赣州某稀土冶炼场地重金属污染特征.pdf

第7 2 卷第4 期有 色金 属 矿山部分 2 0 2 0 年7 月 D o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 卜4 1 7 2 ．2 0 2 0 ．0 4 ．0 2 l 赣州某稀土冶炼场地重金属污染特征 孟磊1 ，王琼1 ，祝怡斌1 ，霍汉鑫1 ，李昊1 ，杨越晴1 ，史怡2 1 ．矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ．中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室，北京1 0 0 0 1 2 摘要选取赣州某遗留废弃稀土冶炼厂为研究对象，调查研究场地废水和土壤重金属污染特征，应用单因子 指数法和内梅罗综合污染指数法评价其污染状况，并对重金属相关性进行分析。结果表明稀土冶炼废水中重金 属N i 和H g 高于其参比值，土壤中重金属含量均高于背景值。单因子指数法评价结果表明，废水中N i 为重污染到 严重污染，H g 为轻污染，各产污节点内梅罗综合污染指数为严重污染。土壤中H g 和C d 的平均单项污染指数为 中度污染，其他的平均单项污染指数均为轻微污染，各污染物平均内梅罗综合污染指数达重污染水平。相关性分 析结果表明废水中H g 和N i 污染具有同源性，土壤中各重金属元素呈极显著相关和显著相关性，污染主要来自冶 炼过程中的扬尘、原料堆放和泄漏。 关键词稀土冶炼厂；废水；土壤；重金属；污染特征 中图分类号X 5 3 ；X 8 2 5 ；X 7 5 6文献标志码A文章编号1 6 7 1 4 1 7 2 2 0 2 0 0 4 一0 1 1 5 一0 5 P O U u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sO fh e a v vm e t a l si nar a r ee a r t h s m e l tp l a n ti nG a n z h o u M E N GL e i l ，W A N GQ i o n 9 1 ，Z H UY i b i n l ，H U OH a n x i n l ，L IH a 0 1 ，Y A N GY u e q i n 9 1 ，S H IY i 2 1 ．B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ，B e 巧i n gl 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fE n v i r o n m e n t a lCr i t e r i aa n dR i s kA s s e s s m e n t ，C h i n e s eR e s e a r c hA c a d e m yo f E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e ，B e i ji n g10 0 012 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oi n v e s t i g a t et h ep 0 1 1 u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh e a v ym e t a l si nat y p i c a la b a n d o n e dr a r ee a r t h s m e l tp l a n ti nG a n z h o u ，s i n 9 1 ef a c t o rp o l l u t i o ni n d e xm e t h o da n dN e m e r o wi n t e g r a t e di n d e xm e t h o dw e r eu s e dt o e v a l u a t et h es t a t u so fh e a v ym e t a lp o l l u t i o na n da n a l y z et h eh e a v ym e t a lc o r r e l a t i o n ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a t n i c k e l a n dm e r c u r yi nt h ew a t e rw e r eh i g h e rt h a nt h er e f e r e n c ev a l u e s ．T h em e t a lc o n t e n t si ns o i l se x c e e d e dt h eb a c k g r o u n d l e v e l s ．T h er e s u I t so fs i n g l ef a c t o rp 0 1 l u t i o ni n d e xm e t h o ds h o w e dt h a tt h ep o l l u t i o nd e g r e eo fN ii nw a t e rw a sh e a v y t os e v e r ep o l l u t e d ，a n dH gw a sI i g h t ，a n dt h ep o l l u t i o nd e g r e e so fH ga n dC di ns o i ls a m p l e sw a sm e d i u ma n do t h e r h e a v ym e t a l sw e r el i g h t ．T h eN e m e r o wi n t e g r a t e di n d e xr e s u l t ss u g g e s t e dt h a tt h ep 0 1 l u t i o nd e g r e e so fw a t e rw e r e h e a v y ．