工業(yè)區(qū)遺留場(chǎng)地土壤健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及金屬鈹?shù)男迯?fù)試驗(yàn)研究

李 敏，文 方

(1.新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆環(huán)境污染監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011)

經(jīng)過(guò)科學(xué)調(diào)查研究和分析發(fā)現(xiàn)，老工業(yè)園區(qū)是城市重金屬污染的重災(zāi)區(qū)，隨著我國(guó)城市發(fā)展的規(guī)劃不斷改變，對(duì)很多地區(qū)的用地使用方向進(jìn)行了重新劃分，這是進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必由之路，在這樣的過(guò)程中很多的工業(yè)用地被轉(zhuǎn)化為了居民住宅用地或者公共用地，為了確保這部分使用地的安全，就需要采取一定的措施，對(duì)這些工業(yè)區(qū)遺留土壤進(jìn)行污染的分析并且做出科學(xué)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這樣才能確保用地的安全以及廣大人們的切身安全與利益。

1 當(dāng)下工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀分析

通過(guò)對(duì)大量工業(yè)地區(qū)土壤的分析，我們發(fā)現(xiàn)目前的工業(yè)區(qū)土壤中所含的重金屬元素類型比較集中，這些重金屬都是傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的必備金屬元素。在這其中鎘元素的含量最為高，其污染程度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)土壤標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)7%，而且鎘這種元素的半衰期較長(zhǎng)，這就意味著其毒性擴(kuò)散的持續(xù)周期長(zhǎng)，會(huì)對(duì)大面積的土地造成長(zhǎng)時(shí)間的重金屬污染，對(duì)所在地的動(dòng)物以及植物的生長(zhǎng)帶來(lái)很多負(fù)面的影響，前段時(shí)間爆出的毒大米事件歸根究底就是因?yàn)殒k元素超標(biāo)造成的。鎘元素的形成主要原因就是在電鍍的環(huán)節(jié)中，電池會(huì)生產(chǎn)出一些含鎘元素，這些重金屬會(huì)以氣溶膠的形式進(jìn)入到大氣中經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的沉降進(jìn)入到土壤中去；鋅污染也是當(dāng)前土壤污染的一個(gè)重要部分，鋅元素自身的移動(dòng)性比較小，但是一定范圍內(nèi)的動(dòng)植物可以吸收一定含量的鋅元素，長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)導(dǎo)致動(dòng)植物在生長(zhǎng)的過(guò)程中造成負(fù)面影響。這也是土壤重金屬污染的一大源頭，大部分是由于工程的廢氣排放不當(dāng)引起的，雖然說(shuō)鋅是人體必備的微量元素，但是過(guò)量的攝入是非常危險(xiǎn)的，對(duì)人體的損傷將是不可逆的[1]。

2 工業(yè)遺留地土壤重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 重金屬污染形態(tài)分析

想要對(duì)工業(yè)區(qū)的土壤重金屬污染進(jìn)行分析，僅僅分析金屬污染的濃度和含量是不夠的，這樣的測(cè)量和評(píng)估方案是片面的，難以對(duì)后期的健康評(píng)估做出好的判斷，因?yàn)橹亟饘倏梢砸院芏喾N形式存在，如果單一的檢測(cè)其含量必然是不準(zhǔn)確的，通常情況下我們將重金屬元素的形態(tài)，科學(xué)上會(huì)按照 Tessier 法進(jìn)行劃分，一般分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，而大多數(shù)情況下土壤受污染程度是通過(guò)交換態(tài)來(lái)進(jìn)行判斷的，pH值可影響碳酸鹽結(jié)合態(tài)對(duì)環(huán)境造成潛在威脅[2]，有機(jī)結(jié)合態(tài)及殘?jiān)鼞B(tài)則危害小。不同重金屬形態(tài)在人體中的溶出特性是不同的。 所以說(shuō)一定要對(duì)重金屬的形態(tài)進(jìn)行分析，這樣才有利于后期進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)管理[3]。

