化工廠區(qū)關(guān)停后的土壤污染調(diào)查及修復(fù)治理技術(shù)研究

摘要：針對(duì)某化工廠區(qū)關(guān)停后的土壤環(huán)境進(jìn)行了深入的污染調(diào)查及修復(fù)治理分析，特別聚焦于多環(huán)芳烴類(lèi)持久性有機(jī)污染物的檢測(cè)與治理。在化工廠區(qū)停產(chǎn)后，遺留的化學(xué)物質(zhì)對(duì)土壤質(zhì)量構(gòu)成了長(zhǎng)期的威脅，其中多環(huán)芳烴由于其持久性和生物累積性，成為了土壤修復(fù)工作的重點(diǎn)。通過(guò)系統(tǒng)的樣本采集與測(cè)定，詳細(xì)記錄了土壤中多環(huán)芳烴的濃度和分布，為后續(xù)的修復(fù)治理工作提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在修復(fù)治理策略上，綜合應(yīng)用生物修復(fù)和物理化學(xué)技術(shù)，展示了一套有效降低土壤中多環(huán)芳烴濃度的方法，對(duì)化工廠區(qū)土壤環(huán)境的修復(fù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：化工廠區(qū)；土壤污染；調(diào)查監(jiān)測(cè)；修復(fù)治理

引言

本研究聚焦于化工廠區(qū)關(guān)停后的土壤污染問(wèn)題，特別是多環(huán)芳烴類(lèi)難以降解的有機(jī)污染物，其在土壤中的累積對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成了長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)?；S長(zhǎng)年累月的生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致了土壤中多環(huán)芳烴等污染物的累積，其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在危害隨工廠關(guān)停而暴露。本研究旨在通過(guò)系統(tǒng)的土壤樣本采集與污染物測(cè)定，準(zhǔn)確刻畫(huà)化工廠區(qū)土壤中多環(huán)芳烴的分布情況，進(jìn)而開(kāi)展針對(duì)性的土壤修復(fù)研究，為污染土壤的治理與修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和有效方法，以期實(shí)現(xiàn)土壤環(huán)境的持續(xù)改善和生態(tài)恢復(fù)。

1現(xiàn)場(chǎng)概況

本研究以位于某化工園區(qū)西南側(cè)的某化工廠為例。該化工廠距離安置小區(qū)55m，東側(cè)緊鄰園區(qū)內(nèi)道路50m，外圍環(huán)繞一條溝渠；自1995年引進(jìn)資本，經(jīng)過(guò)3年建設(shè)，于1998年啟動(dòng)，擁有3條年產(chǎn)4000t氰化鈉水溶液的生產(chǎn)線，采用輕油裂解法生產(chǎn)[1]；于2020年停產(chǎn)并搬遷，相關(guān)設(shè)施及建筑已完成清理工作。

在生產(chǎn)過(guò)程中，某化工廠產(chǎn)生了廢水、廢氣、固廢3類(lèi)主要污染物。廢水主要包含氰化鈉溶液廢水和生活廢水；廢氣主要是生產(chǎn)和產(chǎn)品堆放過(guò)程中釋放出的HCN和NH3氣體；固廢則涵蓋爐內(nèi)廢焦、炭灰等，均屬于含氰化物的危險(xiǎn)廢物。當(dāng)前某化工廠地塊的環(huán)境狀況亟需深入調(diào)查，以制定有效的土壤污染修復(fù)方案，確保周邊社區(qū)和自然環(huán)境的安全與健康。

2現(xiàn)場(chǎng)樣本采集與測(cè)定

2.1 土壤監(jiān)測(cè)因子

由于某化工廠區(qū)主要涉及氰化鈉水溶液的生產(chǎn)，因此監(jiān)測(cè)因子主要聚焦于含氰化物的污染物，同時(shí)包括其他潛在的有害化學(xué)物質(zhì)。監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范依據(jù)國(guó)家和地方相關(guān)土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，采用國(guó)際認(rèn)可的采樣和分析方法。

監(jiān)測(cè)因子包括總氰化物、重金屬（如鉛、鉻）、pH、有機(jī)物含量等，以全面評(píng)估土壤的污染狀況。采集技術(shù)遵循《土壤質(zhì)量 土壤采樣技術(shù)指南》（GB/T 36197-2018），確保樣本的代表性和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。分析方法上采用原子吸收光譜法（AAS）檢測(cè)重金屬，紫外分光光度法測(cè)定總氰化物，有機(jī)物含量則通過(guò)高溫燃燒法進(jìn)行測(cè)定。具體監(jiān)測(cè)因子參數(shù)及分析方法如表1所示。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位布設(shè)

2.2.1 生產(chǎn)區(qū)

每條生產(chǎn)線上游、中游、下游各設(shè)置2個(gè)點(diǎn)位，共18個(gè)點(diǎn)位。

2.2.2 廢水排放區(qū)

設(shè)置5個(gè)點(diǎn)位，以監(jiān)測(cè)廢水對(duì)土壤的影響。

2.2.3 廢氣排放區(qū)

