填充物以及根系繁多的地方。每一层土壤采集1~2 kg左右土样，分别分装保存。每个企业的各监测点和对照点的取土深度及每层采样量应均匀一致；同一企业的各采样点既保留单独样品，也采取混合样品，样品采集后迅速放入样品袋密封带回实验室，进行土壤样品的制备。

2 样品预处理和测定

2.1 试剂与仪器设备

试剂：(GR)；高氯酸(GR)；氢氟酸(GR)；过氧化氢(GR)。 仪器设备：Multiwave PRO微波消解仪(奥地利Anton Paar)；ICP-MS(iCAP Q，美国Thermo Fisher SCIENTIFIC)。 2.2 样品处理与检测分析

土壤样品自然风干，去除根系、石子、砖块等非土部分，用玛瑙研钵研碎过100目筛，采用四分法制成土壤样品，贴好标签。准确称取制备好的土样0.2 g(精确至0.0001 g)，置于聚四氟乙烯消解罐中，用HNO3-HCl-HF-H2O2体系消解，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定重金属元素浓度。

1 研究区域和样品采集方法

针对武汉市典型的工业区域进行采样，依据研究企业面积和土壤污染分布情况，典型行业选择机械及汽车制造、化学原料及化学制品制造业等。采样编号分别为电气机械和器材制造业DQ；化学原料和化学制品制造业选择两个企业，编号分别为HX1和HX2；HX2目前该公司已经异地搬迁，但场地仍然保持原貌；汽车制造业采样点编号为QC；石化行业编号为SH。每个企业及其周边场地设置5~10个监测点，并根据企业场地实际情况，尽量选

3 结果与分析

3.1 研究场地重金属污染评价方法

[收稿日期] 2019-03-05

[基金项目] 国土资源部公益性行业科研专项(201511009-04)

[作者简介] 刘君侠(1969-)，女，河南孟州人，高级实验师，主要从事环境监测及大气污染治理方面研究。

*为通讯作者：刘琼玉(1971-），女，教授，研究方向为污染控制化学。

广 东 化 工 2019年 第6期

· 152 · www.gdchem.com 第46卷总第392期 表1 土壤重金属污染指数划分标准

Tab.1 Threshold values for grading the pollution index of the heavy

metals in the soils

单因子污染指数 Pi Pi＜1 1≤Pi＜2 2≤Pi＜3 3≤Pi＜5 Pi≥5

污染等级 清洁 轻微污染 轻度污染 中度污染 重度污染

内梅罗综合污染指数 PＮ PＮ≤0.7 0.7＜PＮ≤1 1＜PＮ≤2 2＜PＮ≤3 PN＞3

污染等级 清洁(安全) 尚清洁(警戒线) 轻度污染 中度污染 重度污染

针对土壤重金属污染的评价方法很多，常用的评价方法主要有：单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法等，但土壤种类繁多，用途也大相径庭，这两种评价方法并没有考虑土壤属性及用途，无法对工业园区土壤重金属污染进行客观综合的评价，因此本文将同时结合《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)对研究场地土壤重金属污染情况进行评价。

单因子指数法是国内外普遍采用的方法之一，是对土壤中的

表2 武汉市典型工业区土壤重金属元素含量水平比较

Tab.2 Mean values of heavy metals concentrations in typical industry area of Wuhan mg/kg

采样场地 HX1 HX2 SH DQ QC 平均值 背景值

[13][13]

某一污染物的污染程度进行评价。内梅罗(Nemerow)综合污染指数法可全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，也突出了污染最严重的污染物给环境造成的危害。依据单因子指数法和内梅罗综合污染指数法可将土壤重金属污染划分为5个等级。如表1所示。

3.2 研究场地土壤污染物重金属分布

研究场地40个土壤样品重金属含量结果如表2，表中点位超标率按平均值与武汉市土壤化学元素背景值相比[13]。

由表2可知，与武汉市土壤化学元素背景值相比[13]，武汉市典型工业园区土壤中Cr元素在所有监测点位均未超出背景值，Pb在5个监测场地中有4个监测场地平均含量超过背景值元素As、Cd、Cu、Ni和Zn在5个研究的工业场地所有监测点位中均超出土壤背景值，说明人类活动已对土壤环境产生影响。不同元素超出背景值的程度不同，重金属含量与背景值比值大小依次为Cd＞Pb＞Zn＞Ni＞As＞Cu＞Cr。比值最大的Cd在5个监测场地中含量均超过背景值，且平均含量达到背景值的7.17倍，其次Pb在5个监测场地中有4个监测场地平均含量超过背景值，平均含量达到背景值的6.20倍。Zn、Ni、As和Cu的平均含量也分别达到背景值的4.30，3.95，3.42和1.28倍，说明人类活动对土壤中不同的重金属含量产。

