某氨基酸廠搬遷場地土壤重金屬污染特征及健康風險評價

邢 彤，鄭志俠，趙純真，周 剛

(1. 合肥學院 生物食品與環境學院，安徽 合肥 230601；2.安徽睿晟環境科技有限公司，安徽 合肥 230051)

1 引言

隨著城市化進程的快速發展，城市建設用地需求持續增加，土地資源緊缺，國家和地方提出了城市工業用地“退二進三”“退市入園”等政策來滿足城市建設用地的需求[1，2]。我國各大中城市目前大規模對重污染工業企業進行關閉和搬遷，產生了眾多污染或疑似污染的棕色地塊[3]。由于歷史污染問題此類污染場地潛在風險較大，有可能威脅人民群眾健康，破壞生態環境及社會穩定[4，5]。污染場地開發再利用問題十分突出，成為城市化進程中一個不可逾越而又亟待解決的難題[6]。

美國最先提出棕色地塊的健康風險評估，其RBCA模型已運用多年，且相對成熟，英國的CLEA模型也是較常用的模型之一[7]。我國的土壤保護、風險評估和修復仍處于發展初期，只是簡單的借鑒他國模型和參數與我國的客觀事實并不符合。近年來，國內眾多學者對我國土壤的健康風險評估的理論和方法進行了大量研究[8～10]。我國生態環境部發布了《污染場地風險評估技術導則》[11]，提供推薦模型和參數，也為我國的污染場地的場調和風險評估提供了理論基礎和實踐指導。

本文以安徽某氨基酸廠遺留的搬遷場地為研究對象，對污染場地土壤中的As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Zn等 7種重金屬進行初步調查，分析土壤中各污染物的分布特征及污染程度。以《污染場地風險評估技術導則》推薦的模型和參數，污染場地的健康風險進行評估，為該場地的后續詳細調查、修復以及再利用提供理論和科學依據。

2 材料與方法

2.1 場地概況

該氨基酸廠搬遷場地位于安徽省蚌埠市，地理位置坐標為北緯32°55′48.54″～32°56′38.58″。該廠始建于1998年，占地32×104m2，設有生產車間、倉庫、堆場、污水處理站和辦公區等。主要產品為賴氨酸、乳酸、乙醇和生物發酵飼料。為落實地區政府關于主城區工業企業“退城入園”的文件，以及公司自身成長發展需要，公司決定搬遷至園區并進行轉型，2018年廠區已全部停產并實施拆遷。目前，廠區的各類生產設施及配套的管線、建筑主體已全部拆除。當地政府規劃該廠址所在地塊未來主要用為商住用地。場地所在區域地層主要為上古太界五河群(Ar2wh)、古近系雙浮組(E1sh)，大部分被第四系覆蓋。自上而下分為黏土、粉土夾砂、粉質粘土夾粉土、黏土、粉土夾砂、中砂、黏土共7層。

2.2 采樣點布設和樣品采集

根據《場地環境調查技術導則》《建設用地土壤環境調查評估技術指南》《場地環境監測技術導則》《工業企業場地環境調查評估與修復工作指南(試行)》《土壤環境監測技術規范》(表1)等文件要求，采樣點布設體現突出重點、兼顧均勻性原則，依據原場地使用功能和污染特征，結合場地的地形特征及現場踏勘，采用專業判斷布點和分區布點相結合的方法分別在生產車間、污水處理站、循環水池、倉庫、堆放區等重點污染區和廠區空地及辦公區等一般污染區進行土壤監測點位的布設，共布設18個土壤采樣點位，土壤采樣點用S1～S18編號，共采集162個土壤樣。采用美國Geoprobe系統平臺專業鉆探設備(型號7822DT)直接貫入進行土壤樣品的采集工作，采樣深度為6 m，3 m以內深層土壤的采樣間隔為0.5 m，3 m～6 m采樣間隔為1 m，設定取4層土壤進行檢測(圖1)。

