典型平原地区生活垃圾焚烧厂周边土壤重金属赋存形态分布特征及生物有效性评价.pdf

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第 3 2 卷 第 9 期 2 0 1 9 年 9 月 环 境 科 学 研 究 R e s e a r c h o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s V o l . 3 2 ꎬ N o . 9 S e p . ꎬ 2 0 1 9 收 稿 日 期 2 0 1 8  ̄ 0 5  ̄ 2 4 修 订 日 期 2 0 1 8  ̄ 1 0  ̄ 0 3 作 者 简 介 郭 彦 海 1 9 9 2  ̄ ꎬ 男 ꎬ 山 东 菏 泽 人 ꎬ g u o y h @ e b c h i n a i n t l . c o m . c n . ∗ 责 任 作 者 ꎬ 高 品 1 9 8 2  ̄ ꎬ 男 ꎬ 江 苏 无 锡 人 ꎬ 副 教 授 ꎬ 博 士 ꎬ 主 要 从 事 新 型 污 染 物 污 染 控 制 研 究 ꎬ p i n g a o @ d h u . e d u . c n 基 金 项 目 上 海 市 自 然 科 学 基 金 项 目 N o . 1 7 Z R 1 4 0 0 4 0 0 S u p p o r t e d b y S h a n g h a i N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n ꎬ C h i n a N o . 1 7 Z R 1 4 0 0 4 0 0 典 型 平 原 地 区 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 特 征 及 生 物 有 效 性 评 价 郭 彦 海 1 ꎬ 2 ꎬ 高 国 龙 1 ꎬ 王 庆 1 ꎬ 王 殿 二 1 ꎬ 张 士 兵 2 ꎬ 高 品 2 ∗ 1 . 光 大 环 境 修 复 江 苏 有 限 公 司 ꎬ 江 苏 南 京 2 1 1 1 0 0 2 . 东 华 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ꎬ 上 海 2 0 1 6 2 0 摘 要 为 考 察 并 掌 握 典 型 平 原 地 区 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 中 重 金 属 C d 、 C r 、 C u 、 P b 、 N i 和 Z n 的 污 染 现 状 ꎬ 以 上 海 市 某 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 为 例 ꎬ 研 究 其 周 边 土 壤 中 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 特 征 及 生 物 有 效 性 ꎬ 采 用 T e s s i e r 连 续 提 取 法 结 合 电 感 耦 合 等 离 子 体 发 射 光 谱 检 测 分 析 表 层 土 壤 中 目 标 重 金 属 总 量 及 形 态 分 布 ꎬ 并 利 用 风 险 评 估 编 码 法 R A C 评 价 其 生 态 风 险 水 平 . 结 果 表 明 研 究 区 域 土 壤 中 P b 和 Z n 主 要 以 F e  ̄ M n 氧 化 物 结 合 态 和 残 渣 态 为 主 8 0 % ꎻ C r 、 C u 和 N i 则 以 残 渣 态 为 主 6 0 % ꎻ C d 虽 以 残 渣 态 为 主 5 0 % ꎬ 但 与 其 他 重 金 属 相 比 ꎬ 其 碳 酸 盐 结 合 态 占 比 相 对 较 高 . 生 物 有 效 性 分 析 结 果 显 示 ꎬ C r 、 C u 和 N i 以 惰 性 态 为 主 ꎬ 生 物 有 效 性 低 ꎬ 而 潜 在 可 利 用 态 C d 、 P b 和 Z n 占 比 较 高 ꎬ 存 在 较 高 的 释 放 风 险 . 土 壤 中 各 重 金 属 潜 在 生 态 风 险 水 平 由 高 到 低 依 次 为 C d Z n P b C u N i C r ꎬ 其 中 ꎬ C u 、 P b 和 Z n 处 于 低 风 险 水 平 ꎬ C r 和 N i 处 于 无 风 险 水 平 ꎬ 而 C d 处 于 中 等 风 险 水 平 . 