某氨基酸厂搬迁场地土壤重金属污染特征及健康风险评价

邢 彤，郑志侠，赵纯真，周 刚

(1. 合肥学院 生物食品与环境学院，安徽 合肥 230601；2.安徽睿晟环境科技有限公司，安徽 合肥 230051)

1 引言

随着城市化进程的快速发展，城市建设用地需求持续增加，土地资源紧缺，国家和地方提出了城市工业用地“退二进三”“退市入园”等政策来满足城市建设用地的需求[1，2]。我国各大中城市目前大规模对重污染工业企业进行关闭和搬迁，产生了众多污染或疑似污染的棕色地块[3]。由于历史污染问题此类污染场地潜在风险较大，有可能威胁人民群众健康，破坏生态环境及社会稳定[4，5]。污染场地开发再利用问题十分突出，成为城市化进程中一个不可逾越而又亟待解决的难题[6]。

美国最先提出棕色地块的健康风险评估，其RBCA模型已运用多年，且相对成熟，英国的CLEA模型也是较常用的模型之一[7]。我国的土壤保护、风险评估和修复仍处于发展初期，只是简单的借鉴他国模型和参数与我国的客观事实并不符合。近年来，国内众多学者对我国土壤的健康风险评估的理论和方法进行了大量研究[8～10]。我国生态环境部发布了《污染场地风险评估技术导则》[11]，提供推荐模型和参数，也为我国的污染场地的场调和风险评估提供了理论基础和实践指导。

本文以安徽某氨基酸厂遗留的搬迁场地为研究对象，对污染场地土壤中的As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Zn等 7种重金属进行初步调查，分析土壤中各污染物的分布特征及污染程度。以《污染场地风险评估技术导则》推荐的模型和参数，污染场地的健康风险进行评估，为该场地的后续详细调查、修复以及再利用提供理论和科学依据。

2 材料与方法

2.1 场地概况

该氨基酸厂搬迁场地位于安徽省蚌埠市，地理位置坐标为北纬32°55′48.54″～32°56′38.58″。该厂始建于1998年，占地32×104m2，设有生产车间、仓库、堆场、污水处理站和办公区等。主要产品为赖氨酸、乳酸、乙醇和生物发酵饲料。为落实地区政府关于主城区工业企业“退城入园”的文件，以及公司自身成长发展需要，公司决定搬迁至园区并进行转型，2018年厂区已全部停产并实施拆迁。目前，厂区的各类生产设施及配套的管线、建筑主体已全部拆除。当地政府规划该厂址所在地块未来主要用为商住用地。场地所在区域地层主要为上古太界五河群(Ar2wh)、古近系双浮组(E1sh)，大部分被第四系覆盖。自上而下分为黏土、粉土夹砂、粉质粘土夹粉土、黏土、粉土夹砂、中砂、黏土共7层。

2.2 采样点布设和样品采集

根据《场地环境调查技术导则》《建设用地土壤环境调查评估技术指南》《场地环境监测技术导则》《工业企业场地环境调查评估与修复工作指南(试行)》《土壤环境监测技术规范》(表1)等文件要求，采样点布设体现突出重点、兼顾均匀性原则，依据原场地使用功能和污染特征，结合场地的地形特征及现场踏勘，采用专业判断布点和分区布点相结合的方法分别在生产车间、污水处理站、循环水池、仓库、堆放区等重点污染区和厂区空地及办公区等一般污染区进行土壤监测点位的布设，共布设18个土壤采样点位，土壤采样点用S1～S18编号，共采集162个土壤样。采用美国Geoprobe系统平台专业钻探设备(型号7822DT)直接贯入进行土壤样品的采集工作，采样深度为6 m，3 m以内深层土壤的采样间隔为0.5 m，3 m～6 m采样间隔为1 m，设定取4层土壤进行检测(图1)。

