安徽一垃圾焚烧厂周边土壤多环芳烃污染严重

前不久,来自中国环境科学研究院等机构的研究人员在《环境科学研究》发表了一篇名为《某生活垃圾焚烧发电厂周边农田土壤中 PAHs 生态安全评价》的文章。研究人员通过对安徽淮北一座运行 1 年的焚烧厂周边农田土壤进行采样分析后发现,当地农田土壤中多环芳烃污染严重且增长迅猛,存在不容忽视的生态安全风险。
 

研究所选焚烧厂概况

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该研究所选焚烧厂2015年投产发电,日焚烧垃圾 700 吨,炉型为机械炉排炉。地处淮北平原,全年主导风为东南偏东(ESE)。该焚烧厂所在区属于待开发状态,周边除东北方向 370m 处有一个种猪养殖场外,其余均为农田。焚烧厂周边道路系统单一,西北方向垂直距离 2km 处有一条乡镇辅助路线,通车量少;焚烧厂外还有一条狭窄路线,周边车辆主要为该企业用车。
研究人员按照点源扇形布点原则,采集其周边和对照区的农田土壤样品共 21 个,其中焚烧厂周边农田土壤样品 14 个,采样点设在距焚烧厂 2 km 范围内的常年主导风向的上风向和下风向区域;对照区农田土壤样品 7 个,采样点设在距焚烧厂 10km 以上的常年主导风向的上风向、远离污染源且无河区域。

图:研究区域采样点分布
研究结果

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多环芳烃种类繁多,研究人员分析的是名列美国环保署《美国清洁水法案》优先污染物清单中的 16 种。这 16 种被列入清单是综合考虑毒性较大,水中检出率较高且易于检测等因素的结果。然而其中有一种叫苊烯的,用 Waters 2695 荧光检测器检测(本研究采用的检测办法),其荧光响应值低。因此,研究人员只检测了其中的 15 种。这 15 种有 7 种被国际癌症研究机构认定为具有致癌/可能致癌性(见下表)。

 

由于我国目前土壤中只有苯并[a]芘(BaP)这一种多环芳烃的限值要求,研究人员参照了荷兰的土壤环境质量标准(其中有 10 种多环芳烃,都在美国环保署的 15 种以内)来分析研究中的土壤的污染程度(见下表)。

图:美国环保署选择的 16 种多环芳烃
由于苯并[a]芘是第一个被发现的环境化学致癌物,并且是多环芳烃中毒性最大的一种,因此,在衡量多环芳烃毒性当量的时候,以其作为参照(毒性当量因子为1),用TEQ(BaP)来表示(TEQ:Toxic Equivalent Quantity,毒性当量)。
1. 焚烧厂周边农田土壤中多环芳烃污染较严重。
(1)焚烧厂周边和对照区农田土壤多环芳烃含量
如下表所示,焚烧厂周边农田土壤中苊(Ace)的检出率为 85.7 %,其余 14 种为 100 %荷兰土壤标准中列出的10 种多环芳烃的含量为126 μg/kg(24.2~1040 μg/kg),除蒽(Ant)单体无超标外,其他 9 种单体均有超标现象。
总体来说,焚烧厂周边农田土壤中多环芳烃单体的检出率和超标倍数均高于对照区,且土壤中15 种多环芳烃含量高出对照区 2.31 倍,荷兰土壤标准 10 种多环芳烃含量高出对照区 2.96  倍,7 种致癌性多环芳烃含量高出对照区 5.39 倍。
(2)土壤中多环芳烃毒性当量浓度

与对照区相比,焚烧厂周边农田土壤中多环芳烃的苯并[a]芘毒性当量浓度较高,15 种多环芳烃的苯并[a]芘毒性当量浓度为 14.6μg/kg(1.92~135μg/kg),高出对照区 6.45 倍;荷兰土壤标准中 10 种多环芳烃的苯并[a]芘毒性当量浓度为 11.8μg/kg(1.01~120μg/kg),高出对照区 9.17 倍;7 种致癌性多环芳烃的苯并[a]芘毒性当量浓度为14.2μg/kg(1.86~132 μg/kg),高出对照区 6.51 倍。