研 究 显 示 ꎬ 该 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 中 重 金 属 已 存 在 不 同 程 度 的 污 染 累 积 ꎬ 其 中 ꎬ 潜 在 可 利 用 态 C d 的 占 比 较 高 ꎬ 已 达 中 等 风 险 水 平 ꎬ 应 引 起 重 视 . 关 键 词 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 ꎻ 重 金 属 ꎻ 生 物 有 效 性 ꎻ 生 态 风 险 水 平 ꎻ 表 层 土 壤 中 图 分 类 号 X 5 3 ꎻ X 8 2 0 . 4 文 章 编 号 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 2 0 1 9 0 9  ̄ 1 6 1 3  ̄ 0 8 文 献 标 志 码 A D O I 1 0 􀆰 1 3 1 9 8 ∕ j 􀆰 i s s n 􀆰 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 􀆰 2 0 1 8 􀆰 1 0 􀆰 1 4 H e a v y M e t a l S p e c i a t i o n D i s t r i b u t i o n a n d B i o a v a i l a b i l i t y A s s e s s m e n t i n S o i l s S u r r o u n d i n g a M u n i c i p a l S o l i d W a s t e I n c i n e r a t i o n P l a n t i n t h e T y p i c a l P l a i n A r e a i n C h i n a G U O Y a n h a i 1 ꎬ 2 ꎬ G A O G u o l o ng 1 ꎬ W A N G Q i n g 1 ꎬ W A N G D i a n ′ e r 1 ꎬ Z H A N G S hi bi ng 2 ꎬ G A O P i n 2 ∗ 1 . E v e r b r i g h t E n v i r o n m e n t a l R e m e d i a t i o n J i a n g s u L i m i t e d ꎬ N a n j i n g 2 1 1 1 0 0 ꎬ C h i n a 2 . C o l l e g e o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ꎬ D o n g h u a U n i v e r s i t y ꎬ S h a n g h a i 2 0 1 6 2 0 ꎬ C h i n a A b s t r a c t I n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e p o l l u t i o n s t a t u s ꎬ c h e m i c a l s p e c i e s a n d b i o a v a i l a b i l i t y o f C d ꎬ C r ꎬ C u ꎬ P b ꎬ N i a n d Z n i n t h e s u r f a c e s o i l s s u r r o u n d i n g m u n i c i p a l s o l i d w a s t e i n c i n e r a t i o n M S W I p l a n t s i n t h e t y p i c a l p l a i n a r e a ꎬ a M S W I l o c a t e d i n S h a n g h a i w a s t a k e n a s a n e x a m p l e a n d t h e T e s s i e r s e q u e n t i a l e x t r a c t i o n m e t h o d w i t h i n d u c t i v e l y c o u p l e d p l a s m a  ̄ o p t i c a l e m i s s i o n s p e c t r o s c o p y w e r e u s e d t o a n a l y z e t h e t o t a l a m o u n t a n d s p e c i e s d i s t r i b u t i o n o f t h e h e a v y m e t a l s . T h e e c o l o g i c a l r i s k s o f t h e h e a v y m e t a l s w e r e a s s e s s e d w i t h t h e r i s k a s s e s s m e n t c o d e R A C m e t h o d . