某化肥廠地塊土壤重金屬砷（As） 污染特征與來源解析

孫小華

摘 要：在某化肥廠關(guān)閉企業(yè)地塊，采集了0～6 m深度的土壤樣品115件，分析了土壤樣品中重金屬砷的含量、污染特征及來源。結(jié)果表明，土壤樣品中重金屬砷（As）均有不同程度檢出，超標(biāo)樣品54件，最大檢測值為714 mg·kg-1，超出GB 36600-2018標(biāo)準(zhǔn)第二類用地篩選值（60 mg·kg-1）約10倍，超出第二類用地風(fēng)險管制值（140 mg·kg-1）4倍。土壤砷（As）超標(biāo)點主要位于生產(chǎn)區(qū)和倉儲區(qū)，生活區(qū)局部存在。0～1.5 m回填土層超標(biāo)較為普遍，向下明顯減弱，局部地區(qū)污染深度達(dá)6 m。綜合分析，土壤中砷（As）的污染源來自生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢渣以及遺撒的原材料，局部地區(qū)來自繼承污染。

關(guān)鍵詞：某化肥廠;重金屬砷（As）;污染特征;來源解析

Pollution characteristics and source apportionment of heavy metal arsenic in soil of a chemical fertilizer plant site

SUN Xiaohua

（Beijing Institute of Geology， Beijing 100195， China）

Abstract： A total of 115 soil samples in the decommissioning site of a chemical fertilizer plant were collected， and the contents， pollution characteristics and sources of arsenic in the soil samples were analyzed. The results show that heavy metal arsenic （As） was detected in all soil samples to different degrees， with 54 samples exceeding the standard， and the maximum value detected was 714 mg·kg-1， about 10 times higher than the screening value of 60 mg·kg-1 in the second type of land according to GB 36600-2018 standard and exceeding the risk control value of the second type of land （140 mg·kg-1） by 4 times. Soil arsenic mainly existed at the production and storage areas and at some part of the living areas. Most of the over-standard pollution occurred at the backfilled soil layer of 0 -1.5 m， which weakened significantly downward， and some of the pollution reached 6 m in depth. Based on comprehensive analyses， it is discovered that the main pollution sources of arsenic （As） in soil come from the waste water， waste residue and scattered raw materials created in the production process， and some come from inherited pollution.

Keywords： chemical fertilizer plant; arsenic; pollution characteristic; spatial distribution; source? analysis

土壤是人類賴以生存的根基，由城市化、工業(yè)化快速發(fā)展帶來的土壤環(huán)境污染問題日漸突出，As、Cd、Hg等重金屬是典型的土壤污染物之一，具有高毒性、難降解性、生物累積性等特點（Bocher et al.，2003;劉洋等，2013），污染土壤后會向大氣圈、水圈和生物圈遷移從而危害人類健康（Sharma et al.，2007;Lv et al.，2014）。關(guān)于土壤中重金屬污染來源與空間分布特征的研究已有大量報道，但多以區(qū)域、農(nóng)田土壤重金屬污染為研究靶區(qū)（付華等，2006;胡克林等，2004;姜菲菲等，2011;熊秋林等，2017;楊少斌等，2018;蔚青等，2019;李婧等，2019;趙倩等，2016），而針對工廠特別是化肥廠等重污染企業(yè)的重金屬污染特征研究卻并不多見（吳志遠(yuǎn)等，2020）。本文以某化肥廠為研究對象，分析了土壤樣品中重金屬砷（As）的含量、污染空間分布及來源，以期為相關(guān)部門開展環(huán)境評價和治理提供參考。

