廢棄電鍍廠污染場地土壤污染分布規律研究

劉玉蘭，許敬紅

(大連市生態環境事務服務中心，遼寧 大連 1116021)

1 引言

污染場地是工業化進程的產物，通常位于城市中心地帶或工商業聚集區，占據著商業價值較高的黃金地段[1]。在長期的工業化過程中，發達國家的工業土地污染比例高達20%以上。以歐洲為例，根據歐洲環保局(EEA)統計數字，2006年歐洲潛在污染場地估計數量約為296萬個。其中，荷蘭需要修復的場地有110000個，德國有50000個，丹麥10000個，而在英國有超過200000 hm2的場地需要修復。污染物的類型以重金屬和石油化工類產品為主(占71%)，污染物的來源主要以工業產品生產過程中的泄露及企業的廢物排放為主(占63%)，見圖1[2]。

圖1 歐洲污染場地的污染物類型及來源

隨著我國城市化進程的推進和產業結構的調整，大量工業企業關停并轉、破產、搬遷，遺留的場地被作為城市建設用地再次開發利用[3]。這些遺留場地中殘存大量污染物，其中以重金屬和有毒有機物污染最為嚴重。重金屬具有高毒性、不可降解性和污染積累性等特點，而有機物尤其是多環芳烴類(PAHs)對人體健康和生態環境有著更嚴重的危害，已成為影響人民群眾身心健康的突出環境問題。《國務院關于印發土壤污染防治行動計劃的通知》(國發【2016】31號)要求：“開展土壤污染調查，掌握土壤環境質量狀況。在現有相關調查基礎上，以農用地和重點行業企業用地為重點，開展土壤污染狀況詳查，2020年底前掌握重點行業企業用地中的污染地塊分布及其環境風險情況[4]。”

重點行業企業建設用地開展調查，作為土壤污染狀況的國情調查，對于“摸清我國工業污染家底”具有舉足輕重的作用[5]。2017年，生態環境部發布了一系列重點行業企業用地調查系列技術文件[6]，包括重點行業企業用地調查信息采集技術規定(試行)、在產企業地塊風險篩查與風險分級技術規定(試行)、關閉搬遷企業地塊風險篩查與風險分級技術規定(試行)、重點行業企業用地調查疑似污染地塊布點技術規定(試行)、重點行業企業用地調查樣品采集保存和流轉技術規定(試行)等，對于推動該項工作具有重要意義。基于重點行業企業用地調查背景，本文以某廢棄電鍍行業企業污染場地為研究對象，研究土壤中污染物的分布規律，研究結論可為場地污染管控措施提供決策支撐。

2 材料與方法

2.1 地塊概況

研究地塊占地面積為15000 m2，1956～2006年期間由某電鍍廠使用，目前地塊為閑置狀態，工業利用時間較長。該廠主要工藝為鍍裝飾鉻、鍍硬鉻、鍍鋅、鍍鎳等。場地工作區分布及占地面積見表1，重點關注區為鍍鋅車間、鍍鎳車間、鍍鉻車間、鍍鉻車間、污水處理站及倉庫。

2.2 土壤結構及水文地質條件

本次現場實際鉆孔資料顯示，該地塊土壤層較薄，上層為人工雜填土，厚度約為1 m，主要由建筑垃圾、碎石及黏土組成；中部為黏土，厚度約為1.5 m；最底層為中風化灰巖基巖。場地在鉆孔揭露范圍內未見地下水，場地水文地質綜合信息柱狀圖見圖2。

表1 地塊主要工作區占地面積

圖2 地塊水文地質綜合信息柱狀

2.3 采樣點布設

布點方案參考《重點行業企業用地調查疑似污染地塊布點技術規定(試行)》。依據前期資料及現場調查結果，本地塊共篩選出8個采樣區域：生產區(代碼分別為1B01、1B02、1D01、1D02、1C01、1E01、1E02)和廢水處理區(代碼為1G01)，具體見表2。因該地塊土壤層無淺層地下水，且土壤層厚度小于3 m，因此只取土壤樣。為了準確捕捉到地塊土壤污染區，土壤樣品計劃采集3個不同深度樣品：上層樣品，取樣深度為0～0.5 m；0.5 m至基巖之間通過快篩設備輔助選擇污染較重的1個樣品；土壤底層基巖附近選擇1個土壤樣品。現場施工過程中依據每個點位實際地層情況，共采集了21個不同深度的土壤樣品。樣品取樣時間為2020年8月17日，為雨季豐水期。點位分布見圖3。

2.4 樣品檢測指標

土壤樣品檢測指標包括基本項目及地塊特征污染物，共52項。其中，基本項目為《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)[7]中表1所列45項指標；地塊特征污染物為依據企業生產工藝分析出的特征污染物，合計7項指標，包括砷、苯并[a]芘、四氯化碳、pH值和苯胺、石油烴C10-C40、氯化物(以氯離子計)。

圖3 地塊主要工作區平面布置及取樣點位

2.5 評價標準及方法

因該地塊規劃用地為商住用地，因此評價標準選擇《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)中的第一類用地篩選值。

土壤超標評價采用標準指數法，標準指數大于1，表示該指標超標，標準指數越大超標越嚴重。

表2 土壤樣品采集點位信息

標準指數法計算公式[8]：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中Pi為單項污染指數；Ci為污染物的實測值，mg/kg；Si為污染物的評價標準值，mg/kg。

