1、彭秀紅等：城市工業(yè)用煤x熒光分析及重金屬元素污染研究 885城市工業(yè)用煤X熒光分析及重金屬元素污染研究彭秀紅, 倪師軍, 張成江, 王全濤, 方 敏成都理工大學(xué)核自院地球化學(xué)系，四川 成都 610059摘要：燃煤是成都市重金屬污染的一個(gè)重要來(lái)源，目前對(duì)成都燃煤中重金屬元素含量與城市環(huán)境污染的相關(guān)性研究相對(duì)較少。文章以成都市城東工業(yè)區(qū)為研究對(duì)象，利用X熒光分析方法對(duì)煤樣、煤渣、煤灰、表層土、深層土4種重金屬元素進(jìn)行定量分析，探討了燃煤中重金屬含量與城市土壤重金屬污染的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，（1）成都市工業(yè)用煤原產(chǎn)地煤樣重金屬元素的含量不盡相同，因此，企業(yè)需合理選擇煤源。（2）土壤重金屬元素污染與工

2、業(yè)用煤正相關(guān)，工業(yè)用煤中有害元素含量較高的對(duì)當(dāng)?shù)赝寥赖奈廴疽脖容^嚴(yán)重，相反工業(yè)用煤中含量較少的元素在土壤中含量也較小。（3）熱電廠燃煤對(duì)城市重金屬污染的行為屬性表現(xiàn)為，Pb屬于直接污染大氣和土壤，而Cu、Zn、Cr富集在煤渣樣、煤灰樣中在后期造成對(duì)城市土壤的污染。關(guān)鍵詞：X熒光分析；工業(yè)用煤；重金屬元素；污染源中圖分類(lèi)號(hào)：X132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2007）03-0883-04隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民生活質(zhì)量的提高，城市重金屬污染問(wèn)題受到越來(lái)越多的重視。城市重金屬污染源不僅量多，而且種類(lèi)繁多，其中工業(yè)燃煤是一個(gè)重要的污染源，燃煤產(chǎn)生的重金屬以亞微米量級(jí)顆粒形式存在

3、，即使在濃度很低的情況下，也具有相當(dāng)大的毒性。因此，燃煤中重金屬的控制研究是21世紀(jì)最重要的環(huán)保課題之一1-10。四川省成都市是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)重要西南城市，其中城東是成都的工業(yè)區(qū)，能源消耗量較大，這些能源中又以煤炭為主，排放了大量的工業(yè)粉塵、煙氣和煤渣，是成都市重金屬污染的一個(gè)重要來(lái)源11-14。目前對(duì)成都燃煤中重金屬元素含量與城市環(huán)境污染的研究報(bào)道甚少，有少量學(xué)者研究了其對(duì)大氣污染的作用15，而對(duì)城市土壤污染的作用幾乎未見(jiàn)報(bào)道。針對(duì)這個(gè)突出的污染問(wèn)題，本文選擇城東某大型燃煤企業(yè)為研究對(duì)象，分析了燃煤中重金屬含量與城市土壤重金屬污染的相關(guān)關(guān)系，探討了燃煤對(duì)周邊土壤重金屬污染的影響并提出了

4、建議，本研究對(duì)合理利用煤炭和防治由燃煤產(chǎn)生的重金屬污染及城市環(huán)境保護(hù)有非常積極的意義。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 樣品采集 煤、煤渣、煤灰采集在城東某大型燃煤企業(yè)內(nèi)采集。在采集過(guò)程過(guò)要注意采集的樣點(diǎn)不要在煤、煤渣、煤灰堆邊緣采集，應(yīng)該在中央，外界干擾較小的地方采集樣品，利用樣品袋和采集木勺采集，不要帶入外界的雜物。1.1.2 土壤采集由于02 cm土壤中游離態(tài)、置換態(tài)和水溶態(tài)金屬含量的增加，此次采樣把02 cm作為表土層，220 cm作為深土層。（1）表層土的采集 將土壤表層的雜質(zhì)清除，用塑料質(zhì)的鏟子將土壤表層02 cm的土壤采樣，裝入樣品袋中，速封袋口，避免樣品污染。（2）深層土的采集 用塑料鏟挖掘

