廢棄電鍍廠污染場地土壤污染分布規(guī)律研究

劉玉蘭，許敬紅

(大連市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 1116021)

1 引言

污染場地是工業(yè)化進(jìn)程的產(chǎn)物，通常位于城市中心地帶或工商業(yè)聚集區(qū)，占據(jù)著商業(yè)價值較高的黃金地段[1]。在長期的工業(yè)化過程中，發(fā)達(dá)國家的工業(yè)土地污染比例高達(dá)20%以上。以歐洲為例，根據(jù)歐洲環(huán)保局(EEA)統(tǒng)計數(shù)字，2006年歐洲潛在污染場地估計數(shù)量約為296萬個。其中，荷蘭需要修復(fù)的場地有110000個，德國有50000個，丹麥10000個，而在英國有超過200000 hm2的場地需要修復(fù)。污染物的類型以重金屬和石油化工類產(chǎn)品為主(占71%)，污染物的來源主要以工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的泄露及企業(yè)的廢物排放為主(占63%)，見圖1[2]。

圖1 歐洲污染場地的污染物類型及來源

隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大量工業(yè)企業(yè)關(guān)停并轉(zhuǎn)、破產(chǎn)、搬遷，遺留的場地被作為城市建設(shè)用地再次開發(fā)利用[3]。這些遺留場地中殘存大量污染物，其中以重金屬和有毒有機物污染最為嚴(yán)重。重金屬具有高毒性、不可降解性和污染積累性等特點，而有機物尤其是多環(huán)芳烴類(PAHs)對人體健康和生態(tài)環(huán)境有著更嚴(yán)重的危害，已成為影響人民群眾身心健康的突出環(huán)境問題?！秶鴦?wù)院關(guān)于印發(fā)土壤污染防治行動計劃的通知》(國發(fā)【2016】31號)要求：“開展土壤污染調(diào)查，掌握土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。在現(xiàn)有相關(guān)調(diào)查基礎(chǔ)上，以農(nóng)用地和重點行業(yè)企業(yè)用地為重點，開展土壤污染狀況詳查，2020年底前掌握重點行業(yè)企業(yè)用地中的污染地塊分布及其環(huán)境風(fēng)險情況[4]。”

重點行業(yè)企業(yè)建設(shè)用地開展調(diào)查，作為土壤污染狀況的國情調(diào)查，對于“摸清我國工業(yè)污染家底”具有舉足輕重的作用[5]。2017年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了一系列重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查系列技術(shù)文件[6]，包括重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查信息采集技術(shù)規(guī)定(試行)、在產(chǎn)企業(yè)地塊風(fēng)險篩查與風(fēng)險分級技術(shù)規(guī)定(試行)、關(guān)閉搬遷企業(yè)地塊風(fēng)險篩查與風(fēng)險分級技術(shù)規(guī)定(試行)、重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查疑似污染地塊布點技術(shù)規(guī)定(試行)、重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查樣品采集保存和流轉(zhuǎn)技術(shù)規(guī)定(試行)等，對于推動該項工作具有重要意義。基于重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查背景，本文以某廢棄電鍍行業(yè)企業(yè)污染場地為研究對象，研究土壤中污染物的分布規(guī)律，研究結(jié)論可為場地污染管控措施提供決策支撐。

2 材料與方法

2.1 地塊概況

研究地塊占地面積為15000 m2，1956～2006年期間由某電鍍廠使用，目前地塊為閑置狀態(tài)，工業(yè)利用時間較長。該廠主要工藝為鍍裝飾鉻、鍍硬鉻、鍍鋅、鍍鎳等。場地工作區(qū)分布及占地面積見表1，重點關(guān)注區(qū)為鍍鋅車間、鍍鎳車間、鍍鉻車間、鍍鉻車間、污水處理站及倉庫。

2.2 土壤結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件

本次現(xiàn)場實際鉆孔資料顯示，該地塊土壤層較薄，上層為人工雜填土，厚度約為1 m，主要由建筑垃圾、碎石及黏土組成；中部為黏土，厚度約為1.5 m；最底層為中風(fēng)化灰?guī)r基巖。場地在鉆孔揭露范圍內(nèi)未見地下水，場地水文地質(zhì)綜合信息柱狀圖見圖2。

表1 地塊主要工作區(qū)占地面積

圖2 地塊水文地質(zhì)綜合信息柱狀

2.3 采樣點布設(shè)

