典型鉻污染場地污染狀況研究

雷艷梅，劉　曉，?！〔?，3*

（1. 山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101；2. 濟南市天橋區(qū)環(huán)境保護局，山東濟南250033；3. 山東大學環(huán)境科學與工程學院，山東濟南250100）

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典型鉻污染場地污染狀況研究

雷艷梅1，劉曉2，桑博1，3*

（1. 山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101；
2. 濟南市天橋區(qū)環(huán)境保護局，山東濟南250033；3. 山東大學環(huán)境科學與工程學院，山東濟南250100）

摘要：為研究典型工業(yè)污染場地污染特點，選取某一化工廠鉻污染場地作為研究對象，在廠區(qū)內不同功能區(qū)采集了土壤和地下水樣品。對樣品進行前處理后，通過分光光度法對樣品中的Cr（Ⅵ）進行了測定。結果顯示，該化工廠鉻渣堆積及鉻鹽生產(chǎn)等區(qū)域存在很嚴重的土壤和地下水污染，地下水屬于Ⅴ類水質；污染物在土壤和地下水中縱向遷移擴散嚴重，在土壤中污染深度達到了12 m；污染程度隨離污染核心區(qū)的距離增大而逐漸減小。

關鍵詞：鉻污染；土壤；地下水；縱向擴散

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.03.21

國內外對污染場地的界定各不相同，但一般認為，如果場地受到了外來有害物質或能量的侵害，則該場地即被污染［1］。由于污染物的遷移作用，受污染的場地會對場地所在地一定區(qū)域內的土壤和地下水造成污染，也會對當?shù)鼐用竦慕】诞a(chǎn)生危害。隨著我國環(huán)保法律法規(guī)的逐步健全完善和群眾環(huán)保意識的增強，場地污染問題逐漸開始暴露并引起社會廣泛關注。劇毒化學品生產(chǎn)企業(yè)搬遷后，遺留的污染場地未經(jīng)治理即變更用途再次開放利用的現(xiàn)象普遍存在［2］，這對當?shù)鼐用竦恼Ｉ顦嫵闪司薮蟮奈廴倦[患，一旦引起公害事故，勢必造成嚴重后果。

我國先后成立70家鉻鹽生產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)過對落后產(chǎn)能的淘汰，目前尚有25家企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，目前淘汰企業(yè)和現(xiàn)存企業(yè)共累計產(chǎn)生鉻渣600萬t有余，大多數(shù)企業(yè)只是對鉻渣進行簡單堆放，未按照危險廢物的儲存要求安裝防風、防雨及防滲漏設施。露天堆存的鉻渣中的六價鉻具有強遷移性［4］，可以隨雨水沖刷進行遷移，也可以粉塵形式污染周圍環(huán)境。無論何種遷移方式，六價鉻都可以對堆場及其周邊的地表水、地下水及土壤造成嚴重污染。由此可見，如果不能妥善儲存鉻渣，并及時對鉻渣堆存場地進行修復治理，即使鉻渣被無害化處理處置，鉻渣對原堆場造成的環(huán)境污染仍然不能徹底消除。

由于歷史、經(jīng)濟及環(huán)保意識等方面的原因，目前我國對污染場地的監(jiān)管剛剛起步，土壤污染治理的“土十條”已發(fā)布。本研究選取了國內某一典型鉻渣污染場地，通過鉆孔取樣等方法研究了鉻渣所造成的土壤及地下水污染范圍，并對該場地修復工作提出了工作建議，以期為國家鉻渣污染場地綜合整治方針政策提供依據(jù)。

1　場地選擇與樣品采集

1.1典型鉻渣污染場地選取原則

根據(jù)鉻渣產(chǎn)生情況、堆放場地周邊環(huán)境及樣品采集條件等，選擇了一化工廠鉻渣污染場地。該化工廠主要產(chǎn)品為鈦白粉、鉻鹽（工業(yè)鉻酸酐、重鉻酸鈉和堿式硫酸鉻）以及硫酸，其中鉻鹽經(jīng)過了50余年的生產(chǎn)，截至關停前共累計堆存鉻渣30萬t有余。與其他同類企業(yè)相比，該企業(yè)是中國生產(chǎn)鉻鹽最早、規(guī)模最大的廠家之一，鉻渣堆存數(shù)量大。該廠鉻污染場地較為平坦，西側比東側略高，高約3 m左右，東南方向地勢最低。該化工廠南側距離一河流僅300 m有余，場地周邊已被開發(fā)為住宅小區(qū)，并且居民已入住。同時該企業(yè)于2004年開始對鉻渣進行燒結煉鐵，至2012年完成歷史遺留鉻渣的全部處置任務，并通過環(huán)保部門專家組的驗收。鉻渣清理完畢后的堆存場地進行了覆蓋處理，同時圍繞堆存場地建設了雨水溝及雨水收集池，防止雨水沖刷含鉻土壤后外流。

