宋 尚

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

冶煉廠周邊土壤經(jīng)常會(huì)由于污染物的排放造成重金屬污染。重金屬污染物作為當(dāng)今污染面積廣、污染程度嚴(yán)重的土壤環(huán)境問題，必須給予足夠的重視[1]。冶煉廠周邊土壤中所受到的重金屬污染物主要包括：銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、砷以及鎳等，在冶煉廠周邊土壤中比重超過4所形成的重金屬污染[2]。由于冶煉廠周邊土壤中重金屬污染中包含對(duì)人類健康危害極大的化學(xué)元素，也就是所謂的“五毒”，分別為：汞、鎘、砷、鉛以及鉻，這些化學(xué)元素一旦通過食物鏈進(jìn)入人體，會(huì)引發(fā)多種疾病，常見的有我國(guó)的“大脖子病”、泰國(guó)的“黑腳病”、日本的“骨痛病”以及粵北的“癌癥村”。為有效解決冶煉廠周邊土壤中重金屬污染問題，需要采用化學(xué)的方式分析冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)，致力于通過冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析，從而總結(jié)出冶煉廠周邊土壤中重金屬的形態(tài)特征，為冶煉廠周邊土壤中重金屬綜合治理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

1 冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)特征

在化學(xué)分析冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)前，必須明確冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)特征。冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)特征，如表1所示。

表1 冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)特征總述表

根據(jù)表1所示，冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)包含：隱蔽性、長(zhǎng)期性以及表聚性等特征。隱蔽性意味著冶煉廠周邊土壤中的重金屬分布一般不宜被發(fā)現(xiàn)，需要一定的累計(jì)量，才能發(fā)現(xiàn)其危害的嚴(yán)重性；長(zhǎng)期性指的是重金屬污染物在復(fù)墾區(qū)域土壤的滯留時(shí)間長(zhǎng)，因此重金屬污染物會(huì)形成垂直分布特征，這也是冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的一個(gè)重要特性；表聚性指的是重金屬污染物主要分布在冶煉廠周邊土壤表層，極少數(shù)的情況下會(huì)向冶煉廠周邊土壤下層移動(dòng)，這就意味著，隨土層深度的增加，冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的含量整體呈下降分布特征。考慮到冶煉廠周邊土壤中重金屬污染，大多數(shù)集中在冶煉廠周邊土壤下游區(qū)域。通過分析冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)特征，為冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析

通過冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)特征研究，本文基于化學(xué)手段分析冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)。冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析具體流程，如圖1所示。

圖1 冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析流程

結(jié)合圖1所示，下文將針對(duì)圖中4步主要分析流程加以詳細(xì)分析，具體研究?jī)?nèi)容，如下文所示。

2.1 計(jì)算冶煉廠周邊土壤中重金屬地累積指數(shù)

為實(shí)現(xiàn)針對(duì)冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析，本文通過地累積指數(shù)法，計(jì)算冶煉廠周邊土壤中重金屬地累積指數(shù)，以此判斷冶煉廠周邊土壤中重金屬污染現(xiàn)狀。地累積指數(shù)作為冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析的主要參數(shù)，運(yùn)用德國(guó)科學(xué)家 Müller提出的地累積指數(shù)計(jì)算公式，進(jìn)行計(jì)算。設(shè)冶煉廠周邊土壤中重金屬地累積指數(shù)為I，則有公式（1）。

公式（1）中，C i指的是冶煉廠周邊土壤中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)；k指的是不同巖石引起的背景值變化系數(shù)，一般情況下取值為2.0；Si指的是冶煉廠周邊土壤中重金屬地累積時(shí)長(zhǎng)。為保證求得冶煉廠周邊土壤中重金屬地累積指數(shù)的準(zhǔn)確性，可以將冶煉廠周邊土壤中重金屬Cd地累積指數(shù)導(dǎo)入數(shù)值組。在此過程中，不難發(fā)現(xiàn)重金屬Cd地累積數(shù)值組的網(wǎng)格數(shù)會(huì)非常多。這就意味著，在計(jì)算地累積指數(shù)的實(shí)際操作過程中可能需要用并行機(jī)計(jì)算。

2.2 模擬冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)

考慮到計(jì)算冶煉廠周邊土壤中重金屬地累積指數(shù)的局限性，本文通過模擬冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)，為冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為了確保冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)模擬歷史擬合的非均質(zhì)性，根據(jù)不同的重金屬污染化學(xué)元素以及土體性質(zhì)。在模擬冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的實(shí)際操作中，重金屬污染的強(qiáng)度數(shù)值組越大，證明重冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大。必須嚴(yán)格按照地質(zhì)沉積物修復(fù)功能材料研發(fā)及應(yīng)用研討會(huì)重要內(nèi)容，評(píng)價(jià)冶煉廠周邊土壤中重金屬性質(zhì)、變形特性以及滲透特性等復(fù)雜冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)數(shù)據(jù)。綜上所述，冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)模擬歷史擬合的儲(chǔ)量取決于孔隙體積和飽和度。冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)模擬歷史擬合孔隙體積與重金屬污染地質(zhì)沉積物監(jiān)測(cè)分區(qū)的構(gòu)造和孔隙度有關(guān)，飽和度則與數(shù)據(jù)初始化相關(guān)。所以，在冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)模擬歷史擬合時(shí)可以根據(jù)重金屬污染地質(zhì)沉積物監(jiān)測(cè)分區(qū)的實(shí)際情況對(duì)以下參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整，分別為：冶煉廠周邊土壤中重金屬污染監(jiān)測(cè)分區(qū)的孔隙度、NTG、地質(zhì)沉積物的油水界面以及地質(zhì)沉積物的毛管壓力。通過對(duì)每個(gè)網(wǎng)格的冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)模擬歷史擬合儲(chǔ)量，可以有效提高對(duì)冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析的精準(zhǔn)度，為下文判斷冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染等級(jí)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 判斷冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染等級(jí)