考慮到廢氣可能的沉降范圍，周?chē)O(shè)置3個(gè)點(diǎn)位。

2.2.4 固廢堆放區(qū)

設(shè)置5個(gè)點(diǎn)位，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)廢棄物可能的滲透和泄漏。

2.2.5 周邊環(huán)境

在廠界東側(cè)道路外圍和西南側(cè)安置小區(qū)附近，各設(shè)置2個(gè)背景點(diǎn)位，以評(píng)估污染是否超出廠區(qū)[3]。

另外，采樣點(diǎn)的孔深度根據(jù)土壤類(lèi)型和潛在污染物的特性確定。一般建議，生產(chǎn)區(qū)和廢棄物堆放區(qū)采樣深度均設(shè)為0～1m、1～2m兩個(gè)層次，其他區(qū)域采樣深度設(shè)為0～1m單層次。

2.3 樣品采集

樣品采集是評(píng)估土壤污染狀況的基礎(chǔ)。本次采集工作遵循系統(tǒng)性原則，確保各采樣點(diǎn)位能夠全面反映各區(qū)域的土壤狀況。采樣區(qū)域覆蓋生產(chǎn)區(qū)、廢水排放區(qū)、廢氣排放區(qū)、固廢堆放區(qū)及周邊環(huán)境區(qū)。共設(shè)置35個(gè)點(diǎn)位，采集58個(gè)土壤樣品。采樣過(guò)程中，采集人員使用專業(yè)采樣工具，避免樣品交叉污染，確保采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.4 土壤污染調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目

土壤污染調(diào)查測(cè)定指標(biāo)的選擇旨在全面評(píng)估土壤中潛在的污染物質(zhì)，確保調(diào)查結(jié)果的全面性與準(zhǔn)確性?；谀郴S的生產(chǎn)特性和潛在污染物，本次土壤污染調(diào)查主要關(guān)注4個(gè)核心測(cè)定項(xiàng)目。

2.4.1 總氰化物

在氰化鈉水溶液的生產(chǎn)中，總氰化物是關(guān)鍵監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)其含量進(jìn)行精確測(cè)定。

2.4.2 重金屬（鉛、汞、鎘、鉻）

充分考慮化工生產(chǎn)過(guò)程中可能使用或產(chǎn)生的重金屬種類(lèi)，對(duì)其濃度進(jìn)行詳細(xì)測(cè)定。

2.4.3 pH

酸堿度是反映土壤環(huán)境狀況的基礎(chǔ)指標(biāo)，對(duì)于理解污染物在土壤中的行為和可移動(dòng)性至關(guān)重要[4]。

2.4.4 有機(jī)物含量

評(píng)估化工廠可能排放的有機(jī)污染物并測(cè)定其含量，有助于了解廠區(qū)土壤中有機(jī)污染的程度。

2.5 土壤污染監(jiān)測(cè)結(jié)果

本次土壤污染監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括總氰化物、重金屬（鉛、汞、鎘、鉻）、pH及有機(jī)物含量等，每項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)均有相對(duì)應(yīng)的檢出限，以確保結(jié)果的精確性[5]，實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果可切實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)土壤污染情況。表2展示了監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、檢出限、點(diǎn)位數(shù)、檢出率、點(diǎn)位濃度范圍，以及與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比。

通過(guò)表2分析可知，有機(jī)物含量在有些點(diǎn)位超出了第一類(lèi)用地限值，顯示出該點(diǎn)位區(qū)域存在顯著的污染問(wèn)題；鉻雖然未超出限值，但在部分點(diǎn)位區(qū)域接近篩選值，需引起關(guān)注。

3多環(huán)芳徑修復(fù)治理技術(shù)

3.1 測(cè)定分析方法

多環(huán)芳烴測(cè)定分析涉及土壤樣品的前處理、萃取、純化和分析，本研究采用先進(jìn)的氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)確保分析結(jié)果的精準(zhǔn)性。

3.1.1 土壤樣品處理流程

①將樣品放置于冷凍干燥器中，直至重量恒定；②樣品在瑪瑙研缽中研磨至通過(guò)100目尼龍篩；③精確取5g過(guò)篩樣品置于棕色玻璃離心管中，加入10mL丙酮與正己烷（V∶V=1∶1）混合溶液，利用超聲儀進(jìn)行30min的浸提；④將樣品在3000rpm下離心10min（此過(guò)程重復(fù)3次，確保充分提?。?；⑤將提取液在45℃、280mBar條件下通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至1mL；⑥將濃縮液使用C18固相萃取柱進(jìn)行純化（柱子預(yù)先用3mL正己烷活化）；⑦使用正己烷沖洗，并用8mL正己烷與二氯甲烷（V∶V=7∶3）溶液洗脫，收集濾液在20℃下用高純氮?dú)獯抵两蒣6]。