图1 采样点分布

2.3 土壤重金属测定

准确称取0.2 g干燥的土壤样品，采用微波消解法预处理待测土壤，采用石墨炉原子吸收分光光度法对土壤消解液中的Cd、Pb进行测定，火焰原子吸收分光光度法对土壤消解液中的Cu、Ni、Zn进行测定，微波消解/原子荧光法对Hg、As进行测定。分析中所有试剂均选用优级纯，水为超纯水。为了保证分析的精度和准确度，每批样品按照不少于样品量10%的样本量进行平行双样实验，平行样相对偏差控制在20%范围内[12]。

2.4 评价方法

2.4.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法是以土壤元素背景值为评价标准对单项指标进行逐项分析，其数学表达为：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中Pi为土壤单因子污染指数，Ci是土壤污染物实测值，Si是土壤污染物质量标准。该场地下一步拟用于商住用地，在国土资源部颁布的《全国土地分类》(试行)中，将城镇居民以居住为主的住宅与商业等混合用地定义为城镇混合住宅，用地归入了住宅用地，故Si采用《土壤环境质量标准 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)第一类用地标准。

表1 土壤环境质量标准值

2.4.2 内梅罗污染指数法

为反映多种污染物对土壤环境的综合影响，采用内梅罗综合污染指数进行土壤环境风险评价，按式(2)计算内梅罗指数。

(2)

式(2)中Pn表示土壤污染综合指数，(Ci/Si)max即Pimax为最大单项污染指数， (Ci/Si)ave表示单项污染指数的算数平均值。

依据单项污染指数和综合指数把土壤污染划分为5个等级，其中Pi≤0.7为清洁、0.73重度污染；Pn≤0.7安全、0.73重污染。

2.4.3 污染场地健康风险评估

重金属对人体产生的危害可用健康风险评价模型来进行定量评估，本研究采用《污染场地风险评估技术导则》中的相关要求和规定的模型参数，对该氨基酸厂污染场地进行健康风险评估。由于7种特征污染物中Cu、Zn、Pb无毒性参数可以借鉴，本研究只针对As、Cd、Hg、Ni进行健康风险评估。4种金属的斜率因子(SF)和参考剂量(RfD)等参数见表2。其中SFois、SFdcs、SFpis分别表示经口摄入、皮肤接触、吸入土壤颗粒物途径下的斜率因子；RfDois、RfDdcs、RfDpis表示经口摄入、皮肤接触、吸入土壤颗粒物途径下的非致癌参考剂量。

表2 重金属的毒性参数

3 结果与分析

3.1 场地土壤检测结果

图2为各采样点位的重金属浓度柱状图。从图2可知，S7、S13、S14、S15、S16、S18六个点位的污染物含量较高，分别和原生产车间、污水处理站、罐区相对应，表明这些区域的污染可能受生产、渗漏等因素影响。

图2 各点位重金属含量

研究区域内土壤重金属含量基本统计结果如表3。从平均含量来看，该氨基酸厂搬迁后土壤中的As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Zn 7 种重金属含量的平均值均超过了安徽省土壤元素背景值，其中超标比较严重的是Cd、Pb和Ni。从标准差和方差来看， Cu、Pb、Ni的点位间浓度差异较大，生产车间和污水处理站浓度较大，说明此区域的重金属污染一定程度上受到人为因素影响。从偏度来看，As、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn的偏度系数均为正值，为右偏离，可能是由于人为活动等造成重金属元素的不断富集。Cu偏度较大，说明Cu受人为因素影响较为严重。从峰度观察， Cu的峰度较大，说明在氨基酸厂区土壤中Cu含量相对较高。变异系数可以反应人为因素对污染物的空间影响， 7种重金属变异系数均较低，说明受外界影响可能不大，主要来自厂区内部污染物的排放。

表3 土壤重金属含量基本统计特征

相关性分析是研究各重金属之间的关系，相关性越高同源可能性越大。表4为各重金属的Pearson 相关性分析结果，Cu和Ni、Cd和Ni为显著正相关，表明这些重金属元素之间同源相关性较大，可能存在相同的赋存形态或环境效应。

