基于保護地下水的土壤六價鉻篩選值分析

錢進得

摘要：六價鉻作為遷移性極強的重金屬離子，進入土壤后一部分隨包氣帶水發生垂向遷移而污染地下水，另一部分則首先被土壤中的細顆粒吸附截留，在降雨等淋溶后再次釋放造成地下水進一步污染。基于典型六價鉻污染地塊，通過酸雨模擬浸出等方式分析保護地下水的土壤六價鉻篩選值，對六價鉻以及同類型污染地塊的風險評估或修復具有一定的指導意義。

關鍵詞：六價鉻;地下水;土壤篩選值

Abstract：As a highly mobile heavy metal ion，chromium VI directly pollutes groundwater with the vertical migration of the aerated water after it enters the soil，while the other part firstly is absorbed and intercepted by the fine particles in the soil. And then it is released again after leaching by rainfall，causing further pollution of groundwater. Based on the typical chromium VI contaminated sites，analyzing the screening value of chromium VI in soil for protecting groundwater by the acid rain simulation leaching，which has certain guiding significance for risk assessment or remediation of chromium VI in similar contaminated sites.

Keywords：Cr（Ⅵ）;groundwater;soil screening value

1引言

目前已發布的國家或地方的土壤六價鉻篩選值一般是根據土地利用類型從人體健康風險評估的角度來制定，而僅根據人體健康風險所計算出的土壤篩選值無法判定污染土壤是否會進一步釋放出六價鉻從而對地下水造成污染。而進行污染場地風險評估或修復時需要考慮污染物遷移至地下水的風險，尤其是地下水環境敏感區更應注意，如地下水埋深淺、包氣帶或含水層滲透性較好的地區、地下水水源地周邊區域等。本文基于唐山市某典型六價鉻污染地塊，從酸雨模擬浸出、模型計算以及文獻調研三種方式開展保護地下水的土壤六價鉻篩選值的分析。

2酸雨模擬浸出試驗

2.1主體思路

保護地下水的土壤篩選值是以地下水環境為保護目標，以已確定的地下水中六價鉻的濃度為標準限值，從而反推求得土壤中污染物的最大允許濃度來確保地下水環境不受到污染。根據該地塊所在區域地下水功能劃分，本次以0.5mg/L的要求作為標準限值[1]。采用酸雨模擬浸出的方式反推基于保護地下水的土壤六價鉻篩選值。

2.2試驗情況

為模擬污染土壤在真實環境中通過降雨淋溶釋放六價鉻的情況，本次查閱2012～2014年唐山市酸雨站的觀測結果，唐山市2012～2014平均降水pH約5.01，因此浸出實驗采用冰醋酸+水+氫氧化鈉配置pH為4.93±0.05的浸提液，采用轉速為30±2r/min的翻轉式振蕩裝置對樣品進行振蕩，并于23±2℃下振蕩18±2h[2]。

浸出試驗的分析對象為土壤污染狀況詳細調查期間采集送檢的土壤樣品，共計166組。

2.3檢測結果分析

2.3.1整體數據情況

由于送檢的166個樣品中，部分樣品的總量與浸出結果并未檢出，因此，試驗結果分析僅針對總量與浸出均有檢出的數據，共39個樣品。

上述樣品的分析檢測結果顯示，樣品的總量濃度在1.1mg/kg～1890mg/kg之間，平均為122.5mg/kg;浸出濃度在0.009mg/L～53.7mg/L之間，平均為3.09mg/L，檢測結果詳見表1。

2.3.2不同土層測試的檢測數據分析

根據測試數據，深度較淺的雜填土中的浸出濃度遠高于深度較深的土壤中的浸出濃度。雜填土中的浸出濃度平均為7.4mg/kg，最高達到了53.7mg/L，粉土與細砂中的浸出濃度平均為0.66mg/L，各土層檢測對比詳見圖1。

2.3.3樣品超標情況

將樣品的浸出濃度與0.05mg/L相比，整體浸出濃度的超標率約為76.9%。不同六價鉻總量范圍下的超標率詳見圖2。當六價鉻總量濃度處于2.5mg/kg與3.9mg/kg之間時，超標率為50%，當六價鉻總量濃度處于4mg/kg與9.9mg/kg之間時，超標率為78.6%，當六價鉻總量濃度大于10mg/kg時，六價鉻浸出超標率為100%。

