典型铬污染场地污染状况研究

雷艳梅，刘　晓，桑　博，3*

（1. 山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101；2. 济南市天桥区环境保护局，山东济南250033；3. 山东大学环境科学与工程学院，山东济南250100）



典型铬污染场地污染状况研究

雷艳梅1，刘晓2，桑博1，3*

（1. 山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101；
2. 济南市天桥区环境保护局，山东济南250033；3. 山东大学环境科学与工程学院，山东济南250100）

摘要：为研究典型工业污染场地污染特点，选取某一化工厂铬污染场地作为研究对象，在厂区内不同功能区采集了土壤和地下水样品。对样品进行前处理后，通过分光光度法对样品中的Cr（Ⅵ）进行了测定。结果显示，该化工厂铬渣堆积及铬盐生产等区域存在很严重的土壤和地下水污染，地下水属于Ⅴ类水质；污染物在土壤和地下水中纵向迁移扩散严重，在土壤中污染深度达到了12 m；污染程度随离污染核心区的距离增大而逐渐减小。

关键词：铬污染；土壤；地下水；纵向扩散

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.03.21

国内外对污染场地的界定各不相同，但一般认为，如果场地受到了外来有害物质或能量的侵害，则该场地即被污染［1］。由于污染物的迁移作用，受污染的场地会对场地所在地一定区域内的土壤和地下水造成污染，也会对当地居民的健康产生危害。随着我国环保法律法规的逐步健全完善和群众环保意识的增强，场地污染问题逐渐开始暴露并引起社会广泛关注。剧毒化学品生产企业搬迁后，遗留的污染场地未经治理即变更用途再次开放利用的现象普遍存在［2］，这对当地居民的正常生活构成了巨大的污染隐患，一旦引起公害事故，势必造成严重后果。

我国先后成立70家铬盐生产企业，经过对落后产能的淘汰，目前尚有25家企业。据统计，目前淘汰企业和现存企业共累计产生铬渣600万t有余，大多数企业只是对铬渣进行简单堆放，未按照危险废物的储存要求安装防风、防雨及防渗漏设施。露天堆存的铬渣中的六价铬具有强迁移性［4］，可以随雨水冲刷进行迁移，也可以粉尘形式污染周围环境。无论何种迁移方式，六价铬都可以对堆场及其周边的地表水、地下水及土壤造成严重污染。由此可见，如果不能妥善储存铬渣，并及时对铬渣堆存场地进行修复治理，即使铬渣被无害化处理处置，铬渣对原堆场造成的环境污染仍然不能彻底消除。

由于历史、经济及环保意识等方面的原因，目前我国对污染场地的监管刚刚起步，土壤污染治理的“土十条”已发布。本研究选取了国内某一典型铬渣污染场地，通过钻孔取样等方法研究了铬渣所造成的土壤及地下水污染范围，并对该场地修复工作提出了工作建议，以期为国家铬渣污染场地综合整治方针政策提供依据。

1　场地选择与样品采集

1.1典型铬渣污染场地选取原则

根据铬渣产生情况、堆放场地周边环境及样品采集条件等，选择了一化工厂铬渣污染场地。该化工厂主要产品为钛白粉、铬盐（工业铬酸酐、重铬酸钠和碱式硫酸铬）以及硫酸，其中铬盐经过了50余年的生产，截至关停前共累计堆存铬渣30万t有余。与其他同类企业相比，该企业是中国生产铬盐最早、规模最大的厂家之一，铬渣堆存数量大。该厂铬污染场地较为平坦，西侧比东侧略高，高约3 m左右，东南方向地势最低。该化工厂南侧距离一河流仅300 m有余，场地周边已被开发为住宅小区，并且居民已入住。同时该企业于2004年开始对铬渣进行烧结炼铁，至2012年完成历史遗留铬渣的全部处置任务，并通过环保部门专家组的验收。铬渣清理完毕后的堆存场地进行了覆盖处理，同时围绕堆存场地建设了雨水沟及雨水收集池，防止雨水冲刷含铬土壤后外流。

1.2样品采集

根据该企业厂区内各建筑的不同用途，将厂区（图1黑线所围区域）分为5个功能分区，如图1所示。围绕厂区内铬渣堆放区域和铬盐生产相关部位布设采样点，共布设了156个土壤样本点（见图2）。采用钻井取土样的方法，纵向每隔3 m左右取一个样品，采样深度根据现场及地勘资料选择，约为15 m。另外根据土壤中六价铬浓度，在部分位置设置了16处地下水监测井，对地下水污染状况进行了监测。

