蔡锐;曹靖;代立兰
【摘 要】兰州市西固区做为一个典型的以重化工业为主的城区,土壤重金属污染问题多年以来一直受到人们的关注.本论述收集并整理了历年来相关的调查和研究资料,得出了以下结论:西固区农业土壤中As、Hg和Ni的含量高于兰州市土壤背景值,其中部分土壤Hg的含量超过了土壤环境质量二级标准;西固区非农业土壤中重金属含量均低于土壤环境质量国家二级标准中的居住用地标准和商用用地标准.西固区农业土壤和非农业土壤的重金属污染特征相类似,主要表现为Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的轻度或中度污染. 【期刊名称】《甘肃科技纵横》
【年(卷),期】2017(046)009
【总页数】电子顺磁共振5页(P31-34,30)
【关键词】重金属污染;城市土壤;环境评价
【作 者】蔡锐;曹靖;代立兰
【作者单位】兰州大学生命科学学院 草地农业生态系统国家重点实验室,甘肃 兰州 730000;兰州大学生命科学学院 草地农业生态系统国家重点实验室,甘肃 兰州 730000;兰州市农业科技研究推广中心,甘肃 兰州 730000
【正文语种】中 文
【中图分类】X53
由工业化、城市化所带来的土壤重金属污染问题一直以来是社会所关注的热点之一。在城市生态系统中,土壤重金属的积累往往受到了人类活动的强烈影响。土壤中重金属的人为来源主要包括以汽车尾气为代表的交通排放和以冶金、化工等行业为代表的工业排放。此外在农林用地与绿化设施中,化肥以及农药的大量施用也会导致土壤的重金属污染。西固石化工业区作为中国西部最大的石油化工基地,近十年来,有不少学者对其造成的环境污染进行过调查研究。然而,这些调查中关于土壤重金属的分析结果尚未得到系统地归纳和比较。本论述将统一利用这些文献资料,对西固石化工业区土壤重金属的污染状况进行评估和分析,为兰州石化公司搬迁项目的推进及西固区未来城市规划和棕地治理提供科学的参考依据。
1.1 西固工业区的发展简介
兰州市于1941年正式设市,直到解放以前,市内并不存在近现代化大型工业。经“一五”、“二五”、“三五”以及“三线建设”的重点规划与政策扶持,兰州市已由以自然经济为主导的内陆城镇发展成为甘肃省最大的工业城市。在1954年编制的《兰州市城市总体规划(1954-1976）》中,初步提出了西固工业区的规划,此后在西固建立了以兰化、兰炼为龙头的石化工业体系,初步形成了以石化工业为主的西固工业组团。1978年,在第二版《兰州市城市总体规划(1978-2000）》中,进一步明确了西固石化工业基地的地位。进入21世纪,随着公众对环境问题的关注,在第三版《兰州市城市总体规划(2000-2010）》中,提出了建设生态兰州,并重新对西固区的发展进行了规划。2001年,兰州石化公司对化肥厂合成氨装置进行了油改气改造,并同时对锅炉、火炉等设施实施了综合整治,显著降低了西固工业区NOX和烟尘的排放总量。2004年,兰州铝业公司关闭了原西固地区的老式电解铝厂,使得西固工业区的能耗强度、水耗强度大幅降低[1]。“十一五”以来,兰州石化公司先后投资84亿多元,淘汰关停了30多套工艺落后、污染严重的炼化生产装置,并在污染专项治理、水资源综合利用、源头污染治理、末端污水处理等方面进行了大量改造。
1.2 西固工业区的环境风险
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然而西固工业区仍然存在严重的环境污染现象。石化工业中所使用和制造的大量有机化学品大多具有致癌性或诱变性,包括各种类型的聚芳烃、卤代烃、芳香胺、亚硝胺和有机金属化合物等。在原油精炼过程以及对其下游产物的处理中,各种无机气体污染物会被释放到大气中,例如SOX、CO、NOX、H2S和含重金属颗粒物。石化工业排放的废水中也含有大量的硫化物、酚类、醛类、苯类以及含氮化合物等。而土壤污染物主要源自大气沉降、工业固废液和生活垃圾。由于石化工业工艺较为复杂,产品品种繁多,导致当地污染情况特征复杂。《兰州市西固区棕地治理与再利用研究》一文中曾指出,西固工业区同时存在石油化工污染场地、有机化工污染场地、机械化工污染场地这三种污染场地的特征,污染面积达到20 km2[2]。2010年11月21日,国家环保部对86个重点城市的空气质量日报显示,兰州大气污染指数达到348,为全国最高,空气质量状况为重度污染。另据兰州石化预警站的环境监测数据,兰州石化大气特征污染物(氨气、硫化氢、苯、甲苯）的监测数据与PM2.5的浓度峰值相对应,说明兰州石化公司大气特征污染物的排放严重影响了区域环境质量。郑艳等人在《黄河兰州段水污染现状分析及防治》一文中指出黄河兰州段水质中的有机污染主要来源于石油产品的生产[3]。李凌云等人对西固区土壤重金属污染进行调查后认为,西固区土壤已存在不同程度的Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、As、Hg和Cd积累,污染最严重的地段包括兰州石化