圖1 采樣點分布

2.3 土壤重金屬測定

準確稱取0.2 g干燥的土壤樣品，采用微波消解法預處理待測土壤，采用石墨爐原子吸收分光光度法對土壤消解液中的Cd、Pb進行測定，火焰原子吸收分光光度法對土壤消解液中的Cu、Ni、Zn進行測定，微波消解/原子熒光法對Hg、As進行測定。分析中所有試劑均選用優級純，水為超純水。為了保證分析的精度和準確度，每批樣品按照不少于樣品量10%的樣本量進行平行雙樣實驗，平行樣相對偏差控制在20%范圍內[12]。

2.4 評價方法

2.4.1 單因子污染指數法

單因子污染指數法是以土壤元素背景值為評價標準對單項指標進行逐項分析，其數學表達為：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中Pi為土壤單因子污染指數，Ci是土壤污染物實測值，Si是土壤污染物質量標準。該場地下一步擬用于商住用地，在國土資源部頒布的《全國土地分類》(試行)中，將城鎮居民以居住為主的住宅與商業等混合用地定義為城鎮混合住宅，用地歸入了住宅用地，故Si采用《土壤環境質量標準 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)第一類用地標準。

表1 土壤環境質量標準值

2.4.2 內梅羅污染指數法

為反映多種污染物對土壤環境的綜合影響，采用內梅羅綜合污染指數進行土壤環境風險評價，按式(2)計算內梅羅指數。

(2)

式(2)中Pn表示土壤污染綜合指數，(Ci/Si)max即Pimax為最大單項污染指數， (Ci/Si)ave表示單項污染指數的算數平均值。

依據單項污染指數和綜合指數把土壤污染劃分為5個等級，其中Pi≤0.7為清潔、0.73重度污染；Pn≤0.7安全、0.73重污染。

2.4.3 污染場地健康風險評估

重金屬對人體產生的危害可用健康風險評價模型來進行定量評估，本研究采用《污染場地風險評估技術導則》中的相關要求和規定的模型參數，對該氨基酸廠污染場地進行健康風險評估。由于7種特征污染物中Cu、Zn、Pb無毒性參數可以借鑒，本研究只針對As、Cd、Hg、Ni進行健康風險評估。4種金屬的斜率因子(SF)和參考劑量(RfD)等參數見表2。其中SFois、SFdcs、SFpis分別表示經口攝入、皮膚接觸、吸入土壤顆粒物途徑下的斜率因子；RfDois、RfDdcs、RfDpis表示經口攝入、皮膚接觸、吸入土壤顆粒物途徑下的非致癌參考劑量。

表2 重金屬的毒性參數

3 結果與分析

3.1 場地土壤檢測結果

圖2為各采樣點位的重金屬濃度柱狀圖。從圖2可知，S7、S13、S14、S15、S16、S18六個點位的污染物含量較高，分別和原生產車間、污水處理站、罐區相對應，表明這些區域的污染可能受生產、滲漏等因素影響。

圖2 各點位重金屬含量

研究區域內土壤重金屬含量基本統計結果如表3。從平均含量來看，該氨基酸廠搬遷后土壤中的As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Zn 7 種重金屬含量的平均值均超過了安徽省土壤元素背景值，其中超標比較嚴重的是Cd、Pb和Ni。從標準差和方差來看， Cu、Pb、Ni的點位間濃度差異較大，生產車間和污水處理站濃度較大，說明此區域的重金屬污染一定程度上受到人為因素影響。從偏度來看，As、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn的偏度系數均為正值，為右偏離，可能是由于人為活動等造成重金屬元素的不斷富集。Cu偏度較大，說明Cu受人為因素影響較為嚴重。從峰度觀察， Cu的峰度較大，說明在氨基酸廠區土壤中Cu含量相對較高。變異系數可以反應人為因素對污染物的空間影響， 7種重金屬變異系數均較低，說明受外界影響可能不大，主要來自廠區內部污染物的排放。

表3 土壤重金屬含量基本統計特征

相關性分析是研究各重金屬之間的關系，相關性越高同源可能性越大。表4為各重金屬的Pearson 相關性分析結果，Cu和Ni、Cd和Ni為顯著正相關，表明這些重金屬元素之間同源相關性較大，可能存在相同的賦存形態或環境效應。