布點方案參考《重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查疑似污染地塊布點技術(shù)規(guī)定(試行)》。依據(jù)前期資料及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，本地塊共篩選出8個采樣區(qū)域：生產(chǎn)區(qū)(代碼分別為1B01、1B02、1D01、1D02、1C01、1E01、1E02)和廢水處理區(qū)(代碼為1G01)，具體見表2。因該地塊土壤層無淺層地下水，且土壤層厚度小于3 m，因此只取土壤樣。為了準(zhǔn)確捕捉到地塊土壤污染區(qū)，土壤樣品計劃采集3個不同深度樣品：上層樣品，取樣深度為0～0.5 m；0.5 m至基巖之間通過快篩設(shè)備輔助選擇污染較重的1個樣品；土壤底層基巖附近選擇1個土壤樣品?，F(xiàn)場施工過程中依據(jù)每個點位實際地層情況，共采集了21個不同深度的土壤樣品。樣品取樣時間為2020年8月17日，為雨季豐水期。點位分布見圖3。

2.4 樣品檢測指標(biāo)

土壤樣品檢測指標(biāo)包括基本項目及地塊特征污染物，共52項。其中，基本項目為《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB36600-2018)[7]中表1所列45項指標(biāo)；地塊特征污染物為依據(jù)企業(yè)生產(chǎn)工藝分析出的特征污染物，合計7項指標(biāo)，包括砷、苯并[a]芘、四氯化碳、pH值和苯胺、石油烴C10-C40、氯化物(以氯離子計)。

圖3 地塊主要工作區(qū)平面布置及取樣點位

2.5 評價標(biāo)準(zhǔn)及方法

因該地塊規(guī)劃用地為商住用地，因此評價標(biāo)準(zhǔn)選擇《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB36600-2018)中的第一類用地篩選值。

土壤超標(biāo)評價采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法，標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大于1，表示該指標(biāo)超標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)越大超標(biāo)越嚴(yán)重。

表2 土壤樣品采集點位信息

標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法計算公式[8]：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中Pi為單項污染指數(shù)；Ci為污染物的實測值，mg/kg；Si為污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)值，mg/kg。

3 結(jié)果與討論

3.1 超標(biāo)指標(biāo)樣本數(shù)理統(tǒng)計

本地塊設(shè)置8個點位，點位超標(biāo)率為100%；檢測樣本21個，18個超標(biāo)，樣本超標(biāo)率為85.71%。超標(biāo)指標(biāo)按照標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大小排序依次為Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、鉛、苯并[b]熒蒽、苯并[a]蒽及茚并[1,2,3-cd]芘。其中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘超標(biāo)最為嚴(yán)重且普遍，Cr(Ⅵ)最大標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)達(dá)到281，樣本超標(biāo)率為76.2%；苯并[a]芘最大標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)達(dá)到17，樣本超標(biāo)率為38.9%。土壤檢測指標(biāo)超標(biāo)情況見表3。

表3 土壤檢測指標(biāo)超標(biāo)情況統(tǒng)計

3.2 污染物水平空間分布特征

將超標(biāo)指標(biāo)按照水平空間分布進(jìn)行分析，見表4。超標(biāo)指標(biāo)中，Cr(Ⅵ)超標(biāo)最為普遍和嚴(yán)重，18樣本中有16個超標(biāo)。苯并[a]芘是本地塊的第二大污染物，6個樣本超標(biāo)。將每個點位不同深度取樣的Cr(Ⅵ)及苯并[a]芘含量取均值，采用克里金方法利用Arcgis工具進(jìn)行空間插值分析，插值結(jié)果見圖4。從圖中可見，Cr(Ⅵ)普遍超標(biāo)，其中鍍鉻車間超標(biāo)最為嚴(yán)重，最大平均標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)達(dá)到98.67。苯并[a]芘廠區(qū)西部的酸洗池附近超標(biāo)最嚴(yán)重，最大標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為8.84。

綜合分析各個生產(chǎn)區(qū)污染物的分布，識別出鍍鉻車間和酸洗池區(qū)為主要污染區(qū)。

表4 各生產(chǎn)區(qū)超標(biāo)情況

(a.Cr(Ⅵ);b.苯并[a]芘;圓點代表超標(biāo)點位，方點代表未超標(biāo)點位；白色等值線為Pi值)

