环境科学  2019, Vol. 40 Issue (5): 2483-2492   PDF    
引用本文
吕占禄, 张金良, 陆少游, 邹天森, 刘凯, 张晗, 谷亚亚. 某区生活垃圾焚烧发电厂周边及厂区内土壤中重金属元素的污染特征及评价[J]. 环境科学, 2019, 40(5): 2483-2492.
LÜ Zhan-lu, ZHANG Jin-liang, LU Shao-you, ZOU Tian-sen, LIU Kai, ZHANG Han, GU Ya-ya. Pollution Characteristics and Evaluation of Heavy Metal Pollution in Surface Soil Around a Municipal Solid Waste Incineration Power Plant[J]. Environmental Science, 2019, 40(5): 2483-2492.
某区生活垃圾焚烧发电厂周边及厂区内土壤中重金属元素的污染特征及评价
吕占禄1, 张金良1, 陆少游2, 邹天森1, 刘凯1, 张晗1, 谷亚亚1     
1. 中国环境科学研究院, 北京 100012;
2. 深圳市疾病预防控制中心, 深圳 518055
收稿日期: 2018-10-09; 修订日期: 2018-11-26
作者简介: 吕占禄(1985~), 男, 硕士, 助理研究员, 主要研究方向为环境污染与健康, E-mail:lvzhanlu1015@163.com
通信作者: 张金良, E-mail:jinliangzhg@263.net
摘要: 为了解与评价生活垃圾焚烧电厂周边土壤重金属元素的污染状况，按照点源扇形布点原则，在生活垃圾焚烧电厂周边和厂区内布点采样，以远离电厂区域为对照点，共采集29个土壤样品，分析检测了Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Hg和Pb等10种重金属元素的含量.结果显示，生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中各重金属元素的含量水平均满足国家《土壤环境质量》（GB 15618-2018）和（GB 36600-2018）中土壤污染风险筛选值要求；仅有Mn、Cu和As的平均含量高于安徽省土壤平均背景值，其中As是背景值的1.03倍，Cu是1.07倍；与对照点对比，Cr、Ni、Cd、Cu和As含量低于对照点，差异有统计学意义（P≤0.05）.电厂周边土壤中Hg在空间分布上的差异较明显，其余重金属元素空间分布差异不明显、呈现较均匀，在常年主导下风向和次主导下风向500 m土壤中最高，之后随着距电厂的距离增大而逐渐下降，最后低于对照点的水平.电厂周边和厂区内土壤中各重金属元素的污染程度为轻度污染，内梅罗综合污染指数（PI）为1.1~1.2，对照点也为轻度污染（PI为1.5）；潜在生态风险为轻微，多种重金属元素的综合潜在生态风险指数（RI）为60.2~67.7，Hg和As对RI的贡献率较大，对照点为中等生态危害（RI为116.8）.基于主成分分析的结果，综合考虑土壤中各重金属元素的含量和空间分布特征以及相关性分析和聚类分析结果，将10种重金属元素分为3类：①Ni、Cr、As和Mn；②Cu、Zn、Ag、Cd和Pb；③Hg.其中Ni、Cr、As和Mn来源主要受土壤母质影响；Cu、Zn、Ag、Cd和Pb来源主要受土壤母质和多种人类活动共同影响；Hg则很可能源于生活垃圾焚烧烟气的扩散沉降及其在土壤中的累积.在研究表明，生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内表层土壤中Hg具有独特的环境污染特征，在生活垃圾焚烧发电厂周边的土壤重金属污染调查中，Hg污染应受到重点关注.
关键词: 生活垃圾焚烧发电厂      表层土壤      重金属元素      污染特征      潜在生态风险评价      汞     
Pollution Characteristics and Evaluation of Heavy Metal Pollution in Surface Soil Around a Municipal Solid Waste Incineration Power Plant
LÜ Zhan-lu1 , ZHANG Jin-liang1 , LU Shao-you2 , ZOU Tian-sen1 , LIU Kai1 , ZHANG Han1 , GU Ya-ya1     
1. Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;
2. Shenzhen Center for Disease Control and Prevention, Shenzhen 518055, China
Abstract: To investigate and evaluate the pollution levels of heavy metals in the soil around a large Municipal Solid Waste Incineration power plant (MSWIPP), a total of 29 soil samples were collected around the MSWIPP and away from the power plant area. The contents of 10 selected heavy metals (Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Ag, Cd, Hg, and Pb) were analyzed. The results showed that the content of each heavy metal element did not exceed the values for Soil Environmental Quality of Risk Control Standard for Soil Contamination of Agricultural Land (GB15618-2018) and Development Land (GB 36600-2018). The mean contents of Mn, Cu, and As were higher than their respective background values of Anhui Province, where As was 1.03 times the background value, and Cu was 1.07 times. Compared with the control points, the contents of Cr, Ni, Cd, Cu, and As were lower than the control points, and the difference was statistically significant (P ≤ 0.05). The spatial distribution of Hg was more obvious in the soil around the power plant, and other heavy metals were not obvious and uniform. The content of Hg was the highest in the 500 m soil of perennial dominant downwind and sub-dominant downwind. With increasing distance from the power plant, the content gradually decreased and it was lower than the level of the control point. The pollution degree of heavy metal elements in the soil around the power plant and in the plant area was mild. The Nemero comprehensive pollution index (PI) was 1.1-1.2, and the control point had also mild pollution (PI was 1.5). The potential ecological risk was slight, and the comprehensive potential ecological risk index (RI) of various heavy metal elements was 60.2-67.7. The contribution rate of Hg and As to RI were large, and the control point had medium ecological risk (RI was 116.8). Based on the results of principal component analysis, accompanied with the content, spatial distribution characteristics, Pearson's correlation, and hierarchical cluster analysis results, three groups of heavy metals with different spatial distribution were identified:①Ni, Cr, As, and Mn originated from lithological sources; ②Cu, Zn, Ag, Cd, and Pb affected by both lithological and human sources (e.g. agricultural and traffic sources); ③Hg likely originated from the diffusion sedimentation of MSWI flue gas and its accumulation in the soil. The above results indicated that the unique pollution characteristics of Hg deserve serious attention in pollution monitoring in soils surrounding solid waste incinerator.
Key words: municipal solid waste incineration power plant      surface soil      heavy metal      pollution characteristics      potential ecological risk      mercury     

