首钢搬迁遗留场地及周边土壤重金属污染评价及淋洗修复研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:edyzhang1979
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随着城市产业结构和用地规划调整,位于城区中心的工厂企业逐步纷纷通过关停、搬迁改造,退出繁华地段,遗留下大片不同程度受重金属污染的土地(棕地)。对这些搬迁场地如果缺乏环境管理,一旦被改为商业或居民用地,可能对当地周边环境产生长期的影响,危害公众健康。因此,棕地改造之前必须对其性质以及危害程度进行全面的分析调查和环境评价,判断其污染源,并根据评估结果进行修复,为场地污染治理和改造规划提供决策依据和技术支撑。  本文以首钢搬迁遗留地及周边地区为研究对象,为了解研究区重金属的污染状况和特征及污染物来源,通过实地调查采样和室内样品分析,测定土壤和沉积物中的重金属含量、形态分布及铅同位素组成,运用多种方法评价调查区重金属污染水平,研究了土壤中重金属的空间分布特征和影响因素;利用多元统计方法和铅同位素示踪法对污染源进行定性和定量解析;选择厂区内两种代表性的污染土壤,研究淋洗剂对污染土壤的修复效应和优化技术集成,主要结论如下:  首钢厂区及周边土壤已遭受不同程度的重金属污染,所有样品土壤的Cr含量都超过背景值,84%以上样品的Hg、 Cd、Pb、Cu、Pb和As浓度高于北京市背景值;与国家土壤环境质量二级标准设定的浓度相比,43%样品的Cd超标。单项污染指数和地累积指数大小依次为Hg>Cd>Zn>Cr>Pb>Cu≈As>Ni,Hg、Cd、Zn和Cr均指向重度污染的特征;土壤内梅罗指数值表明除了Ni元素,其他元素均为重度污染。潜在生态风险指数和区域污染负荷指数分析表明,整个研究区表层土壤总体上均达到强生态风险/严重污染水平。健康风险评价表明,土壤中重金属不存在非致癌健康风险,但是存有致癌风险的可能。  研究区表层土壤重金属的空间分布特征研究发现,研究区各种重金属含量的高值点主要分布在厂区及较近的周边地区,且大体上分布在整个研究区域的东南-西北方向分布,与北京市季风的风向一致,可推断该研究区周围表层土壤中重金属与厂区排放的烟气直接相关。重金属在垂直方向上的含量随着土层加深而减少,表现出较明显的表聚性。重金属的形态分析表明,Cd、Pb和Zn主要以酸提取态和可还原态形态存在,其迁移性和活性最强,最容易对生物造成直接危害,Cu和Ni中可氧化态和残渣态含量占多数,表现一定程度的潜在环境危害,Cr以残渣态为主要存在形式,产生环境危害的可能性较小。重金属的多元统计分析表明,主要污染元素Cd、Zn、Pb3种元素有可能存在相同的重金属污染来源。  厂区内群明湖表层沉积物中重金属污染严重,综合污染负荷指数表明,整个湖泊达到极强污染水平。从潜在生态危害风险来看,群明湖沉积物整体上达到很强生态危害的程度。表层沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)与同步浸提重金属(SEM)的关系分析表明,所有样点的SEM/AVS值均>1,平均值为18.81,表明群明湖的沉积物具有较强的生物毒性。  以首钢厂区的炼钢粉尘、燃煤和剖面底层的自然背景土壤作为铅端元物质,铅同位素组成分析表明,各端元物质铅同位素组成差异较大,表明利用铅同位素示踪法可用来识别铅污染的来源。首钢厂区表层土壤中铅的主要来源包括炼钢粉尘、燃煤沉降及背景土壤,周边土壤的铅主要来自燃煤和自然背景土壤,部分来自炼钢粉尘和汽车尾气尘。二元/三元模型可用来定量解析各种铅源的贡献率。  通过系列振荡淋洗试验研究了蒸馏水、草酸、酒石酸、柠檬酸、乙酸、盐酸和EDTA对采自首钢动力厂和焦化厂污染土壤的淋洗效果,并利用综合毒性消减指数来综合评价淋洗剂对污染土壤的修复效果。发现HCl和EDTA对土壤中的重金属能取得较好的去除效果,重金属的脱除效率受土壤重金属形态分布的影响。0.5 mol/L的HCl在1∶10土液比淋洗一次12h,焦化厂土壤就能完成修复目标,而对于焦化厂土壤,则需要1∶10的土水比淋洗时间为12h下用0.5mol/L HCl淋洗2次。
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