广州李坑垃圾焚烧厂周边环境的甲基汞污染

环境保护部华南环境科学研究所和华南理工大学土木与交通学院的王雄、吴昌华等人去年在《环境科学与技术》杂志(2013年10月)发表了一篇关于广州李坑垃圾焚烧发电厂周边甲基汞浓度分布特征及风险评估的论文。

作者在文中首先介绍,垃圾焚烧所产生的二次污染中,比较突出的是烟气汞污染问题,因为焚烧过程中垃圾所含的汞超过90%会随烟气排放到周围大气中,并最终沉降到地面。所以,垃圾焚烧排放的汞已成为很多国家的主要汞污染源。例如,在北美地区,汞的垃圾焚烧释放量占当地总汞排放比例达到40%,中南美约34%,西欧约28%,非洲约30%。而且,随垃圾焚烧处理比重不断增加,由此经大气排入环境的汞量也越来越多。

作者称,之前的一些研究已表明“垃圾焚烧发电厂周边汞浓度高于自然背景值”,说明“焚烧发电厂汞排放对周边产生了一定影响”。但是,由于甲基汞的毒性远强于其他形态的汞,所以他们认为有必要对焚烧厂的甲基汞污染问题进行专门研究。

作者选择的研究对象是广州李坑垃圾焚烧发电厂,他们在系统采样分析该焚烧厂周边土壤、农作物、水体中甲基汞浓度水平及空间分布特征的基础上,评估了该厂汞排放引起的甲基汞污染对周边环境的影响。

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作者的采样工作按冬季和夏季进行,他们以污染源为中心,在周围不同距离处采集表层土壤、植物和水体沉积物样品。经实验室分析检测,得出如下结果:

一、土壤

李坑焚烧厂周边主要为村庄和农田,冬季(2011年11月)土壤甲基汞浓度调查结果如表2所示。土壤样品中甲基汞的浓度为145.8~978.3 ng/kg,平均值为532.3 ng/kg。夏季主导风向下风向区域土壤甲基汞浓度较高,浓度为19.5~791.5 ng/kg,平均值为117.0 ng/kg(如表3所示),说明土壤甲基汞浓度受风向影响较大,符合一些已有研究的结论。此外,焚烧厂周边环境土壤甲基汞含量冬季较夏季明显偏高。

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在焚烧厂西北方向,采样点主要分布在人为干扰较大的农场和社区,以种植蔬菜为主。该方位土壤甲基汞浓度最高值为791.5 ng/kg,位于离垃圾焚烧厂最近的点位,距污染源水平距离为250 m。表层土壤甲基汞浓度呈现出随着烟气扩散距离增大而降低的趋势,在250~350 m处开始土壤甲基汞浓度急速下降,往后趋于平缓,在距垃圾焚烧厂1500 m处点位,表层土壤甲基汞浓度已降至26.5 ng/kg。

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西南方向采样点主要分布在乔灌木林和人为干扰较大的农场。该方位土壤甲基汞浓度出现了1个峰值,位置距焚烧厂大约450~500 m。结合当地土地利用类型,作者认为甲基汞的扩散与周边土地利用类型密切相关。

西南方向450~500 m为乔灌木林,在 350~450 m区间,土壤甲基汞浓度随着距离乔灌木林的距离的减少而增加,在乔灌木林附近达到峰值,之后土壤甲基汞浓度随着距离乔灌木林的距离的增加而减少。

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东南方向采样点主要分布在人为干扰较小的山林中,且与山脊走向基本一致。图5为东南方向表层土壤甲基汞浓度的空间分布,显示出该方位土壤甲基汞浓度出现了2个峰值,第1个峰值出现在东南300~450 m,第2个峰值出现在东南550~600 m。结合当地地形特征分析,作者认为甲基汞的扩散与周边地形密切相关。

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二、沉积物

为调查垃圾焚烧对周边水体沉积物甲基汞的影响,作者于2011年11月,以垃圾焚烧厂为中心,在其周围的胡琏墩水库、和龙水库和南湖水库采集了表层沉积物,每个点位分别采集了1个样品(共3个沉积物样品),甲基汞含量变化范围为84.1~2216.0 ng/kg,平均值为1000.3 ng/kg。不同水体表层沉积物甲基汞浓度差异较大:和龙水库最高,胡琏墩水库次之,南湖水库最低。