随着我国城镇化和工业化进程的加快, 城市生活垃圾(municipal solid waste, MSW)产生量日益增加.据统计2011年我国城市生活垃圾清运量已达1.64亿t, 2015年达1.91亿t, 预计到2020年达2.82亿t, 年均增长率为8%~10%[1].目前, 我国城市生活垃圾处理的主要方式包括填埋(65.5%)和焚烧(32.5%)[2].垃圾焚烧可以将大部分垃圾转化为热能和电能, 显著地减少城市固体废物总量(约80%)和体积(约90%), 极大地缓解人口密集地区的土地资源限制.发达国家的经验表明垃圾焚烧是垃圾集中处理的最有效的途径[3~6].然而越来越多的居民关注到了垃圾焚烧过程中排放有毒有害物质的潜在健康影响, 经常会出现群体性抗议事件[7].我国生活垃圾收集方式以混合收集为主, 组分复杂, 一些可能含重金属元素的垃圾经焚烧后, 重金属元素会转化成气态或颗粒态迁移至焚烧烟气, 通过干-湿沉降等途径进入垃圾焚烧厂周边农田土壤[8].这将导致土壤污染, 威胁食品安全, 也对生活在垃圾焚烧厂附近的居民健康构成威胁[9, 10].目前, 国内外已有大量的研究报道了垃圾焚烧厂周边土壤中重金属元素的含量水平, 但垃圾焚烧厂对周围土壤重金属元素含量是否有显著影响仍然存在争议[7, 9, 11, 12].第一种观点认为垃圾焚烧厂的Hg、Cd和Pb等重金属元素会对周边土壤造成明显的污染[13~15]; 第二种观点认为垃圾焚烧厂周边土壤重金属元素含量水平与垃圾焚烧厂的重金属元素排放没有明显关联[16, 17]; 第三种观点则认为垃圾焚烧厂会对周边土壤重金属元素产生影响, 但其他因素掩盖了这种影响[18, 19].

为了解与评价某生活垃圾焚烧电厂周边和厂区内土壤中重金属元素的污染状况, 本研究以投产运行1年多的生活垃圾焚烧发电厂作为研究对象, 按照点源扇形布点原则, 在电厂周边、厂区及远离电厂区域采集土壤样品, 测定土壤中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Hg和Pb等10种重金属元素的含量, 采用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法、潜在生态危害指数法和来源探析等评价方法, 对研究区域内土壤的环境质量、造成污染的程度以及表层土壤中重金属元素的可能来源进行综合分析和评价, 旨在为类似点源污染对土壤造成的环境污染监管提供参考依据.

