某化工廠地下水污染物1,2-二氯乙烷的含量特征分析與污染源探討

戴峰，沈華

[安徽省地質調查院（安徽省地質科學研究所），安徽合肥 230001]

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中的跑冒滴漏，以及含有化學物質的生產(chǎn)資料或者生產(chǎn)垃圾會被堆放于地面或者埋于地下，在降雨和地表徑流的作用下進入含水層，導致地下水污染時有發(fā)生，嚴重地影響了地下水資源的可持續(xù)發(fā)展和利用[1]。近年來，土壤和地下水污染防治已經(jīng)納入國家環(huán)境治理體系，并隨著《土壤污染防治法》的正式頒布和實施，邁上了法制的軌道[2]。本次研究根據(jù)污染地塊的土壤和地下水調查結果數(shù)據(jù),通過對污染地塊的地下水的監(jiān)測，分析地塊的地下水中的主要污染物1,2-二氯乙烷在不同場景下的濃度變化，結合地下水化學特征，科學評價地塊的地下水污染狀況，分析污染物在地下水中分布和遷移規(guī)律，為下一步污染防控提供基礎資料。

1 研究對象及目的

該化工廠地塊占地面積約7.33 hm2，停工多年，廠房設備已經(jīng)全部拆除。企業(yè)從最初生產(chǎn)電石、焦亞鈉、鋼桶、農(nóng)藥瓶等，到全面關停并搬遷，歷時超過50年。其原址用地規(guī)劃也相應進行調整，不再作為工業(yè)用地使用。根據(jù)相關文件規(guī)定，對原工業(yè)用地轉化為其他用地類型的土地，要進行土壤污染狀況調查和風險評估；經(jīng)調查和風險評估認定為污染地塊的，應制定治理修復方案，開展修復工作，在完成地塊修復后方可開發(fā)利用。

初步調查結果顯示，該地塊深層地下水受到了污染，污染物主要為1，2-二氯乙烷。本次研究擬通過對地塊內的1，2-二氯乙烷在地下水中的濃度監(jiān)測，分析影響1，2-二氯乙烷在水中濃度的變化原因，揭示污染物在不同含水層中分布和濃度變化規(guī)律，從而為后續(xù)的地下水污染防控提供依據(jù)。

2 調查方法

地下水中污染物的遷移受含水層的非均質性影響巨大，污染物的遷移主要以對流形式為主，沿高滲透性通道進行，彌散作用影響較小[3]。因此，了解污染物在地下水中的遷移特征，首先要對地塊的水文地質條件，尤其是各個含水層的性質進行詳細的調查。

2.1 地塊的水文地質條件調查

依據(jù)鉆探、原位測試和室內土試資料，將地塊內埋深33.00 m以內地層劃分如下：

①雜填土：雜色，松散，濕，含大量建筑垃圾及植物根系，成分以黏性土為主，不均勻，欠固結。此層在全地塊分布，厚1.20～10.70 m。

②黏土層：灰黃、褐黃色，可塑—硬塑狀，夾灰色軟土條紋，此層厚度不超過5.9 m。

③粉質黏土層：褐紅、褐黃、棕黃色，硬塑狀、局部呈堅硬狀，此層最厚處約22.00 m。

④-1粉質黏土層：棕紅、灰黃、褐黃色，可塑狀，局部粉質含量較高，局部夾粉土及粉砂薄層，最厚處為5.10 m。④-2 粉砂層：棕紅、褐黃色，中密狀，該層在地塊部分有分布，最厚處約為5.9 m。

⑤全風化泥質粉砂巖層：暗紅、褐紅色。

地塊范圍內調查的地下水分兩層：

第一含水層組：地下水類型屬于上層滯水，主要分布于①雜填土和②黏土層上部的孔隙中，其水量受地表降雨控制，以地表水的垂直滲透補給為主?？辈炱陂g地下水的初見水位與穩(wěn)定水位埋深基本一致，在0.80～1.90 m。

第二含水層組：地下水類型屬承壓水，主要分布于④-1 粉質黏土層和④-2 粉砂層中，以地下水的側向流動補給為主。調查期間，初見水位為15.80～27.30 m，穩(wěn)定水位埋深為14.70～19.70 m，承壓水頭高度約1.50 m。

兩層含水層組之間隔水層由②層黏土層下部和③層粉質黏土層組成。地塊地形起伏較小，地塊地下水潛水大致流向為自北→南。

2.2 地下水監(jiān)測井的布設

地下水監(jiān)測井分為淺層和深層兩個類型，分別監(jiān)測第一層和第二層兩個含水層組。按照時間順序，第一期根據(jù)土壤污染情況共布設5個地下水監(jiān)測點，其中4個為淺層監(jiān)測井，1個為深層監(jiān)測井（XST48）；第二期根據(jù)第一期監(jiān)測結果，增加布設3個深層監(jiān)測井（XQ1、XQ2、XQ3）。兩期的地下水平面位置如圖1所示。