1 場地概況

該化肥廠2002年與某外資公司合并成為現(xiàn)在的企業(yè)名稱，在此之前本地塊一直為另一化肥廠，占地面積73 487.37 m2。該化肥廠生產(chǎn)經(jīng)營復(fù)混（合）肥料、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料、摻混肥料、氮肥等，2015年停產(chǎn)。入場調(diào)查時生產(chǎn)設(shè)施已全部拆除，尚留部分建筑物。本地塊做場地調(diào)查時，廠子已經(jīng)關(guān)閉搬遷很久，周圍居民等也早已搬遷完畢，環(huán)保部門資料非常有限，有關(guān)化肥廠最早生產(chǎn)經(jīng)營化肥的時間，不同時期的產(chǎn)品以及生產(chǎn)廢水、生活污水如何排放;污染物排放清單、排放量均未查到歷史數(shù)據(jù)。廠區(qū)主要分為生產(chǎn)區(qū)、倉庫區(qū)和生活區(qū)，北部主要為生產(chǎn)區(qū)和倉庫區(qū)，南部主要為生活區(qū);在生產(chǎn)區(qū)內(nèi)包含某經(jīng)貿(mào)公司，曾經(jīng)營瓷磚產(chǎn)業(yè)，搬走后作為化肥廠的汽車修理車間（圖1）。

研究區(qū)地層以第四系為主，0～20 m地層結(jié)構(gòu)可分為5層，第一層為0～3 m，為人工堆積的填土層（雜填土、素填土）;第二層3～6 m，主要為細(xì)粉砂夾粉土層，粉土層連續(xù)性相對較好;第三層6～10 m，主要為粉細(xì)砂層;第四層10～15 m，為灰色細(xì)中砂層;第五層15～20 m，為中細(xì)砂夾黏性土層，該套黏性土層連續(xù)性較好，是較好的污染物阻隔層。地下水位埋深在6 m左右。

2 點位布設(shè)與樣品采集

（1）點位布設(shè)

平面上采用專業(yè)判斷法和網(wǎng)格布點法相結(jié)合的原則，以便全面、真實、客觀地反映該廠區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀;在疑似污染區(qū)域以20 m×20 m間距布點，適當(dāng)區(qū)域給予加密，局部適當(dāng)抽稀，最大間距為40 m×40 m，以便更經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確地查明污染范圍（HJ 25.1-2019 建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則），共布設(shè)土壤調(diào)查點62個。縱向上根據(jù)地層結(jié)構(gòu)、地下水位埋深以及重金屬的遷移規(guī)律，確定最大布點深度為6 m。

（2）樣品采集

0～30 cm表層土壤樣品用竹鏟直接采集，并除去礫石、植物根莖等雜質(zhì)，采集樣品62件;深層土壤樣品用Geoprobe系列直推式土壤鉆機(jī)，獲取不同深度的原狀土壤樣品，采樣深度分別為100 cm、200 cm、300 cm、400 cm、500 cm、600 cm，采集樣品53件;共采集土壤樣品115件，每件樣品采樣重量不低于1000 g。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤中重金屬砷（As）的污染特征

由于廠區(qū)未來土地規(guī)劃為公園用地、市政道路用地和戰(zhàn)略空白用地，有關(guān)資料表明北京地區(qū)砷（As）的背景值約為20 mg·kg-1，因此參照GB 36600-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中第二類用地篩選值（砷（As）為60 mg·kg-1）進(jìn)行評價。重金屬砷（As）在115件土壤樣品中均有不同程度的檢出，檢出率為100%，表明重金屬砷（As）在研究區(qū)域內(nèi)普遍存在。土壤中砷（As）含量超出60 mg·kg-1的樣品有54件，超標(biāo)率46.9%;砷（As）最大檢測值為714 mg·kg-1，超出第二類用地篩選值（60 mg·kg-1）約10倍，超出第二類用地風(fēng)險管制值（140 mg·kg-1）4倍，表明研究區(qū)域內(nèi)受到工業(yè)生產(chǎn)帶來的影響，局部地區(qū)污染較為嚴(yán)重。

