工業(yè)遺留地塊重金屬污染狀況評價研究

鐘克強，余亞偉，張風雷

（重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川東南地質(zhì)大隊，重慶 400038）

近年來，城市化發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級致使部分工業(yè)企業(yè)遷出，但遺留場地土壤和地下水可能存在不同程度的重金屬污染[1-2]。重金屬污染是指人類生產(chǎn)和生活導致Cu、Hg等重金屬發(fā)生下滲、遷移等行為，致使土壤及地下水中重金屬含量明顯升高，直接或間接地危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)安全[3]。重金屬污染往往具有普遍性、隱蔽性和不可逆性。地下水的遷移會將賦存于污染場地土壤中的重金屬進一步擴散至場地周邊區(qū)域。本文以某工業(yè)企業(yè)遺留地塊為研究對象，定量分析研究區(qū)土壤及地下水的重金屬污染程度及潛在風險，為后期工作提供科學依據(jù)。

1 研究方法

研究區(qū)中心地理坐標為東經(jīng)106.22°、北緯29.60°，占地面積為29 548 m2。研究區(qū)地形起伏較小，高差約為5 m，中間低，北側(cè)、西南側(cè)和東側(cè)高，高程變化范圍為286～291 m。地下水類型為土體孔隙水，以大氣降水補給為主，向周邊地勢較低處排泄，其徑流受含水層巖性及侵蝕基準面的控制[1]。該地塊歷史上曾有兩家機械加工類企業(yè)入駐（1995年），生產(chǎn)工藝主要為車加工、鉆加工等，生產(chǎn)設備于2019年拆除。

1.1 采樣點布設和樣品采集

土壤及地下水采樣點布設時，充分考慮研究區(qū)水文地質(zhì)條件，依據(jù)相關技術(shù)規(guī)范，按照網(wǎng)格布點法在地塊內(nèi)布設18個點位，監(jiān)測指標為錳、鈷、鎳、銅、砷、鎘、鉛、汞。采集的土壤樣品和地下水樣品分別裝入聚乙烯自封袋和聚乙烯塑料瓶中，對樣品分別做標識后密封、冷藏，24 h內(nèi)運送至實驗室。最終獲取土壤樣品48組、地下水樣品18組，具體的采樣點分布如圖1所示。

圖1 研究區(qū)采樣點布置

1.2 樣品分析及質(zhì)量控制

土壤及地下水樣品均委托給具有相應資質(zhì)的實驗室進行檢測分析。為保障測試數(shù)據(jù)的準確性，此次取樣工作采取一定的質(zhì)量控制措施，取樣階段采集平行樣2組。測試過程中，實驗室對送檢樣品開展平行分析和加標回收率分析。

1.3 評價依據(jù)及方法

本研究選取《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）的一類用地重金屬篩選值作為土壤環(huán)境質(zhì)量評價依據(jù)，選取《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—2017）的Ⅲ類水質(zhì)標準（重金屬）作為地下水環(huán)境質(zhì)量評價依據(jù)。

1.3.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對重金屬污染開展評價，內(nèi)梅羅指數(shù)法能夠綜合反映各重金屬對研究區(qū)的污染程度[4]。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的計算公式為

式中：pij為重金屬i的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；pmax為重金屬i單個檢測點位的最大污染指數(shù)；p—i為重金屬i的污染指數(shù)均值。

重金屬i的單項污染指數(shù)計算公式為

式中：pi為重金屬i的單項污染指數(shù)；ci為重金屬i的檢測值；si為重金屬i的評價值。

結(jié)合具體指數(shù)分級，研究區(qū)土壤和地下水污染程度可分成5個級別。一是pij≤0.7，表示安全；二是0.7＜pij≤1.0，表示處于警戒線；三是1.0＜pij≤2.0，表示輕污染；四是2.0＜pij≤3.0，表示中污染；五是pij≥3.0，表示重污染。