5、土壤至220 cm，均勻土壤后，采集土壤樣。1.2 樣品的處理首先將采集到的煤樣、土樣剔除異物（如植物殘根、昆蟲(chóng)尸體和磚頭、石塊等）和新生物（如鐵、錳結(jié)核和石灰結(jié)核等）。將樣品放入托盤(pán)在烘箱烘干，烘箱溫度為60 ,烘干后在瑪瑙研缽中研磨，過(guò)200目尼龍篩，并將樣品充分混勻后儲(chǔ)于樣品袋中備用。1.3 樣品的分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)使用的測(cè)量?jī)x器為：Si-PIN型X熒光分析儀。實(shí)驗(yàn)使用的放射源為：238Pu。X射線熒光分析方法是根據(jù)莫塞萊定律與元素的原子序數(shù)相關(guān)以及X射線強(qiáng)度與試樣中的量相關(guān)基礎(chǔ)上的，即根據(jù)試樣在激發(fā)源的激發(fā)下產(chǎn)生某一特定的特征X射線的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算相應(yīng)元素在樣品中的含量。其優(yōu)點(diǎn)有：分析快速、精度

6、高、無(wú)污染、樣品制作簡(jiǎn)單、可分析元素范圍廣。已廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)、文物考古、刑事偵察、工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域。此次實(shí)驗(yàn)測(cè)量元素為：Cr、Cu、Zn、Pb，因此需要同樣元素的標(biāo)準(zhǔn)樣品（即已知元素含量的純樣品）來(lái)標(biāo)定儀器。將土壤標(biāo)準(zhǔn)樣放到探頭上測(cè)量，使用238Pu作放射源，測(cè)量時(shí)間為600 s，標(biāo)定好儀器。將制備好的樣品放入樣品杯中，經(jīng)手動(dòng)鋪平，壓實(shí)，放置在干燥處待測(cè)。在制樣過(guò)程中，應(yīng)將樣品杯中的土樣壓實(shí)至飽和厚度，以提高樣品測(cè)量的精確度。將樣品放到探頭上測(cè)量，測(cè)量時(shí)間200 s。測(cè)量?jī)纱危⒂涗洈?shù)據(jù)，計(jì)算平均值，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。表1 成都市城東工業(yè)區(qū)工業(yè)用煤原產(chǎn)地煤樣中

7、Cu、Cr、Zn、Pb含量Table 1 Contents of Cu, Cr, Zn and Pb in industrial coal in the east industrial estate of Chengdu w/10-6原產(chǎn)地CuZnCrPb桐子林27.13224.5457.1坑坑店20.09239.520.01254.6普濟(jì)13.02179.80.824242.6廣安58.42243.3302.8益門(mén)73.6210.266.42372.4大邑147.6195.3廣申大16.6251.8377.1宋家鋪31.04486.9269.2密地43.03291.7273.5煤渣樣115.

8、33276.68140.9682.83煤灰樣114.64199.28116.2465.162 數(shù)據(jù)分析表3 成都市城東工業(yè)區(qū)土壤中Cu、Cr、Zn、Pb含量數(shù)據(jù)分析Table 3 Analysis of the contents of Cu, Cr, Zn and Pb in soil in the east industrial estate of Chengdu w/10-6樣品統(tǒng)計(jì)值種類(lèi) Cu Zn Cr Pb表層土平均值46.26 368.1061.62169.22最大值50.87 569.1068.13250.50最小值43.06 213.5050.94104.60深層土平均值42.

9、00 196.36 66.99 117.76 最大值48.80 310.70 72.14 183.00 最小值35.39 135.40 58.69 46.32 2.1 熱電廠工業(yè)用煤原產(chǎn)地煤樣元素分析w/10-6Fig. 1 Contents of Cu, Cr, Zn and Pb in industrial coal in the east industrial estate of Chengdu從圖1、表1可以看出不同原產(chǎn)地煤樣中的鋅、鉛元素含量比較高，且存在較大的差別，而銅、鉻元素含量較小且整體上差別較小，只有個(gè)別地區(qū)含量較大。因此，有必要研究產(chǎn)煤地的成煤地質(zhì)條件，以及不同地質(zhì)條件下成