圖4 地塊兩種主要污染物Pi值空間分布

3.3 污染物垂直空間分布

為掌握地塊土壤隨深度變化的規(guī)律，本次研究對超標(biāo)最為嚴(yán)重的Cr(Ⅵ)和苯并[a]芘做垂向污染特征分析，見圖5。

圖5 Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘含量垂直分趨勢

表5為Cr(Ⅵ)含量垂直分布統(tǒng)計。8個點位的Cr(Ⅵ)濃度在垂直分布上呈現(xiàn)隨深度增高的規(guī)律，也就是下層濃度高于上層。其中4個點位(1B01、1B02、1D02、1E01)濃度出現(xiàn)隨深度逐漸增高的趨勢，有2個點位(1C01、1G01)濃度出現(xiàn)隨深度先降低后增加的趨勢，有1個點位(1E02)出現(xiàn)隨深度先增加后降低的趨勢。Cr(Ⅵ)含量最大值出現(xiàn)在1E02的中層，可達(dá)843 mg/kg，其次是1D02的下層，為102 mg/kg。

表5 Cr(Ⅵ)含量垂直分布統(tǒng)計 mg/kg

表6為苯并[a]芘含量垂直分布統(tǒng)計。8個點位的Cr(Ⅵ)濃度在垂直分布上呈現(xiàn)隨深度降低的規(guī)律，也就是土壤下層濃度普遍低于上層。其中，6個點位(1B01、1B02、1E01、1E02、1C01、1G01)濃度出現(xiàn)隨深度逐漸減低的趨勢；有1個點位(1D02)濃度出現(xiàn)隨深度增加的趨勢。

3.3 污染原因分析

該地塊主要污染物為重金屬和多環(huán)芳烴，主要污染指標(biāo)為Cr(Ⅵ)和苯并[a]芘，重污染區(qū)為鍍鉻車間和酸洗池區(qū)。通過對企業(yè)生產(chǎn)工藝分析，這兩種污染物均為該企業(yè)的特征污染物，說明該地塊土壤污染與企業(yè)生產(chǎn)活動直接相關(guān)。Cr(Ⅵ)濃度普遍存在隨深度遞增的規(guī)律，這與該物質(zhì)的遷移性及地層結(jié)構(gòu)有關(guān)，Cr(Ⅵ)化合物溶于水，上層灑落的含鉻污染物隨著降水不斷入滲，而土壤上層雜填土的滲透性較強，進(jìn)入下部弱滲透性黏土層累積，因此出現(xiàn)深層土壤濃度高于上層的現(xiàn)象；苯并[a]芘作為多環(huán)芳烴的一種，屬于高致癌、難降解、持久性有機物污染物，該物質(zhì)不溶于水，較難隨降水入滲，因此上層濃度一般會高于底層。該地塊工業(yè)利用時間約為50年，企業(yè)生產(chǎn)過程的無序排放是導(dǎo)致土壤中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘及其他特征污染物超標(biāo)的主要原因。

表6 塊苯并[a]芘含量垂直分布統(tǒng)計 mg/kg

4 結(jié)論

(1)調(diào)查分析結(jié)果表明，本地塊未見土壤地下水，只對土壤進(jìn)行了分層取樣。依據(jù)生產(chǎn)區(qū)分布選擇8個采樣區(qū)域，分層采集了21個土壤樣品進(jìn)行分析。

(2)基于空間分析方法對污染物在地塊內(nèi)的水平及垂直分布特征進(jìn)行了分析，識別出污染較重的區(qū)域是鍍鉻車間和酸洗池區(qū)。鍍鉻車間Cr(Ⅵ)含量可達(dá)843 mg/kg，超出土壤篩選值281倍；酸洗池區(qū)的苯并[a]芘含量達(dá)9.35 mg/kg，超出土壤篩選值17倍。其中Cr(Ⅵ)濃度存在隨深度遞增的規(guī)律；苯并[a]芘濃度存在隨深度遞減的規(guī)律。

(3)該場地土壤中污染物的分布規(guī)律與污染物質(zhì)遷移性及土壤各層介質(zhì)的滲透性有關(guān)。溶水性的重金屬隨深度濃度遞增，非溶水性多環(huán)芳烴有機物濃度隨深度遞減。企業(yè)生產(chǎn)過程的無序排放是導(dǎo)致土壤中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘及其他特征污染物超標(biāo)的主要原因。