1 材料与方法 1.1 电厂及周边环境

该电厂2015年投产发电, 装机容量为2台350 t·d-1焚烧炉加1台12MW凝气式汽轮发电机组.电厂所在地区为平原, 地势平坦, 地势由西北向东南倾斜, 形成西北高、东南低的总地势.属于暖温带半湿润季风性气候, 年平均气温14.9℃, 全年主导风为东南偏东风, 次主导风向为东风, 年平均风速为2.1m·s-1.

1.2 点位布点与样品采集

在电厂常年主导风上风向(东南偏东方向)、主导风下风向(西北偏西方向)、次主导风下风向(正西方向)和主主导风下风向45°夹角方向(正北方向)不同距离以及厂区内采集22个土壤样品; 同时按照远离电厂10 km以上、周边无其他污染源、地质相似的原则, 在远离电厂区域采集7个农田土壤作为对照样品.对照点区域无潜在的污染源, 土壤利用均为农业用地, 土壤质地与电厂周边区域相同, 为棕壤土, 共采集29个土壤样品(图 1).土壤样品的采集参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)进行, 在每个采样点采集耕作层混合土样, 一般按照50 m×50 m内梅花布点, 采集0~20 cm的表层土壤, 经四分法缩分后取1 kg样品装入聚乙烯袋中带回实验室, 并做好采样记录.

(a)年平均风向玫瑰图；(b)对照点土壤采样；(c)电厂周边及厂区土壤采样 图 1 生活垃圾焚烧发电厂周边土壤采样示意 Fig. 1 Sampling sites of soil around the MSWIPP

1.3 样品实验分析及质量控制

土壤样品的前处理:首先将风干土壤样品用木锤敲打、压碎、拣出杂质、混匀, 并用四分法取压碎样, 过孔径0.25 mm (20目)尼龙筛.然后称取0.3 g研磨后的土壤样品于内套聚四氟乙烯坩埚中, 加入少许水润湿试样, 再加入HNO3、HClO4各5 mL, 摇匀后将坩埚放入不锈钢套筒中, 拧紧.放在180℃的烘箱中分解2h取出, 冷却至室温后, 取出坩埚, 用水冲洗坩埚盖的内壁, 加入3 mL HF置于电热板上, 在100℃加热除硅, 蒸至冒浓白烟后再缓缓蒸至近干, 定容到50 mL, 过滤后进行ICP-MS(Waters alliance e2695)测定.

土壤检测过程中采用加标回收和重复测量的方式进行质量控制, 这一批次样品中各元素的加标回收率在93.5%~105.6%, 重复测量的偏差范围为0.1%~9.5%.

1.4 分析与评价 1.4.1 统计分析

采用SPSS 18.0软件进行相关性分析、聚类分析和主成分分析.相关性分析采用Pearson相关系数分析土壤各类重金属元素含量之间的相关性; 聚类分析采用分层聚类法的R型聚类进行分析; 主成分分析采用因子分析, 经KMO检验和Bartlett球度检验后分析重金属元素成分载荷.

1.4.2 单因子指数法

单因子指数法是针对土壤中的某一种物质的污染程度进行评价, 可以全面反映出土壤中各种重金属元素的平均污染水平[20].计算公式为：

式中, Pi代表土壤中某物质i的污染指数; Ci代表某物质i的实测值; Si代表某物质i的安徽省土壤背景值, 其分级标准如表 1所示.

表 1 土壤重金属元素污染物评价及生态风险分级 Table 1 Soil environment quality classification

1.4.3 内梅罗污染指数法

内梅罗污染指数法是兼顾最大值的一种多因子环境质量指数法, 反映土壤中各种重金属元素对其的综合污染情况[22], 公式：

式中, PI为土壤内梅罗污染指数; Pmax为土壤各元素单因子指数中的最大值, Pave为土壤中各元素单因子指数的平均值, 其分级标准如表 1所示.

1.4.4 潜在生态危害指数法

根据瑞典科学家Hakanson[23]提出的潜在生态危害指数法, 该方法能综合反映重金属元素对生态环境影响潜力的指标.其计算公式如下：

(1)
(2)

式中, RI为土壤或沉积物中多种重金属元素潜在生态危害指数; Cfi=Ci/Cni为重金属元素的富集系数, Ci为实测值, Cni为物质i的安徽省土壤背景值; Tri为第i种重金属元素的毒性系数, 反映其毒性水平和环境对其污染敏感程度.各重金属元素毒性系数: Mn=1 < Cr=2 < Cu=Ni=Pb=5 < As=10 < Cd=30 < Hg=40[21, 23]; Eri为第i种重金属元素的潜在生态危害系数; Zn和Ag暂无毒性系数, 故不评价其潜在生态危害.

