華南某典型耕地土壤污染源頭調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)管控研究

李韋鈺鄧一榮向萍劉麗麗林龍勇馬嬌陽

(1.西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院/環(huán)境修復(fù)與健康研究院，云南 昆明 650224；2.廣東省環(huán)境科學(xué)研究院/廣東省污染場地環(huán)境管理與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510045)

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源開采活動(dòng)所帶來的經(jīng)濟(jì)收益持續(xù)下降，且對礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重?fù)p傷，主要表現(xiàn)為周邊流域土壤和地下水污染、水土流失嚴(yán)重等問題。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，土壤污染采取治理修復(fù)、源頭控制、風(fēng)險(xiǎn)管控措施，其成本投入比約100∶1∶10[1]。因此，通過進(jìn)一步嚴(yán)格耕地土壤污染源頭防控，降低糧食等農(nóng)產(chǎn)品中重金屬超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，以最小投入獲得最大的環(huán)境效益[1-6]。

《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》的專欄15“環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約工程”的03節(jié)“土壤污染防治與安全利用”中明確提出，在“十四五”期間，要以化工、有色金屬行業(yè)為重點(diǎn)，實(shí)施100個(gè)土壤污染源頭管控項(xiàng)目。[7]我國土壤污染環(huán)境工作還處于起步階段，需要夯實(shí)基礎(chǔ)、突出重點(diǎn)、扎實(shí)推進(jìn)。在土壤污染源頭預(yù)防、風(fēng)險(xiǎn)管控、治理與修復(fù)、監(jiān)管能力建設(shè)等方面探索土壤污染綜合防治模式，逐步建立我國土壤污染防治技術(shù)體系。當(dāng)前，中國土壤污染防治進(jìn)入一個(gè)新的階段，經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色轉(zhuǎn)型要求最大程度減少“增量”污染產(chǎn)生[1，6，8-13]。本研究通過對場地內(nèi)尾礦、土壤和地下水開展調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評估，確定研究區(qū)內(nèi)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合實(shí)際情況研究確定可行的土壤污染源頭管控對策，保護(hù)研究區(qū)內(nèi)部及下游耕地土壤環(huán)境質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究對象為我國南方某礦產(chǎn)采選場地，主要進(jìn)行浮選法選銅、選鉛、選鋅作業(yè)，由于各種原因，現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)許久，部分設(shè)備已經(jīng)拆除，現(xiàn)場遺留有廢水、廢礦渣，由于沒有規(guī)范管理，廢礦渣堆放較為隨意，尾礦庫利用山谷地帶堵截而成，沒有進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)。對周邊地區(qū)存在較大的環(huán)保安全隱患。項(xiàng)目所在地處于較高地勢，為3個(gè)山頭包圍，西北地勢最高，西南地勢最低，地表水與地下水均由3個(gè)山頭匯集后向西南側(cè)山谷方向流動(dòng)。

地塊西南側(cè)有溝渠，該溝渠水量隨季節(jié)變化，受地形影響徑流較快，最終排泄于下游低洼溝谷，由河谷集成地表徑流排泄，最終匯入下游河流。下游分布有農(nóng)田，主要種植水稻、玉米等農(nóng)作物，該河流為下游農(nóng)田灌溉水源，該企業(yè)遺留的大量廢水和尾礦渣，日積月累，廢水和尾礦渣通過地下水溢流到周邊地區(qū)，造成重金屬污染，存在較大環(huán)保安全隱患。本研究從保護(hù)周邊環(huán)境的角度出發(fā)，通過查明區(qū)域污染狀況，提出耕地土壤污染源頭管控建議。