3.2 土壤中重金屬砷（As）污染空間分布

（1）金屬砷（As）超標(biāo)點平面分布

土壤砷（As）樣品115件，超標(biāo)樣品54件，若同一鉆孔存在多個超標(biāo)深度，則選取砷（As）含量最大值進(jìn)行標(biāo)注。在平面上，砷（As）超標(biāo)點主要分布于該化肥廠的倉儲區(qū)和生產(chǎn)區(qū)，分布比較廣泛;在生活區(qū)的局部地區(qū)也有超標(biāo)點存在。生產(chǎn)車間最大超標(biāo)點位為AJ29，砷（As）的濃度為675 mg·kg-1，倉儲車間最大超標(biāo)點位為AJ73，砷（As）濃度為581 mg·kg-1，其他超標(biāo)點介于60～310 mg·kg-1之間。生活區(qū)內(nèi)除AJ14、AJ44、AJ45、AJ48、AJ49調(diào)查點超標(biāo)外，其他點位均不超標(biāo);AJ14調(diào)查點土壤砷（As）最大檢測值為714 mg·kg-1，位于生活區(qū)的食堂附近，AJ44、AJ45、AJ48、AJ49調(diào)查點位于該化肥廠與現(xiàn)存某鄰近化工廠交界部位，其土壤砷（As）含量最大值分別為325 mg·kg-1、180 mg·kg-1、214 mg·kg-1、317 mg·kg-1（圖2）。

（2）金屬砷（As）垂向分布

砷（As）的濃度與深度相關(guān)性分布如圖3，砷（As）在0～6 m深度的各采樣層位均有檢出，砷（As）超標(biāo)樣品在0～1.5 m深度超標(biāo)較為普遍，其深度成零星點狀分布，且隨深度增加而土壤砷（AS）含量降低，超標(biāo)樣品數(shù)量減少，超標(biāo)倍數(shù)降低。

3.3 重金屬砷（As）來源分析

廠區(qū)北部生產(chǎn)區(qū)、倉儲區(qū)土壤樣品砷（As）超標(biāo)與該廠的生產(chǎn)活動有密切關(guān)系。該廠主營復(fù)混（合）肥料、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料、摻混肥料、氮肥的生產(chǎn)，花肥、菜肥等高級肥料加工。復(fù)合肥常用原料有氮、磷和硫，其中氮原料包括尿素、氯化銨和硫酸銨;磷原料有磷酸一銨、磷酸二銨;硫原料有氯化鉀、硫酸鉀等。磷肥的生產(chǎn)原料磷礦石、硫鐵礦中也包含砷（As）、鎘、氟、汞、鉛等元素。因此，該化肥廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢渣，以及遺撒的原材料，經(jīng)雨水、污水的淋溶作用，污染物砷滲入到土壤中，而且多聚集在0～1.5 m回填土層中（回填土一般回填時間相對較短，據(jù)經(jīng)驗估計為建廠之后回填），向下逐漸減弱，局部污染深度達(dá)6 m。縱向上砷超標(biāo)的主要原因是長期淋濾作用的結(jié)果，縱向污染最重區(qū)域是生產(chǎn)過程中地面未曾硬化之前造成的。

生活區(qū)AJ14、AJ44、AJ45、AJ48、AJ49調(diào)查點超標(biāo)，AJ14土壤鉆探取樣過程中發(fā)現(xiàn)該鉆孔0.5～2.5 m土壤呈紅褐色并伴有異味，疑似附近存在垃圾和污水傾倒，此處砷（As）超標(biāo)來源于污水、生活垃圾以及生產(chǎn)過程中的遺撒;AJ44、AJ45、AJ48、AJ49超標(biāo)點位于該化肥廠與現(xiàn)存某鄰近化工廠交界部位，由于該化肥廠建廠之前的工廠資料缺乏，因此懷疑其污染來源為該化肥廠建廠之前的繼承污染。