1.3.2 潛在生態(tài)風險指數(shù)法潛在生態(tài)風險指數(shù)法常用于污染地塊調(diào)查評估，其較為系統(tǒng)地考慮重金屬對生態(tài)環(huán)境的影響[5]，其計算公式有

式中：為單項重金屬i的潛在生態(tài)風險指數(shù)；為重金屬i的毒性響應系數(shù)；ci為重金屬i的檢測值；為重金屬i的推薦篩選值；RI為綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)。

污染指標對周邊生態(tài)環(huán)境的危害與Eri和RI兩個指標呈正相關[6]。錳、鈷、鎳、銅、砷、鎘、鉛、汞的毒性響應系數(shù)分別為1、5、5、5、10、30、5、40[7]。當RI＜150且Eri＜40時，其潛在危害程度為輕微；當150≤RI＜300且40≤RI＜80時，其潛在危害程度為中等；當300≤RI＜600且80≤Eri＜160時，其潛在危害程度為強；當RI＞600且160≤Eri＜320時，其潛在危害程度為很強；當Eri＞320時，其潛在危害程度為極強。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤及地下水現(xiàn)狀評價

研究區(qū)土壤現(xiàn)狀評價結(jié)果如表1所示。研究區(qū)內(nèi)，除鈷元素外，土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7，土壤保持清潔狀態(tài)，處于安全水平；鈷元素內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為0.74，處在警戒線水平。整體來看，研究區(qū)土壤未受到污染。

表1 研究區(qū)土壤內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果

研究區(qū)地下水現(xiàn)狀評價結(jié)果如表2所示。研究區(qū)內(nèi)地下水存在重度污染，錳元素嚴重超標。研究區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水補給，降水的淋溶作用可能導致土壤中污染物的析出[8]，由于研究區(qū)土壤處于清潔狀態(tài)，未受到錳元素影響，因此研究區(qū)地下水錳污染并非來自土壤。研究表明，水文地質(zhì)條件是影響地下水錳濃度的重要因素[9]，而研究區(qū)上游西北方向存在一垃圾填埋場，推測研究區(qū)地下水錳污染可能受到其影響。

表2 研究區(qū)地下水內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果

2.2 土壤及地下水重金屬潛在生態(tài)風險評價

研究區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風險評價結(jié)果如表3所示。研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬潛在生態(tài)風險均處于輕微級別，其中，砷、鈷兩種元素Eri值明顯高于其他元素，因為砷、鈷元素本身含量較高[9]。研究表明，土壤中砷、鈷元素的來源主要分為人為源和自然源[9]，研究區(qū)之前的工業(yè)生產(chǎn)活動增加了這兩種元素的累積，同時，自然母質(zhì)的風化導致兩種元素本身含量較高。根據(jù)不同元素的RI值，其大小排序為鈷＞砷＞鎳＞錳＞汞＞鉛＞鎘＞銅，總的來說，土壤重金屬潛在生態(tài)風險處于輕微級別。

表3 研究區(qū)土壤潛在生態(tài)風險評價結(jié)果

研究區(qū)地下水重金屬潛在生態(tài)風險評價結(jié)果如表4所示。研究區(qū)內(nèi)地下水重金屬潛在生態(tài)風險均處于輕微級別。從RI值來看，地下水中錳元素的潛在生態(tài)風險為很強，鎳為中等，其余元素均為輕微?？傮w來看，研究區(qū)地下水錳濃度較大，它存在很強的潛在生態(tài)風險。

表4 研究區(qū)地下水潛在生態(tài)風險評價結(jié)果

3 結(jié)論

重金屬污染評價結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)土壤處于清潔狀態(tài)，各重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于1；研究區(qū)內(nèi)地下水受到錳元素的影響，污染嚴重，其內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為33.73。地下水錳元素的RI值為233.17，表明研究區(qū)地下水存在很強的生態(tài)風險。研究區(qū)內(nèi)地下水受徑流條件影響，場地外污染物隨地下水遷移至地塊內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)地下水受到一定程度的污染。后期開展治理和修復時，應在上游阻截地下水，在下游設置截排措施，避免污染物隨地下水遷移。