图1　铬渣污染场地功能分区

图2　土壤采样点布置

1.3样品处理与分析

土壤样品风干后，去除石子等异物，过100目尼龙筛后装瓶储存。地下水样经0.45 μm的混合纤维素酯微孔滤膜过滤后，放置在4℃的冰箱内保存。按照《固体废物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）要求，对土壤样品进行前处理。Cr（Ⅵ）浓度采用二苯碳酰二肼分光光度法进行测定［3］。

2　结果与分析

2.1土壤中污染物浓度分布

整个场地及A-E分区1-4层土层中含量的统计结果如表1所示。A区、B区、C区土壤中Cr（Ⅵ）含量总体上随土层深度增加而显著降低。这主要是因为Cr（Ⅵ）大部分以离子态游离于土壤溶液中，以此形式进行迁移，而土壤中的粘土矿物和有机物质具有较强的还原性，能够将Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ），进而被土壤中的胶体吸附固定，较少向下层迁移［4］。这三个分区第一层（地表下0～3 m）土中Cr（Ⅵ）超标均非常严重，其中B区域浅层土壤超标情况最为严重。分析原因，可能是B区作为铬渣填埋场相比于A区的铬渣堆放场和C区的铬盐生产车间，更有利于铬盐中的Cr（Ⅵ）向土壤中进行迁移。另外A区和B区土壤Cr（Ⅵ）超标深度已达到第三层，C区土壤Cr（Ⅵ）含量纵向分布则稍有不同，在深度最大为12 m的第三层土壤中，Cr（Ⅵ）含量骤降至15.4 mg/kg（95%置信上限）。D区和E区作为厂区内与铬盐生产、铬渣储存等环节不太密切的区域，其土壤中的Cr（Ⅵ）浓度能够满足土壤环境质量三级标准（GB 15618-2008），但如果该地块变更用途，用于居民区建设（Cr（Ⅵ）浓度标准要求为5 mg/kg），则仍需要对土壤进行一定程度的治理修复。综上所述，整个区域的污染主要集中在与铬盐、铬渣密切相关的A区、B区和C区，并未出现向其他分区大量迁移的情况。

表1　土壤中Cr（Ⅵ）含量的分区分层统计分析　mg/kg

从平面分布上看，Cr（Ⅵ）在场地第一、第二、第三层土壤中的分布情况如图3、图4、图5所示（各分区第四层土壤中Cr（Ⅵ）浓度均很低，不再作图显示）。从图中可看出，A区、B区、C区第一层与第二层土壤Cr（Ⅵ）污染严重，出现大面积土壤中Cr（Ⅵ）浓度水平大于500 mg/kg的情况；当土层深度达到第三层（7.0～12.0 m）后，除了这三个分区个别位置存在异常高值区外，其他部位土壤Cr（Ⅵ）含量小于70 mg/kg。除这三个分区之外的其他分区（即D区和E区）土壤Cr（Ⅵ）含量未超过70 mg/kg。另外从图中可以明显看出，随着土壤深度的增加，土壤Cr（Ⅵ）含量高值区域逐渐缩小，这也从侧面验证了Cr（Ⅵ）可以在土壤中发生还原反应，从而被上层土壤胶体所截留［5］。

图3　第一层土壤中Cr（Ⅵ）浓度分布

图4　第二层土壤中Cr（Ⅵ）浓度分布

图5　第三层土壤中Cr（Ⅵ）浓度分布

2.2地下水中污染物浓度分布

根据厂区范围内的土壤污染情况调查结果，Cr（Ⅵ）浓度高值区域主要在A区、B区与C区，因此地下水监测井位也主要设置在以上三个分区，在D区和E区设置少量的监测井，以调查土壤中的Cr（Ⅵ）对地下水的影响。

