安徽一垃圾焚燒廠周邊土壤多環芳烴污染嚴重

前不久,來自中國環境科學研究院等機構的研究人員在《環境科學研究》發表了一篇名為《某生活垃圾焚燒發電廠周邊農田土壤中 PAHs 生態安全評價》的文章。研究人員通過對安徽淮北一座運行 1 年的焚燒廠周邊農田土壤進行采樣分析后發現,當地農田土壤中多環芳烴污染嚴重且增長迅猛,存在不容忽視的生態安全風險。
 

研究所選焚燒廠概況

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該研究所選焚燒廠2015年投產發電,日焚燒垃圾 700 噸,爐型為機械爐排爐。地處淮北平原,全年主導風為東南偏東(ESE)。該焚燒廠所在區屬于待開發狀態,周邊除東北方向 370m 處有一個種豬養殖場外,其余均為農田。焚燒廠周邊道路系統單一,西北方向垂直距離 2km 處有一條鄉鎮輔助路線,通車量少;焚燒廠外還有一條狹窄路線,周邊車輛主要為該企業用車。
研究人員按照點源扇形布點原則,采集其周邊和對照區的農田土壤樣品共 21 個,其中焚燒廠周邊農田土壤樣品 14 個,采樣點設在距焚燒廠 2 km 范圍內的常年主導風向的上風向和下風向區域;對照區農田土壤樣品 7 個,采樣點設在距焚燒廠 10km 以上的常年主導風向的上風向、遠離污染源且無河區域。

圖:研究區域采樣點分布
研究結果

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多環芳烴種類繁多,研究人員分析的是名列美國環保署《美國清潔水法案》優先污染物清單中的 16 種。這 16 種被列入清單是綜合考慮毒性較大,水中檢出率較高且易于檢測等因素的結果。然而其中有一種叫苊烯的,用 Waters 2695 熒光檢測器檢測(本研究采用的檢測辦法),其熒光響應值低。因此,研究人員只檢測了其中的 15 種。這 15 種有 7 種被國際癌癥研究機構認定為具有致癌/可能致癌性(見下表)。

 

由于我國目前土壤中只有苯并[a]芘(BaP)這一種多環芳烴的限值要求,研究人員參照了荷蘭的土壤環境質量標準(其中有 10 種多環芳烴,都在美國環保署的 15 種以內)來分析研究中的土壤的污染程度(見下表)。

圖:美國環保署選擇的 16 種多環芳烴
由于苯并[a]芘是第一個被發現的環境化學致癌物,并且是多環芳烴中毒性最大的一種,因此,在衡量多環芳烴毒性當量的時候,以其作為參照(毒性當量因子為1),用TEQ(BaP)來表示(TEQ:Toxic Equivalent Quantity,毒性當量)。
1. 焚燒廠周邊農田土壤中多環芳烴污染較嚴重。
(1)焚燒廠周邊和對照區農田土壤多環芳烴含量
如下表所示,焚燒廠周邊農田土壤中苊(Ace)的檢出率為 85.7 %,其余 14 種為 100 %;荷蘭土壤標準中列出的10 種多環芳烴的含量為126 μg/kg(24.2~1040 μg/kg),除蒽(Ant)單體無超標外,其他 9 種單體均有超標現象。
總體來說,焚燒廠周邊農田土壤中多環芳烴單體的檢出率和超標倍數均高于對照區,且土壤中15 種多環芳烴含量高出對照區 2.31 倍,荷蘭土壤標準 10 種多環芳烴含量高出對照區 2.96  倍,7 種致癌性多環芳烴含量高出對照區 5.39 倍。
(2)土壤中多環芳烴毒性當量濃度

與對照區相比,焚燒廠周邊農田土壤中多環芳烴的苯并[a]芘毒性當量濃度較高,15 種多環芳烴的苯并[a]芘毒性當量濃度為 14.6μg/kg(1.92~135μg/kg),高出對照區 6.45 倍;荷蘭土壤標準中 10 種多環芳烴的苯并[a]芘毒性當量濃度為 11.8μg/kg(1.01~120μg/kg),高出對照區 9.17 倍;7 種致癌性多環芳烴的苯并[a]芘毒性當量濃度為14.2μg/kg(1.86~132 μg/kg),高出對照區 6.51 倍。

