某場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查項(xiàng)目中土壤pH異常的原因探究

董聰慧，張 惠，何開(kāi)泰，梅祖明

（上海市巖土工程檢測(cè)中心，上海 200436）

在場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查項(xiàng)目中，經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)查地塊內(nèi)甚至界外對(duì)照點(diǎn)的土壤或地下水的某項(xiàng)監(jiān)測(cè)因子出現(xiàn)異常，或明顯超出環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，需要去尋找這些監(jiān)測(cè)因子的污染來(lái)源，分析判斷出現(xiàn)異?；虺瑯?biāo)現(xiàn)象的原因。其中，土壤pH值異常較為常見(jiàn)?，F(xiàn)行的環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有土壤pH值限值[1,2]，地方性場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查的相關(guān)技術(shù)規(guī)范也沒(méi)有把土壤和地下水的pH值作為人體健康的篩選指標(biāo)[3]。但如果土壤或地下水中pH值異常，則很可能預(yù)示著土壤或地下水受到了某種污染。因此，當(dāng)?shù)貕KpH值異常時(shí)，查明原因、分析是否存在其他污染的可能，很有必要。本文結(jié)合某場(chǎng)地調(diào)查的實(shí)際案例，分析查證了pH值異常的原因，并對(duì)相關(guān)工作提出技術(shù)思路。

1 環(huán)境調(diào)查概況

本文調(diào)查的污染地塊原為某無(wú)紡布有限公司，總面積約為7000m2，生產(chǎn)無(wú)紡布和纖維等產(chǎn)品，主要原料有PVC膜、聚丙烯、滌綸等，使用的能源為燃煤和工業(yè)用電。排放的生產(chǎn)固廢主要是原料的邊角料、煤渣，生產(chǎn)廢氣主要有粉塵和生產(chǎn)過(guò)程中微量聚丙烯分解成的單體（毒性很小），使用燃煤時(shí)有生產(chǎn)廢氣排放。該無(wú)紡布公司沒(méi)有排煙筒，因而幾乎沒(méi)有廢氣排放，生產(chǎn)中無(wú)廢水排放。

本項(xiàng)目地塊原有標(biāo)準(zhǔn)廠(chǎng)房式建筑，西邊界有少量綠化地，北邊界有較少的水泥地。目前項(xiàng)目地塊的建筑物已被拆除，房頂和墻體結(jié)構(gòu)材料基本清除完整，但原建筑物的地下混凝土結(jié)構(gòu)沒(méi)有拆除。地面主要為雜填土，明顯可見(jiàn)一些磚石或水泥塊等，項(xiàng)目區(qū)地塊東部還有水泥隔離墩，以及一些在降解過(guò)程中的編織袋內(nèi)的水泥已結(jié)成硬塊。場(chǎng)地內(nèi)許多地方有水泥漿體流過(guò)和凝結(jié)硬化的現(xiàn)象。場(chǎng)地內(nèi)已生長(zhǎng)一些雜草，但生長(zhǎng)基本不良?，F(xiàn)場(chǎng)未見(jiàn)疑似危廢。項(xiàng)目區(qū)地塊自2002年到2015年場(chǎng)地內(nèi)建筑物被拆除前，未發(fā)現(xiàn)有明顯變化。

1.1 監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求[4,5]，進(jìn)行常規(guī)場(chǎng)地調(diào)查監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)。共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中3個(gè)為土壤和地下水共同監(jiān)測(cè)點(diǎn)、3個(gè)為土壤單獨(dú)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共采集15個(gè)土壤樣品和3個(gè)地下水樣品。另外在場(chǎng)地外布設(shè)1個(gè)對(duì)照點(diǎn)，采集1個(gè)土壤樣品和1個(gè)地下水樣品。具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)情況見(jiàn)圖1。

土壤和地下水的監(jiān)測(cè)因子和檢測(cè)方法見(jiàn)表1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)圖Fig.1 Point arrangement

表1 各監(jiān)測(cè)因子的監(jiān)測(cè)方法Table 1 Monitoring methods of each factors

（續(xù)表1）

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)方法

各監(jiān)測(cè)因子采用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2和表3。

表2 土壤 水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria of soil and water quality monitoring indicators

表3 土壤酸堿度分級(jí)[7]Table 3 Soil pH classification

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水樣品結(jié)果分析

所有地下水樣品的金屬指標(biāo)（包括六價(jià)鉻）、氰化物、揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物、石油烴等的含量均未超過(guò)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14848-2017）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值或未檢出，而地下水pH值結(jié)果異常（表4）。