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t P b a n d Z n w e r e m o s t l y b o u n d t o t h e F e  ̄ M n o x i d e s a n d r e s i d u a l f r a c t i o n s 8 0 % ꎬ w h i l e C r ꎬ C u a n d N i p r i m a r i l y e x i s t e d i n t h e r e s i d u a l f r a c t i o n s 6 0 % . B y c o n t r a s t ꎬ C d w a s m a i n l y i n r e s i d u a l f r a c t i o n s 5 0 % ꎬ b u t a r e l a t i v e l y h i g h p o r t i o n w a s b o u n d t o t h e c a r b o n a t e s c o m p a r e d w i t h o t h e r h e a v y m e t a l s . T h e b i o a v a i l a b i l i t y a n a l y s i s i n d i c a t e d t h a t C r ꎬ C u a n d N i r e m a i n e d i n i n e r t s t a t e w i t h l o w b i o a v a i l a b i l i t y ꎬ w h e r e a s C d ꎬ P b a n d Z n h a d a h i g h l e v e l o f p o t e n t i a l b i o a v a i l a b i l i t y w i t h a h i g h r e l e a s e r i s k . T h e p o t e n t i a l e c o l o g i c a l r i s k s o f t h e s e h e a v y m e t a l s w e r e r a n k e d i n t h e o r d e r o f C d Z n P b C u N i C r ꎬ i n w h i c h C r a n d N i p r e s e n t e d n o a n y r i s k ꎬ w h i l e C u ꎬ P b a n d Z n h a d a l o w r i s k . H o w e v e r ꎬ C d w a s f o u n d t o h a v e a m o d e r a t e  ̄ l e v e l o f r i s k . T h i s s t u d y r e v e a l e d t h a t d i f f e r e n t d e g r e e s o f h e a v y m e t a l a c c u m u l a t i o n o c c u r r e d i n t h e v i c i n i t y o f t h i s M S W I p l a n t . C d h a d a r e l a t i v e l y h i g h l e v e l o f p o t e n t i a l b i o a v a i l a b i l i t y a n d r e a c h e d a m e d i u m r i s k ꎬ w h i c h s h o u l d b e p a i d a t t e n t i o n t o . K e y w o r d s m u n i c i p a l s o l i d w a s t e i n c i n e r a t i o n p l a n t ꎻ h e a v y m e t a l ꎻ b i o a v a i l a b i l i t y ꎻ e c o l o g i c a l r i s k l e v e l ꎻ s u r f a c e s o i l 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷随 着 城 镇 化 进 程 的 加 快 ꎬ 城 市 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 对 周 边 环 境 可 能 产 生 的 潜 在 影 响 已 受 到 广 泛 关 注 [ 1  ̄ 3 ] . 