RI的调整规则参照文献[24]的分级标准进行：先根据Hakanson的第一级分级值150除以8种污染物(Hakanson研究沉积物中PCB、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr和Zn)的毒性系数总值133, 得到单位毒性系数的RI分级值1.13;然后将单位毒性系数的RI分级值1.13乘以本研究9种重金属元素的毒性系数总值99, 并取十位整数得到RI第一级界限值112, 余下各级别界限值可由上一级界限值乘以2得到, RI分级标准见表 1.

2 结果与讨论 2.1 重金属元素含量特征

土壤样品pH值为6.82(6.50~7.10). Mn、Cu和As等3种重金属元素在电厂周边及其厂区内土壤中的平均含量高于安徽省土壤平均背景值, As是背景值的1.03倍(0.84~1.33), Cu是背景值的1.07倍(0.93~1.52).较国家土壤环境质量《农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)中(6.5 < pH≤7.5)风险筛选值和《建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)的第二类用地筛选值相比, 所有重金属元素均满足要求.与对照点对比, 电厂周边及其厂区内土壤中Mn、Pb和Hg的整体含量水平略高于对照点, 其余7种重金属元素的含量均低于对照点, 其中Cr、Ni、Cd、Cu和As含量低于对照点, 差异有统计学意义(P≤0.05).与国内外对其他垃圾焚烧厂周边土壤的研究报道对比, Zn的含量水平除深圳市清水河垃圾焚烧厂周边土壤以外均低于已有研究报道, Cr、Ni、As和Cu等重金属元素的含量水平高于西班牙Tarragona、深圳市清水河、珠江三角洲、广州和北京等地垃圾焚烧厂周边土壤, 重金属元素Pb含量水平略高于广州和北京等地垃圾焚烧厂周边土壤, Cd和Hg的含量水平均低于国内外其他垃圾焚烧厂周边土壤的研究报道, 详见表 2.

表 2 生活垃圾焚烧厂周边和厂区内土壤中重金属元素含量与其他文献案例对比/mg·kg-1 Table 2 Concentration of heavy metals in soils and comparison with other MSWIs/mg·kg-1

本研究的生活垃圾焚烧发电厂仅投产运行1年多, 电厂周边及其厂区内土壤中重金属元素的累积作用不明显, 仅Mn、Pb和Hg的含量水平略高于对照点. Mn通常作为土壤自然源标识元素, 其受外界干扰影响较小, 主要受成土过程和土壤流失影响.土壤中的Pb有自然源和人为源, 自然源为矿物和岩石中的本底值, 人为源主要为汽车尾气排放、采矿和金属加工业, 研究区域内土壤中Pb含量较高的点位主要分布于进出电厂道路两侧农田和厂区内主干道附近, 本区域内Pb的污染可能主要受人为活动影响为主.在我国土壤中Hg的来源包括燃煤燃烧、城市生活垃圾焚烧、建筑材料生产、氯碱工业、非铁金属熔炼、温度计生产和荧光灯生产等[25], 本研究区域周边10 km范围内历史上或现今不存在城市生活垃圾焚烧以外的其他前述污染源, 土壤利用类型为农田.在电厂投产运行后, 可能对其周边土壤中Hg的含量造成一定的影响.土壤中Cr、Ni、Cd、Cu和As等重金属元素的污染主要受土壤母质影响和农业、交通、金属或机械加工等人为活动的影响.研究区内土壤中Cr、Ni、Cd、Cu和As的含量低于对照点, 其可能的原因：一是部分对照点农田靠近该辖区内主要河流, 农业灌溉长期以地表水灌溉为主, 研究区域内农田远离河流, 以地下水灌溉为主; 其二是农业活动差异, 例如农药、化肥的使用量、种植作物的类型等.

2.2 重金属空间分布特征

生活垃圾焚烧发电厂周边土壤中Hg在空间分布上的差异较明显, 其余重金属空间分布差异不明显、呈现较均匀(见图 2). Hg在常年主导下风向和次主导下风向500m土壤中含量最高, 之后随着距电厂的距离增大而逐渐下降, 最后低于对照点的水平, 符合点源污染物的分布特点.再次提示Hg可能受到了电厂的影响.