表4 地下水樣品pH值Table 4 The pH value of groundwater samples

由表4可知，MW-2號(hào)地下水pH值為9.91，為堿性水質(zhì)，屬于《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14848-2017）的Ⅴ類(lèi)水質(zhì)。MW-2和MW-3同位于生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，但是pH值有很大差異，無(wú)法根據(jù)場(chǎng)區(qū)的位置情況分析出MW-2地下水樣品pH值偏高的原因。地下水pH值偏高不是來(lái)自于原廠(chǎng)區(qū)的生產(chǎn)和生活活動(dòng)，而是來(lái)自于其它外界影響。

2.2 土壤樣品結(jié)果分析

除pH值外的各項(xiàng)指標(biāo)均未超過(guò)表2中對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。土壤的界外對(duì)照點(diǎn)的pH值為8.42，土壤樣品pH值結(jié)果情況見(jiàn)表5。

表5 土壤樣品pH值檢測(cè)結(jié)果Table 5 Results of pH value in soil

由表5可知，界外對(duì)照點(diǎn)的pH值是8.42，屬于堿性土壤，說(shuō)明該區(qū)域的土壤環(huán)境背景呈堿性。點(diǎn)位SS-1、MW-1、MW-2和MW-3處表層土壤或地下水水位以上土壤樣品pH值偏高，呈強(qiáng)堿性或極強(qiáng)堿性。SS-2、SS-3、MW-2和MW-3四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)位于該工廠(chǎng)的生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，SS-2和SS-3的表層土壤和地下水水位以上土壤樣品酸堿度呈堿性或強(qiáng)堿性，而MW-2和MW-3呈極強(qiáng)堿性，這說(shuō)明監(jiān)測(cè)點(diǎn)位表層土壤和地下水水位以上土壤樣品的酸堿度與工廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)活動(dòng)無(wú)直接聯(lián)系。pH值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 土壤樣品pH值統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 6 Statistical results of pH value in soil

由表6可知，表層土壤樣品的pH值平均為9.47，其堿性高于界外對(duì)照點(diǎn)，即高于該區(qū)域的土壤環(huán)境背景，pH值范圍為7.97～10.41，土壤酸堿度屬于堿性—極強(qiáng)堿性，級(jí)差為2.44，說(shuō)明表層土壤pH值分布不均勻，即局部表層土壤pH值偏高；地下水水位以上土壤樣品的pH值平均為9.75，其堿性高于界外對(duì)照點(diǎn)，即高于該區(qū)域的土壤環(huán)境背景，pH值范圍為8.34～11.66，土壤酸堿度屬于堿性—極強(qiáng)堿性，級(jí)差為3.32，說(shuō)明地下水水位以上土壤樣品的pH值分布不均勻，即局部地下水水位以上土壤樣品的pH值偏高；地下水水位以下土壤pH值平均為8.82，與界外對(duì)照點(diǎn)土壤樣品相近，說(shuō)明場(chǎng)地內(nèi)地下水水位以下土壤樣品pH值接近該地區(qū)土壤環(huán)境背景，pH值范圍為8.64～8.95，級(jí)差為0.31，說(shuō)明地下水水位以下土壤樣品pH值分布均勻，未受污染。所以污染從表層到下層逐漸減少的，故將pH值偏高原因探究的方向轉(zhuǎn)向地表受到污染。

3 pH異常的原因分析

從以下幾個(gè)方面尋找pH值偏高的原因：

（1）地塊內(nèi)的工業(yè)活動(dòng)中是否存在使用酸堿物質(zhì)或產(chǎn)生酸堿物質(zhì)的生產(chǎn)工藝；

（2）地塊周邊臨近地塊是否存在使用酸堿物質(zhì)或產(chǎn)生酸堿物質(zhì)的生產(chǎn)活動(dòng)；

（3）是否在地塊上的建筑物拆除后被偷倒過(guò)堿性垃圾；（4）是否有運(yùn)輸堿性物品的車(chē)輛在地塊附近傾翻過(guò)；（5）是否在周邊地塊的建設(shè)活動(dòng)中向本地塊內(nèi)排放的堿性物質(zhì)。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)一些可能的原因但不能肯定時(shí)，可適當(dāng)采集一些樣品進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果來(lái)幫助判斷異常情況出現(xiàn)的原因。

3.1 資料與信息再分析

發(fā)現(xiàn)地塊內(nèi)土壤和地下水樣品均出現(xiàn)異常情況后，我們重新審查了收集到的原企業(yè)的資料，再次走訪(fǎng)了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門(mén)，并對(duì)原企業(yè)的工人和原居住在該企業(yè)周邊的居民問(wèn)詢(xún)，再次確認(rèn)該企業(yè)確實(shí)沒(méi)有使用堿性原材料和排放固廢和廢水廢液的情況。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)再踏勘