圖1 地塊地下水監(jiān)測點位和平面位置圖Figure 1. Groundwater-monitoring points and the site plan

2.3 樣品測試及初步測試分析結果

2.3.1 檢測指標

地下水檢測指標的選取是根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)工藝設定，第一期監(jiān)測采樣檢測指標選取了9 項重金屬、3項無機物以及67 項包含揮發(fā)性有機物（VOCs）、半揮發(fā)性有機物（SVOCs）、有機農(nóng)藥類、石油烴的污染物項目。第二期根據(jù)第一期檢測結果對超標項進行檢測。

2.3.2 樣品第一期測試結果

第一期地下水監(jiān)測結果顯示：全部5 個地下水樣品中共有22種污染物被檢出，包括：8種重金屬、10種VOCs、2種SVOCs、1種石油烴、1種無機物，檢出的污染物中2 種污染物超過《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）中的IV 類水質標準（簡稱：GB 14848-IV）。其中，淺層只有兩個檢測點位氯化物超過標準，深層地下水樣品揮發(fā)性有機物1,2-二氯乙烷超過該標準。深層地下水超標污染物濃度監(jiān)測結果見表1。

表1 第一期地下水監(jiān)測結果Table 1. Groundwater-monitoring result of the first phase

根據(jù)檢測結果發(fā)現(xiàn)，淺層地下水受污染程度較輕，深層地下水受到了揮發(fā)性有機物1,2-二氯乙烷的污染，且污染程度嚴重。由于XST48的位置為原辦公區(qū)，布置在此處的深井是為了初步了解地塊深層地下水是否受到歷史上生產(chǎn)活動的影響，為了防止產(chǎn)生二次污染，將深井布設到了靠近疑似污染區(qū)域附近的原辦公區(qū)域。

由于地下水監(jiān)測井XST48 附近的土壤超標污染物沒有1,2-二氯乙烷，并且其他淺層的監(jiān)測井也沒有1,2-二氯乙烷檢出，因此為了確定深層地下水中的1,2-二氯乙烷的來源和污染大致范圍，進行了第二期地下水監(jiān)測點位的布設。由于揮發(fā)性有機物1,2-二氯乙烷在淺層地下水中未檢出，所以第二期僅布設深井，在距離XST48 點40 m、80 m、160 m 處分別布設，深井布設位置見圖1 所示。第二、第三期的檢測項僅監(jiān)測1,2-二氯乙烷，檢測結果見表2、表3。

表3 第三期地下水監(jiān)測結果Table 3. Groundwater-monitoring results of the third phase

根據(jù)以上點位的地層特征和實驗室檢出結果，1,2-二氯乙烷濃度含量在所有深層監(jiān)測井中變化較大，深層地下水污染范圍雖然全場都受影響，但是由于地層的原因，濃度有很大的差別。

比對第一期和第二期相差5 個多月的XST48 點位地下水污染物濃度數(shù)據(jù)，第二期1,2-二氯乙烷濃度明顯下降。第三期與第二期檢測相差半個月，也能發(fā)現(xiàn)濃度有明顯下降趨勢。

3 地下水中污染物來源分析與評價

對于地下水污染來源采用地球化學足跡法定量分析，但由于單獨使用地球化學足跡法不能完全解決污染源位置等問題[4～5]，所以還是要依據(jù)實地調查和地下水檢測數(shù)據(jù)。

3.1 地塊生產(chǎn)歷史

通過查閱資料了解到二氯乙烷會出現(xiàn)在氯乙烯（聚氯乙烯單體）制取過程中，且該化合物是一種有機溶劑，能溶于120倍的水，并且還能與乙醇、氯仿混溶，溶解油、脂類、潤滑脂、石蠟等物質，此外還在農(nóng)藥生產(chǎn)中有著廣泛的用途。經(jīng)過對地塊的生產(chǎn)歷史進行梳理，地塊之上開展生產(chǎn)的車間有：電石車間、焦亞鈉車間、鋼桶生產(chǎn)車間、農(nóng)藥容器生產(chǎn)車間、油品儲存庫等，通過特征污染物識別分析，1,2-二氯乙烷不是地塊的主要特征污染物。

3.2 土壤中的污染物分析

對土壤中未超標污染物的分布進行了分析：重金屬污染物（鉻、鉛）局部出現(xiàn)，主要在第一層的雜填土層的表層；SVOCs 污染物（苯并[b]熒蒽、苯并[a]芘和二苯并[a,h]蒽）和總石油烴類污染物，局部出現(xiàn)，主要在第一層的雜填土層和第二層黏土層上部。VOCs無超標，且1,2-二氯乙烷未檢出。

3.3 對淺層地下水和深層地下水之間的聯(lián)系分析

為了了解地塊所處區(qū)域淺層地下水與深層地下水之間是否存在聯(lián)系，采取了地球化學足跡法依據(jù)實地測量的污染物數(shù)據(jù)[6]，通過對淺層和深層地下水采樣進行水化學檢測和同位素測試等方法來大致確定兩層水之間的關系，測試結果繪制在圖2、圖3中。