图 2 生活垃圾焚烧厂周边不同距离土壤中重金属元素的空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of heavy metal elements in soils at different distances around the MSWIPP

2.3 单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价

生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中重金属元素污染程度为轻度污染(表 3).从Pi看, 在发电厂周边不同方位和厂区内土壤中各重金属元素的Pi为0.0~1.5, 属于轻微污染或无污染; 对照点的Pi为0.4~1.8, 也属于轻微污染或无污染.从PI看, 土壤中各重金属元素的PI为1.1~1.2, 均属于轻度污染, 对照点的PI为1.5, 属于轻度污染.污染程度为对照点＞主导风下风向45°夹角＞厂区=主导风下风向=次主导风下风向=主导风上风向.

表 3 生活垃圾焚烧发电厂不同方向土壤单因子和内梅罗综合指数分级结果1) Table 3 Classification results of single factor and Nemerow comprehensive index method in soil from different directions around the MSWIPP

2.4 潜在生态风险评价

生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中重金属元素的潜在生态风险为轻微(表 4).从Eri看, 土壤中各重金属元素的Eri为0~37.6, 达到轻微生态危害, 对照点的Eri为0.9~53.1, 为轻微或中等生态危害, 其中Cd的Eri为53.1, 达到中等生态危害.从RI看, 土壤中重金属元素的RI在60.2~67.7之间, 达到轻微生态危害, Hg和As对RI的贡献率较大, 在主导风下风向Hg和As对RI的贡献率达74.2%;对照点为中等生态危害(RI为116.8).

表 4 生活垃圾焚烧发电厂周围厂区内土壤中重金属元素的潜在生态风险指数 Table 4 Potential risk index of heavy metals in soils around the MSWIPP

2.5 重金属元素来源探析 2.5.1 相关性分析

相关性分析广泛应用于土壤中重金属元素的来源辨识.本研究的Pearson's相关性分析结果见表 5. 10种重金属元素之间存在着6组显著的相关关系, 其中Ni与Cr、Ni和Mn、Zn与Cu、Cd与Zn和Ag等元素之间均有极显著正相关性(P < 0.01), Mn、Zn、Cu等8种重金属元素通常源于成土过程中地质风化, 受母质影响较大, 而受外界环境影响相对较小. Hg与Ni和As等元素之间呈显著负相关, 这与赵曦等[15]对珠江三角洲某市垃圾焚烧厂周边土壤的研究结果相似, Hg与As、Cr、Cu和Zn等元素之间呈显著负相关, 说明Hg的来源与其他重金属元素存在差异, 提示生活垃圾焚烧厂排放的Hg可能打破了周边土壤中重金属元素之间的平衡, 不过其内在机制仍需进一步研究探讨.

表 5 生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属元素浓度Pearson's相关矩阵1) Table 5 Pearson's correlations matrix for the heavy metal concentrations around the MSWIPP

2.5.2 聚类分析

采用组间类平均法进行变量标准化, 距离测量采用平方欧氏距离, 对10种重金属元素进行聚类分析, 结果见图 3.选择10为组间距离标准, 在生活垃圾焚烧发电厂周边及其厂区内土壤中Cr、Ni和As, Cu、Zn、Ag和Cd, Mn和Pb聚为一类, Hg自成一类; 对照点土壤中Cr、Ni和As, Ag、Pb、Cd、Mn, Cu、Zn和Hg聚为一类.赵曦等[34]和Abanades等[35]将城市生活垃圾焚烧过程中, 根据重金属元素在飞灰表面的分布和富集程度不同划分为4类, 详见表 6.

图 3 生活垃圾焚烧发电厂和对照点土壤重金属元素R型聚类 Fig. 3 R-type cluster analysis dendrogram in soil around the MSWIPP and control point

表 6 生活垃圾焚烧过程中重金属元素的迁移和分配特征 Table 6 Partitioning and distribution of heavy metals in the refuse incineration process

本研究中聚类分析和炉渣中重金属元素含量(表 2)结果与文献[34, 35]中重金属分类的结果基本一致. Ⅰ和Ⅱ类中Cr、Ni、Cu、Zn、Mn、As和Pb等重金属元素主要聚集在熔渣或易捕获飞灰上, 经烟尘处理工艺后随飞灰排放量相对较少, 对周边土壤的影响也小, 炉渣中重金属元素含量检测数据也支持这一观点; 易挥发的Cd在炉渣中的含量和聚类分析并未与表 6中分类相一致, Cd在电厂周边土壤中均未检出, 仅在厂区内土壤中检出, 在炉渣中的含量远高于周边土壤, 是厂区内土壤的约145倍, 说明Cd可能是受建厂过程中电光源制造、机械设备加工等人为活动因素影响; Ⅳ类的Hg随烟气扩散入大气, 相对应电厂周边土壤中Hg的含量与炉渣中含量几乎一致, 与其他金属不相似性, 再次表明垃圾焚烧厂周边土壤重金属元素Hg与垃圾焚烧过程密切相关.