垃 圾 焚 烧 过 程 除 产 生 常 规 污 染 物 外 ꎬ 还 排 放 出 毒 性 更 强 的 污 染 物 如 多 溴 联 苯 醚 [ 4 ] 、 二 英 [ 5 ] 等 . 我 国 生 活 垃 圾 主 要 以 混 合 收 集 为 主 ꎬ 不 可 避 免 地 含 有 一 定 量 的 重 金 属 [ 6 ] ꎬ 这 些 含 重 金 属 的 生 活 垃 圾 经 焚 烧 厂 焚 烧 处 理 后 ꎬ 排 放 的 焚 烧 烟 气 中 会 带 有 重 金 属 ꎬ 并 通 过 干 湿 沉 降 等 方 式 进 入 周 边 土 壤 中 形 成 累 积 . 此 外 ꎬ 重 金 属 在 不 同 氧 化 还 原 环 境 下 能 够 发 生 形 态 转 化 ꎬ 可 能 会 形 成 一 些 毒 性 更 强 的 化 合 物 ꎬ 从 而 对 土 壤 生 态 环 境 造 成 严 重 的 污 染 影 响 . 通 常 认 为 ꎬ 重 金 属 总 量 是 评 价 土 壤 污 染 程 度 的 一 个 重 要 指 标 [ 7 ] ꎬ 但 实 际 多 数 情 况 下 ꎬ 重 金 属 总 量 往 往 无 法 确 切 表 征 其 生 物 有 效 性 ꎬ 因 此 仅 采 用 总 量 指 标 难 以 对 重 金 属 的 生 态 风 险 行 为 进 行 精 确 评 价 [ 8  ̄ 9 ] . 有 研 究 [ 1 0  ̄ 1 1 ] 表 明 ꎬ 重 金 属 在 土 壤 中 的 赋 存 形 态 分 布 才 是 决 定 其 生 态 风 险 的 关 键 因 素 . 重 金 属 的 反 应 活 性 和 生 物 毒 性 ꎬ 及 其 在 生 物 体 内 和 生 态 环 境 中 的 迁 移 转 化 过 程 与 其 存 在 形 态 密 切 相 关 . 目 前 ꎬ 相 关 研 究 主 要 针 对 燃 煤 电 厂 [ 1 2  ̄ 1 4 ] 、 矿 区 [ 1 5  ̄ 1 6 ] 、 冶 炼 厂 [ 1 6  ̄ 1 7 ] 等 污 染 源 周 边 土 壤 中 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 进 行 调 查 和 分 析 ꎬ 而 对 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 重 金 属 的 研 究 主 要 集 中 于 对 其 总 量 分 布 和 污 染 来 源 的 分 析 ꎬ 而 对 其 赋 存 形 态 分 布 特 征 及 生 物 有 效 性 方 面 的 研 究 较 少 . 因 此 ꎬ 该 文 以 典 型 平 原 地 区 上 海 市 某 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 表 层 土 壤 作 为 研 究 对 象 ꎬ 通 过 实 地 采 样 检 测 分 析 ꎬ 确 定 不 同 重 金 属 含 量 及 其 赋 存 形 态 分 布 ꎬ 并 评 价 其 生 物 有 效 性 ꎬ 以 期 为 相 关 地 区 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 重 金 属 污 染 控 制 及 修 复 提 供 参 考 . 1 材 料 与 方 法 1􀆰 1 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 概 况 该 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 位 于 上 海 市 ꎬ 地 处 长 江 三 角 洲 前 缘 ꎬ 所 在 区 域 为 典 型 平 原 地 区 ꎬ 属 亚 热 带 季 风 性 气 候 . 焚 烧 炉 设 计 处 理 规 模 为 1 5 00 t ∕ d ꎬ 使 用 往 复 顺 推 式 机 械 移 动 炉 排 ꎬ 焚 烧 烟 气 经 半 干 法 、 喷 活 性 炭 和 布 袋 除 尘 净 化 处 理 后 通 过 烟 囱 高 空 排 放 . 