样本数 8 5 9 10 8 40

As 72.70±27.53 29.93±10.14 68.22±26.93 17.15±1.46 17.75±1.24 41.15±24.40

12 13 3.42 100

Cd 1.08±0.370.58±0.191.10±0.440.75±0.270.78±0.070.86±0.200.12 0.28 7.17 100

Cr 73.95±20.0152.77±13.9253.81±7.48.27±11.9761.95±21.4558.15±9.05

90 0. 0

Cu 46.29±7.6362.40±4.7842.86±6.2828.13±6.7429.34±10.51.80±12.55

32 42 1.28 40

Ni 99.76±15.55

- 219.±18.342.75±196.1660.15±19. 158.±80.86

40 37 3.95 100

Pb 46.40±28.19 11.67±8.85 55.68±19.21 163.07±1.30 500.99±260.15 155.56±179.99

25 39 6.20 80

Zn 195.38±65.09246.85±27.18252.26±174.75393.07±235.5613.98±366.43340.31±151.77

79 107 4.30 100

2)

基准值

平均值/背景值 点位超标率/%

与武汉市土壤化学元素背景值相比生的影响程度不同。只有不同地区重金属污染类型不同，同一种土壤重金属污染程度也不Cr的含量均低于背景值，说明人类活动对土壤中Cr没有产生影相同。这可能与不同工业区的企业排放和土壤重金属污染在土壤响。表2数据显示相同元素在空间分布上呈现不同变化规律，Cd中难迁移的特性有关。 的在不同行业场地的分布差异不大，石化行业(SH)的含量最高3.3 研究场地重金属污染单因子污染指数评价 (1.10 mg/kg)，化学行业2(HX2)的含量较低(0.58 mg/kg)，前者约重金属污染物浓度与展览会用地土壤环境质量评价标准限值为后者的2倍。Pb在不同行业的分布差异显著，Pb在汽车制造A级标准限值对比[14]，计算单因子污染指数，将各点位的单因子

污染指数计算结果列入表3。 业(QC)的含量高达500.99 mg/kg，Pb在化学行业2(HX2)的含量较

低(11.67 mg/kg)，两者相差约40倍。说明武汉市典型工业园区的

表3 武汉市典型工业区土壤重金属污染评价指数

Tab.3 The Single factor pollution index of the heavy metal in the soil in typical industrial area of Wuhan

采样点 HX1 HX2 SH DQ QC 平均值 平均污染程度

As 3. 1.50 3.41 0.86 0. 2.06±1.22 轻微污染

Cd 1.08 0.58 1.10 0.75 0.78 0.86±0.20 清洁

Cr 0.39 0.28 0.28 0.25 0.33 0.31±0.05 清洁

Cu 0.73 0.99 0.68 0.45 0.47 0.66±0.20 清洁

Ni 2.00 - 4.40 5.10 1.20 3.17±1.62 中度污染

Pb 0.33 0.08 0.40 1.16 3.58 1.11±1.29 轻微污染

Zn 0.98 1.23 1.26 1.97 3.07 1.70±0.76 轻微污染

单因子评价结果表明，各监测场地中存在不同程度的重金属污染情况。Cr、Cu和Cd的单因子污染指数在五个监测场地中差别不明显，其单因子污染指数平均值都低于1，污染水平为清洁，处于安全等级。Pb和Zn单因子污染指数平均值在1~2之间，属轻微污染。As单因子污染指数平均值在2~3之间，属于轻度污染。四个Ni监测点的单因子污染指数最高，单因子污染指数平均值为3.17，属于中度污染。Ni，Pb，Zn和As四种元素单因子污染指数差别明显，Pb的污染单因子污染指数差别明显，最小值为HX2处，为0.08，污染等级为清洁；最大值为3.58，位于QC处，污染等级为中度污染，说明工业区不同企业对周边土壤污染程度差别明显。Ni单因子污染指数最大值和最小值分别为5.10和1.20，分别评价为重度污染和轻微污染，污染状况差别明显。不同场地土壤的重金属污染程度不同，可能与土地利用背景有关，也有可