3.1.2 多環(huán)芳烴定性定量分析

處理后所得樣品在氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）中進(jìn)行分析。色譜條件設(shè)置使用HP-5MS色譜柱；載氣為高純氦氣（99.99%）；流速為1mL/min。起始溫度60℃，保持2min；隨后以30℃/min升至120℃，保持1min；再以5℃/min升至280℃，保持13min。通過(guò)全掃描模式和選擇離子掃描（SIM）方法，對(duì)土壤樣品中的多環(huán)芳烴進(jìn)行定性和定量分析。

3.2 測(cè)定結(jié)果

根據(jù)測(cè)定結(jié)果制訂表3，展示多環(huán)芳烴的種類(lèi)、檢測(cè)濃度和相比于背景值的增減情況（篇幅所限，表3中僅列出了部分典型多環(huán)芳烴的檢測(cè)結(jié)果作為示例，基于有機(jī)物含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)[7]）。

通過(guò)表3分析可知，各類(lèi)多環(huán)芳烴的濃度普遍高于背景值，表明某化工廠區(qū)土壤受到了相應(yīng)物質(zhì)的明顯污染；苯并[a]蒽、芴、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、鄰苯二甲蒽的濃度增加，指示了工業(yè)活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境造成的負(fù)面影響。

3.3 修復(fù)過(guò)程

基于上述結(jié)果，某化工廠關(guān)停后的土壤修復(fù)過(guò)程采取了多元化策略，結(jié)合生物修復(fù)和物理化學(xué)技術(shù)，確保有效降解土壤中的多環(huán)芳烴，恢復(fù)土壤的健康狀態(tài)。①初始階段，采用土壤洗脫技術(shù)，通過(guò)加入特定比例的表面活性劑，如1%的非離子型表面活性劑，對(duì)土壤進(jìn)行處理，有效分離出土壤顆粒中吸附的多環(huán)芳烴，洗脫效率達(dá)到80%以上，顯著降低了土壤中的污染物濃度[8]；②生物修復(fù)階段，通過(guò)添加經(jīng)過(guò)篩選具有高效降解能力的微生物菌株，如Pseudomonassp和Whiterotfungi，能夠在控制的環(huán)境條件（溫度25～30℃，濕度60%～70%）下，分解土壤中的多環(huán)芳烴，在經(jīng)過(guò)30～60d的生物處理后，多環(huán)芳烴的濃度進(jìn)一步降低了40%～60%；③采用熱脫附技術(shù)處理難以生物降解的殘留污染物，在高溫（300～500℃）下處理土壤，使殘留的多環(huán)芳烴分子從土壤顆粒中脫附并通過(guò)凈化系統(tǒng)進(jìn)行安全處理，達(dá)到近100%的去除率。

3.4 修復(fù)治理效果

治理前后均采用相同的多環(huán)芳烴測(cè)定分析方法對(duì)土壤樣本進(jìn)行檢測(cè)，表4展示了部分關(guān)鍵多環(huán)芳烴在治理前后的濃度對(duì)比，明顯顯示出修復(fù)治理措施的有效性。

從表4可以看出，各類(lèi)多環(huán)芳烴的濃度均實(shí)現(xiàn)了顯著降低，平均降低率達(dá)80%。這一結(jié)果，既顯示出了修復(fù)措施的有效性，又表明了土壤環(huán)境質(zhì)量已得到明顯改善。同時(shí)，土壤修復(fù)后的生態(tài)恢復(fù)情況也受到關(guān)注，修復(fù)區(qū)域的生物多樣性和土壤生物活性均有所提升，進(jìn)一步證明了修復(fù)措施的綜合效果。

結(jié)語(yǔ)

上述研究基于某化工廠的工程案例，深入探討化工廠區(qū)關(guān)停后的土壤污染情況。首先，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)采樣與測(cè)定，發(fā)現(xiàn)土壤中有機(jī)物含量超出標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)土壤造成了嚴(yán)重污染；其次，通過(guò)多環(huán)芳徑修復(fù)治理技術(shù)揭示了污染土壤中多環(huán)芳烴的具體分布情況，為后續(xù)修復(fù)措施的實(shí)行提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；最后，采取生物修復(fù)+物理化學(xué)技術(shù)的綜合修復(fù)策略，有效降低了土壤中多環(huán)芳烴的濃度，促進(jìn)了土壤環(huán)境的改善和恢復(fù)。上述研究不僅為某化工廠的土壤環(huán)境修復(fù)提供了可靠的方案和技術(shù)支持，也為相似環(huán)境下的土壤污染治理工作提供了重要參考，展現(xiàn)出科學(xué)研究在實(shí)際環(huán)境治理中的應(yīng)用價(jià)值。未來(lái)，持續(xù)優(yōu)化修復(fù)方案并監(jiān)測(cè)土壤長(zhǎng)期恢復(fù)效果將是相關(guān)研究的重要方向。

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作者簡(jiǎn)介

付修冶（1990—），男，漢族，遼寧開(kāi)原人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)橥寥牢廴拘迯?fù)治理與土地開(kāi)發(fā)利用、土壤污染狀況調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-04-25