T h eN e m e r o wi n t e g r a t e di n d e xo fs o i ls a m p I e sw a sh e a v yp o l l u t e d ．P e a r s o n ，sc o r r e l a t i o na n a l y s i sr e v e a l e dt h a t t h ep 0 1 l u t i o no fN ia n dH gi nw a t e rw e r ef r o mt h es a m es o u r c e ，a n dh e a v ym e t a l si ns o i l sw e r ec o r r e l a t e de x t r e m e l y a n do b v i o u s l y ，w h i c hw e r ef r o md u s t ，r a wm a t e r i a ls t a c k i n ga n dl e a k a g ei ns m e l t i n g ． K e yw o r d s r a r ee a r t hs m e l tp l a n t ；w a s t e w a t e r ；s o i l ；h e a v ym e t a l ；p o l l u t i o nc h a r a c t e “s t i c s 我国是世界稀土资源储量大国，不仅储量丰富， 而且矿种和稀土元素齐全、稀土品位高Ⅲ。稀土加 工行业已经形成包括采矿、选矿、分离、冶炼、加工为 基金项目中央级公益性科研院所基本科研业务专项 J Y 一 2 0 1 4 0 9 0 4 7 ；北京矿冶科技集团青年科研基金项目 Q c J 2 0 1 82 5 作者简介孟磊 1 9 8 7 一 ，女，工程师，硕士，环境科学专业，主要 研究方向为土壤及矿山生态环境。 一体的产业链。离子型稀土多采用“酸溶一萃取一 沉淀”冶炼工艺 湿法 ，冶炼过程中使用了大量的化 工试剂，部分酸碱物质与稀土矿中的有害物质发生 化学反应后，不可避免地衍生了环境污染问题[ 2 ] 。 冶炼加工产生的重金属作为持久性潜在毒性的污染 物，进入环境后，长期存在于环境中且难降解，危害 人类健康及生态安全[ 3 4 ] 。目前，国内外学者对冶炼 万方数据 有 色 金属 矿山部分第7 2 卷 厂周边环境中重金属污染程度分布特征及其来源均 有所关注[ 5 。7 ] ，但关于稀土冶炼遗留废弃场地废水和 土壤中重金属污染特征研究较少。 本研究以赣州某稀土冶炼厂遗留废弃场地为研 究区域，对区域内废水和土壤中重金属浓度及来源 进行了分析，运用单因子指数法和内梅罗综合污染 指数法对其重金属进行污染评价，为稀土冶炼行业 重金属污染预防与控制提供科学依据。 1 材料与方法 1 ．1研究区域与样品采集 选取赣州某稀土遗留废弃场地作为研究对象 图1 ，场地位于江西省赣州市，赣江东岸，建有稀 土原料库、酸溶车间、萃取车间、沉淀车间、灼烧车间 和产品仓库等车间，周边为居民区。 将水样采集点设置在酸溶车间、萃取车间、 污水处理站等主要产生重金属废水的4 个点位 w 1 ～W 4 。土壤调查区域为冶炼厂区，根据各生 产区域的污染程度，以分区布点法和网格布点法相 结合进行现场采样布点，共布置土壤采集点2 6 个 S 1 ～S 2 6 。 水样样品采集后装人聚乙烯塑料瓶并加H N O 。 保存，置于4 ℃以下。土壤样品混合均匀，装于自封 袋中。 图1 研究区域及采样点分布 F i g ．1M a po fs t u d ya r e aa n ds a m p l i n gl o c a t i o 啮 1 ．2 样品检测 废水样品经王水法消解，消解所得上清液采用 电感耦合等离子体发射光谱仪 I C P O E s 测定其重 金属含量。 土壤风干后，过1 5 0 肚m 筛。准确称取样品o ．2 g 并置于消解罐中，加人lm LH 。O 后摇匀，静置5 m i n ，依次加入4m LH N O 。、3m LH C l 和1m L H F ，充分混合均匀。待微波消解程序结束并冷却 后，取出消解罐，置于电热板上加热，以除去多余的 氮氧化物，转移至5 0m L 的容量瓶用1 ％H N O 。溶 液定容。土壤重金属质量分数采用I C P M S A g i l e n t7 5 0 0 C ，U S A 测定。 1 ．3 统计分析与评价方法 土壤中重金属污染评价采用单因子污染指数法 和内梅罗综合因子污染指数法邱] P ；一晏 P N 一{ [ c 。／S 。 量。。 C ，／S 。 ，。] ／2 “2 式中P 。一污染物i 的污染指数；C 。一污染物i 的实测浓度；S ，一污染物i 的评价标准。P N 一综合 污染指数； C ／S i 未。。一重金属元素中污染指数最 大值； C ，／S ，。一重金属元素各单项污染指数的 平均值。 当P ，≤1 时表示未污染，1 污水处理池Ⅱ 萃取车间 污水处理池工。 2 ．2 土壤中重金属的含量及污染特征 冶炼厂土壤重金属含量分析结果如表2 所示。 从监测结果可知，土壤中C d 、C r 、C u 、A s 、P b 、N i 、Z n 和H g 的平均值分别为o ．1 、4 1 ．5 、3 1 ．5 、1 5 ．o 、3 2 ．2 、 芷 螽 靼 m 区 舟 噬 埘 1 { 田| 】 地 图2 废水单因子污染指数评价结果 F i g ．2S i n g I ef a c t o rp o u t i o ni n d e x e so fh e a v ym e t a l s i nw a s t e w a t e r 表2 稀土冶炼厂土壤中重金属浓度数据统计 T a b l e2S t a t i s t i c sp a r a m e t e r so fh e a v ym e t a l si ns o i l si nr a r ee a r t hs m e l tp l a n t ／ m g k g 一1 项目 C dC rC uA sP bN iZ n H g 最大值 2 ．