特征污染物识别在生态环境损害鉴定因果关系分析中的应用研究

孙丛婷，许瑞臣，于旭青，范学玲，张国徽，宋有涛*

(1.辽宁大学 环境学院，辽宁 沈阳 110036；2.辽宁大学 城市与能源环境国际工程研究院，辽宁 沈阳 110036)

0 引言

工业文明给人们带来富裕、便利生活的同时，往往也会伴随一系列环境问题，企业非法倾倒便是其一，这种行为会导致土壤与地下水的污染问题十分严重.然而与其他类型污染相比较，土壤与地下水污染具有隐蔽性和累积性的特点，同时存在调查难度大，污染源确定复杂，污染责任认定困难，损害评估程序和方法复杂等问题[1].环境损害案件的频繁发生受限于环境管理、监督、惩治力度不足和环境技术手段滞后于社会经济发展[2-4].我国生态环境损害鉴定评估起步较慢，从2008年开启前沿性的技术研究、制度化形成、生态环境损害赔偿制度改革试点，到现在生态环境部已颁发了一系列技术准则和技术规范[5-7].国家在不断加大对环境污染的惩治力度，伴随着相应的环境诉讼案件不断增加，土壤与地下水的环境因果关系判定技术已成为一项必要研究.

因果关系的判定是进行生态环境损害鉴定的关键环节，污染受体与污染源的因果关系分析是完成生态环境损害鉴定评估的前提.生态环境损害具有如下特殊性：1)发生原因的复杂性；2)调查取证的艰巨性；3)损害结果的长期性、反复性，从而导致因果关系分析成为难点问题.《生态环境损害鉴定评估技术指南总纲和关键环节第 1 部分：总纲》规定了污染行为与环境损害之间因果关系判定的主要内容.因果关系判定具有未知性和不确定性，如果借以传统的科学技术进行论证，可能判定结果仍具有争论，有时也无法做到真正的客观真实，进而导致生态环境保护工作的责任落空.本文以大连市两起某公司废水非法倾倒污染环境案件为例，研究油墨废水非法倾倒行为与生态环境损害之间的因果关系的判定过程.

1 因果关系分析流程

环境损害因果关系判定主要是研究污染源与污染受体端的相关性，进一步确定污染行为与环境损害之间的因果关系.我国针对土壤与地下水环境损害鉴定评估过程的因果关系判定出台了相关的技术规范和指导方法[8-9]，因果关系判定流程包括3个方面：污染物的同源性分析、污染物迁移路径的调查与合理性分析、因果关系的验证.

结合案件鉴定评估准备以及损害调查确认阶段获取的损害事件特征、评估区域环境条件、土壤污染状况等信息，对污染源进行解析，分析污染物的同源性；开展污染介质、载体调查，提出特征污染物从污染源到受体的暴露和迁移评估，通过污染行为与环境损害在时间上和空间上关联的合理性分析，对污染物暴露和迁移路径进行验证；基于污染源同源性和污染物暴露迁移在时间和空间的关联性，分析污染源与土壤、地下水环境质量损害之间是否存在因果关系.因果关系分析的流程如图1所示.

图1 因果关系分析的流程

针对涉及的油墨废水非法倾倒的案例因果关系分析，本文主要通过专家咨询、现场采样监测等方法，通过对污染土壤和油墨废水进行取样监测，进行污染物的同源性分析，分析污染行为导致土壤环境损害的可能性，判断污染行为与土壤环境损害在时间上和空间上的关联性，若特征污染物具有同源性，污染行为与环境损害在时间上和空间上具有相关性，则油墨废水污染土壤行为和生态环境损害存在因果关系，反之，则不存在.

1.1 同源性分析

本文根据《生态环境损害鉴定评估技术指南总纲》(环办政法〔2016〕67号)、《生态环境损害鉴定评估技术指南损害调查》(环办政法〔2016〕67号)的因果关系分析要求，结合鉴定评估准备以及损害调查确认阶段获取的信息，进行污染源解析，提出从污染源到受体的时间上的关联性和空间迁移路径假设，并对其进行验证.本文基于污染源解析和迁移路径验证结果，分析确定污染源与土壤损害之间存在因果关系.