由于沒(méi)有找到pH值異常的原因，我們又對(duì)該地塊進(jìn)行了再踏勘?，F(xiàn)場(chǎng)除了發(fā)現(xiàn)一些生活垃圾和原建筑物拆除過(guò)程中留下的建筑垃圾外，沒(méi)有其他可能的污染物，周邊也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在堿性物質(zhì)污染本地塊的可能。但緊挨著項(xiàng)目地塊的地鐵站施工工地引起了我們的注意。通過(guò)仔細(xì)勘查發(fā)現(xiàn)地塊內(nèi)多處存在水泥漿流過(guò)后形成的薄層硬化體，敲擊易碎，有的還有多層這樣的硬化體，且從痕跡上判斷，侵入的水泥漿來(lái)自北側(cè)地鐵站施工工地。

3.3 原因分析

根據(jù)前期的調(diào)查工作和檢測(cè)結(jié)果，以及對(duì)資料信息的再分析和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的再勘查，初步判斷地塊北側(cè)地鐵站施工時(shí)水泥漿的侵入是導(dǎo)致地塊內(nèi)部分土壤和地下水樣品中pH值顯著偏高的原因所在。

4 加密監(jiān)測(cè)與相關(guān)性論證

4.1 加密監(jiān)測(cè)

為了驗(yàn)證以上判斷，根據(jù)地塊受水泥漿侵入的情況，采集10個(gè)土壤樣品和2個(gè)地表水樣品，檢測(cè)了樣品中的pH值和水溶性鈣的含量。

（1）布點(diǎn)方法和采樣數(shù)

圍繞地塊內(nèi)水泥漿的痕跡，在痕跡區(qū)內(nèi)布設(shè)6個(gè)采樣點(diǎn)，在地塊內(nèi)其他區(qū)域布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)，在界外布設(shè)了1個(gè)采樣點(diǎn)，各采樣點(diǎn)各采集1個(gè)表層土壤樣品。在地塊南側(cè)排污溝渠內(nèi)布設(shè)1個(gè)地表水采樣點(diǎn)以判斷是否污染來(lái)自于溝渠內(nèi)污水。地塊東部區(qū)域低洼處囤積水區(qū)設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)，以論證該區(qū)域是否pH值整體偏高。具體加密監(jiān)測(cè)布點(diǎn)情況見(jiàn)圖2。

圖2 加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)圖Fig.2 Density increasing monitoring point arrangement

（2）監(jiān)測(cè)因子

土壤樣品的監(jiān)測(cè)因子為pH值和水溶性鈣，地表水監(jiān)測(cè)因子為pH值。土壤和水中pH值的測(cè)定方法與表1一致，水溶性鈣采用方法為《土壤試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-1999）。

4.2 結(jié)果與討論

（1）土壤監(jiān)測(cè)結(jié)果與討論

T1～T9為地塊內(nèi)表層（0～0.2m）土壤樣品，T10為界外對(duì)照點(diǎn)土壤樣品。pH值和水溶性鈣含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 表層土壤樣品pH值結(jié)果Table 6 Results of pH value in surface soil samples

由表6可知，界外對(duì)照點(diǎn)T10的pH值為8.85，表明該區(qū)域的土壤pH值基本正常。結(jié)合表5和表6，繪制了地塊內(nèi)表層土壤樣品pH值的等值線(xiàn)圖，并加入水泥漿痕跡走向，見(jiàn)圖3。地塊內(nèi)地勢(shì)走向見(jiàn)圖4。

圖3 表層土壤樣品pH值和地塊內(nèi)水泥漿流向圖Fig.3 The pH value of surface soil samples and cement slurry flow in block

圖4 地塊內(nèi)地勢(shì)走向圖Fig.4 Topography in the plot

由圖3和圖4可見(jiàn)，地塊內(nèi)水泥漿流過(guò)的痕跡與pH值具有相關(guān)性，地勢(shì)越低，水泥漿匯集越多，pH值越高。由表6可知，土壤pH值與土壤水溶性鈣的含量有正相關(guān)性，說(shuō)明土壤pH值高的區(qū)域很有可能是受水泥漿侵蝕的影響。

（2）地表水監(jiān)測(cè)結(jié)果與討論

地塊南側(cè)排污溝渠內(nèi)水樣的pH值正常。地塊東部區(qū)域低洼處囤積水樣品W2的pH值為9.67，屬于堿性水質(zhì)，且不滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）的Ⅰ～Ⅴ類(lèi)水質(zhì)要求。兩處地表水樣品的 pH值結(jié)果見(jiàn)表7。W2地表水pH值高，印證了該區(qū)域的土壤pH高不是偶然現(xiàn)象，而是土壤和地表水整體受到了一定的污染。

