P基于遷移模型的土壤與地下水環(huán)境的綜合利用風險標準評估

摘 要：本研究以某化工企業(yè)為例，采用多層次土壤和地下水修復目標值計算模型（P20模型），結(jié)合實地監(jiān)測數(shù)據(jù)和污染物遷移模擬，對場地進行了綜合環(huán)境風險評估。研究采集了地下水樣品，并通過對苯、氯苯、1，4-二氯苯等污染物的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)地下水受到較為嚴重的化學污染。通過Ogata Banks和Domenico模型的應用，模擬了污染物在地下水中的遷移趨勢，為場地的治理與修復提供了科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：遷移模型，土壤與地下水環(huán)境，綜合利用，風險標準評估

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.20.033

0 引 言

環(huán)境污染特別是由化工產(chǎn)業(yè)引起的土壤和地下水污染問題，不僅影響公眾健康，也對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成長期影響。針對化工企業(yè)特有的污染特征，開展土壤與地下水污染的風險評估，制定相應的修復目標和策略至關(guān)重要。本研究利用暴露概念模型和風險評估模型，針對某具體化工企業(yè)進行了詳細的案例研究，以期找出有效的污染控制和修復方法，確保環(huán)境和公眾健康安全。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究對象為某化工企業(yè)，總占地面積約85，476m3，研究區(qū)域布局如圖1所示。企業(yè)布局包括六個主要功能區(qū)：生產(chǎn)車間、包裝車間、行政辦公樓、污水處理設施、農(nóng)藥生產(chǎn)車間及原材料儲存區(qū)。生產(chǎn)成品涉及的工藝原輔料包括苯、乙苯、氯苯及氯仿等，存放于密封罐中，位于原料及成品儲存區(qū)域。主要生產(chǎn)活動集中在生產(chǎn)車間、包裝車間及農(nóng)藥生產(chǎn)車間，產(chǎn)出產(chǎn)品包括甲胺磷類農(nóng)藥、氯堿化工產(chǎn)品及醚醛類化學品。在實地考察過程中，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)及儲存區(qū)域存在明顯刺激性氣味。由于長期生產(chǎn)和儲存操作，原材料及成品可能發(fā)生泄漏，導致潛在的土壤及地下水污染風險。

1.2 樣品采集與分析

本研究共配置16座地下水監(jiān)測井（如圖1所示），共在進行樣本采集時，所安置的濾水管位于地面下方9～15米處，而獲取地下水樣本的深度定在了地面下13～15米的粉土層區(qū)域，每次采集作業(yè)會連續(xù)取得兩個并行樣本。所采集的樣本在4℃的低溫環(huán)境下保存，并確保在24小時內(nèi)運送至實驗室進行檢測。主要檢測項目為揮發(fā)性有機化合物，分析方法依照GB/ T 14848—2017《地下水質(zhì)量標準》進行。所有污染物的最小檢測濃度設置為0.5μg/L，在實驗室分析前還會進行空白樣本的加標回收實驗，以確保苯系物及氯代有機物的加標回收率控制在85%～95%之間，且相對標準偏差需保持在15%以下。地下水樣本中確認存在的污染物質(zhì)主要有苯、1，2-二氯苯、乙苯、氯苯、1，4-二氯苯和氯仿。

1.3 模擬分析方法

1.3.1 暴露概念模型

暴露概念模型闡述了場地污染源、暴露途徑以及受體間的相互關(guān)系。如圖1所示，工廠車間、污水處理廠及原料與產(chǎn)品儲存區(qū)均可能構(gòu)成潛在的污染源。細部分析表明，污染物可能通過滲透進入地下水系統(tǒng)，并隨水流方向向鄰近水體遷移，從而對水質(zhì)環(huán)境構(gòu)成威脅[1]。然而，目前尚未明確場地周邊地下水與外圍地表水之間的水文聯(lián)系，因此出于預防原則，應將場地周邊地下水視為保護受體，并將距離場地邊界水環(huán)境最近的位置確定為合規(guī)點，以便進行有效的監(jiān)測和管理。

1.3.2 風險評估模型

P20模型建立了多層次土壤及地下水修復目標值，適用于終止外部污染的場景，其中污染源假設為常量，污染物濃度穩(wěn)定。且該模型不適用于源頭處污染物濃度變動的無限污染源環(huán)境。模型根據(jù)污染源到受體的傳輸途徑可分為四級（如表1所示），每級依遷移途徑設定不同修復目標值。土壤評估中，第一級基于土壤—水相分配導出修復目標；第二級加入包氣帶土壤淋溶考量，同時地下水目標值對應水環(huán)境質(zhì)量標準；第三級涉及飽和帶中污染物隨地下水側(cè)移；第四級考慮水環(huán)境中的稀釋影響。地下水風險評估以水質(zhì)保護標準為基準，從第二級起評估，目標值隨層次遞增。該模型專注于高風險區(qū)域，平衡經(jīng)濟與環(huán)保效益。地下水模型的假設包括：土壤無污染，以及地下水污染物主要經(jīng)由稀釋、吸附、降解和彌散等過程遷移[2]。

注：Kd（土壤—水分配系數(shù)，L/kg）根據(jù)污染物特性采用不同的計算方法。對于非極性有機物，其計算公式為Kd=koc×foc，其中koc代表有機質(zhì)分配系數(shù)（L/kg），foc為有機質(zhì)含量（%表示）。其他關(guān)鍵參數(shù)包括：θw為孔隙水體積比（無量綱）、θa為孔隙空氣體積比（無量綱）、ρ為土壤容重（g/cm3）、H為亨利定律常數(shù)（無量綱）、CT 代表水質(zhì)標準（mg/L）。RTi指第i 層評估的修復目標值（mg/L）。此外，DF表示稀釋因子（無量綱），AF 和AFu分別為飽和區(qū)和非飽和區(qū)的衰減因子（無量綱），DFriver/abs為受體內(nèi)的稀釋因子（無量綱）。

第二層地下水修復目標值推導：在進行針對場地邊界下方水體的保護與修復目標的設立時，首步乃將目標定量化為特定的地下水質(zhì)量標準濃度。繼而，對比該域內(nèi)所監(jiān)測到的污染物質(zhì)最高濃度與前述修復目標值。若存在超標情形，則需實施必要的修復策略或轉(zhuǎn)入更深層次的評估階段——此階段可能涉及進一步的調(diào)查研究，對于本土標準尚未明確規(guī)定的指標，則可參照歐美等地區(qū)的相關(guān)水質(zhì)標準予以借鑒[3]。

第三層地下水修復目標值推導：英國OgataBanks和Domenico的經(jīng)典解析模型優(yōu)化了污染物遷移過程的描述，為污染物濃度預測及第三層級修復目標值的設定提供了理論依據(jù)。該評估級別基于第二級評估，并在原場地邊界設置監(jiān)測點，使用溶質(zhì)遷移模型預測污染物在邊界的濃度分布。模型中采用的解析公式（式1-3），反映了含水層中污染物的遷移速率通常低于達西速率，因其會受到有機碳的吸附影響。污染物遷移速率及阻滯因子的計算（式4-6）也被詳細論述。融合式（1-9），衰減因子是通過式（10）推算得出，進一步用以指導第三層次的修復目標值設定。

OgataBanks模型（非穩(wěn)態(tài)）：