表4 各金属间的Pearson相关系数

土壤重金属污染单因子评价指数结果详见表5。该污染场地7种重金属的平均含量单因子指数值均小于1，未超过GB36600-2018第一类用地标准。18个采样点中，只有S11采样点土壤中As超标。从单因子指数的分析结果来看此氨基酸厂搬迁场地重金属污染较轻，只有循环水池附近的土壤受到轻度的As污染。

表5 土壤重金属污染单因子评价指数

运用内梅罗综合污染指数对各个点位重金属污染进行评价，结果列于表6。在所有点位中，仅有11号点位0.7

3.2 人体健康风险评价

本研究选取As、Cd、Hg、Ni 4种重金属作为健康风险评估的元素，进行致癌风险指数和非致癌危害商的计算。总致癌风险指数为经口摄入、皮肤接触、吸入土壤颗粒风险指数之和，总非致癌危害商为经口摄入、皮肤接触、吸入土壤颗粒危害商之和。各元素的致癌风险指数和非致癌危害商统计结果如表7所示。重金属产生致癌风险值大小为： As> Ni>Cd。从单一重金属致癌风险来看，As、Ni、Cd产生的致癌风险值范围分别为：2.19E-05～5.01E-05、9.95E-08～6.20E-07、2.86E-09～2.20E-08。所有点位土壤中As的致癌风险值均超过单一重金属可接受致癌风险水平1.0E-06，表明场地中重金属As对周围群众产生了一定的致癌风险。As、Cd、Hg、Ni 4种重金属产生的非致癌风险商HQ范围分别为：2.75E+00～7.48E+00、1.50E-02～9.46E-02、3.76E-02～9.23E-02、3.31E-01～2.06E+00。在此场地中，As 的非致癌风险值最大，是主要的非致癌风险来源。所有点位As的非致癌危害商超过人体可接受的阈值1，说明该场地存在一定的As非致癌风险。此外，部分样点的Ni非致癌风险值也超过可接受的风险阈值1，存在一定的非致癌风险。

表6 土壤重金属污染的内梅罗综合污染指数评价

综上，无论是致癌风险还是非致癌风险，风险值较高的区域均集中在循环水池、硫酸铵车间、浓硫酸罐区。循环水池补水为深井水，在长时间使用后地下水中的重金属富集，浓度变大，该工厂建于20世纪90年代，若防渗措施不到位，富集的重金属通过淤泥和渗透可造成周边土壤的重金属超标。硫酸铵车间和浓硫酸罐区的重金属可能是因为在浓硫酸转运、贮存、使用过程中接口处密封圈老化未及时更换等原因造成滴漏现象，浓硫酸腐蚀产生的微量重金属在滴漏附近富集，造成点位土壤中的重金属含量普遍较高。

表7 不同途径下各元素的致癌和非致癌风险(敏感用地)

4 结论

(1)该氨基酸厂搬迁场地土壤中As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Zn等7种重金属元素均有检出且平均值超过了安徽省土壤元素背景值，场地受到人为活动的影响，有一定程度的重金属富集，但强度不大。除As外，其余元素均未超过标准值。

(2)相关性分析表明，Cu和Ni、Cd和Ni为显著正相关，说明场地土壤中Cu和Ni以及Cd和Ni之间的同源相关性较高，可能存在相同的赋存形态或环境效应。其它金属相关性不明显。

(3)单因子污染指数法与内梅罗污染指数法评价结果表明：氨基酸厂搬迁场地土壤重金属污染较轻，只有生产车间附近的个别点位受到轻度的As 污染。

(4)研究区域内，重金属产生致癌风险值大小为： As> Ni>Cd，所有点位土壤中As的致癌风险值均超过单一重金属可接受致癌风险水平1.0E-06，有一定的致癌风险。所有点位As的非致癌危害商均超过人体可接受的阈值1，说明该场地存在一定的As非致癌风险。此外，部分样点的Ni非致癌风险值也超过可接受的风险阈值1，存在一定的非致癌风险。As 的非致癌风险值最大，是主要的非致癌风险来源。考虑到后续该地块计划用途为商住，应根据风险等级划出风险分区，对有致癌风险的点位进行详细调查，并进行后续清理和修复，消除风险后再进行利用。