 

以上结果表明,焚烧厂周边农田土壤中多环芳烃污染较对照区严重。

表:土壤中多环芳烃浓度和毒性当量浓度水平
2. 下风向土壤多环芳烃含量明显高于对照区
在上风向的焚烧厂农田土壤中,苯并[a]芘含量、15 种多环芳烃含量和其苯并[a]芘毒性当量浓度与对照区差别不大。

而在下风向农田土壤样本中,除 300m 处外,其余距离农田土壤样本中,苯并[a]芘含量、15 种多环芳烃含量和其苯并[a]芘毒性当量浓度均高于上风向和对照区,且均在距焚烧厂 1km 时达到最高10 种多环芳烃含量超出了荷兰土壤环境质量标准限值 10.3 倍,属于严重污染水平。

 

该结果验证了污染物漂移的规律,多环芳烃在排放源附近随干、湿沉降和扩散过程由低空大气进入土壤中,符合点源污染物的分布特点。

图:土壤中苯并[a]芘,15 种多环芳烃其毒性当量沿程分布特征
3. 焚烧厂周边土壤较对照区含有更多高环多环芳烃
不同分子量的多环芳烃在土壤中的分布与其来源密切相关:

  • 高环(4 环及以上)多环芳烃主要来源于煤和石油类等化石燃料的高温燃烧
  • 低环(2 环和 3 环)多环芳烃主要来源于有机物的低温转化和石油产品的泄露。

因此通过不同环数多环芳烃的分析比较可以解析污染源。

该研究将 15 种多环芳烃单体分为3 组进行分析比较。从整体来看,焚烧厂周边和对照区农田土壤中多环芳烃均以 2~3 环居多。焚烧厂周边土壤较对照区有更多的高环( 4 环及以上)多环芳烃存在,表明焚烧厂周边的污染源与对照区不同,这可能与焚烧厂焚烧塑料等有关。

 

图:土壤中不同环数多环芳烃组成
4.下风向 1 km 处个别采样点处于严重污染水平
目前,国际上通常将土壤中多环芳烃污染程度分成 4 个等级:

污染程度 多环芳烃总量
<200μg/kg
轻微 200~600μg/kg
中等 600~1000μg/kg
严重 >1000μg/kg

根据上述标准,该研究中焚烧厂周边农田土壤中多环芳烃整体表现为无污染,但下风向 1 km 处有一采样点的苯并[a]芘含量达 96.2 μg/kg,15 种多环芳烃含量达 1382 μg/kg,属于严重污染水平。该焚烧厂仅运行 1 年,周边农田土壤中 15 种多环芳烃含量均值已经是对照区的3.31 倍,15 种多环芳烃的苯并[a]芘毒性当量浓度均值已经是对照区的 7.45 倍,且随着运行时间的增加,多环芳烃的累积必定快速增加,污染不容忽视

建议将多环芳烃纳入焚烧排放标准中

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研究人员指出,焚烧厂排放的烟气中多环芳烃总量较燃煤电厂更高、毒性更大。在生活垃圾焚烧后所排放的废气中,多环芳烃总量较二噁英要高。多环芳烃多被吸附在固体颗粒物中并随固体颗粒物一起排入大气,污染周边土壤,危害人类健康。因此,研究人员建议对垃圾焚烧厂多环芳烃的排放也应进行监控,同时在环境影响评价时需充分考虑多环芳烃污染,确定焚烧厂的位置及其与周围人群的安全防护距离。

文献来源:张晗,陆少游,刘凯,邹天森,吕占禄,王慢想,张金良.某生活垃圾焚烧发电厂周边农田土壤中PAHs生态安全评价[J/OL].环境科学研究:1-10[2019-08-09]. https://doi.org/10.13198/j.issn.1001-6929.2019.03.13.

撰写:郑悦 校改:何玲辉

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