10、煤過(guò)程中重金屬元素富集機(jī)理。2.2 熱電廠附近土壤樣與煤樣元素對(duì)比分析表23表明：（1）廣安、益門(mén)兩地銅元素含量比表層土壤平均含量高，其它都低于平均值，而大邑、普濟(jì)兩個(gè)地方含量值最低。（2）除宋家鋪的煤樣中鋅元素含量高于平均值外，別的地區(qū)含量都不高。（3）除益門(mén)外，各煤樣中鉻元素的含量比表層土壤中含量低得多。說(shuō)明工業(yè)用煤并不是城市中鉻元素主要污染源。（4）各個(gè)地方的煤樣中鉛元素含量都比熱電廠中附近土壤的高，說(shuō)明工業(yè)用煤的對(duì)熱電廠中土壤的Pb污染較重，是主要污染源。表2 成都市城東工業(yè)區(qū)土壤中Cu、Cr、Zn、Pb含量Table 2 Contents of Cu, Cr, Zn and Pb i

11、n soil in the east industrial estate of Chengdu w/10-6樣品編號(hào)CuZnCrPbA1表43.06268.868.13226.3A1深43.06180.458.69183A2表45.7308.250.94159.1A2深35.39159.763.3882.49A4表44.15480.966.14250.5A4深42.66310.768.94164.3B1表47.54569.163.88105.6B1深48.8135.472.1446.32B3表50.87213.559.02104.6B3深40.11195.671.8112.72.3 原煤樣、煤

12、渣、煤灰、土壤元素對(duì)比分析表13表明：燃燒后的煤渣樣、煤灰樣Cu、Zn、Cr含量大于原煤樣品，而Pb含量小于原煤樣品，說(shuō)明鉛樣品在燃燒過(guò)程中進(jìn)入煙氣，直接排放到大氣中，再降落在周?chē)寥乐校怪車(chē)寥乐蠵b含量比較高。因此，熱電廠燃煤對(duì)城市重金屬污染的行為屬性表現(xiàn)為，Pb屬于直接污染大氣和土壤，而Cu、Zn、Cr富集在煤渣樣、煤灰樣中后期造成對(duì)城市土壤的污染。3 結(jié)論和建議（1）根據(jù)對(duì)成都市工業(yè)用煤原產(chǎn)地煤樣的分析，可以看出重金屬元素的含量在各個(gè)地區(qū)的煤樣中都不盡相同，桐子林、坑坑店、普濟(jì)煤樣中各有害元素含量都較低，益門(mén)地區(qū)煤樣中重金屬元素含量都比較高。（2）土壤重金屬元素污染與工業(yè)用煤正相關(guān)，

13、工業(yè)用煤中有害元素含量較高的對(duì)當(dāng)?shù)赝寥赖奈廴疽脖容^嚴(yán)重，相反工業(yè)用煤中含量較少的元素在土壤中含量也較小。（3）熱電廠燃煤對(duì)城市重金屬污染的行為屬性表現(xiàn)為，Pb屬于直接污染大氣和土壤，而Cu、Zn、Cr富集在煤渣樣、煤灰樣中在后期造成對(duì)城市土壤的污染。根據(jù)以上分析提出以下建議：要改善成都市土壤污染的現(xiàn)狀就應(yīng)該嚴(yán)格控制工業(yè)用煤中有害元素的含量的排放。要做到從根源上解決成都市工業(yè)用煤對(duì)成都市大氣、土壤等環(huán)境的污染就應(yīng)該研究產(chǎn)煤地的成煤地質(zhì)條件，以及不同地質(zhì)條件下成煤過(guò)程中重金屬元素富集機(jī)理，再合理選擇煤源。參考文獻(xiàn)：1 ASOKAN P, SAXENA M, ASOLEKAR S R. Coal c

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26、y, Chengdu 610059, ChinaAbstract: Coal as fuel is an important sources for heavy metals in Chengdu city. At present, there are lack of studies on corelation between the content of heavy metals in Chengdu coal and urban environmental pollution. Considering the industrial estate in eastern of Chengdu city as research subject, this paper studied the content of four kinds of heavy metals in coa