華南某典型耕地土壤污染源頭調查與風險管控研究

李韋鈺鄧一榮向萍劉麗麗林龍勇馬嬌陽

(1.西南林業大學生態與環境學院/環境修復與健康研究院，云南 昆明 650224；2.廣東省環境科學研究院/廣東省污染場地環境管理與修復重點實驗室，廣東 廣州 510045)

前言

隨著社會經濟高速發展，傳統礦產資源開采活動所帶來的經濟收益持續下降，且對礦區及周邊生態環境造成了嚴重損傷，主要表現為周邊流域土壤和地下水污染、水土流失嚴重等問題。根據國內外相關經驗，土壤污染采取治理修復、源頭控制、風險管控措施，其成本投入比約100∶1∶10[1]。因此，通過進一步嚴格耕地土壤污染源頭防控，降低糧食等農產品中重金屬超標風險，以最小投入獲得最大的環境效益[1-6]。

《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》的專欄15“環境保護和資源節約工程”的03節“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、有色金屬行業為重點，實施100個土壤污染源頭管控項目。[7]我國土壤污染環境工作還處于起步階段，需要夯實基礎、突出重點、扎實推進。在土壤污染源頭預防、風險管控、治理與修復、監管能力建設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體系。當前，中國土壤污染防治進入一個新的階段，經濟社會綠色轉型要求最大程度減少“增量”污染產生[1，6，8-13]。本研究通過對場地內尾礦、土壤和地下水開展調查和風險評估，確定研究區內土壤污染風險，結合實際情況研究確定可行的土壤污染源頭管控對策，保護研究區內部及下游耕地土壤環境質量。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究對象為我國南方某礦產采選場地，主要進行浮選法選銅、選鉛、選鋅作業，由于各種原因，現在已經停產許久，部分設備已經拆除，現場遺留有廢水、廢礦渣，由于沒有規范管理，廢礦渣堆放較為隨意，尾礦庫利用山谷地帶堵截而成，沒有進行規范化設計。對周邊地區存在較大的環保安全隱患。項目所在地處于較高地勢，為3個山頭包圍，西北地勢最高，西南地勢最低，地表水與地下水均由3個山頭匯集后向西南側山谷方向流動。

地塊西南側有溝渠，該溝渠水量隨季節變化，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。下游分布有農田，主要種植水稻、玉米等農作物，該河流為下游農田灌溉水源，該企業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，造成重金屬污染，存在較大環保安全隱患。本研究從保護周邊環境的角度出發，通過查明區域污染狀況，提出耕地土壤污染源頭管控建議。

圖1 研究區地形圖

1.2 樣品采集與分析

根據《建設用地土壤污染風險管控和修復監測技術導則》(HJ 25.2-2019)以及其他技術規劃的要求，以判斷布點法為主的方式進行點位布設。在研究區內按共布設6個土壤點位，采樣最大深度均為7～8m；2個礦渣采樣點，采樣深度為0～1m；1個水質采樣點。土壤樣品監測鎘、鉛、銅、鋅、砷、汞、總鉻、六價鉻、鎳等重金屬指標，共計9項；水體樣本則測試懸浮物、COD、BOD5、氨氮、總鉻、六價鉻、銅、鎳、鉛、鋅、鎘、砷、汞等指標，共計13項。現場采集的所有樣品均置入貼有標簽的專用樣品瓶或者樣品袋中，所有樣品均添加了適當的樣品保護劑。裝瓶后的樣品裝入始終貯在恒溫冷藏箱中直至樣品到達實驗室。實驗室質量控制的主要內容包括運輸和實驗室空白樣、現場密碼和實驗室平行樣、加標樣回收率和質控樣，并由實驗室完成質控工作。

圖2 調查點位布設圖

1.3 數據評價與分析方法

土壤與尾礦渣中的篩選值采用《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)中第2類用地的標準，廢棄的尾坑庫積水、各個精礦池積水，均可能溶出較多重金屬。考慮到項目附近深坑水仍作為農業灌溉用水，將以《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中V類水質標準評估尾礦庫中積水水質現狀。采用Excel 2016進行統計分析，并使用ArcGis 10.0進行圖件繪制。

