某搬迁场地地下水中砷污染类型及其修复技术分析

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摘 要：以某搬迁场地砷污染地下水为研究对象，综合分析其超标的成因，发现该场地砷污染非含砷原料的泄漏等外源性污染，可能属于间接性污染。并进一步寻求治理地下水砷污染的途径，通过适用修复技术的可行性对比分析，并结合本场地实际情况，提出基于pH体系调节的治理技术，为非泄漏源砷污染地下水修复提供相关的技术支持。

关键词：砷;地下水;修复

随着经济的快速发展，城市化进程的不断加快，各地开始对老城区、老工业区进行大量的改造或搬迁。近些年，由于管理不当或法规执行不到位，导致全国多个地方出现化工企业拆迁后，留下一块“毒地”转而开发为商业或住宅。为了加强搬迁场地的环保监管，有效防范关停或搬迁过程中产生二次污染和次生的突发环境事件，确保工业企业原址场地的再开发利用安全。环境保护部2014年发布了《关于加强工业企业关停、搬迁及原址场地再开发利用过程中污染防治工作的通知》（环发[2014]66号），文中要求“积极组织和督促场地使用权人等相关责任人委托专业机构开展关停搬迁工业企业原址场地的环境调查和风险评估工作。”本文针对该搬迁场地环境调查后识别的污染状况进行综合分析，并为该地块的污染修复提出建议。

1 污染状况分析

某搬迁场地占地面积约为20000m2。自1991年开始从事吸附剂材料的生产和销售，属于化学原料和化学品制造业，2018年停产并完成设备拆除。依据相关法规要求以及技术导则，该场地已完成了前期的初步调查，详细调查和风险评估等工作，调查结果显示，本地块内有3个点位地下水中重金属砷的含量较高（12-950μg/L），超过了参考的《地下水质量标准（GB/T 14848-2017）》III类标准限值（10μg/L）。对应地下水pH值呈碱性（9.25-11.35）。

随后基于场地未来利用类型，通过危害识别、暴露评估、毒性评估、风险表征等程序，对砷污染地下水可能對人体健康产生危害的概率或非致癌污染物的危害水平进行评估。评估结果显示，场地内暴露人群（建筑工人经口摄入）的致癌风险已经超过可接受水平（可接受致癌风险为10-6）。

2 超标原因分析

2.1 水文地质条件

依据地下水位监测数据，场地内地下水地下水监测井深度约为6-10m，依据不同地层条件设置深层地下水监测井，稳定水位为1.25-3.52m，初步判断场地内浅层地下水流向大致为由西北向东南方向流动。分析发现，场地内浅层地下水与周边地表水体具有水力联系，场地内浅层地下水受场地东侧地表水体影响。

2.2 超标点位相邻区域概况

据了解，本场地在长期利用生产中不涉及含砷物质的使用和生产，场地内无砷的外来污染源。对超标点位相邻区域做进一步的调查和分析。超标点位1靠近原生产区的碱液储罐区域，该储罐为地上式。超标点位2靠近原污水管网。超标点位3靠近原生产区的锅炉尾气处理装置（工艺中包含碱洗，含尘含硫碱性废水日产生量约为5t，碱洗池为砖混结构）。由上分析可知，场地地下水超标点位地下水呈碱性，很可能与各点位相邻区域碱液储罐，碱性废水暂存池等历史生产设施有关，设施的管理不当，或者跑冒滴漏可能导致强碱性液体的渗漏。

2.3 砷超标原因分析

依据前期调查结果，场地土壤中砷的浓度（21-37mg/kg）均未超过《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018）中的第二类用地筛选值（60mg/kg），超标区域土壤和地下水pH偏高（碱性），且地下水中重金属砷浓度和酸碱度异常呈高度正相关的关系。由于本场地在生产中不涉及含砷物质的使用，没有明确的砷的来源，而本场地地下水污染为潜水层地下水污染，因此，在对适用修复技术进行分析之前，摸清场地内地下水砷污染的原因是十分必要的。

砷广泛存在于土壤环境中[1]。砷在地下水中的移动通常受砷酸含氧阴离子（砷酸盐或亚砷酸盐）在土壤矿物表面吸附性能的影响，其中氧化铁和氢氧化铁对砷酸含氧阴离子的吸附影响尤为明显。砷族物质的吸附受到天然矿物质（比如，化学成分，或物理特性）、氢离子和氢氧根离子浓度（酸碱度）及氧化还原环境（氧化性或还原性）等因素的影响，其中酸碱度变为碱性（从中性向偏碱性变化）、地下厌氧环境是引起氧化铁或混价铁溶出的主要原因[2]。