2.5.3 主成分分析

经KMO检验和Bartlett球度检验(P < 0.001), 主成分分析结果具有统计学意义.特征值大于1的原则所提取的3个主成分方差累计贡献率达74.72%(表 7), 表明该结果在一定程度上能够真实地反映出生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中重金属元素来源情况.

表 7 生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中重金属元素主成分载荷 Table 7 Rotated component matrix for metals in soils of the surrounding and factory area of MSWIPP

主成分1(PC1)的方差贡献率为32.63%, Ni、Cr、As和Mn都具有较大的正载荷. Mn通常作为土壤自然源标识元素, 其受外界干扰影响较小, 主要受成土过程和土壤流失影响. Ni是我国城市土壤污染程度最低的重金属元素之一[36].结合生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤重金属元素含量、空间特性以及相关性和聚类分析结果, 可判断PC1主要来源于土壤母质背景.

主成分2(PC2)的方差贡献率为28.81%, Cu、Zn、Ag、Cd和Pb具有较大正载荷.结合上述描述性统计与相关性分析结果可知, 生活垃圾焚烧发电厂周边土壤中Zn、Ag和Cd等3种重金属元素的平均含量低于本地区土壤背景和对照点的含量, 提示可能主要为自然来源.而Lv等[37]和Cai等[38]的研究发现当Cu、Cd和Zn被分在同一主成分时, 在区域尺度上视为受到人为活动的影响.除垃圾焚烧厂燃烧烟气排放影响外, 农业活动、电光源制造、机械设备加工和交通活动等也会向周边环境排放Pb、Cd、Cu、Ag和Zn[39~41].结合本研究区域内存在交通主干路、农业活动等多种人为污染源的情况, 可判断PC2可能受到自然和人为污染共同影响.

主成分3(PC3)的方差贡献率为13.28%, Mn、Hg和Pb具有较大正载荷. PC3很可能表征了垃圾焚烧厂排放物扩散、沉降行为对周边土壤环境的影响.该区域地形平坦, 故可排除地形的影响.从空间分布特征结果可以显示, Hg的含量随相对位置变化与风向密切相关.从垃圾焚烧过程中重金属元素迁移特征来看, Hg主要迁移至飞灰和烟气中, 这一分类与周边土壤重金属元素相关性分析、聚类分析和主成分分析的特征均有相似性.可判断本研究区域表层土壤中的Hg可能与垃圾焚烧厂的排放存在较大的关联.

3 结论

(1) 生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中各重金属元素的含量水平均满足国家《土壤环境质量》(GB 15618-2018)和(GB 36600-2018)中土壤污染风险筛选值要求; 仅有Mn、Cu和As的平均含量高于安徽省土壤平均背景值; 与对照点对比, Cr、Ni、Cd、Cu和As含量低于对照点, 差异有统计学意义(P≤0.05).

(2) 生活垃圾焚烧发电厂周边土壤中Hg在空间分布与当地主导风向密切相关.在常年主导风下风向和次主导风下风向500 m土壤中最高, 之后随着距电厂的距离增大而逐渐下降, 最后低于对照点的水平.

(3) 生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中各重金属元素的污染程度为轻度污染和潜在生态风险为轻微. Hg和As对综合潜在生态危险指数(RI)的贡献率较大; 对照点为中等生态危害.

(4) 基于主成分分析的结果, 综合考虑生活垃圾焚烧发电厂周边和厂区内土壤中各重金属元素的含量和空间分布特征以及相关性分析和聚类分析结果, 将10种重金属元素分为3类：①Ni、Cr、As和Mn; ②Cu、Zn、Ag、Cd和Pb; ③Hg.其中Ni、Cr、As和Mn来源主要受土壤母质影响; Cu、Zn、Ag、Cd和Pb来源主要受土壤母质和多种人类活动共同影响; Hg则很可能源于生活垃圾焚烧烟气的扩散沉降及其在土壤中的累积, 在垃圾焚烧厂周边的土壤重金属元素污染调查中Hg污染应受到重点关注.

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