1.2樣品采集

根據(jù)該企業(yè)廠區(qū)內各建筑的不同用途，將廠區(qū)（圖1黑線所圍區(qū)域）分為5個功能分區(qū)，如圖1所示。圍繞廠區(qū)內鉻渣堆放區(qū)域和鉻鹽生產(chǎn)相關部位布設采樣點，共布設了156個土壤樣本點（見圖2）。采用鉆井取土樣的方法，縱向每隔3 m左右取一個樣品，采樣深度根據(jù)現(xiàn)場及地勘資料選擇，約為15 m。另外根據(jù)土壤中六價鉻濃度，在部分位置設置了16處地下水監(jiān)測井，對地下水污染狀況進行了監(jiān)測。

圖1　鉻渣污染場地功能分區(qū)

圖2　土壤采樣點布置

1.3樣品處理與分析

土壤樣品風干后，去除石子等異物，過100目尼龍篩后裝瓶儲存。地下水樣經(jīng)0.45 μm的混合纖維素酯微孔濾膜過濾后，放置在4℃的冰箱內保存。按照《固體廢物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）要求，對土壤樣品進行前處理。Cr（Ⅵ）濃度采用二苯碳酰二肼分光光度法進行測定［3］。

2　結果與分析

2.1土壤中污染物濃度分布

整個場地及A-E分區(qū)1-4層土層中含量的統(tǒng)計結果如表1所示。A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)土壤中Cr（Ⅵ）含量總體上隨土層深度增加而顯著降低。這主要是因為Cr（Ⅵ）大部分以離子態(tài)游離于土壤溶液中，以此形式進行遷移，而土壤中的粘土礦物和有機物質具有較強的還原性，能夠將Cr（Ⅵ）還原為Cr（Ⅲ），進而被土壤中的膠體吸附固定，較少向下層遷移［4］。這三個分區(qū)第一層（地表下0～3 m）土中Cr（Ⅵ）超標均非常嚴重，其中B區(qū)域淺層土壤超標情況最為嚴重。分析原因，可能是B區(qū)作為鉻渣填埋場相比于A區(qū)的鉻渣堆放場和C區(qū)的鉻鹽生產(chǎn)車間，更有利于鉻鹽中的Cr（Ⅵ）向土壤中進行遷移。另外A區(qū)和B區(qū)土壤Cr（Ⅵ）超標深度已達到第三層，C區(qū)土壤Cr（Ⅵ）含量縱向分布則稍有不同，在深度最大為12 m的第三層土壤中，Cr（Ⅵ）含量驟降至15.4 mg/kg（95%置信上限）。D區(qū)和E區(qū)作為廠區(qū)內與鉻鹽生產(chǎn)、鉻渣儲存等環(huán)節(jié)不太密切的區(qū)域，其土壤中的Cr（Ⅵ）濃度能夠滿足土壤環(huán)境質量三級標準（GB 15618-2008），但如果該地塊變更用途，用于居民區(qū)建設（Cr（Ⅵ）濃度標準要求為5 mg/kg），則仍需要對土壤進行一定程度的治理修復。綜上所述，整個區(qū)域的污染主要集中在與鉻鹽、鉻渣密切相關的A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)，并未出現(xiàn)向其他分區(qū)大量遷移的情況。

表1　土壤中Cr（Ⅵ）含量的分區(qū)分層統(tǒng)計分析　mg/kg

從平面分布上看，Cr（Ⅵ）在場地第一、第二、第三層土壤中的分布情況如圖3、圖4、圖5所示（各分區(qū)第四層土壤中Cr（Ⅵ）濃度均很低，不再作圖顯示）。從圖中可看出，A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)第一層與第二層土壤Cr（Ⅵ）污染嚴重，出現(xiàn)大面積土壤中Cr（Ⅵ）濃度水平大于500 mg/kg的情況；當土層深度達到第三層（7.0～12.0 m）后，除了這三個分區(qū)個別位置存在異常高值區(qū)外，其他部位土壤Cr（Ⅵ）含量小于70 mg/kg。除這三個分區(qū)之外的其他分區(qū)（即D區(qū)和E區(qū)）土壤Cr（Ⅵ）含量未超過70 mg/kg。另外從圖中可以明顯看出，隨著土壤深度的增加，土壤Cr（Ⅵ）含量高值區(qū)域逐漸縮小，這也從側面驗證了Cr（Ⅵ）可以在土壤中發(fā)生還原反應，從而被上層土壤膠體所截留［5］。

圖3　第一層土壤中Cr（Ⅵ）濃度分布

圖4　第二層土壤中Cr（Ⅵ）濃度分布

圖5　第三層土壤中Cr（Ⅵ）濃度分布

2.2地下水中污染物濃度分布

根據(jù)廠區(qū)范圍內的土壤污染情況調查結果，Cr（Ⅵ）濃度高值區(qū)域主要在A區(qū)、B區(qū)與C區(qū)，因此地下水監(jiān)測井位也主要設置在以上三個分區(qū)，在D區(qū)和E區(qū)設置少量的監(jiān)測井，以調查土壤中的Cr（Ⅵ）對地下水的影響。