圖2 地塊區(qū)域地下水化學類型分析圖Figure 2. Analysis of chemical type of groundwater in the site area

圖3 地塊區(qū)域同位素分析Figure 3. Analysis of isotopes in the site area

以上測試結果顯示地塊的淺層和深層地下水有相關性。雖然1,2-二氯乙烷為重于水的透明油狀液體，但是其水溶解度依然達到870 μg/L，如果污染是自地塊上部滲透下去，第一層的地下水濃度應該也會達到超標的濃度，但是淺層地下水的1,2-二氯乙烷并未達到超標的濃度，且與深層地下水中的濃度相差約千倍。初步判斷1,2-二氯乙烷并非直接來自本地塊的工業(yè)生產(chǎn)活動。

3.4 深層地下水側向聯(lián)系分析

本地塊的第一含水層組由于地下水類型屬于上層滯水，分布于①雜填土和②黏土層上部，含水區(qū)域分布不連續(xù)且不易滲透，因此地塊的淺層地下水并未受到1,2-二氯乙烷的污染。

經(jīng)過進一步的訪談和查閱周邊企業(yè)的生產(chǎn)歷史，發(fā)現(xiàn)在地塊東部歷史上有氯乙烯生產(chǎn)廠、農(nóng)藥生產(chǎn)廠，通過查閱鄰近地塊的土壤污染狀況調查報告發(fā)現(xiàn)，該地塊土壤和地下水的1,2-二氯乙烷均嚴重超標，尤其是部分地段其深層地下水中濃度達到51100 μg/L。地形測量結果顯示區(qū)域地勢北高南低，地下水流向大體從北→南。

本地塊的松散層主要含水層④-2粉砂層只在南部少量局部出現(xiàn)，④-1粉質黏土層夾粉土或粉砂薄層為次要的相對含水層，水平滲透系數(shù)約為1.7×10-4cm/s，④-1 粉質黏土層頂板的標高相差較大，且分布不均勻。由于1,2-二氯乙烷為揮發(fā)性有機物，為了防止由于采樣引起較大的濃度變化，采樣過程全部嚴格遵循“地下水環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范”（HJ/T 164—2004）的要求進行，確保地下水樣品采集的質量。雖然相鄰地塊部分深層地下水1,2-二氯乙烷濃度較高，但是調查期間濃度高的地下水只是集中在一小部分，這一部分④-2粉砂層大部分缺失，高濃度并沒有連續(xù)延伸到本地塊。

通過對兩個地塊的空間分布進行分析，發(fā)現(xiàn)地塊周邊道路近兩年來改成了公路橋，公路橋由樁基構成，根據(jù)地層分析，樁基的持力層應為⑤全風化泥質粉砂巖層，樁基施工應穿透松散層的含水層，并對含水層進行擾動；地塊附近不斷有工程施工活動，由于1,2-二氯乙烷的高揮發(fā)性，可能受到施工影響，該區(qū)域主要含水層④-2 粉砂層1,2-二氯乙烷的濃度迅速下降，但是在④-1粉質黏土層夾粉土或粉砂薄層中的1,2-二氯乙烷濃度由于分布的不均勻性以及受到黏性土的影響，短時間內無法迅速下降，因此會出現(xiàn)高濃度的1,2-二氯乙烷在深層地下水中不連續(xù)出現(xiàn)，且在監(jiān)測期有明顯下降的趨勢。

4 結論

（1）地下水中的1,2-二氯乙烷濃度會隨著含水層的大范圍擾動迅速下降，下降的速度隨著含水層的透水性變高而加快，在黏性土中雖然變慢，但是變化依然非常明顯。由于污染地塊從調查到修復或者風險管控的過程需要一段時間，如果地下水中存在1,2-二氯乙烷的污染，在此期間地塊周邊出現(xiàn)建設施工活動，應充分考慮對地塊污染物濃度的影響。

（2）地下水中的污染物遷移受水文地質條件影響非常大，在進行地塊的地下水調查中應充分考慮這種影響，如果出現(xiàn)黏性土夾薄層砂層地層的含水層時，應加密地下水監(jiān)測井的間隔，不能簡單參考規(guī)范要求采用80 m 的間距[7]進行地下水污染物濃度的監(jiān)測，如此會大幅擴大地下水污染范圍的估算，影響后期地下水污染修復的精準性。

（3）由于地塊的1,2-二氯乙烷濃度過高，實驗室檢測過程中會進行稀釋后再測定地下水中的含量，且1,2-二氯乙烷為易揮發(fā)性有機物，在地下水采樣過程中易揮發(fā)掉一部分，同一批次采樣檢測結果相差明顯，高濃度的1,2-二氯乙烷地下水檢測結果具有局限性。