1􀆰 2 样 品 采 集 与 预 处 理 该 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 所 在 区 域 风 场 特 征 主 要 表 现 为 夏 季 多 东 南 风 、 冬 季 多 西 北 风 . 结 合 区 域 地 形 特 点 ꎬ 以 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 作 为 中 心 点 ꎬ 采 用 辐 射 形 布 点 法 ꎬ 共 布 设 3 个 同 心 圆 ꎬ 设 定 西 W 、 西 北 N W 、 北 N 、 东 北 N E 、 东 E 、 东 南 SE 、 南 S 、 西 南 SW 8 个 采 样 方 向 ꎬ 每 个 方 向 分 别 在 同 心 圆 半 径 60 0 、 1 6 00 和 3 600 m 处 各 布 设 1 个 采 样 点 ꎬ 共 采 集 24 个 表 层 土 壤 样 品 ꎬ 采 样 时 间 为 20 1 7 年 3 月 ꎬ 各 采 样 点 分 布 如 图 1 所 示 . 具 体 采 样 方 法 和 预 处 理 方 法 等 见 文 献 [ 18 ] . 图 1 采 样 点 分 布 [ 1 8 ] F i g . 1 S c h e m a t i c m a p o f s a m p l i n g s i t e s [ 1 8 ] 1 􀆰 3 土 壤 p H 、 重 金 属 总 量 及 赋 存 形 态 测 定 测 定 土 壤 pH 时 ꎬ 先 将 土 样 与 去 离 子 水 按 质 量 比 1 ∶ 2􀆰 5 进 行 混 合 ꎬ 然 后 使 用 pH 计 S220 ꎬ 梅 特 勒  ̄ 托 利 多 国 际 有 限 公 司 ꎬ 瑞 士 进 行 测 定 . 所 有 土 壤 样 品 经 H N O 3  ̄ H C l  ̄ H F  ̄ H 2 O 2 消 解 处 理 ꎬ 步 骤 如 下 称 取 0 􀆰 2 g 土 壤 样 品 于 消 解 罐 中 ꎬ 依 次 加 入 H N O 3 、 H C l 、 H F 和 H 2 O 2 后 置 于 微 波 消 解 仪 E x c e l ꎬ 上 海 屹 尧 仪 器 科 技 发 展 有 限 公 司 ꎬ 升 温 至 2 0 0 ℃ ꎬ 反 应 3 0 m i n ꎬ 待 冷 却 后 取 出 进 行 赶 酸 ꎬ 直 至 白 烟 冒 尽 ꎬ 消 解 液 成 黏 稠 状 ꎬ 然 后 过 滤 定 容 . 为 了 避 免 样 品 处 理 过 程 中 发 生 交 叉 污 染 ꎬ 消 解 罐 及 所 有 玻 璃 器 皿 在 使 用 之 前 均 使 用 浓 度 为 5 % 的 硝 酸 浸 泡 2 4 h ꎬ 然 后 使 用 超 纯 水 冲 洗 多 次 后 烘 干 待 用 . 采 用 电 感 耦 合 等 离 子 体 发 射 光 谱 I C P  ̄ O E S ꎬ 珀 金 埃 尔 默 公 司 ꎬ 美 国 检 测 分 析 w C u 、 w C d 、 w C r 、 w P b 、 w N i 和 w Z n . 每 个 样 品 重 复 测 定 3 次 ꎬ 并 使 用 标 准 参 考 样 品 进 行 检 验 ꎬ 回 收 率 为 8 7􀆰 2 % 11 3􀆰 5 % . 土 壤 中 重 金 属 赋 存 形 态 采 用 T e s s i e r 连 续 提 取 法 进 行 提 取 ꎬ 该 方 法 将 重 金 属 划 分 为 可 交 换 态 、 碳 酸 盐 结 合 态 、 F e  ̄ M n 氧 化 物 结 合 态 、 有 机 结 合 态 和 残 渣 态 5 种 赋 存 形 态 [ 1 9  ̄ 2 0 ] . 将 所 有 样 品 中 各 重 金 属 5 种 赋 存 形 态 含 量 总 和 与 其 总 量 进 行 对 比 分 析 ꎬ 可 得 C u 、 C d 、 C r 、 P b 、 N i 和 Z n 的 平 均 回 收 率 分 别 约 为 1 01 􀆰 3 % 、 8 9􀆰 6 % 、 100􀆰 1 % 、 101 􀆰 4 % 、 107􀆰 3 % 、 99􀆰 8 % . 1 􀆰 4 数 据 处 理 与 分 析 4 1 6 1第 9 期 郭 彦 海 等 典 型 平 原 地 区 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 特 征 及 生 物 有 效 性 评 价 1􀆰 4􀆰 1 多 元 统 计 和 空 间 插 值 分 析 采 用 SP S S 1 8􀆰 0 对 土 壤 样 品 中 重 金 属 不 同 形 态 含 量 进 行 描 述 性 统 计 分 析 . 