冶炼厂下游环境与农田重金属污染状况研究

王  亮^，2   潘  琇²  谢拾冰²

（1.浙江大学农业与生物技术学院，浙江 杭州 310027；2.温州市农业科学研究院，浙江 温州 325006）

摘要 研究冶炼厂下游河道水质、河底污泥、农田土壤的重金属污染状况，明确了冶炼厂下游环境的重金属影响的变化规律，提出了冶炼厂下游土壤重金属污染的数学模型。提出下游河流的灌溉水域应该距污染源4 km以外，河底污泥作为农用污泥返田必须控制在6 km以外，农田作为无公害生产基地要控制在8.5 km以外。

关键词  冶炼厂   重金属   污染

The environment and agricultural land pollution by heavy metals in lower reaches of the smeltery Wang Liang^1，2，Pan Xiu ²，Xie Shibing².（1.College of Agriculture and Biotechnology，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310027；2.Wenzhou Agricultural Academy，Wenzhou Zhejiang 325060）

Abstract：A study on heavy metal pollution of water，bottom mud of river, and agricultural land soil was conducted in lower reaches of the smeltery. It indicated that heavy metal pollution in lower reaches of smeltery changed regularly and a mathematical pattern was suggested. The irrigation water in lower reaches must be 4 km away from the pollution source at least. Bottom mud of river returning for agricultural soil must at least be 6 km away and agricultural land for origin of non-environmental pollution 8.5 km.

Keyword：Smeltery   Heavy metals   Pollution

有色金属冶炼厂仍然是重金属污染的重要污染源之一。一方面冶炼厂排放的废水和粉尘引起流经河道和河底污泥重金属的污染；另一方面，农业生产中，由于受污染河流的污水灌溉、污泥还田和粉尘沉降，导致农田土壤和作物重金属严重超标，影响食品安全和人畜健康。为了减少栽培作物重金属的污染，加强污染土壤修复技术^[1]，研究和推广应用的同时，有必要对冶炼厂排放的污水对河道水质、河底污泥和农田土壤的污染特点作一研究，明确污灌农田区、污泥废物利用价值和生产环境安全农田的规划。

1         材料与方法

1.1  污染源概况

该冶炼厂始建于1959年，生产能力为2500 t/d电解锌，1994年完成技术改造，形成生产能力为1000 t/d电解锌。污水经石灰乳处理后，通过明沟直接排入塘河，外排水量约为10万m³/d^[2]。

1.2  观测点的确定

根据该冶炼厂排污口及下游的水流状况，选择有代表性的6个点：①冶炼厂污水池；②冶炼厂排污口河道；③静心寺（该点距冶炼厂排污口300 m处）；④铁路桥（该点距冶炼厂排污口1000 m处）；⑤垟中（该点距冶炼厂4000 m处）；⑥西湖（该点距冶炼厂6000 m处）。分别对以上6个点的河水、污泥、土壤进行采样，检测重金属含量。污水pH<1，土壤pH 5.5～6.5。

1.3 取样和分析方法

采用5点取样法取0～20 cm耕作层土壤，随机取样法采得水样和污泥。

    土壤和污泥中重金属含量采用王水-高氯酸消解后，原子吸收光谱仪测定；水质直接用原子吸收光谱仪测定。

1.3 评价与判断

   采用灌溉水质标准GB 5048—92、农用污泥污染控制标准GB 4284—84、土壤GB 17331—2001和土壤背景值评价判断。

2         结果分析

2.1 冶炼厂污染对下游河水的影响

                           表1  冶炼厂下游河流重金属污染状况                mg/L

从表1可以看出，由于重金属离子排出后在河中不断地被稀释和沉淀，下游河水重金属含量与冶炼厂污染源的距离有明显的相关性。4种重金属Pb、Cu、Cd、Zn中，Pb随距离的增加衰减的速率最快，衰减速率依次为Pb>Cu>Cd>Zn。这与这4种重金属离子在水中的溶解能力呈正相关。所有观测点的Cu的含量均远低于农田灌溉水质标准，几个观测点中，静心寺(距污染源300 m)以后的观测点的Zn的含量低于国家农田灌溉水的标准，垟中（距污染源4000 m）以后的观测点的Cd、Pb含量达到国家农田灌溉水的标准，据此推测，冶炼厂下游河流重金属Zn的安全灌溉水域区下游约300 m，Pb、Cd的安全灌溉水域在4 km左右。综合考虑，冶炼厂下游河流安全灌溉水域在距离污染源4 km以外。

2.2 冶炼厂对下游河底污泥的影响

                 表2  冶炼厂下游污泥重金属污染状况                 mg/kg

由表2可知，由于冶炼厂的废水排出酸度大，废水中重金属离子溶解度大，在经过一定水量稀释、中和后，pH升高，溶解度减少，沉淀为污泥，污泥中重金属含量随离污染源的距离而呈先升后降的规律，距离排污口300 m的静心寺观测点是重金属沉淀集中区域。冶炼厂下游污泥中，Cu的含量在排污口、静心寺、铁路桥超出国家标准，Zn的含量为579.1～18476.1 mg/kg，分别超出国家标准0.16～36倍，Pb的含量在静心寺和排污口超标4.4倍和1.8倍，Cd的含量在排污口、静心寺、铁路桥三个点超出国家标准，分别超出49～119倍。作为农用污泥返田，冶炼厂下游污泥Cu、Pb安全区域在1 km（铁路桥）以外，Cd的安全区域的4 km（垟中）以外，而Zn危害区域更广。

2.3 冶炼厂对下游四周农田土壤的影响

                表3  冶炼厂四周农田土壤重金属含量                 mg/kg

由表3可知，由于灌溉水和粉尘等输入，冶炼厂周边农田土壤的重金属含量与观测点离污染源的距离成正相关。污染输入量与离污染源距离（x）呈指数关系：

Cu=45.88e ^-0.000174x，相关系数为0.9849；Zn=1085.7e ^-0.000389x  ，相关系数为0.9265；Pb=4776.045.88e ^-0.000375x ，相关系数为0.9102； Cd=9826e ^-0.000478x  ，相关系数为0.8610。可以预测冶炼厂四周农田菜园4种重金属的安全种植区域为Cu>0.18 km、Zn>5.6 km、Pb>3.6 km、Cd>8.5 km。综合规划农田保护区应该在距冶炼厂8.5 km以外的区域才能保证生产环境土壤的安全。

3  结  论

通过对冶炼厂下游水质、污泥、土壤的考察可以得出：

（1）冶炼厂下游水体、土壤、河底污泥重金属含量均有一定的变化规律。水和土壤中重金属含量与离污染源距离呈下降趋势，土壤重金属含量与污染源距离呈负指数关系，污泥中重金属含量随距离污染源呈先升高后降低的规律。

（2）冶炼厂下游河流距污染源4 km 以内为限制灌溉水域；距离污染源6 km 以内的河底污泥必须禁止作为农用污泥返田；考虑到冶炼厂对下游土壤的影响，无公害生产基地规划要控制在8.5 km以外区域。

（3）对距离污染源8.5 km以内的种植区域土壤进行土壤重金属修复，改善土壤的质量，提高作物质量。

（4）冶炼厂污水排入塘河以前应增加石灰乳的用量，沉淀重金属，减少对下游河道、农田的污染。

参考文献

1         王庆仁，崔岩山，董艺婷.植物修复—重金属污染土壤整治的有效途径.生态学报，2001，21(2)：326～331

2         温怀高.温州冶炼厂污水处理工程设计.浙江建筑，1995，(5)：23～25

3         温州市土壤普查办公室.温州土壤.杭州：浙江科学出版社，1989