2.2 工業(yè)區(qū)土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)的重要性

眾所周知，重金屬的污染危害非常的大，因?yàn)橹亟饘俚奈廴静幌褚话愕奈廴疚?，?dāng)重金屬沉降到土壤之后很難被去除，因?yàn)橥寥乐械奈⑸锸菬o(wú)法將重金屬降解的，動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育在很大程度上都會(huì)受到影響，在這樣的一個(gè)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生生物界中最為常見的放大效應(yīng)。重金屬的大量積累也會(huì)使得土地的性質(zhì)發(fā)生變化。如果人體長(zhǎng)生活和暴露在重金屬污染的環(huán)境中就會(huì)處于亞健康狀態(tài)，現(xiàn)在最常見和運(yùn)用最廣泛的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法就是致癌風(fēng)險(xiǎn)與非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這種方式可以很大程度的對(duì)工業(yè)區(qū)的土地進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，現(xiàn)在這套機(jī)制并不是非常完善，在對(duì)重金屬的毒性評(píng)估時(shí)除了濃度含量外，還缺少考慮到重金屬對(duì)不同人群的人體可給性，這是離不開一些其他科學(xué)公式以及評(píng)估方法的補(bǔ)充，才能使得健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更加科學(xué)準(zhǔn)確[4]。

3 鈹?shù)男再|(zhì)

3.1 理化性質(zhì)

鈹?shù)睦砘再|(zhì)參數(shù)見表1。

表 1 鈹?shù)睦砘再|(zhì)參數(shù)

3.2 毒理性質(zhì)

急性毒性：引起急性或慢性鈹中毒，與鈹化合物的種類有關(guān)。

健康危害：鈹為劇烈的原漿毒，動(dòng)物由靜脈注入硫酸鈹溶液后，肝、脾、腎、骨髓等器官有廣泛壞死性病灶，并有溶血和出血現(xiàn)象；存活動(dòng)物的受損害器官組織逐漸出現(xiàn)纖維增殖反應(yīng)。吸入大量金屬鈹或其化合物可引起肺炎或肺水腫。有全身性毒性作用。毒性的大小，取決于入體途徑、不同鈹化合物的理化性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的種類。

慢性毒性：含鈹?shù)臒晒夥奂案邷責(zé)捴频难趸攧t多引起慢性鈹中毒。

致癌性：鈹為一類致癌物。鈹能誘發(fā)某些動(dòng)物的惡性腫瘤[5]。

4 試驗(yàn)部分

4.1 固化/穩(wěn)定化技術(shù)

固定化/穩(wěn)定化(Solidification/Stabilization)該技術(shù)是指將污染土壤與黏結(jié)劑混合形成凝固體而達(dá)到物理封鎖(如降低孔隙率等)或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成固體沉淀物(如形成氫氧化物或硫化物沉淀等)，從而達(dá)到降低污染物活性的目的。運(yùn)用物理或化學(xué)的方法將土壤中的有害污染物固定起來(lái)，阻止其在環(huán)境中遷移、擴(kuò)散等過(guò)程的修復(fù)技術(shù)。與其它修復(fù)技術(shù)不同，固定化/穩(wěn)定化技術(shù)是將污染物在污染的介質(zhì)中固定，而不是通過(guò)物理或化學(xué)的處理將它們轉(zhuǎn)移。固化/穩(wěn)定化技術(shù)工藝流程詳見圖1。

