安徽某燃煤电厂周边土壤汞分布特征及风险评价单平;伍震威;黄界颍;唐晓菲;汪家源【摘要】Samples of soil around a coal-fired power plant were collected and the concentrations of Hg were determined through the CVAAS method. Spatial distributions and risk assessment of Hg in soils around the power plant were investigated by using geostatistics and GIS techniques. The results showed that Hg concentration in soil ranged from 0. 015 to 0. 076 mg/kg,with an average of 0. 029 mg/kg,which was higher than that in local area(0. 015mg/kg) and Anhui(0. 027 mg/kg),but lower than the secondary standard value of“soil environmental quality standards”(GB 15618—2008). The overall distribution characteristics of Hg showed as the followings:distance between 1 km and 2 km away from the plant>within1km>distance of 2 km away from the plant,Hg had obvious decrease by the distance. The spatial distribution of Hg content had a high correlation with the dominant wind directions,pointing to a potential Hg input from coal combustion. Compared with the method of single factor pollution index and geoaccumulation index,Hakanson single potential ecological risk index evaluation better reflected the actual pollution levels of soils and its hazard to surrounding environment. Hg concentrations in soil have different correlation with pH and organic matter( OM) .%结合当地气象条件,采集了安徽某燃煤电厂周边地区的土壤,采用冷原子吸收法测定其汞含量,应用地统计学和地理信息系统方法分析了电厂周边表层土壤汞含量的空间分布特性,分析了土壤中汞与理化性质之间的相关性,并进行了风险评价。
结果表明,电厂周边表层土壤汞含量范围为0.015~0.076 mg/kg,平均值为0.029 mg/kg,虽未超过国家允许的标准,但与当地背景值及安徽省土壤汞含量相比均有一定程度的增加；土壤汞含量的总体分布特征为除距排放源1~2 km的环形区域受影响最大外,污染程度随着与电厂距离的增大而递减,汞含量空间分布受主导风向影响呈现明显的条带分布。
相比于单因子污染指数法和地累积指数法,潜在生态危害指数评价法能更好地反映燃煤电厂周围土壤中汞的污染水平和生态风险程度。
土壤汞含量与土壤理化性质之间存在不同程度的相关性。
【期刊名称】《中国环境监测》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】7页(P86-92)【关键词】燃煤电厂;土壤;汞;空间分布;风险评价【作者】单平;伍震威;黄界颍;唐晓菲;汪家源【作者单位】安徽省环境监测中心站，安徽合肥230061;安徽省环境监测中心站，安徽合肥 230061;安徽农业大学资源与环境学院，安徽合肥 230036;安徽省环境监测中心站，安徽合肥 230061;安徽省环境监测中心站，安徽合肥 230061【正文语种】中文【中图分类】X825.04汞是环境中毒性最强的重金属元素之一。
由于汞在环境中具有持久性、易迁移性和高度生物蓄积性，汞污染已经成为目前最受关注的全球性环境问题之一。
中国大气汞排放占全球人为汞排放的30% ～40%，居世界首位［1］。
根据中国能源统计年鉴［2］，煤炭是中国的主要能源，有预测称，2015年煤炭占一次能源消费结构比例的62.6%，2050年煤炭仍占50%以上，发电耗煤一直占煤炭消耗量的40%以上。
对中国燃煤电厂汞排放情况的研究表明，1995 年的汞排放量为 63.4t［3］，1999 年 68t［4］，2000 年 76.83t［5］，2003 年100.1t［3］，2007 年132.4t［6］，燃煤电厂汞排放量年平均增速超过5.9%［3］，燃煤电厂成为中国最主要的大气汞排放源［1］。