4 結(jié)論

（1）該化肥廠115件土壤樣品中，重金屬砷（As）均有不同程度檢出，檢測值超過第二類用地篩選值（砷60 mg·kg-1）的樣品有54件，最高值為714 mg·kg-1，超出第二類用地篩選值（60 mg·kg-1）約10倍，超出第二類用地風(fēng)險管制值（140 mg·kg-1） 4倍，表明研究區(qū)域內(nèi)受到工業(yè)生產(chǎn)帶來的影響，局部地區(qū)污染較為嚴(yán)重。

（2）平面上，土壤砷（As）超標(biāo)點主要位于生產(chǎn)區(qū)和倉儲區(qū)、生活區(qū)局部存在。縱向上，0～1.5 m回填土層超標(biāo)較為普遍，向下明顯減弱，局部地區(qū)污染深度達(dá)6 m。

（3）土壤中砷（As）的污染源來自生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢渣以及原材料的遺撒，局部地區(qū)來自繼承污染。縱向上砷超標(biāo)的主要原因是長期淋濾作用的結(jié)果，縱向污染最重的區(qū)域是在生產(chǎn)過程中地面未曾硬化之前造成的。廠區(qū)表層土存在潛在的環(huán)境風(fēng)險，需要采取一定的風(fēng)險管控措施，減少造成的危害。

參考文獻(xiàn)：

付華，吳雁華，魏立華，2006. 北京南部地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬分布特征與評價[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，25（1）：182-185.

胡克林，張鳳榮，呂貽忠，等，2004. 北京市大興區(qū)土壤重金屬含量的空間分布特征[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，24（3）：463-468.

姜菲菲，孫丹峰，李紅，等，2011. 北京市農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染環(huán)境風(fēng)險等級評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，27（8）：330-337.

劉洋，付強(qiáng)，高軍，等，2013. 江蘇鹽城地區(qū)水產(chǎn)品重金屬含量與安全評價[J]. 環(huán)境科學(xué)，34（10）：4081-4089.

李婧，李素艷，孫向陽，等，2019. 北京市朝陽區(qū)（五環(huán)內(nèi)）綠地土壤重金屬分布特征及其影響因素[J]. 水土保持研究，26 （3）：311-317.

蔚青，李巧玲，李冰茹，等，2019. 北京市典型有機(jī)設(shè)施蔬菜基地重金屬污染特征及風(fēng)險評估[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報，14 （3）：258-271.

吳志遠(yuǎn)，張麗娜，夏天翔，等，2020. 基于土壤重金屬及PAHs來源的人體健康風(fēng)險定量評價：以北京某工業(yè)污染場地為例[J]. 環(huán)境科學(xué)，41（9）：4180-4196.

熊秋林，趙佳茵，趙文吉，等，2017. 北京市地表土重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險[J]. 中國環(huán)境科學(xué)，37 （6）：2211-2221.

楊少斌，于鑫，孫向陽，等，2018. 北京城區(qū)綠地土壤重金屬污染評價與空間分析[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，27 （5）：933-941.

趙倩，馬琳，劉翼飛，等，2016. 北京東南郊典型地層重金屬分布特征與潛在生態(tài)風(fēng)險[J].環(huán)境科學(xué)，37（5）：1931-1937.

BOCHER P， CAURANT F， MIRAMAND P， et al.， 2003. Influence of the diet on the bioaccumulation of heavy metals in zooplankton-eating petrels at Kerguelen archipelago， Southern Indian Ocean [J]. Polar Biology， 26（12）：759-767.

LV Jianshu， LIU Yang， ZHANG Zulu， et al.， 2014. Multivariate geostatistical analyses of heavy metals in soils： Spatial multi-scale variations in Wulian， Eastern China [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety， 107：140-147.

SHARMA R K， AGRAWAL M， MARSHALL F， 2007.Heavy metal contamination of soil and vegetables in suburban areas of Varanasi， India [J]. Ecotoxicology & Environmental Safety， 66（2）：258-266.