地下水監(jiān)測結果顯示，地下水污染最嚴重的是A區(qū)鉻渣堆場和B區(qū)的鉻渣填埋場兩個位置，其淺層地下水中Cr（Ⅵ）濃度均＞4 000 mg/L，且這兩處區(qū)域的深層地下水中Cr（Ⅵ）濃度亦在200 mg/L以上，可見，鉻渣填埋和堆存區(qū)域中的Cr（Ⅵ）已經(jīng)遷移到了地下水中。A區(qū)鉻渣堆場周邊的淺層地下水監(jiān)測井的水質相比于鉻渣堆場的淺層地下水，其中Cr（Ⅵ）濃度大大降低，濃度已低于200 mg/L，有的點位甚至低于0.1 mg/L。通過橫向和縱向的地下水Cr（Ⅵ）濃度比較，筆者發(fā)現(xiàn)鉻渣堆場區(qū)域地下水中Cr（Ⅵ）的遷移更傾向于縱向，橫向的遷移相對較弱［6-7］。B區(qū)鉻渣填埋場周邊地區(qū)的淺層地下水相比于鉻渣填埋場的淺層地下水，其中的Cr（Ⅵ）濃度低于0.1 mg/L，這表明鉻渣填埋場區(qū)域地下水中Cr（Ⅵ）橫向遷移作用較弱。C區(qū)中的污水處理廠和鉻鹽生產(chǎn)車間位置，淺層地下水也受到了Cr（Ⅵ）的污染，其中Cr（Ⅵ）濃度在350～600 mg/L之間，但其深層地下水中Cr（Ⅵ）濃度較低，均在2 mg/L以下。其他分區(qū)（即D區(qū)和E區(qū)）地下水中Cr（Ⅵ）濃度均低于0.01 mg/L，滿足《地下水質量標準》（GB/T 14848-1993）Ⅱ類標準（Cr（Ⅵ）為0.01 mg/L）。綜合分析發(fā)現(xiàn)，鉻渣堆場及其西側100 m左右的區(qū)域，鉻渣填埋場區(qū)域以及污水處理廠區(qū)域的淺層和深層地下水均受到了不同程度的鉻污染，屬于Ⅴ類地下水。

3　結論

綜合以上分析研究，可得到以下結論：

（1）Cr（Ⅵ）污染嚴重區(qū)域主要集中于鉻渣堆場、填埋場及鉻鹽生產(chǎn)區(qū)域，這些區(qū)域的表層土壤以及不同層次的地下水均受到了Cr（Ⅵ）的嚴重污染，必須要進行修復治理，才能再次開發(fā)利用。

（2）污染場地土壤中Cr（Ⅵ）含量隨土層深度增加而降低，污染面積隨深度增加逐漸縮小。

（3）污染場地地下水中Cr（Ⅵ）主要在垂直方向上進行擴散，而在水平方向上的擴散隨距離增大而迅速衰減。

參考文獻

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［7］張厚堅，王興潤，陳春云，等.高原地區(qū)鉻渣污染場地污染特性研究［J］.環(huán)境工程學報，2010，4（4）：915-918.

（編輯：程?。?/p>

A Study on Pollution Situation at A Typical Chrome Contaminated Site

Lei Yanmei1，Liu Xiao2，Sang Bo1，3*
（1. Shandong Provincial Metallurgical Design Institute Incorporated Corporation，Jinan Shandong 250101，China；2. Environmental Protection Agency of Tianqiao District of Jinan City，Jinan Shandong 250033，China；3. School of Environmental Science and Engineering，Shandong University，Jinan Shandong 250100，China）

Abstract：To investigate the pollution characteristics of typical industrial polluted sites，one chrome contaminated site was selected as the research object and some soils and groundwater samples were collected from different functional regions. After preliminary treatment for the samples，the level of Cr（Ⅵ）in the samples was determined by spectrophotometer. The results showed that the soil and groundwater were seriously polluted by Cr（Ⅵ）in the chrome residue pile region and chromate production region with the groundwater qualities in these regions Class Ⅴ. Obvious vertical transportation and diffusion for the Cr（Ⅵ）in the soil and groundwater were observed，and the depth of polluted soil reached 12 m. It was also found that the pollution situation was less serious with a longer distance away from the core contamination area.

Key words：chromium contamination，soil，groundwater，vertical diffusion

中圖分類號：X789

文獻標識碼：A

文章編號：1008-813X（2016）03-0076-04

收稿日期：2016-02-14

作者簡介：雷艷梅（1979-），女，湖北天門人，畢業(yè)于昆明理工大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事環(huán)境影響評價、環(huán)境監(jiān)測等工作。

*通訊作者：桑博（1987-），男，山東聊城人，畢業(yè)于山東大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事環(huán)境影響評價、環(huán)境監(jiān)測工作。