圖1 研究區(qū)地形圖

1.2 樣品采集與分析

根據(jù)《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.2-2019)以及其他技術(shù)規(guī)劃的要求，以判斷布點(diǎn)法為主的方式進(jìn)行點(diǎn)位布設(shè)。在研究區(qū)內(nèi)按共布設(shè)6個(gè)土壤點(diǎn)位，采樣最大深度均為7～8m；2個(gè)礦渣采樣點(diǎn)，采樣深度為0～1m；1個(gè)水質(zhì)采樣點(diǎn)。土壤樣品監(jiān)測鎘、鉛、銅、鋅、砷、汞、總鉻、六價(jià)鉻、鎳等重金屬指標(biāo)，共計(jì)9項(xiàng)；水體樣本則測試懸浮物、COD、BOD5、氨氮、總鉻、六價(jià)鉻、銅、鎳、鉛、鋅、鎘、砷、汞等指標(biāo)，共計(jì)13項(xiàng)。現(xiàn)場采集的所有樣品均置入貼有標(biāo)簽的專用樣品瓶或者樣品袋中，所有樣品均添加了適當(dāng)?shù)臉悠繁Ｗo(hù)劑。裝瓶后的樣品裝入始終貯在恒溫冷藏箱中直至樣品到達(dá)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的主要內(nèi)容包括運(yùn)輸和實(shí)驗(yàn)室空白樣、現(xiàn)場密碼和實(shí)驗(yàn)室平行樣、加標(biāo)樣回收率和質(zhì)控樣，并由實(shí)驗(yàn)室完成質(zhì)控工作。

圖2 調(diào)查點(diǎn)位布設(shè)圖

1.3 數(shù)據(jù)評價(jià)與分析方法

土壤與尾礦渣中的篩選值采用《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600-2018)中第2類用地的標(biāo)準(zhǔn)，廢棄的尾坑庫積水、各個(gè)精礦池積水，均可能溶出較多重金屬。考慮到項(xiàng)目附近深坑水仍作為農(nóng)業(yè)灌溉用水，將以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評估尾礦庫中積水水質(zhì)現(xiàn)狀。采用Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并使用ArcGis 10.0進(jìn)行圖件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)查采樣結(jié)果分析

項(xiàng)目所在地全廠區(qū)內(nèi)土壤不同程度的受到重金屬污染，其中整個(gè)廠區(qū)各個(gè)深度的土層的重金屬六價(jià)鉻、砷、鋅、鉛、汞超標(biāo)，其中砷超標(biāo)率高達(dá)50%，最大超標(biāo)倍數(shù)2.1；鋅超標(biāo)率19.5%，最大超標(biāo)倍數(shù)2.1；鉛超標(biāo)率11.5%，最大超標(biāo)倍數(shù)1.7；六價(jià)鉻超標(biāo)率3.8%，最大超標(biāo)倍數(shù)10.4；汞超標(biāo)率3.8%，最大超標(biāo)倍數(shù)10.7。研究區(qū)內(nèi)砷、鉛、鋅超標(biāo)土層深度分布在2～8m，表明這2種重金屬污染物已經(jīng)向深層擴(kuò)散。

由于企業(yè)關(guān)停已久，尾礦庫內(nèi)的廢渣與土壤已經(jīng)混在一起，本次工作使用土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對進(jìn)行廢渣評價(jià)，其中砷最大超標(biāo)倍數(shù)6.6、鋅最大超標(biāo)倍數(shù)7.2、鉛最大超標(biāo)倍數(shù)2.1。

此次評估過程中采集尾礦庫中積水水樣1個(gè)，檢測結(jié)果表面水體中氨氮、銅、鎳、鉛、鎘均超標(biāo)，其中鎳、鎘超標(biāo)嚴(yán)重，超過10倍，表明尾礦庫中重金屬溶出性非常高，氨氮超標(biāo)則是受現(xiàn)場施工或是浮選藥劑丁胺黑藥的影響。

表1 土壤監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表2 廢渣監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.2 重金屬污染特征

總體來看，整個(gè)廠區(qū)各個(gè)深度的土層的重金屬砷、鋅、鉛、汞均有超標(biāo)，其中鋅的主要超標(biāo)深度為2～6m，鉛的主要超標(biāo)深度為2～8m，砷的主要超標(biāo)深度為0～8m，汞在3.2m處出現(xiàn)超標(biāo)。可見，不同污染物在不同區(qū)域和不同深度上存在一定差異。

表3 地表水監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.3 礦區(qū)污染情況風(fēng)險(xiǎn)評估

對地塊中超標(biāo)重金屬進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評估地塊健康風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果如表4所示，其中六價(jià)鉻的致癌風(fēng)險(xiǎn)為1.11E-05，危害商為5.05E-02；砷的致癌風(fēng)險(xiǎn)為8.93E-05，危害商為1.84E+00；鋅的危害商為7.75E-03；汞的危害商為6.95E-01。可見，砷的致癌風(fēng)險(xiǎn)及砷、銅、汞的危害商高于可接受水平，對接觸地塊土壤的人群的健康產(chǎn)生威脅。