采 用 A r c G I S 10 􀆰 2 空 间 分 析 模 块 的 反 距 离 加 权 i n v e r s e di s t a nc e w e i g h t e d ꎬ I D W 方 法 进 行 空 间 插 值 分 析 ꎬ 其 中 ꎬ 权 重 幂 数 对 反 距 离 加 权 插 值 结 果 影 响 较 大 ꎬ 样 本 数 据 点 密 度 越 大 ꎬ 相 应 权 重 的 幂 数 越 小 ꎬ 所 得 结 果 整 体 插 值 误 差 越 小 . 该 研 究 所 布 设 的 采 样 点 空 间 分 布 均 匀 ꎬ 根 据 实 际 样 本 密 度 ꎬ 同 时 考 虑 保 证 风 险 指 数 空 间 分 布 的 准 确 性 ꎬ 反 距 离 加 权 插 值 幂 数 设 定 为 2 . 1􀆰 4􀆰 2 风 险 评 估 编 码 法 可 交 换 态 与 碳 酸 盐 结 合 态 重 金 属 的 迁 移 性 强 ꎬ 在 土 壤  ̄ 水 界 面 上 易 发 生 转 移 ꎬ 易 被 微 生 物 所 利 用 ꎬ 因 此 生 物 有 效 性 较 高 [ 2 1 ] . 风 险 评 估 编 码 法 r i s k a s s e s s m e nt c o de ꎬ R A C 是 一 种 基 于 重 金 属 不 同 赋 存 形 态 的 评 价 方 法 [ 2 2 ] ꎬ 其 将 重 金 属 可 交 换 态 和 碳 酸 盐 结 合 态 视 为 有 效 部 分 ꎬ 通 过 计 算 其 与 重 金 属 总 量 之 比 来 评 价 其 风 险 水 平 . 根 据 R A C 值 将 重 金 属 风 险 水 平 划 分 为 5 个 等 级 5 0 为 极 高 风 险 . 2 结 果 与 讨 论 2 􀆰 1 重 金 属 含 量 水 平 分 布 特 征 研 究 区 域 土 壤 样 品 的 pH 为 7􀆰 06 8 􀆰 3 2 ꎬ 平 均 值 为 7􀆰 9 0 ꎬ 整 体 呈 偏 碱 性 . 对 土 壤 中 w C d 、 w C r 、 w C u 、 w N i 、 w P b 和 w Z n 等 进 行 描 述 性 统 计 分 析 ꎬ 结 果 见 表 1 . 由 表 1 可 见 ꎬ 土 壤 中 w C d 、 w C r 、 w C u 、 w N i 、 w P b 和 w Z n 的 平 均 值 分 别 为 0􀆰 4 、 86􀆰 7 、 35 􀆰 4 、 3 4􀆰 4 、 27􀆰 9 和 10 5􀆰 6 m g ∕ kg ꎬ 均 高 于 上 海 市 土 壤 背 景 值 [ 2 3 ] ꎬ 同 时 与 前 期 检 测 结 果 [ 1 8 ] 相 比 ꎬ w C r 、 w C u 、 w N i 、 w P b 和 w Z n 均 有 所 上 升 ꎬ 表 明 这 些 重 金 属 在 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 中 存 在 不 同 程 度 的 累 积 ꎬ 这 可 能 与 其 潜 在 污 染 源 的 持 续 排 放 及 环 境 条 件 有 关 . 尽 管 如 此 ꎬ 这 些 重 金 属 元 素 的 平 均 质 量 分 数 均 未 超 过 G B 1561 8 1 995 « 土 壤 环 境 质 量 标 准 » [ 2 4 ] 二 级 标 准 限 值 . 其 中 ꎬ w C d 在 不 同 采 样 点 之 间 差 异 较 大 ꎬ 最 大 值 和 最 小 值 之 间 相 差 达 7􀆰 9 倍 ꎬ 这 可 能 与 该 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 围 工 厂 分 布 密 度 和 区 域 主 导 风 向 有 关 ꎬ 除 焚 烧 烟 气 排 放 影 响 外 ꎬ 研 究 区 域 内 电 光 源 制 造 、 金 属 加 工 、 交 通 运 输 等 人 类 活 动 均 会 向 周 边 环 境 排 放 一 定 量 的 C d [ 2 5 ] ꎬ 从 而 造 成 其 在 土 壤 中 的 累 积 . 