其所針對(duì)的土壤污染物質(zhì)主要為無(wú)機(jī)物(包括放射性物質(zhì))，一般不適于處理有機(jī)物和農(nóng)藥污染，不能保證污染物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，且處理過(guò)程會(huì)顯著增加產(chǎn)物體積。實(shí)踐表明，有許多因素可能影響異位固定化/穩(wěn)定化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和效果。如最終處理時(shí)的環(huán)境條件可能會(huì)影響污染物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；一些工藝可能會(huì)導(dǎo)致污染土壤或固廢體積顯著增大；有機(jī)物質(zhì)的存在可能會(huì)影響?zhàn)そY(jié)劑作用的發(fā)揮；該技術(shù)屬于非常成熟的土壤修復(fù)技術(shù)之一。固定化/穩(wěn)定化方法可單獨(dú)使用，也可與其它處理和處置方法結(jié)合使用。污染物的埋藏深度可能會(huì)影響、限制一些具體的應(yīng)用過(guò)程。必須控制好黏結(jié)劑的注射和混合過(guò)程，防止污染物擴(kuò)散進(jìn)入清潔土壤區(qū)域。與水的接觸或者結(jié)冰/解凍循環(huán)過(guò)程會(huì)降低污染物的固定化效果[6-7]。

圖1 土壤固化/穩(wěn)定化土壤修復(fù)技術(shù)工藝流程圖

4.2 金屬Be的固化/穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)室小試

4.2.1 原土含量與浸出

圖2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖片

表2 土壤中鈹含量及浸出毒性測(cè)定結(jié)果

測(cè)定土壤中鈹含量的測(cè)定和土壤中鈹?shù)慕龆拘缘臏y(cè)定，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)進(jìn)行測(cè)定。土壤中鈹含量及浸出毒性測(cè)定結(jié)果詳見表2，小試試驗(yàn)過(guò)程見圖2。土壤中金屬鈹浸出濃度較低，未超過(guò)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)標(biāo)準(zhǔn)，加標(biāo)之后土壤浸出濃度超過(guò)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.2 鈹污染土壤固化/穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)

取適量的土壤樣品，加入固化/穩(wěn)定化藥劑，固化/穩(wěn)定化藥劑的加入量分別為1號(hào)加標(biāo)土壤加藥量5%；2號(hào)加標(biāo)土壤加藥量7.5%；3號(hào)加標(biāo)土壤加藥量10%，水泥添加量為2.5%，固化圖片如圖3所示。

藥劑配比：堿石灰35%～45%；高嶺土5%～10%；氧化鎂15%～20%；硅酸鹽水泥20%～35%。固化養(yǎng)護(hù)8天后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，打碎均勻混合進(jìn)行土壤中含量、浸出毒性的測(cè)試。

圖3 固化塊圖片(從左至右分別為原土加藥量5%；加標(biāo)加藥量7.5%；加標(biāo)加藥量10%)

固化塊經(jīng)過(guò)破碎后進(jìn)行毒性浸出實(shí)驗(yàn)，污染土壤固化/穩(wěn)定化前、后鈹浸出濃度測(cè)定結(jié)果詳見表3。

表3 污染土壤固化/穩(wěn)定化前、后鈹浸出濃度測(cè)定結(jié)果

對(duì)加標(biāo)后的土壤利用固化/穩(wěn)定化劑進(jìn)行處理，通過(guò)浸出濃度表征處理效果，對(duì)比固化/穩(wěn)定化劑添加量為5%、7.5%和10%時(shí)穩(wěn)定效果的差異。結(jié)果顯示固化/穩(wěn)定后浸出濃度明顯降低，藥劑添加量為10%時(shí)效果較顯著[8-9]。該固化穩(wěn)定化藥劑成本低、制備方法和使用方法簡(jiǎn)單，利于推廣應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在我國(guó)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，很多的城市用地規(guī)劃都和老工業(yè)區(qū)有關(guān)，但是很多地區(qū)由于技術(shù)和管理方面的缺陷，不能夠很好地解決好老工業(yè)地區(qū)土地污染的問(wèn)題，這些重金屬的危害是不容小覷的，這對(duì)于土壤中微生物以及動(dòng)植物的生長(zhǎng)都有著密不可分的關(guān)系，只有治理好這些重金屬的問(wèn)題，對(duì)工業(yè)區(qū)土壤進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估合格后，才能更加科學(xué)有效地利用好土地資源，減少后期不必要的麻煩。