2 結果與分析

2.1 調查采樣結果分析

項目所在地全廠區內土壤不同程度的受到重金屬污染，其中整個廠區各個深度的土層的重金屬六價鉻、砷、鋅、鉛、汞超標，其中砷超標率高達50%，最大超標倍數2.1；鋅超標率19.5%，最大超標倍數2.1；鉛超標率11.5%，最大超標倍數1.7；六價鉻超標率3.8%，最大超標倍數10.4；汞超標率3.8%，最大超標倍數10.7。研究區內砷、鉛、鋅超標土層深度分布在2～8m，表明這2種重金屬污染物已經向深層擴散。

由于企業關停已久，尾礦庫內的廢渣與土壤已經混在一起，本次工作使用土壤質量標準對進行廢渣評價，其中砷最大超標倍數6.6、鋅最大超標倍數7.2、鉛最大超標倍數2.1。

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

表1 土壤監測結果統計

表2 廢渣監測結果統計

2.2 重金屬污染特征

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

表3 地表水監測結果統計

2.3 礦區污染情況風險評估

對地塊中超標重金屬進行健康風險評估地塊健康風險評估結果如表4所示，其中六價鉻的致癌風險為1.11E-05，危害商為5.05E-02；砷的致癌風險為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，砷的致癌風險及砷、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生威脅。

表4 健康風險評估結果(不含鉛)

經IEUBK計算，整個兒童期內，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。

根據上述污染物空間分布特征分析與污染物環境健康評價，最終確定砷、鉛、鋅、汞風險高于可接受水平，需要采取有效的控制措施，從而進一步嚴格耕地土壤污染源頭防控，降低土壤重金屬超標風險。

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，其中整個廠區各個深度的土層的銅、砷、鋅、鎘、鉛不同程度超標，但鑒于研究區為廢棄山地，不具有開發價值，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-生態攔截帶-人工濕地系統”的多級生態風險防范技術模式。

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固體廢物，直接固化難度較大，結合調查檢測結果礦渣中重金屬濃度較高，根據國內外研究實際情況，現已經有國內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，根據樣品檢測結果，氨氮及重金屬含量較高，需進行無害化處理。建議在現有尾礦庫為基礎，適當改造，建設一個尾礦庫重金屬積水處理的臨時設施，將積存的含重金屬廢水統一收集后，通過兩級反應、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調至中性后，外排至下游人工濕地系統，統一收集廢水處理后產生的污泥和尾礦庫沉淀底泥，通過異位固化穩定化處理，從而有效去除研究區現有積存廢液的環境風險。

圖3 不同深度土壤重金屬含量變化

3 結論

項目所在地全廠區內土壤不同程度的受到重金屬污染，其中整個廠區各個深度的土層的重金屬六價鉻、砷、鋅、鉛、汞超標，研究區內砷、鉛、鋅超標土層深度分布在2～8m，表明這2種重金屬污染物已經向深層擴散。研究區內廢渣中砷、鉛、鋅的不同程度超標。此次評估過程中采集尾礦庫中積水水樣1個，檢測結果表面水體中氨氮、銅、鎳、鉛、鎘均超標，表明尾礦庫中重金屬溶出性非常高，氨氮超標則是受現場施工或是浮選藥劑丁胺黑藥的影響。

研究區內存在土壤、廢渣、廢水三重污染，下游有河流與農田等敏感受體，屬于典型土壤污染源頭。本研究通過系統識別研究區內重金屬污染問題，制訂“風險管控”這策略，擬重點完成現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境風險源，然后再配套截水渠工程、通過“生態恢復-生態攔截-人工濕地系統”多級生態屏障技術防止重金屬向周邊環境擴散，實現對地塊未來環境的風險管控。