表4 各金屬間的Pearson相關系數

土壤重金屬污染單因子評價指數結果詳見表5。該污染場地7種重金屬的平均含量單因子指數值均小于1，未超過GB36600-2018第一類用地標準。18個采樣點中，只有S11采樣點土壤中As超標。從單因子指數的分析結果來看此氨基酸廠搬遷場地重金屬污染較輕，只有循環水池附近的土壤受到輕度的As污染。

表5 土壤重金屬污染單因子評價指數

運用內梅羅綜合污染指數對各個點位重金屬污染進行評價，結果列于表6。在所有點位中，僅有11號點位0.7

3.2 人體健康風險評價

本研究選取As、Cd、Hg、Ni 4種重金屬作為健康風險評估的元素，進行致癌風險指數和非致癌危害商的計算。總致癌風險指數為經口攝入、皮膚接觸、吸入土壤顆粒風險指數之和，總非致癌危害商為經口攝入、皮膚接觸、吸入土壤顆粒危害商之和。各元素的致癌風險指數和非致癌危害商統計結果如表7所示。重金屬產生致癌風險值大小為： As> Ni>Cd。從單一重金屬致癌風險來看，As、Ni、Cd產生的致癌風險值范圍分別為：2.19E-05～5.01E-05、9.95E-08～6.20E-07、2.86E-09～2.20E-08。所有點位土壤中As的致癌風險值均超過單一重金屬可接受致癌風險水平1.0E-06，表明場地中重金屬As對周圍群眾產生了一定的致癌風險。As、Cd、Hg、Ni 4種重金屬產生的非致癌風險商HQ范圍分別為：2.75E+00～7.48E+00、1.50E-02～9.46E-02、3.76E-02～9.23E-02、3.31E-01～2.06E+00。在此場地中，As 的非致癌風險值最大，是主要的非致癌風險來源。所有點位As的非致癌危害商超過人體可接受的閾值1，說明該場地存在一定的As非致癌風險。此外，部分樣點的Ni非致癌風險值也超過可接受的風險閾值1，存在一定的非致癌風險。

表6 土壤重金屬污染的內梅羅綜合污染指數評價

綜上，無論是致癌風險還是非致癌風險，風險值較高的區域均集中在循環水池、硫酸銨車間、濃硫酸罐區。循環水池補水為深井水，在長時間使用后地下水中的重金屬富集，濃度變大，該工廠建于20世紀90年代，若防滲措施不到位，富集的重金屬通過淤泥和滲透可造成周邊土壤的重金屬超標。硫酸銨車間和濃硫酸罐區的重金屬可能是因為在濃硫酸轉運、貯存、使用過程中接口處密封圈老化未及時更換等原因造成滴漏現象，濃硫酸腐蝕產生的微量重金屬在滴漏附近富集，造成點位土壤中的重金屬含量普遍較高。

表7 不同途徑下各元素的致癌和非致癌風險(敏感用地)

4 結論

(1)該氨基酸廠搬遷場地土壤中As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Zn等7種重金屬元素均有檢出且平均值超過了安徽省土壤元素背景值，場地受到人為活動的影響，有一定程度的重金屬富集，但強度不大。除As外，其余元素均未超過標準值。

(2)相關性分析表明，Cu和Ni、Cd和Ni為顯著正相關，說明場地土壤中Cu和Ni以及Cd和Ni之間的同源相關性較高，可能存在相同的賦存形態或環境效應。其它金屬相關性不明顯。

(3)單因子污染指數法與內梅羅污染指數法評價結果表明：氨基酸廠搬遷場地土壤重金屬污染較輕，只有生產車間附近的個別點位受到輕度的As 污染。

(4)研究區域內，重金屬產生致癌風險值大小為： As> Ni>Cd，所有點位土壤中As的致癌風險值均超過單一重金屬可接受致癌風險水平1.0E-06，有一定的致癌風險。所有點位As的非致癌危害商均超過人體可接受的閾值1，說明該場地存在一定的As非致癌風險。此外，部分樣點的Ni非致癌風險值也超過可接受的風險閾值1，存在一定的非致癌風險。As 的非致癌風險值最大，是主要的非致癌風險來源。考慮到后續該地塊計劃用途為商住，應根據風險等級劃出風險分區，對有致癌風險的點位進行詳細調查，并進行后續清理和修復，消除風險后再進行利用。