某場地環境調查項目中土壤pH異常的原因探究

董聰慧，張 惠，何開泰，梅祖明

（上海市巖土工程檢測中心，上海 200436）

在場地環境調查項目中，經常出現調查地塊內甚至界外對照點的土壤或地下水的某項監測因子出現異常，或明顯超出環境評價標準，需要去尋找這些監測因子的污染來源，分析判斷出現異常或超標現象的原因。其中，土壤pH值異常較為常見。現行的環境質量相關標準沒有土壤pH值限值[1,2]，地方性場地環境調查的相關技術規范也沒有把土壤和地下水的pH值作為人體健康的篩選指標[3]。但如果土壤或地下水中pH值異常，則很可能預示著土壤或地下水受到了某種污染。因此，當地塊pH值異常時，查明原因、分析是否存在其他污染的可能，很有必要。本文結合某場地調查的實際案例，分析查證了pH值異常的原因，并對相關工作提出技術思路。

1 環境調查概況

本文調查的污染地塊原為某無紡布有限公司，總面積約為7000m2，生產無紡布和纖維等產品，主要原料有PVC膜、聚丙烯、滌綸等，使用的能源為燃煤和工業用電。排放的生產固廢主要是原料的邊角料、煤渣，生產廢氣主要有粉塵和生產過程中微量聚丙烯分解成的單體（毒性很小），使用燃煤時有生產廢氣排放。該無紡布公司沒有排煙筒，因而幾乎沒有廢氣排放，生產中無廢水排放。

本項目地塊原有標準廠房式建筑，西邊界有少量綠化地，北邊界有較少的水泥地。目前項目地塊的建筑物已被拆除，房頂和墻體結構材料基本清除完整，但原建筑物的地下混凝土結構沒有拆除。地面主要為雜填土，明顯可見一些磚石或水泥塊等，項目區地塊東部還有水泥隔離墩，以及一些在降解過程中的編織袋內的水泥已結成硬塊。場地內許多地方有水泥漿體流過和凝結硬化的現象。場地內已生長一些雜草，但生長基本不良。現場未見疑似危廢。項目區地塊自2002年到2015年場地內建筑物被拆除前，未發現有明顯變化。

1.1 監測方案

根據相關技術規范的要求[4,5]，進行常規場地調查監測點布設。共布設6個監測點，其中3個為土壤和地下水共同監測點、3個為土壤單獨監測點，共采集15個土壤樣品和3個地下水樣品。另外在場地外布設1個對照點，采集1個土壤樣品和1個地下水樣品。具體監測點位布設情況見圖1。

土壤和地下水的監測因子和檢測方法見表1。

圖1 現場布點圖Fig.1 Point arrangement

表1 各監測因子的監測方法Table 1 Monitoring methods of each factors

（續表1）

1.2 評價標準與評價方法

各監測因子采用的評價標準見表2和表3。

表2 土壤 水質監測指標評價標準Table 2 Evaluation criteria of soil and water quality monitoring indicators

表3 土壤酸堿度分級[7]Table 3 Soil pH classification

2 結果與討論

2.1 地下水樣品結果分析

所有地下水樣品的金屬指標（包括六價鉻）、氰化物、揮發性有機物、半揮發性有機物、石油烴等的含量均未超過《地下水質量標準》（GB 14848-2017）Ⅲ類標準限值或未檢出，而地下水pH值結果異常（表4）。

表4 地下水樣品pH值Table 4 The pH value of groundwater samples

由表4可知，MW-2號地下水pH值為9.91，為堿性水質，屬于《地下水質量標準》（GB 14848-2017）的Ⅴ類水質。MW-2和MW-3同位于生產車間內，但是pH值有很大差異，無法根據場區的位置情況分析出MW-2地下水樣品pH值偏高的原因。地下水pH值偏高不是來自于原廠區的生產和生活活動，而是來自于其它外界影響。

2.2 土壤樣品結果分析

除pH值外的各項指標均未超過表2中對應的標準。土壤的界外對照點的pH值為8.42，土壤樣品pH值結果情況見表5。

表5 土壤樣品pH值檢測結果Table 5 Results of pH value in soil

由表5可知，界外對照點的pH值是8.42，屬于堿性土壤，說明該區域的土壤環境背景呈堿性。點位SS-1、MW-1、MW-2和MW-3處表層土壤或地下水水位以上土壤樣品pH值偏高，呈強堿性或極強堿性。SS-2、SS-3、MW-2和MW-3四個監測點同時位于該工廠的生產車間內，SS-2和SS-3的表層土壤和地下水水位以上土壤樣品酸堿度呈堿性或強堿性，而MW-2和MW-3呈極強堿性，這說明監測點位表層土壤和地下水水位以上土壤樣品的酸堿度與工廠內生產活動無直接聯系。pH值統計結果見表6。

