固体废物重金属污染源解析技术研究进展-论文.pdfVIP

2012 年 第 57 卷 第 33 期：3132 ~ 3138 英文版见: Zhang H, Yao Q S, Zhu Y M, et al. Review of source identification methodologies for heavy metals in solid waste. Chin Sci Bull, 2012, doi: 10.1007/s11434-012-5531-2 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 评 述 固体废物重金属污染源解析技术研究进展 章骅, 姚其生, 朱钰敏, 范世锁, 何品晶* 同济大学环境科学与工程学院, 污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 * 联系人, E-mail: xhpjk@ 2012-04-18 收稿, 2012-09-06 接受 国家重点基础研究发展计划(2011CB201500)和国家自然科学基金资助 摘要 明晰固体废物中重金属污染物的来源与赋存形态, 是正确评估其污染途径与环境风险, 从而有针对性地进行污染阻断、无害化处理和环境修复的前提和依据. 本文在作者工作基础上, 总结了近年来固体废物重金属污染源解析的主要研究方法与进展, 分别讨论了以重金属含量、 化学形态、同位素指纹特征和单颗粒重金属分布特征为基础的重金属溯源方法, 归纳和分析了 其中的关键科学问题, 并基于当前的研究现状和研究水平, 展望了固体废物重金属污染源解析 技术方面的研究前景. 关键词 固体废物 重金属 溯源 形态 同位素组成 随着人类工业和社会的发展 , 越来越多的重金 属被释放到生物圈环境, 造成污染事故频发. 重金属 污染防治已成为当前和今后环境保护的重点 . 重金 属污染物的存在和迁移 , 会导致自然和半自然生态 系统(如江河和湖泊沉积物、土壤等)的环境污染, 并 危害人类和动植物健康[1]. 只有充分了解重金属污染 物的来源与赋存形态 , 才能正确评估其污染途径与 环境风险, 从而有针对性地进行污染阻断、无害化处 理和环境修复. 基于重金属含量、化学形态、同位素 指纹特征及微区分布特征等的各种污染源识别方法 由此应运而生, 成为目前主要的重金属源解析技术. 电 子 废 弃 物 、 冶 金 废 物 等 富 含 重 金 属 的 危 险 废物、城市生活垃圾、受重金属污染的土壤和沉积物 等是环境中重要的重金属污染源 . 由于工业活动的 历史变迁和固体废物组成成分的日趋复杂 , 固体废 物中的重金属污染物经常同时存在多种来源 , 包括 自然来源(如岩石风化)和人类活动来源(如采矿、冶 炼、含重金属产品加工等)[2]. 各来源对不同重金属的 污染贡献不一 , 且其重金属污染特性可能随时间而 变化, 这就使得固体废物重金属污染(多种因素综合 影响的最终结果)的准确溯源和污染途径识别变得异 常困难. 1 基于重金属含量的污染源识别技术 传统的固体废物重金属污染源识别方法 , 以表 征固体废物污染程度的重金属含量数据为基础 , 采 用多元统计分析和/或地理信息技术, 来推断固体废 物中重金属的可能来源. 前者(多元统计分析)利用相 同来源的重金属之间具有类似分布规律的原理 , 通 过 重 金 属 元 素 之 间 的 统 计 分 析 , 如 : 主 成 分 分 析 (PCA)、聚类分析(CA)、相关性分析(CCA)、富集因 子分析(EF)、目标变化因子分析(TTFA)、化学质量平 衡法(CMB)、正态矩阵因子化分析(PMF)等[3,4], 研究 重金属元素之间的相关性和结合特征 , 依据环境重 金属背景值和附近某些已知污染源(如燃煤电厂、汽 车尾气等)的重金属排放特性, 辨别自然和工业活动 污染源[5]. 后者(GIS 地理信息技术)利用计算机成图 方法 , 获得固体废物重金属浓度按地理分布的等值 线 (contour)图 , 将其与含有工业、道路和其他潜在 污染源的地图重叠后 , 分析重金属空间异常分布与 污染源的关系 , 从而判断出导致重金属分布异常的 成因[4,6]. 3133 评 述 已有大量研究者采用该传统方法 , 探索了城市 生活垃圾[3]、受污染土壤[6]、河道/湖泊/海洋沉积物[7,8] 中的重金属来源 . 该方法极大程度地依赖于大量样 品库的统计分析, 对于污染来源较单一, 且贡献比例 异常显著的对象比较有效. 然而, 固体废物通常为非 均质的重金属污染物 , 如有研究分别在毫米尺度和 微米尺度下观测混匀后的土壤颗粒 , 发现均存在重 金属分布极不均匀的现象[