128 51 2 72 8 ．38 0 ．14 01 2 60 ．2 4 6 最小值 A s 1 ．3 3 Z n 1 ．2 1 N i 1 ．2 4 P b 1 ．0 8 C r 1 ．0 6 。H g 和C d 的平均单项污染指数达到中 度污染级别，其他的平均单项污染指数均为轻微污 染级别。依据重金属污染分级标准，H g 、C d 和C u 重度污染的点位所占比例分别为1 6 ．6 7 ％、1 1 ．9 0 ％ 和7 ．1 4 ％ P ， 3 。各污染物的内梅罗综合污染指 数范围为1 ．6 4 ～2 1 ．6 2 ，平均值为4 ．9 0 ，达到重污染 水平。单因子污染指数法和内梅罗综合因子污染指 数的评价结果均表明，该冶炼厂土壤已经受到严重 的重金属污染。 F i g ．3S i n g l ef a c t o rp o l I u t i o ni n d e xo fh e a v ym e t a l si ns o i l s 表3 土壤中重金属单因子污染指数和综合污染指数等级所占比例 T a b I e3 P e r c e n t a g eo fs i n g I ea n dc o m p r e h e 璐i v ef a c t o rp o l I u t i o ni n d e x e so fh e a v ym e t a I si ns o i I s／％ P c d P 。≤1 4 5 ．2 4 l 污水处理池Ⅱ 萃取车间 污水处理池I 。 2 冶炼厂土壤重金属含量均超过江西省土壤背 景值。与G B1 5 6 1 1 9 9 5 土壤环境质量标准二级 标准相比，C d 、N i 的最大值超过G B1 5 6 1 8 1 9 9 5 二级标准。H g 和C d 的平均单项污染指数达到中 度污染，其他污染物的平均单项污染指数均为轻微 污染。各污染物平均内梅罗综合污染指数达到重污 染水平。 3 重金属浓度之间的相关性分析废水中H g 和 N i 污染具有同源性，污染主要来自稀土成分和冶炼 过程使用的酸性化学试剂。土壤中各重金属元素呈 极显著相关和显著相关性，污染主要来自冶炼活动 中的扬尘、原料堆放和泄漏。 参考文献 [ 1 ] 金姝兰，黄益宗，胡莹。等．江西典型稀土矿区土壤和农作物中 稀土元紊含量及其健康风险评价[ J ] ．环境科学学报．2 0 1 4 ， 3 4 1 2 3 0 8 4 3 0 9 3 ． J 1 NS h u l a n ，H U A N GY i z o n g ，H UY i n g ，e ta 1 ．R a r ee a r t h e l e m e n t sc o n t e n ta n dh e a l t h “s ka s s e s s m e n to fs o i la n dc r o p s i nt y p i c a Ir a r ee a r t hm i n ea r e ai nJ i a n g x ip r o v i n c e [ J ] ．A c t a S c i e n t i a eC i r c u m s t a n t i a e ，2 0 1 4 ，3 4 1 2 3 0 8 4 3 0 9 3 ． [ 2 ] 朱冬梅．方夕辉，邱廷省，等．稀土冶炼氨氮废水的处理技术现 状[ J ] ．有色金属科学与工程，2 0 1 3 ，4 2 9 卜9 5 ． Z H UD o n g m e i ，F A N GX i h u i ，Q I UT i n g s h e n g ，e ta 1 ．T h e t e c h n i c a Is t a t u so fr a r ee a r t hs m e l t i n ga m m o n i a n i t r o g e n w a s t e w a t e rt r e a t m e n t [ J ] ．N o n f e r r o u sJ Ⅵe t a l sS c i e n c ea n d E n g i n e e r i n g ，2 0 1 3 ，4 2 9 卜9 5 ． [ 3 ]z A R c l N A sBA ，I s H A KcF ，M C L A u G H I 。I NMJ ，e ta I ． H e a v ym e t a l si ns o i l sa n dc r o p si ns o u t h e a s tA s i a ．1 ．P e n i n s u I a r M a l a y s i a [ J ] ．E n v i r o n m e n t a lG e o c h e m i s t r ya n dH e a I t h ．2 0 0 4 ， 2 6 4 3 4 3 3 5 7 ． [ 4 ]M A P A N D AF ，M A N G w A Y A N AEN ，N Y A M A N G A R AJ ， e ta 1 ．U p t a k eo fh e a v ym e t a l sb yv e g e t a b l e si r r i g a t e du s i n g w a s t e w a t e ra n dt h es u b s e q u e n tr i s k si nH a r a r e ，z i m b a b w e [ J ] ． P h y s i c s C h e m i s t r yo ft h eE a r t h ，2 0 0 7 ，3 2 1 5 ／1 8 】4 4 0 一】4 0 5 ． [ 5 ]C u ls ，z H o UQ ，C H A 0L ．