公司化工区、兰州铝厂、兰州石化公司炼油区、甘肃省建筑构件公司、西固热电厂、兰州石化公司炼油厂西面的部分菜地以及深沟桥道路两侧的区域[4]。
为了保障兰州城市安全和提高节能环保的标准,兰州市人民政府在《兰州市城市总体规划(2011-2020）》中提出将逐步推动西固区重化工业向北部兰州新区搬迁,并以此为契机,推进城关、安宁-七里河、西固三大城市组团的功能疏解与环境综合整治,加快地质灾害防治和生态环境恢复项目的建设。其中西固核心组团将于重化工业搬迁后承担文化创意中心、工业博览旅游、石化产业研发设计等职能。
偏心井口1.3 兰州市西固区的自然环境与行政规划
兰州市地处黄河上游,是中国陆域版图的几何中心,总面积为13 100 km2,市区常住人口263万人,其中西固区总面积为385 km2,总人口33.6万。兰州市具有明显的北温带半干旱大陆性季风气候特征,降水较少,空气干燥,昼夜温差大,季节变化显著。兰州市区年平均气温11.2℃,其中7月温度最高,日平均气温可达21.1℃;1月最低,为-8.4℃。年平均降水量为327 mm,主要集中在6～9月。年蒸发量可达1 468 mm,蒸发量远大于降雨量。全年日照总时数平均为2 446 h,无霜期180 d以上。
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兰州市城区地处河谷盆地,被南北两山所夹,是典型的河谷盆地城市。这种特殊的地形导致了市区内气流闭塞,常处于静风状态。再加上当地大气层结构稳定,逆温层较厚,使得市区内大气污染物难以扩散。此外,由于当地气候干旱少雨,市区植被较少,也难以发挥植物对空气污染的净化作用。其中西固区位于城区西面,地势总特征是西南高、东北低,黄河由西向东横穿西固区全境,石化工业区即位于兰州市西部水源上游方向。西固区以西固西路、西固中路、西固东路一线为界,以北为工业区,以南为生活区。
2.1 土壤调查与分析
表1为收集到的来源于国内外各公开学术杂志与论文中西固区土壤重金属污染资料,并已排除部分重复发表的数据。这些研究的调查年份均始于2000年后,与国内公众环境意识开始提升的时期相吻合。由于土壤中重金属的积累是一个长期的过程,短期内很难观测到含量的显著上升或降低,因此,关于土壤污染的调查大多转向长期综合监测,单纯的地域性调查论文的发表数量已逐渐减少。
居里夫人的女儿大部分调查集中于西固区农业土壤,这既与农业土壤中累积的污染物易于通过食物链进入到人体内,造成当地居民的健康风险有关,也与西固区的历史发展与未来的规划定位相关。20
世纪50年代以前,西固区曾以农业生产为主,石化工业区建立以后,由于当时缺乏市政规划和环境风险意识,部分农民仍然在工业区及周边进行作物种植活动。此外,西固区有大片土地属于城市边缘区,即介于中心城区的连续建成区与外围纯农业腹地之间,其特征、结构和功能实质介于传统城市和乡村之间,农业所占的比例较为稳定。随着西固区城乡一体化发展,在当地的城市规划中提出了大力发展城郊特农业,逐步实现传统农业向现代农业转变的目标[5]。由于农业土壤重金属污染的特征与危害与其他土地利用类型的区别较大,根据土壤利用方式将土壤分为农业土壤与非农业土壤以进行比较分析。资料中表层土壤样品的采样深度多集中在0 cm～10 cm和0 cm～20 cm。在下面的评估中,将统一选取表层土壤的重金属含量进行评估,这些文献中对采集土壤的预处理、消解与检测方法均收到行业内认可。
惠普收购康柏2.2 土壤重金属含量
为了便于评估和比较,表2列出了兰州市土壤背景值和土壤环境质量标准(GB 15618—2008）。所有调查均显示西固农业土壤中的As、Hg和Ni的含量高于兰州市土壤背景值,同时As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量均低于农业用地的土壤环境质量二级标准。值得注意的是,在《不同土地利用方式对城市土壤质量的影响》一文中,所测得的土壤中Hg的含
量超过了农业用地的土壤环境质量二级标准,表明土壤已存在大量Hg的累积,不宜再进行农业活动。西固区非农业土壤中,Cd、Cu、Hg、Ni、Zn的含量均高于当地背景值,但所有检测的金属含量均低于土壤环境质量标准中的居住用地标准和商用用地标准,显示出西固城区在棕地方面的开发潜力。
土壤中各重金属的含量并未显示出随时间累积的趋势,这可能是由于以下两个原因所造成的:(1）土壤中重金属累积的变化短期趋势并不明显,需要长期监测。(2）由于各个调查的采样地点不同,样区与工业污染源的不同距离和不同农田的管理方式各异都会加大整体数据的变异性。
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