表7 地表水樣品pH值分析情況Table 7 Analysis of pH value of surface water samples

4.3 相關(guān)性論證

4.3.1 水泥的化學(xué)組成

根據(jù)文獻(xiàn)介紹[8]，水泥的主要成分有硅酸三鈣（3CaO·SiO2）硅酸二鈣 （2CaO·SiO2鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3） 鐵鋁酸四鈣 （4CaO·Al2O3·Fe2O3）和石膏（ CaSO4）。在水泥的凝結(jié)和硬化過(guò)程中 會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)生成水化硅酸鈣（CaO·SiO2·YH2O）凝膠 三硫型水化鋁酸鈣（CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）水 化 鋁 酸 鈣（CaO·Al2O3·6H2O）單硫型水化鋁酸鈣（CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）鐵酸鈣（CaO·Fe2O3·H2O）和氫氧化鈣 [Ca(OH)2]。

4.3.2 相關(guān)性論證

（1）由于水泥在水化過(guò)程中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成大量的氫氧化鈣，且氫氧化鈣是微溶的，因此當(dāng)水泥漿進(jìn)入土壤和水體后，會(huì)使土壤和地表水或地下水呈堿性，且使土壤具有較高的可溶性鈣含量。地下水和地表水pH值高的點(diǎn)位與表層土壤pH值高的點(diǎn)位位于相同區(qū)域，且均位于地勢(shì)低、水泥漿匯聚處，pH異常區(qū)的分布與水泥漿入侵路線(xiàn)的關(guān)系十分密切。

（2）地塊內(nèi)除了土壤中pH出現(xiàn)偏高現(xiàn)象外，土壤中的水溶性鈣含量也出現(xiàn)了明顯高于未受水泥漿侵入的界外對(duì)照點(diǎn)的現(xiàn)象。

（3）通過(guò)多次調(diào)查訪(fǎng)談和踏勘，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他可能引起地塊內(nèi)土壤pH值異常的因素。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)場(chǎng)地的加密監(jiān)測(cè)和相關(guān)性分析論證發(fā)現(xiàn)，地塊內(nèi)pH值異常區(qū)與地塊內(nèi)地勢(shì)高低和水泥漿液流經(jīng)的痕跡存在相關(guān)性，土壤pH值高區(qū)域的地勢(shì)普遍較低且存在水泥漿液流經(jīng)痕跡，且表層土壤pH值與水溶性鈣含量（代表水泥漿含量）具有正相關(guān)性，所以土壤pH高是水泥漿入侵造成的。

5.2 建議

（1）土壤pH值雖然不是篩選值中的指標(biāo)，但pH的異常，很可能伴隨著其他的污染，或因pH值的異常導(dǎo)致土壤中的某些元素活性的改變，使其更容易遷移進(jìn)入地下水，從而導(dǎo)致地下水的污染。因此在場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查中，應(yīng)重視pH的測(cè)定，并關(guān)注pH值的異常。若在場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查過(guò)程中遇到土壤或地下水pH值異常的情況，應(yīng)從地塊歷史生產(chǎn)活動(dòng)、地塊周邊生產(chǎn)活動(dòng)這兩方面著手，并采取進(jìn)一步取樣分析的手段來(lái)探究pH值異常的原因。

（2）通過(guò)本案例的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)調(diào)查前期相關(guān)資料的收集、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、人員訪(fǎng)談等工作十分重要，是場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查后續(xù)工作順利推進(jìn)的重要保證。當(dāng)發(fā)現(xiàn)前期工作收集的資料等信息不夠，不足以支撐檢測(cè)結(jié)果中呈現(xiàn)的異常情況時(shí)，需要進(jìn)行更詳細(xì)的補(bǔ)充資料收集、人員訪(fǎng)談和現(xiàn)場(chǎng)踏勘等相關(guān)工作，必要時(shí)作補(bǔ)充采樣和檢測(cè)，以獲取進(jìn)一步信息。

（3）地塊環(huán)境污染不僅可能來(lái)自于地塊內(nèi)原有生產(chǎn)活動(dòng)，也可能來(lái)自地塊外的活動(dòng)。因此在作現(xiàn)場(chǎng)踏勘和相關(guān)資料收集時(shí)，不僅要重視地塊內(nèi)的情況，還要重視地塊周邊情況。

（4）本案例雖然遇到的只是不在篩選值之列的pH，但本案例的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)一些地塊環(huán)境調(diào)查項(xiàng)目中遇到的其他監(jiān)測(cè)因子檢測(cè)結(jié)果異常情況的原因探查、地塊土壤重金屬異常等情況的原因調(diào)查，也具有一定的借鑒意義。