中国在今后相当长一段时间内仍会以火电为主，而且火电容量还在不断增加，因此中国燃煤电厂总汞排放量还将在一定时期内继续增加［1-7］，其对环境的影响不容忽视。
在《重金属污染综合防治“十二五”规划》中，汞被列为重点管控的5种重金属之一，要求重点区域2015年的汞排放比2007年削减15%。
近年来，随着中国城市的发展，新建发电厂数量和用电需求量持续上升，因燃煤而排放的汞对周边环境的影响也在不断加剧。
因此，对燃煤电厂周围环境中汞的含量进行分析和研究，对于制定相应的汞减排措施具有重要意义。
研究对燃煤电厂周边土壤中不同风向、不同距离土壤汞含量的分布特征进行分析，有助于了解电厂汞排放对周边土壤与生态系统造成的潜在生态危害，以期为电厂周边土壤汞污染防治提供科学决策。
1 实验部分1.1 研究区概况该燃煤电厂位于安徽某城市东南约9km处。
该地区属暖温带半湿润季风气候区，四季分明，春暖秋爽，夏炎冬寒，又有明显的大陆性气候。
春季多偏东风，降水较冬季增多;秋季常刮偏东北风;夏季降水多且集中，多偏南风;冬季雨雪稀少，多偏北风。
全年主导风向为E，风向频率为12.2%，次主导风向为NE，风向频率为10.30%，静风频率为6.0%。
年平均气温为15.5℃，年平均降水量为928.5 mm，年平均日照时数为2 218.7 h，平均相对湿度为72%。
电厂周边地势较平整，基本上为农田和村庄，土壤类型为水稻土。
电厂一期有600 MW发电机组2台，2008年8月投产发电，年发电量2.66×109kW·h，年燃煤量为2.78 ×106t，4 个季度煤样含汞量分别为 0.471、0.483、0.508、0.534 mg/kg。
周围无其他污染源，电厂为该地区主要的汞污染源。
电厂安装了静电除尘器(ESP)和石灰石、石灰－石膏湿法脱硫装置(WFUD)，除尘效率为99.75%。
烟气经除尘脱硫后由210 m高的烟囱排入大气，顶部排烟口直径为8.5 m，排放温度为65℃左右，烟气流量为3.80×106m3/h。
1.2 样品的采集分析1.2.1 样品采集为了解燃煤电厂周围土壤汞的空间变异特征，根据电厂所在地的地形特征以及气象参数，运用AERMOD模型进行该电厂烟尘地面浓度的预测计算，结合当地的年统计风速风向玫瑰图，在电厂周边不同半径处布置土壤采样点，如图1所示。
分别在电厂烟囱N、S、SW、WSW、WNW、NW 方位各选择7个点，距离排放源的半径范围分别是0.6、1.0、1.4、1.6、1.8、2.2、2.4 km;在电厂烟囱E方位选择4个点，距离排放源的半径范围分别是1.0、1.4、1.8、2.4 km;在电厂烟囱W 方位选择11个点，距离排放源的半径范围分别是0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4 km。
根据当地的主导风向，采集上风向距离电厂10 km处的土样作为当地背景，该采样点位于小型的生态湿地区域内，人为干扰活动较少，地势平坦，采样点处地表植被稀疏。
采集土壤表层0～20 cm混合样品，共采集58个样品。
采集过程中应用GPS定位，记录样点经纬度。
图1 燃煤电厂及土壤采样点分布示意图1.2.2 样品处理将采集到的土壤样品 (约1 kg)风干、混匀后，除去石子、动植物残体，用木棒研压，过2 mm尼龙筛，混匀装袋。
用四分法取约50 g，用玛瑙研钵研磨至全部通过0.15 mm尼龙筛，混匀后装袋待分析。
1.2.3 样品分析所有样品的汞浓度分析均采用利曼Hydra II冷原子吸收全自动测汞仪完成;pH用PB-10测定，水土比为2.5∶1;土壤有机质(OM)采用K2Cr2O7外加热法测定;土壤颗粒组成采用比重计法测定;分析过程中使用去离子水，并进行空白实验的同步测定，测定汞所需玻璃器皿均用稀硝酸浸泡36 h以上，所用试剂均为优级纯，在实验过程中用国家标准物质GSS-4标样进行质控。
1.3 土壤汞污染评价方法单因子污染指数通常用来评价重金属的污染程度，计算公式为式中:P为汞的单因子污染指数，C为土壤汞的实测值，S为汞评价标准的临界值(研究选取当地土壤汞背景值0.015 mg/kg)。
根据P值变幅，将土壤质量划分为不同的等级(表1)。
表1 基于单因子污染指数的土壤质量分级标准单因子污染指数(P)非污染1＜P≤2 轻污染2＜P≤3 中度污染P＞3污染程度P≤1严重污染目前，国内外学者多采用地累积指数(Igeo)来评价重金属的污染现状，其计算方法为式中:Igeo为汞的地累积指数，Ci为土壤中汞的实测值，k为考虑各地岩石差异可能会引起背景值变动而取的系数(一般取 1.5)［8-10］，Bi为土壤中汞的地球化学背景值，研究选取当地土壤汞背景值(0.015 mg/kg)作为汞的地球化学背景值。
地累积指数规定了相应的污染级别划分标准，见表2所列。
表2 基于地累积指数的土壤质量分级标题地累积指数(Igeo)分级污染程度Igeo≤0 0无0＜Igeo≤1 1 轻度－中等1＜Igeo≤2 2 中等2＜Igeo≤3 3 中等－强3＜Igeo≤4 4 强4＜Igeo≤5 5 强－极严重5＜Igeo≤10 6极严重潜在生态危害指数法作为国际上土壤或沉积物中重金属研究的先进方法之一，被大多数学者采用，是目前应用很广的一种方法。