燃煤电厂周边土壤汞含量异常的原因分析

摘要：汞是一种有毒重金属污染物，含有有毒物质的气体随着大气循环被运送到其他地方，会对陆地和海洋的生态系统造成严重影响，由于干湿沉降和其他大气活动，全球范围内的不同地区都会受到汞排放的污染。本文将收集一些燃煤电厂周边的土壤，按照GIS的分析方法研究电厂周围土壤中汞含量的分布情况，具体探讨土壤中的汞元素和其他理化性质之间的内在联系，为环境保护工作提供参考。

关键词：燃煤电厂;汞含量;原因分析

中图分类号：X833 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.097

Abstract： Mercury is a toxic heavy metal pollutant， and gases containing toxic substances are transported to other places as the atmosphere circulates， with serious impacts on terrestrial and marine ecosystems due to dry and wet deposition and other atmospheric activities. Globally， different regions are contaminated by mercury emissions. This paper will collect some soil around coal-fired power plants， study the distribution of mercury content in soil around power plants according to GIS analysis methods， and explore the intrinsic relationship between Mercury and other physical and chemical properties in soil to provide reference for future environmental protection.

Key words： Coal-fired power plant;Mercury content;Cause analysis

在自然环境中，汞元素对于生物来说具有很强的毒性，是一种重金属元素。它还具有持久性、易迁移性和生物蓄积性等特点，汞对环境造成的生态污染需要花费大量的时间和精力去分解治理，因此也受到全世界人民的关注。汞元素可以通过自然界中的食物链不断给更高层级的生物造成危害，人体中的汞含量如果超出标准会影响中枢神经系统的正常运转。在我国，燃煤电厂是汞排放的主要源头，并且随着工业生产的不断发展，燃煤电厂出现了汞排放量越来越多的态势。燃煤电厂的汞排放具有不同的形态特征，通过大气循环，排放出来的汞分散在全球不同区域，但是干湿沉降会导致陆地土壤中的汞元素含量上升，经过氧化还原反应或者甲基化学反应随着土壤经由陆地上的水体流动，然后地表蒸发输送到大气中去。

1 样品采集与分析

1.1 样品采集

按照燃煤电厂的烟雾浓度进行测算，参考年度统计的风向与风速的玫瑰图，设置不同的样品采集地点，在燃煤电厂的上风区距离10km的地方采集土壤样品作为参考，选取人为干扰因素较少的地方，选择土壤表层0～20cm处的土壤并进行混合。

1.2 样品分析

首先将收集到的土壤样品做风干处理，然后均匀地混合不同采集点的土壤，剔除其中的石头、动植物残余，利用工具进行碾碎过筛再平均装入袋中。通过冷原子自动测汞仪测量土壤样品中的汞含量，水土比按照2：1的标准，过程中需要用到去离子水。

P表示土壤中汞元素的单因子污染指数，C表示土壤中汞含量的背景参数为0.015mg/kg。运用公式p=c/s可以算出燃煤电厂周边土壤重金属含量高低的污染程度，按照最终P值数量的大小，可以将土壤定性为不同类型，如表1所示。

通过上表可以看出：燃煤电厂周边的土壤表层pH数值在6.25～7.18之间，土壤的含汞量在0.014～0.078mg/kg，平均值是0.03mg/kg，这个数据在国内其他燃煤电厂周边的土壤汞含量比较中属于较低水平，比贵州、宝鸡、芜湖等地的燃煤电厂都要低。文中列举的这几家电厂投入使用的时间较长，这些产地的煤矿中汞含量在全国都处于前列。

1.3 燃煤电厂污染土壤的途径

造成土壤中的汞元素形成有许多来源，自然环境和人类活动都可能会影响土壤中汞元素成分。燃煤电厂的排放废气中含有大量的汞元素，通过干沉降或者湿沉降进入陆地表面。废气最初被排放到空气中经过大气活动存在于云层中，由于臭氧液相氧化后通过下雨的形式落下，汞元素在这个过程中转化成为水溶性的。燃煤电厂周围降雨的汞元素浓度含量与该区域的代表处测试量相比，会超过60%，尤其在夏季的降水中。大气汞的湿沉降同时还能为自然环境提供甲基汞，特别是在下雨或者下雪的时候，甲基汞的含量会比往常情况要高出很多。

