废弃电镀厂污染场地土壤污染分布规律研究

刘玉兰，许敬红

(大连市生态环境事务服务中心，辽宁 大连 1116021)

1 引言

污染场地是工业化进程的产物，通常位于城市中心地带或工商业聚集区，占据着商业价值较高的黄金地段[1]。在长期的工业化过程中，发达国家的工业土地污染比例高达20%以上。以欧洲为例，根据欧洲环保局(EEA)统计数字，2006年欧洲潜在污染场地估计数量约为296万个。其中，荷兰需要修复的场地有110000个，德国有50000个，丹麦10000个，而在英国有超过200000 hm2的场地需要修复。污染物的类型以重金属和石油化工类产品为主(占71%)，污染物的来源主要以工业产品生产过程中的泄露及企业的废物排放为主(占63%)，见图1[2]。

图1 欧洲污染场地的污染物类型及来源

随着我国城市化进程的推进和产业结构的调整，大量工业企业关停并转、破产、搬迁，遗留的场地被作为城市建设用地再次开发利用[3]。这些遗留场地中残存大量污染物，其中以重金属和有毒有机物污染最为严重。重金属具有高毒性、不可降解性和污染积累性等特点，而有机物尤其是多环芳烃类(PAHs)对人体健康和生态环境有着更严重的危害，已成为影响人民群众身心健康的突出环境问题。《国务院关于印发土壤污染防治行动计划的通知》(国发【2016】31号)要求：“开展土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况。在现有相关调查基础上，以农用地和重点行业企业用地为重点，开展土壤污染状况详查，2020年底前掌握重点行业企业用地中的污染地块分布及其环境风险情况[4]。”

重点行业企业建设用地开展调查，作为土壤污染状况的国情调查，对于“摸清我国工业污染家底”具有举足轻重的作用[5]。2017年，生态环境部发布了一系列重点行业企业用地调查系列技术文件[6]，包括重点行业企业用地调查信息采集技术规定(试行)、在产企业地块风险筛查与风险分级技术规定(试行)、关闭搬迁企业地块风险筛查与风险分级技术规定(试行)、重点行业企业用地调查疑似污染地块布点技术规定(试行)、重点行业企业用地调查样品采集保存和流转技术规定(试行)等，对于推动该项工作具有重要意义。基于重点行业企业用地调查背景，本文以某废弃电镀行业企业污染场地为研究对象，研究土壤中污染物的分布规律，研究结论可为场地污染管控措施提供决策支撑。

2 材料与方法

2.1 地块概况

研究地块占地面积为15000 m2，1956～2006年期间由某电镀厂使用，目前地块为闲置状态，工业利用时间较长。该厂主要工艺为镀装饰铬、镀硬铬、镀锌、镀镍等。场地工作区分布及占地面积见表1，重点关注区为镀锌车间、镀镍车间、镀铬车间、镀铬车间、污水处理站及仓库。

2.2 土壤结构及水文地质条件

本次现场实际钻孔资料显示，该地块土壤层较薄，上层为人工杂填土，厚度约为1 m，主要由建筑垃圾、碎石及黏土组成；中部为黏土，厚度约为1.5 m；最底层为中风化灰岩基岩。场地在钻孔揭露范围内未见地下水，场地水文地质综合信息柱状图见图2。

表1 地块主要工作区占地面积

图2 地块水文地质综合信息柱状

2.3 采样点布设

布点方案参考《重点行业企业用地调查疑似污染地块布点技术规定(试行)》。依据前期资料及现场调查结果，本地块共筛选出8个采样区域：生产区(代码分别为1B01、1B02、1D01、1D02、1C01、1E01、1E02)和废水处理区(代码为1G01)，具体见表2。因该地块土壤层无浅层地下水，且土壤层厚度小于3 m，因此只取土壤样。为了准确捕捉到地块土壤污染区，土壤样品计划采集3个不同深度样品：上层样品，取样深度为0～0.5 m；0.5 m至基岩之间通过快筛设备辅助选择污染较重的1个样品；土壤底层基岩附近选择1个土壤样品。现场施工过程中依据每个点位实际地层情况，共采集了21个不同深度的土壤样品。样品取样时间为2020年8月17日，为雨季丰水期。点位分布见图3。

2.4 样品检测指标

土壤样品检测指标包括基本项目及地块特征污染物，共52项。其中，基本项目为《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)[7]中表1所列45项指标；地块特征污染物为依据企业生产工艺分析出的特征污染物，合计7项指标，包括砷、苯并[a]芘、四氯化碳、pH值和苯胺、石油烃C10-C40、氯化物(以氯离子计)。

图3 地块主要工作区平面布置及取样点位

2.5 评价标准及方法

因该地块规划用地为商住用地，因此评价标准选择《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)中的第一类用地筛选值。

土壤超标评价采用标准指数法，标准指数大于1，表示该指标超标，标准指数越大超标越严重。

表2 土壤样品采集点位信息

标准指数法计算公式[8]：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中Pi为单项污染指数；Ci为污染物的实测值，mg/kg；Si为污染物的评价标准值，mg/kg。