地下酸碱度向碱性变动将会导致铁（或其他金属）矿物相表面电荷变负或弱正相，从而导致其对负电荷砷酸含氧阴离子族的吸附性能降低，而砷酸含氧阴离子是影响地下水中砷溶解状态的主要原因;研究表明，这一溶解过程可通过调节酸碱度为酸性后被逆转。砷溶解度增加的另一潜在原因是铁矿物的溶出。一方面，大部分地下水中的砷被铁矿物所吸收，所以这些铁矿物溶出时会将其吸附的砷释放，造成地下水中砷含量的增加;另一方面，任何共沉淀铁砷固体也同样受到还原性溶出过程的影响，如果处于氧化状态，如三价铁，溶解态铁在重新沉淀时，将会使大部分砷由溶解离子态转变为不溶状态，从而降低地下水中砷的含量。

3 适用的修复技术

3.1 抽出--处理技术

抽出--处理技术（Pump & Treat）适用于污染地下水的修复，可处理包括有机物、重金属、无机物在内的多种污染物，主要通过设置一定数量的抽提井，通过泵将污染地下水抽出至地面，至地面的污水处理设施进行处理，待处理达标后再回灌入地下或纳管排放。

3.2 原位注入技术

原位注入可视为一种主动修复技术，通过药剂的投加，实现污染物的转化或去除。依据其反应原理，可以分为共沉淀（重金属捕积，吸附与沉淀）和系统修复（酸碱度调节）。

3.2.1 吸附与共沉淀

吸附/共沉淀是通过向地下原位注入某一种或几种药剂，地下水中的砷发生化学反应而形成沉淀或絮凝体。吸附/共沉淀法去除砷的机理主要包括三个方面：①沉淀作用：砷酸根与药剂中水解的金属离子形成沉淀;②共沉淀作用：药剂在水解、聚合、沉淀过程中形成的沉淀通过吸附、包裹、闭合和络合等作用去除地下水中的砷;③吸附作用：药剂水解后形成不溶性的产物，其表面将地下水中的砷吸附[3]。

3.2.2 酸碱度调节

酸碱度调节主要利用酸和碱中和原理，H+和OH-互相消耗而生成盐和水，从而实现酸碱度的调节。考虑到本项目的砷污染不是外源性污染，而是间接性污染。投加一定浓度和比例的酸，通过对地下水酸碱度的回调，有可能可以实现降低地下水砷含量的目的。

3.3 修复技术适用性分析

场地为浅层地下水砷污染，考虑到砷污染的成因及特征，结合已确定的修复模式，对筛选出的几种修复技术的适用性分析如下：①技术可靠性：结合场地地下水砷污染原因分析，原位注入技术从污染源头入手，可通过向地下注入铁盐和酸将地下环境中酸碱度及砷含量恢复至自然状态，具有较强的可行性。但由于场地污染深度范围内的土壤以粘性土为主，药剂扩散速度较慢，且酸的直接注入可能会导致土壤中其他重金属溶出的风险;②抽出处理技术是常用的污染地下水修复技术，技术较为成熟，但抽出效果受土壤渗透性影响较大，并且单独抽出处理，并未改变地下强碱环境，不能从根本上解决地下水砷污染的问题。

综合修复效果、适用性、成本、工期、环境风险等因素，计划选用效果稳定的抽出处理--原位注入组合技术，初期以抽提为主，降低地下水中的砷污染含量，后期原位注入实现地下水砷的修复。

4 结论

本研究表明，场地地下水污染属于非外源性砷污染，可能是碱性废液/废水泄漏导致的土壤环境pH提高，随pH值升高，砷易释放回地下水中，从而导致地下水中砷超标。通过适用技术对比分析，结合本项目实际情况，建议采用抽出--处理和原位注入的组合技术进行修复。

参考文献：

[1]殷丽萍，张博，李昂等.土壤酸碱度对重金属在土壤中行为的影响[J].辽宁化工，2014，43（7）：865-867.

[2]梁美娜，朱义年，刘海玲等.氢氧化铁对砷的吸附研究[J].水处理技术，2006，32（7）：32-37.

[3]金阳，姜月华，李云.地下水砷污染研究进展[J].地下水，2015，37（1）：67-69.

作者简介：

席普宇（1991- ），男，硕士，河南开封人，从事场地环境调查和修复方面的研究。