自然生态系统中大部分还是干沉降，燃煤电厂排出废气后，气体中的汞元素与大气颗粒物相结合。这与当地的地表温度、风速、土壤条件等方面都有关系。颗粒物的直径大小决定了沉降的速度，亚微米级别的会比超微米级别的颗粒物沉降速度要快许多。

1.4 燃煤电厂周边土壤汞含量的影响原因

燃煤電厂周边土壤的汞含量受到多方面原因的影响，当地的自然环境，比如风向风速和降水情况都会影响大气中的汞含量，特别是人类的工业生产活动会加速汞元素的活动与传播。

大气的水平活动和其他形式的扩散运动都会干扰汞元素以及其他污染物质的转化，很大程度上影响了生态系统的自然循环，汞元素在大气中停留的时间越长，越容易与颗粒物质相结合造成沉降。大气的温度高低、臭氧浓度的情况和气溶胶的水平都会影响沉降效应。除了降雨量的变化，另外一个会对有毒污染物扩散的影响因素就是风，包括风速和风向，这项因素可以决定燃煤电厂周边土壤中的汞含量在空间上的分布情况，并对汞含量的浓度起重要作用。风速可以主导大气中的汞元素在活动中的扩散速度，风向能够主导大气中的汞元素沉降在哪个区域。本文采集了一部分土壤样品进行分析，得出的结果表明它的空间分布情况有一定的规律可循，以污染源为中心向四周呈现出逐渐降低的情况。处于燃煤电厂下风向的土壤样品中被测量出的汞含量相较于其他地方的土壤汞含量要高出63%，大气活动提供的扩散功能和干湿沉降让土壤聚集了大量的汞，地表土壤中的汞含量高低很大程度上取决于主导风向的位置。

土壤中的汞含量高低另一方面还受大气活动中的化学反应影响，比如温度和降雨情况。当温度升高时，大气中的臭氧含量会高于平均水平，这样较易与酸性物质发生化学反应影响大气中汞含量的浓度。同时，温度还会决定大气活动中云层的物理反应情况，夏季的降水中测试到的汞含量会比冬季下雨时测试到的数值高许多。这说明大气中的可溶性胶态与温度高低有很大关系，温度越高土壤中的湿沉降量越大，因为高温会加速气溶胶的转化过程，光化学反应越强烈。降水量对土壤中的汞含量湿沉降也有重要影响，潮湿高温的环境容易让气溶胶表面产生吸附作用，并与汞发生化学反应，低温干燥的自然环境让气溶胶不容易发生吸附。

地表植物的覆盖情况会对土壤中的汞含量高低起重要作用。土地按照不同用途类型进行分类，汞含量的空间分布情况也不同，如果土壤表面的植被是以高大的乔木或灌木为主的话，因为树叶容易吸附大气中的汞元素，在干沉降的过程中，叶片会通过气孔吸收。森林中具有较多的高大灌木丛，这样导致森林中的土壤能够接收到的紫外线会比耕地中的少，会降低汞元素的光致还原作用效率，土壤中的汞元素无法及时向外排出，因此森林中的土壤含汞量会比耕地里的汞含量高出许多。

燃煤电厂周边的土壤含汞量在垂直的分布情况上有很大差异，当地的农业耕作习惯和施肥方式某种程度上会与含汞量有一定关系，土壤的理化性质也与汞含量的空间分布情况有关。大气中汞元素通过扩散运动以及干湿沉降后会存在于土壤之中，再经过降水和其他环境因素的侵蚀，汞元素会发生形态上的转变和空间分布上的变化，这样也会改变土壤中的汞含量。

2 结语

由于地区不同，燃煤电厂周边土壤含汞量高低的各个分布数值也有很大不同。通常情况下，燃煤电厂周围的土壤含汞量会比当地土壤中的汞含量标准值高，一般都对当地的生态环境造成危害。含汞量浓度的高低和空间垂直分布情况与燃煤电厂的污染排放有很大关系，此外，电厂所处地区的气象特征包括风速、风向、温度、降雨量也对含汞污染物的扩散起着重要作用，地表土壤的利用类型与理化特征也会造成土壤中含汞量的分布情况不均。相关部门需要加强研究燃煤电厂排放物中汞元素在大气、土壤以及水源中的扩散情况和分布状态，这有助于了解汞元素在物理和化学作用下的转化反应规律。

参考文献

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收稿日期：2019-07-20

作者简介：翟海涛（1989-），男，汉族，硕士研究生，中级职称，研究方向为環境监测。