 

以上結果表明,焚燒廠周邊農田土壤中多環芳烴污染較對照區嚴重。

表:土壤中多環芳烴濃度和毒性當量濃度水平
2. 下風向土壤多環芳烴含量明顯高于對照區
在上風向的焚燒廠農田土壤中,苯并[a]芘含量、15 種多環芳烴含量和其苯并[a]芘毒性當量濃度與對照區差別不大。

而在下風向農田土壤樣本中,除 300m 處外,其余距離農田土壤樣本中,苯并[a]芘含量、15 種多環芳烴含量和其苯并[a]芘毒性當量濃度均高于上風向和對照區,且均在距焚燒廠 1km 時達到最高,10 種多環芳烴含量超出了荷蘭土壤環境質量標準限值 10.3 倍,屬于嚴重污染水平。

 

該結果驗證了污染物漂移的規律,多環芳烴在排放源附近隨干、濕沉降和擴散過程由低空大氣進入土壤中,符合點源污染物的分布特點。

圖:土壤中苯并[a]芘,15 種多環芳烴其毒性當量沿程分布特征
3. 焚燒廠周邊土壤較對照區含有更多高環多環芳烴
不同分子量的多環芳烴在土壤中的分布與其來源密切相關:

  • 高環(4 環及以上)多環芳烴主要來源于煤和石油類等化石燃料的高溫燃燒
  • 低環(2 環和 3 環)多環芳烴主要來源于有機物的低溫轉化和石油產品的泄露。

因此通過不同環數多環芳烴的分析比較可以解析污染源。

該研究將 15 種多環芳烴單體分為3 組進行分析比較。從整體來看,焚燒廠周邊和對照區農田土壤中多環芳烴均以 2~3 環居多。焚燒廠周邊土壤較對照區有更多的高環( 4 環及以上)多環芳烴存在,表明焚燒廠周邊的污染源與對照區不同,這可能與焚燒廠焚燒塑料等有關。

 

圖:土壤中不同環數多環芳烴組成
4.下風向 1 km 處個別采樣點處于嚴重污染水平
目前,國際上通常將土壤中多環芳烴污染程度分成 4 個等級:

污染程度 多環芳烴總量
<200μg/kg
輕微 200~600μg/kg
中等 600~1000μg/kg
嚴重 >1000μg/kg

根據上述標準,該研究中焚燒廠周邊農田土壤中多環芳烴整體表現為無污染,但下風向 1 km 處有一采樣點的苯并[a]芘含量達 96.2 μg/kg,15 種多環芳烴含量達 1382 μg/kg,屬于嚴重污染水平。該焚燒廠僅運行 1 年,周邊農田土壤中 15 種多環芳烴含量均值已經是對照區的3.31 倍,15 種多環芳烴的苯并[a]芘毒性當量濃度均值已經是對照區的 7.45 倍,且隨著運行時間的增加,多環芳烴的累積必定快速增加,污染不容忽視。

建議將多環芳烴納入焚燒排放標準中

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研究人員指出,焚燒廠排放的煙氣中多環芳烴總量較燃煤電廠更高、毒性更大。在生活垃圾焚燒后所排放的廢氣中,多環芳烴總量較二噁英要高。多環芳烴多被吸附在固體顆粒物中并隨固體顆粒物一起排入大氣,污染周邊土壤,危害人類健康。因此,研究人員建議對垃圾焚燒廠多環芳烴的排放也應進行監控,同時在環境影響評價時需充分考慮多環芳烴污染,確定焚燒廠的位置及其與周圍人群的安全防護距離。

文獻來源:張晗,陸少游,劉凱,鄒天森,呂占祿,王慢想,張金良.某生活垃圾焚燒發電廠周邊農田土壤中PAHs生態安全評價[J/OL].環境科學研究:1-10[2019-08-09]. https://doi.org/10.13198/j.issn.1001-6929.2019.03.13.

撰寫:鄭悅 校改:何玲輝

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