表 1 研 究 区 域 土 壤 重 金 属 描 述 性 统 计 结 果 T a b l e 1 D e s c r i p t i v e s t a t i s t i c a l r e s u l t s o f h e a v y m e t a l s i n s o i l s i n t h e s t u d y a r e a 重 金 属 w ∕ m g ∕ k g 范 围 平 均 值 标 准 差 上 海 市 土 壤 背 景 值 [ 2 3 ] G B 1 5 6 1 8 1 9 9 5 二 级 标 准 限 值 [ 2 4 ] 变 异 系 数 ∕ % C d 0 􀆰 1 0 􀆰 9 0 􀆰 4 0 􀆰 2 0 􀆰 1 3 8 0 􀆰 6 5 8 􀆰 3 C r 6 2 􀆰 8 1 7 2 􀆰 0 8 6 􀆰 7 2 7 􀆰 6 6 8 􀆰 5 2 5 0 3 1 􀆰 8 C u 1 7 􀆰 6 7 1 􀆰 2 3 5 􀆰 4 1 4 􀆰 0 2 7 􀆰 2 1 0 0 3 9 􀆰 7 N i 2 6 􀆰 2 4 3 􀆰 9 3 4 􀆰 4 5 􀆰 0 2 9 􀆰 9 6 0 1 4 􀆰 6 P b 1 4 􀆰 3 5 2 􀆰 7 2 7 􀆰 9 9 􀆰 0 2 5 􀆰 0 3 5 0 3 2 􀆰 2 Z n 5 9 􀆰 8 1 9 7 􀆰 5 1 0 5 􀆰 6 3 3 􀆰 1 8 1 􀆰 3 3 0 0 3 1 􀆰 3与 国 内 外 其 他 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 重 金 属 含 量 水 平 相 比 ꎬ 该 研 究 区 域 土 壤 中 w C d 和 w P b 平 均 值 高 于 深 圳 清 水 河 地 区 0􀆰 1 2 和 2 7􀆰 6 m g ∕ k g [ 2 6 ] 和 西 班 牙 T a r r a g o n a 地 区 0􀆰 15 和 2 5 􀆰 7 m g ∕ kg [ 2 7 ] ꎬ w C r 平 均 值 高 于 英 国 N e w c a s t l e 地 区 55 􀆰 0 m g ∕ kg [ 2 8 ] ꎬ w C u 和 w Z n 平 均 值 高 于 重 庆 北 碚 地 区 31􀆰 7 6 和 70 􀆰 98 m g ∕ k g [ 2 9 ] . 在 统 计 分 析 中 ꎬ 变 异 系 数 c o e f f i c i e nt o f v a r i a t i o n ꎬ C V 是 标 准 差 的 无 量 纲 化 表 达 ꎬ 能 较 好 地 反 映 数 据 的 波 动 情 况 [ 3 0 ] . 根 据 W i l d i n g [ 3 1 ] 的 分 类 准 则 ꎬ 变 异 系 数 水 平 可 分 为 低 度 变 异 C V w C u w P b w C r w Z n w N i ꎬ 其 中 w C d 的 变 异 系 数 5 8􀆰 3 % 最 大 ꎬ 已 达 高 度 变 异 水 平 ꎬ 表 明 其 受 人 为 因 素 影 响 最 为 显 著 ꎻ w N i 的 变 异 系 数 1 4􀆰 6 % 最 小 ꎬ 处 于 低 度 变 异 水 平 ꎬ 这 与 笔 者 所 在 课 题 组 前 期 的 研 究 结 果 [ 1 8 ] 相 一 致 . 2 􀆰 2 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 特 征 研 究 区 域 土 壤 中 不 同 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 如 图 2 所 示 . 由 图 2 可 见 ꎬ P b 和 Z n 均 以 F e  ̄ M n 氧 化 物 结 5 1 6 1 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷 图 2 研 究 区 域 土 壤 中 不 同 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 特 征 F i g . 2 S p e c i a t i o n d i s t r i b u t i o n o f d i f f e r e n t h e a v y m e t a l s i n s o i l s i n t h e s t u d y a r e a 合 态 和 残 渣 态 为 主 ꎬ 占 比 均 在 80 % 以 上 ꎻ C u 、 N i 和 C r 均 以 残 渣 态 为 主 ꎬ 占 比 均 在 60 % 以 上 ꎻ C d 以 残 渣 态 为 主 ꎬ 与 其 他 重 金 属 相 比 ꎬ 其 碳 酸 盐 结 合 态 占 比 相 对 较 高 . 通 常 情 况 下 ꎬ 重 金 属 可 交 换 态 在 5 种 赋 存 形 态 中 的 生 物 有 效 性 最 高 ꎬ 对 生 态 环 境 危 害 较 大 . 