本文采用中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(背景值)為參比值，通過計(jì)算冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染指數(shù)，判斷冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染等級(jí)。設(shè)冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染指數(shù)的表達(dá)式為P，則有公式（2）。

通過公式（2），可以得出冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染指數(shù)，以此為標(biāo)準(zhǔn)，判斷冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染等級(jí)，如表2所示。

表2 冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染等級(jí)

結(jié)合表2所示，為冶煉廠周邊土壤中重金屬單因子污染等級(jí)判斷結(jié)果。

2.4 得出冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析結(jié)果

根據(jù)上述對(duì)土壤重金屬形態(tài)的綜合分析，可顯著的看出在研究中的多個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)，呈現(xiàn)酸溶性狀態(tài)的液態(tài)Cd含量差異性較為顯著。在采樣點(diǎn)中，酸溶性狀態(tài)的液態(tài)Cd含量最大的樣本中，Cd的濃度可超過80.0%，而酸溶性狀態(tài)的液態(tài)Cd含量最小的樣本中，Cd的濃度不足10.0%，但在此樣本中，液態(tài)金屬殘?jiān)?F4）的含量較高，比例形態(tài)相對(duì)較大。對(duì)于所有土壤中重金屬樣本而言，正二價(jià)氧化鐵與正三價(jià)氧化鐵在樣本中的濃度總量可占到約20.0%，但其中重金屬元素以獨(dú)立形態(tài)呈現(xiàn)的物質(zhì)濃度僅占到2.0%～5.0%左右。在對(duì)土壤介質(zhì)中重金屬濃度含量的研究中，正二價(jià)Cd元素與此金屬物質(zhì)的絡(luò)合物呈現(xiàn)狀態(tài)，可直接決定冶煉廠周邊土壤的形態(tài)。盡管在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，正二價(jià)氧化鐵與正三價(jià)氧化鐵、Mn氧化物等均可以呈現(xiàn)絡(luò)合轉(zhuǎn)改，但由于其中氧化物質(zhì)形態(tài)的可還原能力相對(duì)較強(qiáng)，因此造成了氧化物絡(luò)合物的形態(tài)呈現(xiàn)一種特殊的形態(tài)。而此種形態(tài)的發(fā)生，受到地區(qū)環(huán)境污染、地質(zhì)環(huán)境的理化性能、區(qū)域地下水流向、氣象條件等多種綜合性因素的影響，而綜合本次研究的整體結(jié)果，可知Cd金屬的形態(tài)，與重金屬物質(zhì)的總量來兩者之間具備一定關(guān)系，包括與土壤PH值相關(guān)、與土壤賦存形態(tài)相關(guān)、與地質(zhì)土壤參數(shù)相關(guān)、與土壤還原形態(tài)相關(guān)、與獨(dú)立金屬可氧化性能相關(guān)、與金屬超標(biāo)率相關(guān)等。考慮到相關(guān)影響因素，下述將對(duì)Cd元素在土壤中的常見形態(tài)進(jìn)行深入分析。具體內(nèi)容如下。

通常情況下，Cd元素的常見形態(tài)有很多種，但在土壤中，Cd元素只能正二價(jià)的形式存在，此外，也有極少的正二價(jià)Cd元素在土壤中以游離離子的方式存在，但由于此種形態(tài)表達(dá)方式與土壤中有機(jī)物質(zhì)的融合能力交叉和，因此此種形式的Cd元素也極難與Mn金屬氧化物呈現(xiàn)絡(luò)合狀態(tài)。

除上述提出的相關(guān)研究成果，還發(fā)現(xiàn)，正二價(jià)Cd元素在樣本中的比例與其總量存在直接關(guān)系，產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因主要是由于外部污染物排放所導(dǎo)致的，當(dāng)周邊金屬冶煉廠或工業(yè)廠址排放廢氣與廢水后，Cd污染物以更加容易融合的方式進(jìn)入土壤中。并且，Cd污染物在土壤中長(zhǎng)期滯留，其中活性物質(zhì)呈現(xiàn)一種固定狀態(tài)，即分子的活性降低，Cd金屬元素在此時(shí)呈現(xiàn)還原狀態(tài)。而本文研究樣本選擇的土壤屬于冶煉廠周邊土壤，因此本文此次的研究結(jié)果明顯受到工廠排放污染物的影響。并且，本次研究結(jié)果中，Cd金屬的酸性狀態(tài)呈現(xiàn)的較為顯著，為此研究的結(jié)果中Cd的融合性應(yīng)表現(xiàn)為顯著增強(qiáng)的趨勢(shì)。

3 結(jié)語

本文通過冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析，得出結(jié)論為冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)與單因子污染等級(jí)具有直接相關(guān)關(guān)系，以此為依據(jù)，證明此次研究的必要性。因此，有理由相信通過本文分析，能夠解決傳統(tǒng)冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析不明的問題。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未通過實(shí)例分析的方式，證明此次化學(xué)分析得出冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)結(jié)果的精確性，進(jìn)一步提高冶煉廠周邊土壤中重金屬形態(tài)化學(xué)分析結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)冶煉廠周邊土壤中重金屬治理方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為解決冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的問題提供建議。