地下水监测结果显示，地下水污染最严重的是A区铬渣堆场和B区的铬渣填埋场两个位置，其浅层地下水中Cr（Ⅵ）浓度均＞4 000 mg/L，且这两处区域的深层地下水中Cr（Ⅵ）浓度亦在200 mg/L以上，可见，铬渣填埋和堆存区域中的Cr（Ⅵ）已经迁移到了地下水中。A区铬渣堆场周边的浅层地下水监测井的水质相比于铬渣堆场的浅层地下水，其中Cr（Ⅵ）浓度大大降低，浓度已低于200 mg/L，有的点位甚至低于0.1 mg/L。通过横向和纵向的地下水Cr（Ⅵ）浓度比较，笔者发现铬渣堆场区域地下水中Cr（Ⅵ）的迁移更倾向于纵向，横向的迁移相对较弱［6-7］。B区铬渣填埋场周边地区的浅层地下水相比于铬渣填埋场的浅层地下水，其中的Cr（Ⅵ）浓度低于0.1 mg/L，这表明铬渣填埋场区域地下水中Cr（Ⅵ）横向迁移作用较弱。C区中的污水处理厂和铬盐生产车间位置，浅层地下水也受到了Cr（Ⅵ）的污染，其中Cr（Ⅵ）浓度在350～600 mg/L之间，但其深层地下水中Cr（Ⅵ）浓度较低，均在2 mg/L以下。其他分区（即D区和E区）地下水中Cr（Ⅵ）浓度均低于0.01 mg/L，满足《地下水质量标准》（GB/T 14848-1993）Ⅱ类标准（Cr（Ⅵ）为0.01 mg/L）。综合分析发现，铬渣堆场及其西侧100 m左右的区域，铬渣填埋场区域以及污水处理厂区域的浅层和深层地下水均受到了不同程度的铬污染，属于Ⅴ类地下水。

3　结论

综合以上分析研究，可得到以下结论：

（1）Cr（Ⅵ）污染严重区域主要集中于铬渣堆场、填埋场及铬盐生产区域，这些区域的表层土壤以及不同层次的地下水均受到了Cr（Ⅵ）的严重污染，必须要进行修复治理，才能再次开发利用。

（2）污染场地土壤中Cr（Ⅵ）含量随土层深度增加而降低，污染面积随深度增加逐渐缩小。

（3）污染场地地下水中Cr（Ⅵ）主要在垂直方向上进行扩散，而在水平方向上的扩散随距离增大而迅速衰减。

参考文献

［1］SUTER G W，EFROYMSON R A，Sample B E.Ecological risk assessment for contaminated sites［M］.Washington DC：Lewis Publisher，2000：20-35.

［2］曹泉，王兴润.铬渣污染场地污染状况研究与修复技术分析［J］.环境工程学报，2009，3（8）：1493-1497.

［3］张厚坚，王兴润，陈春云，等.典型铬渣污染场地健康风险评价及修复指导限值［J］.环境科学学报，2010，30（7）：1445-1450.

［4］任爱玲，郭斌，刘三学，等.含铬污液在土壤中迁移规律的研究［J］.城市环境与城市生态，2000，13（2）：154-157.

［5］李爱琴，唐宏建，王阳峰.环境中铬污染的生态效应及其防治［J］.中国环境管理干部学院学报，2006，16（1）：74-77.

［6］荣伟英，周启星.铬渣堆放场地土壤的污染过程，影响因素及植物修复［J］.生态学杂志，2010，29（3）：598-604.

［7］张厚坚，王兴润，陈春云，等.高原地区铬渣污染场地污染特性研究［J］.环境工程学报，2010，4（4）：915-918.

（编辑：程俊）

A Study on Pollution Situation at A Typical Chrome Contaminated Site

Lei Yanmei1，Liu Xiao2，Sang Bo1，3*
（1. Shandong Provincial Metallurgical Design Institute Incorporated Corporation，Jinan Shandong 250101，China；2. Environmental Protection Agency of Tianqiao District of Jinan City，Jinan Shandong 250033，China；3. School of Environmental Science and Engineering，Shandong University，Jinan Shandong 250100，China）

Abstract：To investigate the pollution characteristics of typical industrial polluted sites，one chrome contaminated site was selected as the research object and some soils and groundwater samples were collected from different functional regions. After preliminary treatment for the samples，the level of Cr（Ⅵ）in the samples was determined by spectrophotometer. The results showed that the soil and groundwater were seriously polluted by Cr（Ⅵ）in the chrome residue pile region and chromate production region with the groundwater qualities in these regions Class Ⅴ. Obvious vertical transportation and diffusion for the Cr（Ⅵ）in the soil and groundwater were observed，and the depth of polluted soil reached 12 m. It was also found that the pollution situation was less serious with a longer distance away from the core contamination area.

Key words：chromium contamination，soil，groundwater，vertical diffusion

中图分类号：X789

文献标识码：A

文章编号：1008-813X（2016）03-0076-04

收稿日期：2016-02-14

作者简介：雷艳梅（1979-），女，湖北天门人，毕业于昆明理工大学环境工程专业，硕士研究生，工程师，主要从事环境影响评价、环境监测等工作。

*通讯作者：桑博（1987-），男，山东聊城人，毕业于山东大学环境工程专业，硕士研究生，工程师，主要从事环境影响评价、环境监测工作。