由 图 2 可 见 ꎬ 可 交 换 态 C d 在 13 个 土 壤 样 品 中 均 被 检 出 ꎬ 相 应 的 占 比 变 化 范 围 为 0 􀆰 3 % 8 􀆰 3 % . 可 交 换 态 Z n 在 2 2 个 土 壤 样 品 中 均 被 检 出 ꎬ 相 应 的 占 比 变 化 范 围 为 0􀆰 1 % 1 􀆰 0 % . 相 比 之 下 ꎬ 可 交 换 态 P b 和 C u 的 检 出 率 略 低 ꎬ 均 为 33􀆰 3 % ꎬ 而 可 交 换 态 C r 和 N i 在 所 有 土 壤 样 品 中 均 未 被 检 出 . 碳 酸 盐 结 合 态 C d 的 占 比 较 高 ꎬ 为 5􀆰 7 % 33 􀆰 4 % ꎬ 由 于 碳 酸 盐 结 合 态 易 受 环 境 介 质 pH 的 影 响 而 发 生 形 态 转 变 [ 3 2 ] ꎬ 因 此 当 环 境 介 质 pH 降 低 时 ꎬ 碳 酸 盐 结 合 态 C d 面 临 被 重 新 释 放 出 来 的 风 险 . P b 以 F e  ̄ M n 氧 化 物 结 合 态 为 主 ꎬ 相 应 的 占 比 变 化 范 围 为 3 9􀆰 2 % 78􀆰 7 % ꎬ 这 可 能 是 由 于 F e  ̄ M n 氧 化 物 与 P b 2 + 之 间 结 合 能 力 较 强 所 致 . C d 以 F e  ̄ M n 氧 化 物 结 合 态 为 主 ꎬ 占 比 为 4􀆰 5 % 6 2􀆰 2 % . C u 在 土 壤 中 主 要 以 有 机 结 合 态 存 在 ꎬ 平 均 占 比 为 1 3􀆰 2 % . 重 金 属 残 渣 态 主 要 体 现 地 球 化 学 背 景 原 生 状 况 ꎬ 性 质 稳 定 ꎬ 难 以 被 生 物 所 利 用 ꎬ 一 般 认 为 其 对 生 态 环 境 没 有 毒 害 作 用 . 笔 者 分 析 结 果 表 明 ꎬ 该 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 土 壤 中 残 渣 态 C r 占 比 89 􀆰 1 % 最 高 ꎬ 而 残 渣 态 P b 占 比 6 1 6 1第 9 期 郭 彦 海 等 典 型 平 原 地 区 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 重 金 属 赋 存 形 态 分 布 特 征 及 生 物 有 效 性 评 价 33􀆰 8 % 最 低 . 2􀆰 3 重 金 属 生 物 有 效 性 分 析 将 重 金 属 不 同 赋 存 形 态 测 定 结 果 划 分 为 可 利 用 态 可 交 换 态 、 潜 在 可 利 用 态 碳 酸 盐 结 合 态 、 F e  ̄ M n 氧 化 物 结 合 态 和 有 机 结 合 态 和 惰 性 态 残 渣 态 进 行 评 价 ꎬ 结 果 见 表 2 . 由 表 2 可 见 ꎬ 土 壤 中 惰 性 态 C r 占 比 最 高 ꎬ 达 89 􀆰 0 6 % ꎬ 而 潜 在 可 利 用 态 占 比 10􀆰 94 % 最 低 ꎻ 潜 在 可 利 用 态 与 惰 性 态 C u 和 N i 占 比 相 当 ꎬ 可 利 用 态 C u 占 比 约 为 0 􀆰 04 % ꎬ 而 N i 未 检 出 可 利 用 态 ꎻ 潜 在 可 利 用 态 P b 和 Z n 占 比 分 别 高 达 66 􀆰 1 3 % 和 5 1􀆰 1 6 % ꎬ 但 可 利 用 态 占 比 分 别 仅 为 0􀆰 10 % 和 0 􀆰 39 % ꎻ 可 利 用 态 和 潜 在 可 利 用 态 C d 占 比 之 和 为 43 􀆰 2 4 % ꎬ 其 中 ꎬ 可 利 用 态 占 比 为 1􀆰 80 % ꎬ 这 可 能 与 该 生 活 垃 圾 焚 烧 厂 周 边 土 壤 中 C d 污 染 程 度 较 高 有 关 ꎬ 因 为 重 金 属 可 交 换 态 、 碳 酸 盐 结 合 态 和 F e  ̄ M n 氧 化 物 结 合 态 的 质 量 分 数 会 随 其 污 染 程 度 的 增 加 而 升 高 [ 3 3 ] . 综 上 ꎬ 研 究 区 域 土 壤 中 潜 在 可 利 用 态 C d 、 P b 和 Z n 占 比 4 1􀆰 44 % 6 6􀆰 1 3 % 较 高 ꎬ 这 部 分 可 能 会 因 为 土 壤 pH 和 氧 化 还 原 条 件 的 变 化 而 发 生 溶 解 释 放 ꎬ 从 生 物 有 效 性 角 度 进 行 评 价 ꎬ 这 3 种 重 金 属 的 潜 在
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