某搬遷場地地下水中砷污染類型及其修復技術分析

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摘 要：以某搬遷場地砷污染地下水為研究對象，綜合分析其超標的成因，發現該場地砷污染非含砷原料的泄漏等外源性污染，可能屬于間接性污染。并進一步尋求治理地下水砷污染的途徑，通過適用修復技術的可行性對比分析，并結合本場地實際情況，提出基于pH體系調節的治理技術，為非泄漏源砷污染地下水修復提供相關的技術支持。

關鍵詞：砷;地下水;修復

隨著經濟的快速發展，城市化進程的不斷加快，各地開始對老城區、老工業區進行大量的改造或搬遷。近些年，由于管理不當或法規執行不到位，導致全國多個地方出現化工企業拆遷后，留下一塊“毒地”轉而開發為商業或住宅。為了加強搬遷場地的環保監管，有效防范關停或搬遷過程中產生二次污染和次生的突發環境事件，確保工業企業原址場地的再開發利用安全。環境保護部2014年發布了《關于加強工業企業關停、搬遷及原址場地再開發利用過程中污染防治工作的通知》（環發[2014]66號），文中要求“積極組織和督促場地使用權人等相關責任人委托專業機構開展關停搬遷工業企業原址場地的環境調查和風險評估工作。”本文針對該搬遷場地環境調查后識別的污染狀況進行綜合分析，并為該地塊的污染修復提出建議。

1 污染狀況分析

某搬遷場地占地面積約為20000m2。自1991年開始從事吸附劑材料的生產和銷售，屬于化學原料和化學品制造業，2018年停產并完成設備拆除。依據相關法規要求以及技術導則，該場地已完成了前期的初步調查，詳細調查和風險評估等工作，調查結果顯示，本地塊內有3個點位地下水中重金屬砷的含量較高（12-950μg/L），超過了參考的《地下水質量標準（GB/T 14848-2017）》III類標準限值（10μg/L）。對應地下水pH值呈堿性（9.25-11.35）。

隨后基于場地未來利用類型，通過危害識別、暴露評估、毒性評估、風險表征等程序，對砷污染地下水可能對人體健康產生危害的概率或非致癌污染物的危害水平進行評估。評估結果顯示，場地內暴露人群（建筑工人經口攝入）的致癌風險已經超過可接受水平（可接受致癌風險為10-6）。

2 超標原因分析

2.1 水文地質條件

依據地下水位監測數據，場地內地下水地下水監測井深度約為6-10m，依據不同地層條件設置深層地下水監測井，穩定水位為1.25-3.52m，初步判斷場地內淺層地下水流向大致為由西北向東南方向流動。分析發現，場地內淺層地下水與周邊地表水體具有水力聯系，場地內淺層地下水受場地東側地表水體影響。

2.2 超標點位相鄰區域概況

據了解，本場地在長期利用生產中不涉及含砷物質的使用和生產，場地內無砷的外來污染源。對超標點位相鄰區域做進一步的調查和分析。超標點位1靠近原生產區的堿液儲罐區域，該儲罐為地上式。超標點位2靠近原污水管網。超標點位3靠近原生產區的鍋爐尾氣處理裝置（工藝中包含堿洗，含塵含硫堿性廢水日產生量約為5t，堿洗池為磚混結構）。由上分析可知，場地地下水超標點位地下水呈堿性，很可能與各點位相鄰區域堿液儲罐，堿性廢水暫存池等歷史生產設施有關，設施的管理不當，或者跑冒滴漏可能導致強堿性液體的滲漏。

2.3 砷超標原因分析

依據前期調查結果，場地土壤中砷的濃度（21-37mg/kg）均未超過《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB36600-2018）中的第二類用地篩選值（60mg/kg），超標區域土壤和地下水pH偏高（堿性），且地下水中重金屬砷濃度和酸堿度異常呈高度正相關的關系。由于本場地在生產中不涉及含砷物質的使用，沒有明確的砷的來源，而本場地地下水污染為潛水層地下水污染，因此，在對適用修復技術進行分析之前，摸清場地內地下水砷污染的原因是十分必要的。

砷廣泛存在于土壤環境中[1]。砷在地下水中的移動通常受砷酸含氧陰離子（砷酸鹽或亞砷酸鹽）在土壤礦物表面吸附性能的影響，其中氧化鐵和氫氧化鐵對砷酸含氧陰離子的吸附影響尤為明顯。砷族物質的吸附受到天然礦物質（比如，化學成分，或物理特性）、氫離子和氫氧根離子濃度（酸堿度）及氧化還原環境（氧化性或還原性）等因素的影響，其中酸堿度變為堿性（從中性向偏堿性變化）、地下厭氧環境是引起氧化鐵或混價鐵溶出的主要原因[2]。