3 結果與討論

3.1 超標指標樣本數理統計

本地塊設置8個點位，點位超標率為100%；檢測樣本21個，18個超標，樣本超標率為85.71%。超標指標按照標準指數大小排序依次為Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、鉛、苯并[b]熒蒽、苯并[a]蒽及茚并[1,2,3-cd]芘。其中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘超標最為嚴重且普遍，Cr(Ⅵ)最大標準指數達到281，樣本超標率為76.2%；苯并[a]芘最大標準指數達到17，樣本超標率為38.9%。土壤檢測指標超標情況見表3。

表3 土壤檢測指標超標情況統計

3.2 污染物水平空間分布特征

將超標指標按照水平空間分布進行分析，見表4。超標指標中，Cr(Ⅵ)超標最為普遍和嚴重，18樣本中有16個超標。苯并[a]芘是本地塊的第二大污染物，6個樣本超標。將每個點位不同深度取樣的Cr(Ⅵ)及苯并[a]芘含量取均值，采用克里金方法利用Arcgis工具進行空間插值分析，插值結果見圖4。從圖中可見，Cr(Ⅵ)普遍超標，其中鍍鉻車間超標最為嚴重，最大平均標準指數達到98.67。苯并[a]芘廠區西部的酸洗池附近超標最嚴重，最大標準指數為8.84。

綜合分析各個生產區污染物的分布，識別出鍍鉻車間和酸洗池區為主要污染區。

表4 各生產區超標情況

(a.Cr(Ⅵ);b.苯并[a]芘;圓點代表超標點位，方點代表未超標點位；白色等值線為Pi值)

圖4 地塊兩種主要污染物Pi值空間分布

3.3 污染物垂直空間分布

為掌握地塊土壤隨深度變化的規律，本次研究對超標最為嚴重的Cr(Ⅵ)和苯并[a]芘做垂向污染特征分析，見圖5。

圖5 Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘含量垂直分趨勢

表5為Cr(Ⅵ)含量垂直分布統計。8個點位的Cr(Ⅵ)濃度在垂直分布上呈現隨深度增高的規律，也就是下層濃度高于上層。其中4個點位(1B01、1B02、1D02、1E01)濃度出現隨深度逐漸增高的趨勢，有2個點位(1C01、1G01)濃度出現隨深度先降低后增加的趨勢，有1個點位(1E02)出現隨深度先增加后降低的趨勢。Cr(Ⅵ)含量最大值出現在1E02的中層，可達843 mg/kg，其次是1D02的下層，為102 mg/kg。

表5 Cr(Ⅵ)含量垂直分布統計 mg/kg

表6為苯并[a]芘含量垂直分布統計。8個點位的Cr(Ⅵ)濃度在垂直分布上呈現隨深度降低的規律，也就是土壤下層濃度普遍低于上層。其中，6個點位(1B01、1B02、1E01、1E02、1C01、1G01)濃度出現隨深度逐漸減低的趨勢；有1個點位(1D02)濃度出現隨深度增加的趨勢。

3.3 污染原因分析

該地塊主要污染物為重金屬和多環芳烴，主要污染指標為Cr(Ⅵ)和苯并[a]芘，重污染區為鍍鉻車間和酸洗池區。通過對企業生產工藝分析，這兩種污染物均為該企業的特征污染物，說明該地塊土壤污染與企業生產活動直接相關。Cr(Ⅵ)濃度普遍存在隨深度遞增的規律，這與該物質的遷移性及地層結構有關，Cr(Ⅵ)化合物溶于水，上層灑落的含鉻污染物隨著降水不斷入滲，而土壤上層雜填土的滲透性較強，進入下部弱滲透性黏土層累積，因此出現深層土壤濃度高于上層的現象；苯并[a]芘作為多環芳烴的一種，屬于高致癌、難降解、持久性有機物污染物，該物質不溶于水，較難隨降水入滲，因此上層濃度一般會高于底層。該地塊工業利用時間約為50年，企業生產過程的無序排放是導致土壤中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘及其他特征污染物超標的主要原因。

表6 塊苯并[a]芘含量垂直分布統計 mg/kg

4 結論

(1)調查分析結果表明，本地塊未見土壤地下水，只對土壤進行了分層取樣。依據生產區分布選擇8個采樣區域，分層采集了21個土壤樣品進行分析。

(2)基于空間分析方法對污染物在地塊內的水平及垂直分布特征進行了分析，識別出污染較重的區域是鍍鉻車間和酸洗池區。鍍鉻車間Cr(Ⅵ)含量可達843 mg/kg，超出土壤篩選值281倍；酸洗池區的苯并[a]芘含量達9.35 mg/kg，超出土壤篩選值17倍。其中Cr(Ⅵ)濃度存在隨深度遞增的規律；苯并[a]芘濃度存在隨深度遞減的規律。

(3)該場地土壤中污染物的分布規律與污染物質遷移性及土壤各層介質的滲透性有關。溶水性的重金屬隨深度濃度遞增，非溶水性多環芳烴有機物濃度隨深度遞減。企業生產過程的無序排放是導致土壤中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘及其他特征污染物超標的主要原因。