珠江三角洲工业区土壤(沉积物) 重金属污染特征及防治对策.doc
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1、文章编号:1008-181X(2000)03-0177-06珠江三角洲工业区土壤(沉积物)重金属污染特征及防治对策以石龙和容桂工业区为例颜 文1,池继松2,古森昌1,汤贤赞1,陈 忠1,(1:中国科学院南海海洋研究所,广东 广州 510301;2:中国科学院地球化学研究所,贵州 贵阳 550002)摘要:对珠三角两个代表性乡镇工业区的土壤(沉积物)重金属污染现状和来源进行了评价。结果表明,两工业区在主要污染元素类型和综合污染程度上很相似,表层土壤(沉积物)均以Hg、As、Cu的污染为主,且均以Hg的污染最严重;但在某些次要污染元素种类以及某些主要、次要污染元素的单个元素污染程度上存在一些差异。
2、柱样沉积物中重金属的变化特征进一步说明,两工业区土壤(沉积物)中重金属的累积与我国尤其是本地区的工农业发展阶段和发展水平密切相关。文章最后提出了乡镇工业区土壤(沉积物)重金属污染的几点建设性防治对策。关键词:乡镇工业;土壤;沉积物;重金属污染;珠江三角洲中图分类号:X53 文献标识码:ACharacteristics and Prevention Countermeasures of Heavy Metal Pollution of Soils (Sediments) in Industrial Areas of the Pearl River DeltaTwo Case Studies of
3、 Shilong and Ronggui Industrial AreasYAN Wen1, CHI Ji-song2 ,GU Sen-chang1, TANG Xian-zan1, CHEN Zhong1( 1: South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China;2: Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China )Abstract: Two ty
4、pical township industrial areas (Shilong town, Dongguan city and Ronggui town, Shunde city) from the Pearl River Delta were chosen for this study. Analysis and evaluation of heavy metals in surface soils (sediments) and core sediments from above two areas were conducted. The results showed that the
5、main pollution elements and comprehensive pollution degree are very much alike in both industrial areas, but there are some differences in types of secondary pollution elements and pollution degree of some single main and secondary pollution elements. The content variation of the heavy metals in cor
6、e sediments from two areas further indicated that the gathering of heavy metals in soils and sediments is closely linked to the developing stages and levels of township industry in studied areas. Some constructive countermeasures to prevent and control the pollution of heavy metals in soils (sedimen