地下酸堿度向堿性變動將會導致鐵（或其他金屬）礦物相表面電荷變負或弱正相，從而導致其對負電荷砷酸含氧陰離子族的吸附性能降低，而砷酸含氧陰離子是影響地下水中砷溶解狀態的主要原因;研究表明，這一溶解過程可通過調節酸堿度為酸性后被逆轉。砷溶解度增加的另一潛在原因是鐵礦物的溶出。一方面，大部分地下水中的砷被鐵礦物所吸收，所以這些鐵礦物溶出時會將其吸附的砷釋放，造成地下水中砷含量的增加;另一方面，任何共沉淀鐵砷固體也同樣受到還原性溶出過程的影響，如果處于氧化狀態，如三價鐵，溶解態鐵在重新沉淀時，將會使大部分砷由溶解離子態轉變為不溶狀態，從而降低地下水中砷的含量。

3 適用的修復技術

3.1 抽出--處理技術

抽出--處理技術（Pump & Treat）適用于污染地下水的修復，可處理包括有機物、重金屬、無機物在內的多種污染物，主要通過設置一定數量的抽提井，通過泵將污染地下水抽出至地面，至地面的污水處理設施進行處理，待處理達標后再回灌入地下或納管排放。

3.2 原位注入技術

原位注入可視為一種主動修復技術，通過藥劑的投加，實現污染物的轉化或去除。依據其反應原理，可以分為共沉淀（重金屬捕積，吸附與沉淀）和系統修復（酸堿度調節）。

3.2.1 吸附與共沉淀

吸附/共沉淀是通過向地下原位注入某一種或幾種藥劑，地下水中的砷發生化學反應而形成沉淀或絮凝體。吸附/共沉淀法去除砷的機理主要包括三個方面：①沉淀作用：砷酸根與藥劑中水解的金屬離子形成沉淀;②共沉淀作用：藥劑在水解、聚合、沉淀過程中形成的沉淀通過吸附、包裹、閉合和絡合等作用去除地下水中的砷;③吸附作用：藥劑水解后形成不溶性的產物，其表面將地下水中的砷吸附[3]。

3.2.2 酸堿度調節

酸堿度調節主要利用酸和堿中和原理，H+和OH-互相消耗而生成鹽和水，從而實現酸堿度的調節。考慮到本項目的砷污染不是外源性污染，而是間接性污染。投加一定濃度和比例的酸，通過對地下水酸堿度的回調，有可能可以實現降低地下水砷含量的目的。

3.3 修復技術適用性分析

場地為淺層地下水砷污染，考慮到砷污染的成因及特征，結合已確定的修復模式，對篩選出的幾種修復技術的適用性分析如下：①技術可靠性：結合場地地下水砷污染原因分析，原位注入技術從污染源頭入手，可通過向地下注入鐵鹽和酸將地下環境中酸堿度及砷含量恢復至自然狀態，具有較強的可行性。但由于場地污染深度范圍內的土壤以粘性土為主，藥劑擴散速度較慢，且酸的直接注入可能會導致土壤中其他重金屬溶出的風險;②抽出處理技術是常用的污染地下水修復技術，技術較為成熟，但抽出效果受土壤滲透性影響較大，并且單獨抽出處理，并未改變地下強堿環境，不能從根本上解決地下水砷污染的問題。

綜合修復效果、適用性、成本、工期、環境風險等因素，計劃選用效果穩定的抽出處理--原位注入組合技術，初期以抽提為主，降低地下水中的砷污染含量，后期原位注入實現地下水砷的修復。

4 結論

本研究表明，場地地下水污染屬于非外源性砷污染，可能是堿性廢液/廢水泄漏導致的土壤環境pH提高，隨pH值升高，砷易釋放回地下水中，從而導致地下水中砷超標。通過適用技術對比分析，結合本項目實際情況，建議采用抽出--處理和原位注入的組合技術進行修復。

參考文獻：

[1]殷麗萍，張博，李昂等.土壤酸堿度對重金屬在土壤中行為的影響[J].遼寧化工，2014，43（7）：865-867.

[2]梁美娜，朱義年，劉海玲等.氫氧化鐵對砷的吸附研究[J].水處理技術，2006，32（7）：32-37.

[3]金陽，姜月華，李云.地下水砷污染研究進展[J].地下水，2015，37（1）：67-69.

作者簡介：

席普宇（1991- ），男，碩士，河南開封人，從事場地環境調查和修復方面的研究。