表4 健康風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果(不含鉛)

經(jīng)IEUBK計(jì)算，整個(gè)兒童期內(nèi)，血鉛濃度的平均值為3.31μg·dL-1，血鉛濃度高于10.0μg·dL-1的概率為95.13%，高于5%的可接受水平。

根據(jù)上述污染物空間分布特征分析與污染物環(huán)境健康評價(jià)，最終確定砷、鉛、鋅、汞風(fēng)險(xiǎn)高于可接受水平，需要采取有效的控制措施，從而進(jìn)一步嚴(yán)格耕地土壤污染源頭防控，降低土壤重金屬超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 污染源頭管控研究

探究對象的土壤不同程度的受到重金屬污染，其中整個(gè)廠區(qū)各個(gè)深度的土層的銅、砷、鋅、鎘、鉛不同程度超標(biāo)，但鑒于研究區(qū)為廢棄山地，不具有開發(fā)價(jià)值，僅需防控其污染遷移，建議采用配套截水渠工程配合“植物群落體系-生態(tài)攔截帶-人工濕地系統(tǒng)”的多級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范技術(shù)模式。

探究對象的尾礦庫積累有大量的尾礦渣，鉛鋅礦尾礦渣屬一般工業(yè)固體廢物，直接固化難度較大，結(jié)合調(diào)查檢測結(jié)果礦渣中重金屬濃度較高，根據(jù)國內(nèi)外研究實(shí)際情況，現(xiàn)已經(jīng)有國內(nèi)選礦廠自行組建水泥廠以消化鉛鋅礦浮選后的尾礦渣，研究對象附近有多家大型水泥廠，建議采用水泥窯協(xié)同處置方式處置尾礦庫中的尾礦渣。

探究對象的尾礦庫積累大量廢水，根據(jù)樣品檢測結(jié)果，氨氮及重金屬含量較高，需進(jìn)行無害化處理。建議在現(xiàn)有尾礦庫為基礎(chǔ)，適當(dāng)改造，建設(shè)一個(gè)尾礦庫重金屬積水處理的臨時(shí)設(shè)施，將積存的含重金屬廢水統(tǒng)一收集后，通過兩級反應(yīng)、絮凝、沉淀，使重金屬離子等污染物得以去除，處理后的清水pH調(diào)至中性后，外排至下游人工濕地系統(tǒng)，統(tǒng)一收集廢水處理后產(chǎn)生的污泥和尾礦庫沉淀底泥，通過異位固化穩(wěn)定化處理，從而有效去除研究區(qū)現(xiàn)有積存廢液的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 不同深度土壤重金屬含量變化

3 結(jié)論

項(xiàng)目所在地全廠區(qū)內(nèi)土壤不同程度的受到重金屬污染，其中整個(gè)廠區(qū)各個(gè)深度的土層的重金屬六價(jià)鉻、砷、鋅、鉛、汞超標(biāo)，研究區(qū)內(nèi)砷、鉛、鋅超標(biāo)土層深度分布在2～8m，表明這2種重金屬污染物已經(jīng)向深層擴(kuò)散。研究區(qū)內(nèi)廢渣中砷、鉛、鋅的不同程度超標(biāo)。此次評估過程中采集尾礦庫中積水水樣1個(gè)，檢測結(jié)果表面水體中氨氮、銅、鎳、鉛、鎘均超標(biāo)，表明尾礦庫中重金屬溶出性非常高，氨氮超標(biāo)則是受現(xiàn)場施工或是浮選藥劑丁胺黑藥的影響。

研究區(qū)內(nèi)存在土壤、廢渣、廢水三重污染，下游有河流與農(nóng)田等敏感受體，屬于典型土壤污染源頭。本研究通過系統(tǒng)識別研究區(qū)內(nèi)重金屬污染問題，制訂“風(fēng)險(xiǎn)管控”這策略，擬重點(diǎn)完成現(xiàn)有重金屬污水安全處理、積存礦渣、污泥無害化處置，清除地塊最為急迫的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，然后再配套截水渠工程、通過“生態(tài)恢復(fù)-生態(tài)攔截-人工濕地系統(tǒng)”多級生態(tài)屏障技術(shù)防止重金屬向周邊環(huán)境擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)對地塊未來環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)管控。