垃圾焚烧厂周边土壤中重金属时空变化特征及风险评价

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近年来,土壤重金属污染受到普遍的关注。本文以重庆市某大型垃圾焚烧发电厂周边土壤为研究对象,于2013年采集了研究区10个表层核心土壤样品,运用多元统计和空间分析,系统探讨了土壤中重金属的理化性质、土壤重金属含量的年际统计特征、空间分布、年际变化、土壤重金属来源及污染程度等,并对土壤重金属可能危害生态环境以及人体健康的程度进行了评价。结果表明:①垃圾焚烧发电厂周边表层土壤的p H范围为4.23~7.37,平均值为5.78,这表明研究区域的土壤偏酸性;有机质含量范围为0.96%~7.01%,平均值为4.38%;阳离子交换量的范围为24.84~34.44cmol/kg,平均值为30.35cmol/kg。②垃圾焚烧发电厂周边表层土壤中四种重金属随时间的变化出现不同程度累积的趋势,除Cr以外,Pb、Zn、Cu三种重金属受到外来因素的干扰均超过了2012年。③土壤中Pb、Zn和p H相关程度较高,Cr与p H呈中度相关,Cu和p H相关程度较低;土壤阳离子交换量和四种重金属均不表现出明显的相关性;土壤中Pb、Zn、Cr与有机质含量的相关程度较高,Cu与有机质含量相关程度较低;Pb、Zn、Cr三种重金属之间相关程度较高,而Cu与这三种元素相关程度均较低。④根据空间分析和年际变化的分析结果,垃圾焚烧厂烟气排放是土壤中Pb、Zn的主要来源,土壤中Cr不仅来源于垃圾焚烧厂烟气的排放,还受到该区域以前铬盐生产厂遗留下来的污染的影响,土壤中Cu则主要来源于农业活动。⑤单因子污染指数评价结果显示,以土壤环境质量二级标准为参考值时,所有采样点Pb、Zn、Cu含量均达标,8#采样点Cr的污染程度呈现轻度污染;以重庆市背景值为参考值时,除3#、4#、6#、10#采样点的Zn含量及4#采样点Cr含量未超标以外,其余采样点四种重金属均超标,Pb的污染程度为重度污染,Cr的污染程度呈现中度污染,Zn、Cu的污染程度为轻度污染。内梅罗污染指数评价结果表明,以土壤环境质量二级标准为参考值时,研究区域内土壤复合污染程度处于警戒线附近;而以重庆市土壤背景值为参考值时,研究区域内土壤复合污染程度呈现重度污染,且Pb、Cr的贡献率较大。潜在生态风险评价结论显示,以土壤环境质量二级标准为参考值时,四种重金属的单项生态风险程度均为低,研究区域内四种重金属的潜在生态危害程度属于轻度危害;以重庆市土壤背景值为参考值时,Pb的生态风险程度为较重,Cr、Cu的生态风险程度为中,Zn的生态风险程度为低,研究区域内四种重金属的潜在生态危害程度呈现中度危害。⑥土壤中各采样点的Pb、Zn、Cr、Cu经口腔摄入、皮肤粘滞、呼吸暴露三种途径对成人的非致癌总风险指数均小于1,整个研究区对成人的非致癌风险可接受;土壤中各采样点的Pb、Zn、Cr、Cu经口腔摄入、皮肤粘滞、呼吸暴露三种途径对儿童的非致癌总风险指数,除3#采样点小于1外,其余采样点的值均大于1,整个研究区对儿童的非致癌风险不可接受。三种途径对成人、儿童的非致癌风险的贡献率均为口腔摄入>皮肤粘滞>呼吸暴露,土壤中重金属对人体健康的非致癌风险贡献率大小依次为Pb>Cr>Zn>Cu。⑦根据研究区概况以及对各种修复技术的分析,本研究建议采用植物修复与农业措施相结合的方式,实现低投资高效的修复结果。
中文摘要第3-5页
英文摘要第5-6页
1 绪论第9-21页
    1.1 土壤中重金属的来源第10-11页
    1.2 重金属的危害第11-12页
        1.2.1 重金属对土壤的危害第11页
        1.2.2 重金属对植物的危害第11-12页
        1.2.3 重金属对人体的危害第12页
    1.3 垃圾焚烧厂周边土壤重金属污染状况第12-13页
    1.4 土壤重金属污染评价与修复方法第13-16页
        1.4.1 污染评价方法第13-15页
        1.4.2 污染修复方法第15-16页
    1.5 人群健康风险评价第16-18页
    1.6 研究目标、内容和技术路线第18-21页
        1.6.1 研究目标第18页
        1.6.2 研究内容第18页
        1.6.3 技术路线第18-21页
2 研究区概况、采样与实验方法第21-29页
    2.1 研究区概况第21-22页
        2.1.1 区域自然环境概况第21页
        2.1.2 垃圾焚烧发电厂概况第21-22页
    2.2 土壤样品采集与处理第22-25页
        2.2.1 样品采集第22-24页
        2.2.2 样品预处理第24-25页
    2.3 主要仪器设备与实验试剂第25-26页
    2.4 土壤样品分析第26-28页
        2.4.1 土壤基本理化性质的测定第26-27页
        2.4.2 土壤重金属全量测定第27-28页
    2.5 数据分析与软件应用第28-29页
3 土壤重金属元素时空变化特征及来源解析第29-41页
    3.1 土壤重金属元素含量特征第29-32页
        3.1.1 土壤理化性质现状第29-30页
        3.1.2 土壤重金属含量的年际统计特征第30-32页
    3.2 重金属的时空变化特征及来源解析第32-40页
        3.2.1 空间分析第32-36页
        3.2.2 年际变化第36-37页
        3.2.3 来源解析第37-40页
    3.3 本章小结第40-41页
4 土壤重金属污染评价第41-51页
    4.1 单因子污染指数评价第41-44页
    4.2 内梅罗综合污染指数评价第44-46页
    4.3 潜在生态风险指数评价第46-50页
    4.4 本章小结第50-51页
5 人群健康风险评价第51-63页
    5.1 评价模型第51-54页
    5.2 评价结果第54-60页
    5.3 研究区土壤重金属的修复治理措施第60-61页
    5.4 本章小结第61-63页
6 结论与建议第63-65页
    6.1 结论第63-64页
    6.2 建议第64-65页
致谢第65-67页
参考文献第67-73页
附录第73页
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