表6 土壤樣品pH值統計結果Table 6 Statistical results of pH value in soil

由表6可知，表層土壤樣品的pH值平均為9.47，其堿性高于界外對照點，即高于該區域的土壤環境背景，pH值范圍為7.97～10.41，土壤酸堿度屬于堿性—極強堿性，級差為2.44，說明表層土壤pH值分布不均勻，即局部表層土壤pH值偏高；地下水水位以上土壤樣品的pH值平均為9.75，其堿性高于界外對照點，即高于該區域的土壤環境背景，pH值范圍為8.34～11.66，土壤酸堿度屬于堿性—極強堿性，級差為3.32，說明地下水水位以上土壤樣品的pH值分布不均勻，即局部地下水水位以上土壤樣品的pH值偏高；地下水水位以下土壤pH值平均為8.82，與界外對照點土壤樣品相近，說明場地內地下水水位以下土壤樣品pH值接近該地區土壤環境背景，pH值范圍為8.64～8.95，級差為0.31，說明地下水水位以下土壤樣品pH值分布均勻，未受污染。所以污染從表層到下層逐漸減少的，故將pH值偏高原因探究的方向轉向地表受到污染。

3 pH異常的原因分析

從以下幾個方面尋找pH值偏高的原因：

（1）地塊內的工業活動中是否存在使用酸堿物質或產生酸堿物質的生產工藝；

（2）地塊周邊臨近地塊是否存在使用酸堿物質或產生酸堿物質的生產活動；

（3）是否在地塊上的建筑物拆除后被偷倒過堿性垃圾；（4）是否有運輸堿性物品的車輛在地塊附近傾翻過；（5）是否在周邊地塊的建設活動中向本地塊內排放的堿性物質。

當發現一些可能的原因但不能肯定時，可適當采集一些樣品進行檢測，通過檢測結果來幫助判斷異常情況出現的原因。

3.1 資料與信息再分析

發現地塊內土壤和地下水樣品均出現異常情況后，我們重新審查了收集到的原企業的資料，再次走訪了當地的環保部門，并對原企業的工人和原居住在該企業周邊的居民問詢，再次確認該企業確實沒有使用堿性原材料和排放固廢和廢水廢液的情況。

3.2 現場再踏勘

由于沒有找到pH值異常的原因，我們又對該地塊進行了再踏勘。現場除了發現一些生活垃圾和原建筑物拆除過程中留下的建筑垃圾外，沒有其他可能的污染物，周邊也沒有發現存在堿性物質污染本地塊的可能。但緊挨著項目地塊的地鐵站施工工地引起了我們的注意。通過仔細勘查發現地塊內多處存在水泥漿流過后形成的薄層硬化體，敲擊易碎，有的還有多層這樣的硬化體，且從痕跡上判斷，侵入的水泥漿來自北側地鐵站施工工地。

3.3 原因分析

根據前期的調查工作和檢測結果，以及對資料信息的再分析和對現場情況的再勘查，初步判斷地塊北側地鐵站施工時水泥漿的侵入是導致地塊內部分土壤和地下水樣品中pH值顯著偏高的原因所在。

4 加密監測與相關性論證

4.1 加密監測

為了驗證以上判斷，根據地塊受水泥漿侵入的情況，采集10個土壤樣品和2個地表水樣品，檢測了樣品中的pH值和水溶性鈣的含量。

（1）布點方法和采樣數

圍繞地塊內水泥漿的痕跡，在痕跡區內布設6個采樣點，在地塊內其他區域布設3個采樣點，在界外布設了1個采樣點，各采樣點各采集1個表層土壤樣品。在地塊南側排污溝渠內布設1個地表水采樣點以判斷是否污染來自于溝渠內污水。地塊東部區域低洼處囤積水區設1個采樣點，以論證該區域是否pH值整體偏高。具體加密監測布點情況見圖2。

圖2 加密監測點位布設圖Fig.2 Density increasing monitoring point arrangement

（2）監測因子

土壤樣品的監測因子為pH值和水溶性鈣，地表水監測因子為pH值。土壤和水中pH值的測定方法與表1一致，水溶性鈣采用方法為《土壤試驗方法標準》（GB/T 50123-1999）。

4.2 結果與討論

（1）土壤監測結果與討論

T1～T9為地塊內表層（0～0.2m）土壤樣品，T10為界外對照點土壤樣品。pH值和水溶性鈣含量測定結果見表6。

表6 表層土壤樣品pH值結果Table 6 Results of pH value in surface soil samples

由表6可知，界外對照點T10的pH值為8.85，表明該區域的土壤pH值基本正常。結合表5和表6，繪制了地塊內表層土壤樣品pH值的等值線圖，并加入水泥漿痕跡走向，見圖3。地塊內地勢走向見圖4。