7、ts) of township industrial areas are presented. Key words: township industry; soils; sediments; heavy metal pollution; Pearl River Delta 近年来,土壤和沉积物的化学污染再度成为人们关注的热点。最为突出的进展是提出了“化学定时炸弹”(chemical time bomb, CTB)这个新概念13。 乡镇工业污染作为一种新型环境污染源,是土壤化学污染的一个重要来源和土壤“化学定时炸弹”的一个潜在关键诱导因素4。近十几年来,我国的乡镇工业发展异常迅速,它对广大农村和
8、城镇所造成的环境污染和生态破坏,已成为制约我国经济实现可持续发展的一个重要因素5,6,引起了政府部门的高度重视。但另一方面,由于其污染速度快、污染类型复杂以及污染源多而分散等特点,目前,人们对它的认识还处于初级阶段,研究基础相对薄弱。珠江三角洲是我国乡镇工业的密集地之一,乡镇工业数量多,密度大,行业覆盖面广,由此而造成的环境污染十分严重。本区的乡镇工业,按其行业结构、生产要素以及组织形式等,可以分为两种典型的代表性类型,即以“三来一补”企业为主的“东莞类型”和以镇办集体企业为主的“顺德类型”7。针对这两种典型的乡镇工业类型,本文分别选取了具代表意义的东莞石龙镇和顺德容奇-桂洲镇(以下简称容桂镇
9、)作为研究和比较对象,重点对其周围土壤(沉积物)的重金属污染特征进行了研究,目的是了解乡镇工业集中区土壤(沉积物)重金属污染的历史、现状、变化规律以及两种代表性乡镇工业类型之间的土壤(沉积物)重金属污染特征的差异,并据此提出一些相应的建设性防治对策。1 研究区概况和研究方法1.1 研究区概况石龙镇是珠江三角洲以“三来一补”为主的“东莞类型”乡镇工业区的典型代表。它地处珠江三角洲东北部,东江下游,广深铁路中段;全镇总面积10.38 km2;由老城区、西湖区和新城市中心三部分组成,相互之间被东江及其支流分开,大部分地区为江河冲积形成的河口三角洲平原。改革开放以来,石龙镇的乡镇工业发展迅速。目前,全
10、镇有较大规模的工厂248家,国内企业逾千家,“三来一补”和“三资”企业200多家。石龙镇的乡镇工业,特别是较早发展起来的乡镇工业,大部分集中在该镇老城区的西面。 表1 工业化前全球沉积物重金属最高背景值9 与广东省土壤重金属元素背景值*的比较 mgkg-1重金属元素CuPbZnCdCrAsHg全球沉积物50701751.090150.25广东省土壤1329360.0446100.06 * 广东省环境监测中心等. 广东省土壤环境背景值研究,1990 容桂镇是珠江三角洲以镇办集体企业为主的“顺德类型”乡镇工业区的典型代表。它地处珠江三角洲腹地,西江下游,广珠公路中段;全镇面积约80 km2;地势西
11、高东低,四周被西江容桂水道包围,大部分地区为江河冲积形成的河口三角洲平原。改革开放以来,容桂镇的镇办乡镇工业发展异常迅速,已成为顺德市乡镇工业的主要集中地之一。容桂镇的乡镇工业主要集中在该镇城区的南部和东部。1.2 研究方法1.2.1 采样布点方法和样品特征 本研究的采样布点原则主要考虑乡镇工业的分布、污水排放状况、大气沉降等因素。表层样品(20 cm以上)主要采自工业集中区附近的菜地土壤以及河流和池塘沉积物;柱状样(柱样长一般为70100 cm)采自工业区附近的河漫滩沉积物。采样区附近没有其它特殊的污染源,基本反映该区乡镇工业的发展所带来的污染状况。依据此原则,1997年在石龙和容桂工业区分
12、别采集表层样17个和23个,柱状样各2个。每个柱样取表层(20 cm以上)、中层(4060 cm)、底层(80100 cm)进行重金属质量分数分析,具体取样层位的划分主要依据沉积物岩性和颜色变化。1.2.2 样品处理与测试方法 所有样品经自然风干后,于恒温80 的烤箱内烘干,然后将样品放入玛瑙球磨机中研磨,过180目筛,供分析用。对所有样品进行 Cu、Pb、Zn、Cr、 Cd、 Hg、As等项目的分析,其中 Cu、Pb、Zn、Cr用原子吸收法测试;Cd用石墨炉原子吸收法测试;Hg、As用比色法分析。1.2.3 污染评价方法本研究中土壤(沉积物)重金属污染评价方法采用目前国内外使用最普遍的Nem
13、erow综合指数法8。评价标准选用工业化前全球沉积物重金属最高背景值9(表1),这一方面与本文所研究的样品实际上均为泛滥平原沉积物这一事实更吻合,另一方面也有利于全球对比,能较合理地反映人类工业化以来的污染程度。2 结果和讨论 2.1 两工业区表层土壤(沉积物)重金属污染特征及其比较 根据两工业区表层土壤(沉积物)的重金属质量分数及其污染评价结果,统计获得两工业区受各单个重金属污染及综合污染程度的样品(点位)百分比图示(图1)。从图1可以看出,石龙工业区土壤(沉积物)的重金属污染以Hg、As、Cu污染为主,尤以Hg污染程度最大,所调查的点位中受重度Hg污染的比例达58.8,另各有5.9的点位受