3 结果与讨论

3.1 超标指标样本数理统计

本地块设置8个点位，点位超标率为100%；检测样本21个，18个超标，样本超标率为85.71%。超标指标按照标准指数大小排序依次为Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、铅、苯并[b]荧蒽、苯并[a]蒽及茚并[1,2,3-cd]芘。其中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘超标最为严重且普遍，Cr(Ⅵ)最大标准指数达到281，样本超标率为76.2%；苯并[a]芘最大标准指数达到17，样本超标率为38.9%。土壤检测指标超标情况见表3。

表3 土壤检测指标超标情况统计

3.2 污染物水平空间分布特征

将超标指标按照水平空间分布进行分析，见表4。超标指标中，Cr(Ⅵ)超标最为普遍和严重，18样本中有16个超标。苯并[a]芘是本地块的第二大污染物，6个样本超标。将每个点位不同深度取样的Cr(Ⅵ)及苯并[a]芘含量取均值，采用克里金方法利用Arcgis工具进行空间插值分析，插值结果见图4。从图中可见，Cr(Ⅵ)普遍超标，其中镀铬车间超标最为严重，最大平均标准指数达到98.67。苯并[a]芘厂区西部的酸洗池附近超标最严重，最大标准指数为8.84。

综合分析各个生产区污染物的分布，识别出镀铬车间和酸洗池区为主要污染区。

表4 各生产区超标情况

(a.Cr(Ⅵ);b.苯并[a]芘;圆点代表超标点位，方点代表未超标点位；白色等值线为Pi值)

图4 地块两种主要污染物Pi值空间分布

3.3 污染物垂直空间分布

为掌握地块土壤随深度变化的规律，本次研究对超标最为严重的Cr(Ⅵ)和苯并[a]芘做垂向污染特征分析，见图5。

图5 Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘含量垂直分趋势

表5为Cr(Ⅵ)含量垂直分布统计。8个点位的Cr(Ⅵ)浓度在垂直分布上呈现随深度增高的规律，也就是下层浓度高于上层。其中4个点位(1B01、1B02、1D02、1E01)浓度出现随深度逐渐增高的趋势，有2个点位(1C01、1G01)浓度出现随深度先降低后增加的趋势，有1个点位(1E02)出现随深度先增加后降低的趋势。Cr(Ⅵ)含量最大值出现在1E02的中层，可达843 mg/kg，其次是1D02的下层，为102 mg/kg。

表5 Cr(Ⅵ)含量垂直分布统计 mg/kg

表6为苯并[a]芘含量垂直分布统计。8个点位的Cr(Ⅵ)浓度在垂直分布上呈现随深度降低的规律，也就是土壤下层浓度普遍低于上层。其中，6个点位(1B01、1B02、1E01、1E02、1C01、1G01)浓度出现随深度逐渐减低的趋势；有1个点位(1D02)浓度出现随深度增加的趋势。

3.3 污染原因分析

该地块主要污染物为重金属和多环芳烃，主要污染指标为Cr(Ⅵ)和苯并[a]芘，重污染区为镀铬车间和酸洗池区。通过对企业生产工艺分析，这两种污染物均为该企业的特征污染物，说明该地块土壤污染与企业生产活动直接相关。Cr(Ⅵ)浓度普遍存在随深度递增的规律，这与该物质的迁移性及地层结构有关，Cr(Ⅵ)化合物溶于水，上层洒落的含铬污染物随着降水不断入渗，而土壤上层杂填土的渗透性较强，进入下部弱渗透性黏土层累积，因此出现深层土壤浓度高于上层的现象；苯并[a]芘作为多环芳烃的一种，属于高致癌、难降解、持久性有机物污染物，该物质不溶于水，较难随降水入渗，因此上层浓度一般会高于底层。该地块工业利用时间约为50年，企业生产过程的无序排放是导致土壤中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘及其他特征污染物超标的主要原因。

表6 块苯并[a]芘含量垂直分布统计 mg/kg

4 结论

(1)调查分析结果表明，本地块未见土壤地下水，只对土壤进行了分层取样。依据生产区分布选择8个采样区域，分层采集了21个土壤样品进行分析。

(2)基于空间分析方法对污染物在地块内的水平及垂直分布特征进行了分析，识别出污染较重的区域是镀铬车间和酸洗池区。镀铬车间Cr(Ⅵ)含量可达843 mg/kg，超出土壤筛选值281倍；酸洗池区的苯并[a]芘含量达9.35 mg/kg，超出土壤筛选值17倍。其中Cr(Ⅵ)浓度存在随深度递增的规律；苯并[a]芘浓度存在随深度递减的规律。

(3)该场地土壤中污染物的分布规律与污染物质迁移性及土壤各层介质的渗透性有关。溶水性的重金属随深度浓度递增，非溶水性多环芳烃有机物浓度随深度递减。企业生产过程的无序排放是导致土壤中Cr(Ⅵ)、苯并[a]芘及其他特征污染物超标的主要原因。