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作者结合当地污染特征分析认为,甲基汞的扩散与周边工业发展水平密切相关:“胡琏墩水库位于李坑垃圾焚烧厂东部附近,距离污染源最近,水体沉积物甲基汞浓度主要来源于大气-水体-沉积物的迁移转化,受附近污染源影响较大;和龙水库位于污染源东北偏东方向3.7 km处,周边工业生产分布密集,水体沉积物甲基汞浓度远远高于离垃圾焚烧污染源较近的胡琏墩水库,表明水体甲基汞浓度有其他来源存在的可能,可能与和龙水库周边工业污染源有关;南湖水库在污染源南方向4.5 km处,周边主要为居住区,无输入性污染源,水体沉积物甲基汞浓度处于较低水平。”

三、植物

李坑垃圾焚烧厂周边多为农场和山林,农场以种植蔬菜为主,山林以种植低矮灌木为主。作者在冬季(2011年11月)和夏季(2012年6月),分别采集了芋头、香蕉、细叶榕和樟树等蔬菜和植物的叶片作为样品,对这些农作物和植物叶片甲基汞浓度进行了研究,并对冬、夏季焚烧厂周边植物甲基汞含量进行了比较(如表 5 所示)。冬季焚烧厂周边植物甲基汞含量变化范围为20.4~147.4 ng/kg,平均值为64.5 ng/kg;夏季焚烧厂边植物甲基汞含量变化范围为38.5~224.8 ng/kg,平均值为 63.8 ng/kg。

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根据以上采样检测结果,作者采用污染指数法,参考刘永懋等对松花江的研究(取土壤中甲基汞的安全浓度50 ng/kg作为背景浓度,评价标准为:1.0≤5 为轻度污染;5≤50为中度污染;50≤6000为重度污染;F>6000为严重污染;其中,F(污染指数)=C(实测值)/C0(背景浓度)),对李坑垃圾焚烧厂周边土壤甲基汞污染程度进行评价。结果如图7所示:冬季(2011年11月)周边土壤甲基汞污染指数变化范围为 4.4~19.6,平均污染指数为 10.6,评价结果为中度污染。夏季(2012年6月)周边土壤甲基汞污染指数变化范围为0.3~15.8,平均污染指数为2.3,评价结果为轻度污染。

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对于焚烧厂周边水体沉积物甲基汞污染程度,作者仍采用污染指数法来评价,并参考刘永懋等对松花江的研究。从图8可以看出,和龙水库沉积物甲基汞污染指数最高,胡琏墩水库次之,南湖水库最低,胡琏墩水库与和龙水库沉积物甲基汞评价结果为中度污染,南湖水库为轻度污染。

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对于植物甲基汞污染风险的评价,作者以每人每天摄入300~500 g蔬菜计算,得出本研究区域居民通过蔬菜摄入的甲基汞含量为0.04~0.06 μg的结果,低于美国环保署建议的甲基汞摄入量风险值 0.1 μg/(kg·d)的标准。

作者最终得出结论:(1)冬、夏两季李坑垃圾焚烧厂周边土壤甲基汞风险评价水平均为中度污染;周边水体沉积物甲基汞风险评价水平为中度污染。冬季和夏季焚烧厂周边植物甲基汞含量分别达到中度和轻度污染水平。(2)焚烧厂周边土壤、植物甲基汞浓度随季节变化明显,植物甲基汞浓度有随焚烧厂运营时间而增加的趋势。(3)焚烧厂主导风向的下风向,地表环境较均匀区域,土壤甲基汞浓度主要受烟气汞落地浓度空间分布和土地利用类型的影响;地形条件差异较大区域,土壤甲基汞浓度变化与高程的空间分布趋势基本一致。

 

参考文献:王雄、吴昌华、利锋、段志鹏、曾祥云、陈亚灵、王旭光:《垃圾焚烧发电厂周边甲基汞浓度分布特征及风险评估》,《环境科学与技术》,2013年第10期,第197-204页。

 

编写:毛达

2014年5月29日

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