14、到中度和轻度Hg污染;本区的As主要以轻度和中度污染为主,所占比例分别为41.2和11.8;本区的Cu污染虽然以轻度污染为主,但受污染的点位比例(82.4)较大。本区的次要污染有Pb和Zn,大约一半左右的点位(52.9)受到了轻度Pb污染,只有极少数点位(5.9)受到Zn的轻度污染。所调查点位中未发现Cr、Cd的污染。综合污染指数分析表明,本区以中-轻度污染为主,两者所占比例之和达94.1。容桂工业区的土壤(沉积物)也以Hg、As、Cu的污染为主,从污染程度分析,Hg的污染最为突出,所调查点位中,78.3的点位受到Hg污染,其中重污染达21.7,中度污染13;所有调查的点位均遭受了Cu的中-轻
15、度污染,其中受中度污染的比例达39.1;本区的As虽然以轻度污染为主,但受污染的点位比例高达60.8,且其中部分点位(8.6)达到中度污染和重污染。除了大部分点位受到Hg、As、Cu的主要污染以外,部分点位还受到了Pb、Zn、Cr、Cd等多种重金属的不同程度的污染。有30.3的点位遭受到Zn污染,且其中部分点位(4.3)达到重污染程度;Pb、Cr、Cd的污染均为轻度污染,分别占所调查点位的39.1、26.1和4.3。综合污染指数分析表明,容桂区的土壤(沉积物)也普遍受到了中-轻度重金属污染,两者比例之和为100。图1 珠江三角洲两乡镇工业区土壤(沉积物)重金属污染程度分级比较 从以上评价和分析
16、结果可以看出,两工业区在主要污染元素类型和综合污染程度上很相似,均以Hg、As、Cu的污染为主,且均以Hg的污染最严重;综合污染程度均显示出几乎所有调查点位都遭到中-轻度污染。但两区之间也存在一些差异,主要表现在次要污染元素的种类以及某些主要和次要污染元素的污染程度上。例如,在次要污染元素的种类上,石龙工业区相对较简单,只发现Pb和Zn的轻度污染;而容桂工业区相对复杂些,除Pb、Zn外,还发现有Cr和Cd的轻度污染。在单个元素的污染程度上,虽然两工业区均以Hg、As、Cu的污染最为严重,但相对石龙工业区,容桂工业区的Hg污染程度小得多,表现在受重度Hg污染的点位比例明显减少,轻度污染的点位比例
17、明显增加;而容桂区的Cu无论在污染程度上还是在受污染的点位比例上均比石龙工业区大。此外,容桂工业区的Zn污染程度和受污染的点位比例也比石龙工业区明显增大。 以上结果说明,珠江三角洲的乡镇工业所造成的重金属污染程度已相当严重,涉及的污染元素种类也相当广泛。从两工业区的比较看,虽然它们最初按其组织形式、行业结构和生产要素等分别代表了两种典型的乡镇工业类型,但随着后来的发展,它们在主要行业结构和生产要素等方面的差别已越来越小,这是造成两者在主要重金属污染类型以及综合污染程度上很相似的主要原因;而两工业区在污染上的一些差异可归因于两者在行业结构和生产要素等因素的轻重比例以及土壤元素背景值上的不同。2.
18、2 重金属污染与乡镇工业发展的关系 为了进一步探讨重金属污染与乡镇工业发展的关系,在石龙和容桂工业区各采集2个沉积物柱样,每个柱样分表、中、底等3层取样,对其重金属质量分数进行分析,结果见表2。 根据所采沉积物柱样的颜色和岩性的分层变化特征,并结合我国泛滥平原沉积物10以及珠江流域沉积物11的现代沉积速率及其历史变化特征,可粗略推断所取柱样的表、中、底层可大致分别代表最近10 a(即改革开放以后)、20 a前(即解放后至开放前)和50 a前(即解放前)的沉积产物。由于这3个时段同时也分别代表了我国工农业发展的3个不同水平阶段,因此,从其重金属质量分数的变化可大致了解本区因工农业,尤其是乡镇工业
19、的发展而造成的环境污染状况。根据这一思路,本文分析了石龙和容桂工业区沉积物中重金属的变化和污染的历史。从表2的结果可以看出,(1)在石龙工业区,主要污染元素Hg、As、Cu均表现出从柱样的底层到中层再到表层其质量分数呈递增趋势,尤以Hg的递增最明显,变化幅度最大;从其污染指数可进一步看出,在两个柱样的底层和中层,Hg均远未达到轻度污染水平,而在表层,一个柱样(DS-4)的Hg已接近重度污染水平,另一个柱样(DS-17)的Hg也接近轻度污染水平。而在本区,表层样为轻度污染(Pb、Zn)和无污染(Cr、Cd)的重金属元素,它们在柱样沉积物中的质量分数变化不大,规律也不明显。(2)在容桂工业区,除了
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