能与企业排放有关。

3.4 研究场地重金属污染内梅罗综合污染指数评价

表4 武汉市典型工业区土壤重金属污染内梅罗综合指数 Tab.4 Nemerow integrated pollution index of heavy metals in the

soil in typical industrial area of Wuhan

监测场地 HX1 HX2 SH DQ QC

综合污染评价指数

2.70 1.16 3.27 3.72 2.69

污染评价 中度污染 轻微污染 重度污染 重度污染 中度污染

2019年 第6期 广 东 化 工 第46卷 总第392期 www.gdchem.com · 153 ·

根据表3中的单因子污染指数计算出内梅罗综合指数，结果业场地的内梅罗综合指数在2-3之间，评价结果为中度污染。SH列入表4。 和DQ两个企业分别涉及金属制品和汽车生产，重金属排放对周

内梅罗综合污染指数评价结果表明，五个监测场地土壤不同围土壤产生污染。 程度受到重金属污染，污染程度从轻微污染到重度污染。石化行3.5 武汉典型工业区研究场地重金属污染利用类型评价 业(SH)和电气机械和器材制造业(DQ)两个行业场地的内梅罗综合为了评价武汉典型工业区场地的利用，将重金属污染物浓度指数都大于3，污染程度达到重度污染；化学行业2(HX2)污染程与建设用地土壤污染风险管控标准(试行)中标准限值列入表5，分度最轻，为轻微污染；化学行业1(HX1)和汽车制造业(QC)两个行析不同地块的土地使用风险，结果如下。

表5 土壤重金属污染浓度(n=40)与风险管控标准限值

Tab.5 The concentration (n=40) and the Evaluation criteria for heavy metal pollution in soils mg/kg

重金属 浓度范围 平均值 第二类用地筛选值 超标点位/%

As 17.15~72.70 41.15±24.40

60 20

Cd 0.58~1.10 0.86±0.20

65 0

Cr 48.27~73.95 58.15±9.05

5.7 100

Cu 28.13~62.40 41.80±12.55 18000 0

Ni 60.15~2.75158.±80.86

900 0

Pb 11.67~500.99

800 0

Zn 195.38~613.98

/ 0

155.56±179.99 340.31±151.77

表中建设用地土壤污染风险筛选值指特定土地利用方式下，建设用地土壤中污染物含量等于或者低于该值的，对人体健康的风险可以忽略，超过该值的对人体健康可能存在风险，应当开展进一步的详细调查和风险评估，确定具体污染范围和风险水平。管制值指在特定土地利用方式下，建设用地土壤中污染物含量超过该值的对人体健康通常存在不可接受风险，应当采取风险管控或修复措施。

表5数据显示，武汉工业园区场地土壤中Cd、Cu、Zn、Ni、Pb等主要重金属的平均含量未超过《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)中规定的第二类用地土壤风险筛选值，对人体健康的风险可以忽略。5家企业场地40个监测点中有3家企业8个采样点As含量超过第二类用地土壤污染风险筛选值，对人体健康可能存在风险；5家企业场地的Cr污染均超过了第二类用地的土壤污染风险筛选值，对人体健康可能存风险。

4 结论

(1)武汉市典型工业区土壤普遍存在重金属污染。Cr浓度低于土壤背景值，人类活动未对武汉地区土壤中Cr产生明显影响。武汉典型工业园区其他重金属含量均高于背景值，说明人类活动对土壤环境产生了影响。单因子评价指数显示武汉地区典型工业园区土壤不同程度存在重金属污染。Cd、Cr和Cu污染水平为清洁，处于安全等级；Pb和Zn属轻微污染；As属于轻度污染；Ni属于中度污染。内梅罗综合污染指数评价结果表明1个监测场地轻微污染，2个监测场地中度污染，2个监测场地重度污染。

(2)武汉市典型工业区5家研究企业场地土壤中Cd、Cu、Zn、Ni、Pb等主要重金属的平均含量未超过《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)中规定的第二类用地土壤风险筛选值，对人体健康的风险可以忽略。5家企业场地40个监测点中有3家企业8个采样点As含量超过第二类用地土壤污染风险筛选值，对人体健康可能存在风险；5家研究企业场地的Cr污染均超过了第二类用地的土壤污染风险筛选值，对人体健康可能存风险；需要开展进一步的详细调查和风险评估。

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(本文文献格式：刘君侠，童铭，李莹莹，等．武汉地区典型行业土壤重金属污染分析与评价[J]．广东化工，2019，46(6)：151-153)