圖3 表層土壤樣品pH值和地塊內水泥漿流向圖Fig.3 The pH value of surface soil samples and cement slurry flow in block

圖4 地塊內地勢走向圖Fig.4 Topography in the plot

由圖3和圖4可見，地塊內水泥漿流過的痕跡與pH值具有相關性，地勢越低，水泥漿匯集越多，pH值越高。由表6可知，土壤pH值與土壤水溶性鈣的含量有正相關性，說明土壤pH值高的區域很有可能是受水泥漿侵蝕的影響。

（2）地表水監測結果與討論

地塊南側排污溝渠內水樣的pH值正常。地塊東部區域低洼處囤積水樣品W2的pH值為9.67，屬于堿性水質，且不滿足《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）的Ⅰ～Ⅴ類水質要求。兩處地表水樣品的 pH值結果見表7。W2地表水pH值高，印證了該區域的土壤pH高不是偶然現象，而是土壤和地表水整體受到了一定的污染。

表7 地表水樣品pH值分析情況Table 7 Analysis of pH value of surface water samples

4.3 相關性論證

4.3.1 水泥的化學組成

根據文獻介紹[8]，水泥的主要成分有硅酸三鈣（3CaO·SiO2）硅酸二鈣 （2CaO·SiO2鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3） 鐵鋁酸四鈣 （4CaO·Al2O3·Fe2O3）和石膏（ CaSO4）。在水泥的凝結和硬化過程中 會發生一系列的化學反應生成水化硅酸鈣（CaO·SiO2·YH2O）凝膠 三硫型水化鋁酸鈣（CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）水 化 鋁 酸 鈣（CaO·Al2O3·6H2O）單硫型水化鋁酸鈣（CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）鐵酸鈣（CaO·Fe2O3·H2O）和氫氧化鈣 [Ca(OH)2]。

4.3.2 相關性論證

（1）由于水泥在水化過程中通過化學反應生成大量的氫氧化鈣，且氫氧化鈣是微溶的，因此當水泥漿進入土壤和水體后，會使土壤和地表水或地下水呈堿性，且使土壤具有較高的可溶性鈣含量。地下水和地表水pH值高的點位與表層土壤pH值高的點位位于相同區域，且均位于地勢低、水泥漿匯聚處，pH異常區的分布與水泥漿入侵路線的關系十分密切。

（2）地塊內除了土壤中pH出現偏高現象外，土壤中的水溶性鈣含量也出現了明顯高于未受水泥漿侵入的界外對照點的現象。

（3）通過多次調查訪談和踏勘，沒有發現其他可能引起地塊內土壤pH值異常的因素。

5 結論與建議

5.1 結論

通過對場地的加密監測和相關性分析論證發現，地塊內pH值異常區與地塊內地勢高低和水泥漿液流經的痕跡存在相關性，土壤pH值高區域的地勢普遍較低且存在水泥漿液流經痕跡，且表層土壤pH值與水溶性鈣含量（代表水泥漿含量）具有正相關性，所以土壤pH高是水泥漿入侵造成的。

5.2 建議

（1）土壤pH值雖然不是篩選值中的指標，但pH的異常，很可能伴隨著其他的污染，或因pH值的異常導致土壤中的某些元素活性的改變，使其更容易遷移進入地下水，從而導致地下水的污染。因此在場地環境調查中，應重視pH的測定，并關注pH值的異常。若在場地環境調查過程中遇到土壤或地下水pH值異常的情況，應從地塊歷史生產活動、地塊周邊生產活動這兩方面著手，并采取進一步取樣分析的手段來探究pH值異常的原因。

（2）通過本案例的實踐，發現調查前期相關資料的收集、現場踏勘、人員訪談等工作十分重要，是場地環境調查后續工作順利推進的重要保證。當發現前期工作收集的資料等信息不夠，不足以支撐檢測結果中呈現的異常情況時，需要進行更詳細的補充資料收集、人員訪談和現場踏勘等相關工作，必要時作補充采樣和檢測，以獲取進一步信息。

（3）地塊環境污染不僅可能來自于地塊內原有生產活動，也可能來自地塊外的活動。因此在作現場踏勘和相關資料收集時，不僅要重視地塊內的情況，還要重視地塊周邊情況。

（4）本案例雖然遇到的只是不在篩選值之列的pH，但本案例的實踐經驗對一些地塊環境調查項目中遇到的其他監測因子檢測結果異常情況的原因探查、地塊土壤重金屬異常等情況的原因調查，也具有一定的借鑒意義。