P o t e n t i a lh y p e r a c c u m u I a t i o no f P b ，Z n ，C ua n dC di n e n d u r a n tp l a n t sd i s t “b u t e di na no l d s m e l t e r y ，N o r t h e a s tC h i n a [ J ] ．E n v i r o n m e n t a lG e o l o g y ，2 0 0 7 ， 5 1 6 1 0 4 3 1 0 4 8 ． [ 6 ]L I A 0GL ，L l A 0DX ，L lQM ．H e a v ym e t a I sc o n t a m i n a t i o n c h a r a c t e “s t i c si ns o i lo fd i f f e r e n tm i n i n ga c t i v i t yz o n e s [ J ] ． T r a n s a c t i o n so fN o n f e r r o u sM e t a I sS o c i e t yo fC h i n a ，2 0 0 8 ， 1 8 1 2 0 7 2 1 1 ． [ 7 ] 许大毛，张家泉，占长林，等．有色金属冶炼厂周边地表水和农 业土壤中重金属污染特征与评价[ J ] ．环境化学，2 0 1 6 ，3 5 1 1 2 3 0 5 - 2 3 1 4 ． X UD a m a o ，Z H A N GJ i a q u a n ，Z H A NC h a n g l i n ，e ta 1 ．P o l l u t i o n c h a r a c t er i s t i c sa n dh e a l t h “s k a s s e s s m e n to fh e a v ym e t a l si n s u r f a c e w a t e ra n da g “c u l t u r a ls o i la r o u n dt h en o n f e r r o u sm e t a l s m e l t e r y [ J ] ． E n v i r o n m e n t a lc h e m i s t r y ，2 0 1 6 ，3 5 1 1 2 3 0 5 - 2 3 1 4 ． [ 8 ] 王友生，侯晓龙。吴鹏飞，等．长汀稀土矿废弃地土壤重金属污 染特征及其评价[ J ] ．安全与环境学报，2 0 1 4 ，1 4 2 ；2 5 9 2 6 2 ． W A N GY o u s h e n g ，H O UX i a o l o n g ，W UP e n g f e i ，e ta I ．A n a l y s i s o ft h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ee v a l u a t i o no fh e a v ym e t a l p o l I u t i o n si nt h ed e s e r t e da n d a r e al e f t o v e rb yt h er a r ee a r t h m i n i n gi nC h a n g t i n g ，F u j i a n [ J ] ．J o u r n a lo fs a f e t ya n d E n v i r o n m e n t ．2 0 1 4 ．1 4 2 ；2 5 9 2 6 2 ． [ 9 ] 王利平，刘长威，于玲红，等．稀土冶炼废水的产生与治理[ J ] ． 冶金能源，2 0 0 4 ，2 3 2 5 9 - 6 2 ． W A N GL i p i n g ，L l UC h a n g w e i ，Y UL i n g h o n g e ta 1 ．W a s t e w a t e r p r o d u c e da n dt r ∞t m e n ti n 怕r e ∞r t hp r o d u c t i o n [ J ] ．E n e r g yf o r M e t a l l u r g i c a lI n d u s t r y ，2 0 0 4 ，2 3 2 5 9 6 2 ． [ 1 0 ] 桂双林，麦兆环，敖子强，等．南方稀土冶炼废水的特点及其处 理技术研究[ J ] ．环境科学与管理，2 0 1 7 ，4 2 7 8 0 一8 4 ． G U IS h u a n g l i n ，M A IZ h a o h u a n ，A 0Z i q i a n g ，e ta 1 ． C h a r a c t e “s t i ca n dt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fs o u t hr a r ee a r t h r e n I l i n gw a s t e w a t e r [ J ] ．E h 、，i r c 哐I m e n t a IS c l e n c eA n dJ Ⅵa n a g e m e n t ， 2 0 1 7 ，4 2 7 8 0 一8 4 ． [ 1 1 ] 中国环境监测总站．中国土壤元素背景值[ M ] ．北京中国环境 科学出版社，1 9 9 0 8 7 8 8 ． E n v i r o n m e n t a lM o n i t o r i n gS t a t i o n ．B a c k g r o u n dv a I u e so fs o i l e I e m e n t si nC h i n a [ M ] ．B e 幻i n g c h i n aE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e P r e s s ，1 9 9 0 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