因此，當六價鉻總量濃度超過2.5mg/kg時，六價鉻浸出濃度存在超過0.05mg/L的風險。

2.3.4六價鉻浸出濃度與總量濃度的關系

將各點位樣品的六價鉻浸出濃度與總量濃度進行比對，總體而言，大部分樣品的浸出濃度與總量濃度呈正相關，即六價鉻總量濃度越高，六價鉻浸出濃度則越高，詳見圖3。

考慮到少量樣品數據存在濃度極高的情況，為了進一步分析浸出濃度與總量的相關性，本次進一步將浸出濃度0.05mg/L與六價鉻與六價鉻總量數據2.5mg/kg作為劃分界限，將數據劃分為四個區域，詳見圖4。

I區為總量數據高，浸出數據也高的區域，可以看到，大部分數據處于本區域范圍;II區為總量數據低但浸出濃度較高的區域，此次未有數據處于本區域范圍;III區為總量數據低浸出數據也低的區域，IV區為總量數據高但浸出數據較低的區域，上述兩個區域的數據量均相對較少。

3基于保護地下水的六價鉻篩選值模型計算

3.1污染地塊風險評估技術導則的計算方法

該方法僅考慮了污染物的釋放以及進入含水層后的稀釋過程[3]，計算公式為：

以上相關參數說明及參數選值情況如表2所示。

根據以上公式及相關參數最終計算，基于保護地下水的土壤臨界濃度（CVSpgw）為15mg/kg。即若土壤中六價鉻的含量高于15mg/kg，那么經過淋溶等作用可能導致該區域地下水的六價鉻含量超過0.05mg/L。

三相平衡耦合地下水稀釋模型計算是污染物在土壤固、液、氣三相的分配達到平衡，采用土壤-水分配模型預測污染物在土壤淋溶液中的濃度[4]，其計算方法與污染地塊風險評估技術導則的計算原理大致一致，只是在取值上稍有不同，計算方法如公式5與公式6。

地下水對污染物的混合稀釋作用的預測，主要采用箱式模型，如公式7所示。

以上相關參數說明及參數選值情況如表3所示。

根據以上公式及相關參數最終計算，基于保護地下水的土壤臨界濃度（CVSpgw）為8.2mg/kg。即若土壤中六價鉻的含量高于8.2mg/kg，那么經過淋溶等作用可能導致該區域地下水的六價鉻含量超過超過0.05mg/L。

4文獻調研

由于上述模型計算的方法均忽略了包氣帶對污染物衰減的影響，作為影響計算保護地下水的土壤篩選值的重要因素之一，包氣帶會對污染物運移產生重要影響，污染物可在包氣帶中發生一系列反應，包括吸附、氧化還原、降解等作用，而包氣帶的巖性和厚度則是影響污染物運移額重要因素，也會對保護地下水的土壤篩選值計算結果產生影響。

因此，近年來，國內學者在保護地下水的土壤篩選值計算方法的研究上，考慮了污染物在包氣帶發生的衰減并利用 HYDRUS-1D計算衰減因子，結合改進的污染物在地下水中稀釋因子的計算方法，推導出稀釋衰減因子AF，并由此建立了適合我國的保護地下水的土壤篩選值的計算方法。比較具有參考意義的為中國地質大學（北京）喬雄彪所開展的基于保護地下水的Cr（VI）土壤篩選值的研究[5]，其不僅在保護地下水的土壤篩選值計算方法的研究上，考慮了包氣帶對污染物的衰減作用，同時通過室內實驗獲取了符合我國各地區特征的關鍵參數。

根據所建立的計算方法，河北地區考慮包氣帶吸附的衰減篩選值為9.4mg/kg，考慮包氣帶無吸附衰減篩選值為5.89mg/kg，忽略包氣帶衰減的篩選值為1.2mg/kg。

5結論

基于六價鉻浸出樣品的分析結果，并參考國內各模型計算的結果，考慮到地塊實際測量結果顯示，當六價鉻總量濃度大于2.5mg/kg時，六價鉻浸出濃度超0.05mg/L的可能性較高。因此，保守考慮建議將2.5mg/kg作為基于保護地下水的土壤臨界濃度。

參考文獻：

[1]GB/T 14848-2017，地下水質量標準[S].

[2]HJT 300-2007，固體廢物 浸出毒性浸出方法 醋酸緩沖溶液法[S].

[3]HJ 25.3-2019，建設用地土壤污染風險評估技術導則[S].

[4]DB11T 1281-2015，污染場地修復后土壤再利用環境評估導則[S].

[5]喬雄彪，基于保護地下水的Cr（Ⅵ）土壤篩選值計算方法研究[D].北京：中國地質大學，2018.

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