根据土壤与地下水环境损害间的因果关系，本文主要通过文献查阅、专家咨询、现场采样监测等方法，阐明污染环境行为导致土壤环境损害的事实与作用机制，分析污染环境行为导致土壤环境损害的可能性.针对本文涉及的某油墨废水非法倾倒的典型案例，我们采用多元统计分析法[10-11]进行同源性分析，即追溯油墨废水污染源，采集污染场地地下水与土壤样品，分析污染物类型、浓度等情况，采用相关性分析、主成分分析、因子分析等统计分析方法分析污染物或样品的相关性，判断受体端和污染源的同源性.

1.2 污染物迁移路径的调查与合理性分析

两起案件主要是将油墨废水污染物倾倒在土壤表面，污染物在重力下渗、降雨淋滤等作用下，由土壤迁移至含水层，污染土壤层和地下水.本文通过分析向下迁移过程中污染物的浓度变化，判断污染物迁移路径的合理性.

1.3 环境污染行为与环境损害间的因果关系判定原则

环境污染行为与环境损害间的因果关系判定应符合以下一般原则：

1)环境污染行为与环境损害间存在时间上的关联性，即污染行为发生在前，环境损害发生在后；

2)环境污染行为与环境损害间具有空间上的关联性，即土壤污染物的迁移路径与污染源排放路径一致；

3)污染源与污染受体的特征污染物具有同源性.

2 应用案例

2.1 基本案情

辽宁省某包装制品有限公司(案件一)和某纸箱厂(案件二)均从事包装箱印刷业务，即在印刷过程，由于更换油墨颜色，需要清洗印刷机辊刷，从而产生含油墨废水.两公司一直将清洗纸箱印刷机的含油墨废水倾倒至厂区内或外的土地，含油墨废水直接渗入地下，造成环境污染.本文为了明确企业非法排放油墨废水和土壤与地下水生态环境损害的因果关系，进行两起案例的研究.图2为案件一企业产生的油墨废水临时储存情况和案件二厂区的废水排放口.

图2 案件一企业产生的油墨废水临时储存情况和案件二厂区的废水排放口

2.2 油墨废水

两起典型案例的污染物来自于水性油墨的原辅料，根据油墨供货方提供的安全说明书分析判断，水性油墨废水中主要污染物为丙烯酸系列的水溶性树脂(载色剂)、带色基团的环状有机物(色料)和大分子量的醇基或苯基分散剂，颜料种类较多，其中无机颜料有盐类、氧化物类和炭类3大类.所用颜料的主要成分为酞青蓝、酞青绿、13号橙、27号紫，分子结构如图3所示.本文依据油墨废水的特性和酞青蓝、酞青绿的分子结构中含有铜，确定监测因子为重金属铜，此外，根据油墨废水中有无机颜料作为监测项，确定重金属铬(总铬)、镉、汞、铅为监测因子；根据颜料酞青蓝、酞青绿、13号橙、27号紫主要成分及结构，发现有机物与重金属配位，使颜料显色，因此确定土壤挥发性有机化合物(VOC或VOCs)为监测因子.

图3 颜料酞青蓝、酞青绿、27号紫、13号橙的分子结构

根据水性油墨的原辅料分析，水性油墨是由色料(颜料和染料)、载色剂和分散剂组成，是一种粗分散体系.因此水性油墨废水具有以下特征：1)VOCs含量高，化学需氧量(COD)大部分来自色料和连接料；2)可生物降解性能差；3)含有重金属，主要有铜、铬、镉、汞、铅等；4)色度高；5)水质差异较大且组成复杂.因此，油墨废水未经处理的排放，重金属及高浓度CODCr会严重地污染土壤和水体，其中特别是芳香类污染物，还具有三致作用，也会对人体造成潜在的影响[12-13].

2.3 环境基准线

基线水平指污染环境或破坏生态行为未发生时，受影响区域内人体健康、财产和生态系统服务的状态.环境基线水平在环境损害评估中起着贯穿全程的重要作用，是开展环境损害评估和修复工作的重要前提.为此，对于污染型案件，选择未被污染的对照点确定基线水平至关重要.本次案件检测与评估土壤选取污染区域上游方向且未受含油墨废水污染影响的点位污染物浓度值作为基线水平，地下水选取污染区域附近且未受油墨废水污染影响的地下水井污染物浓度值作为基线水平，以此说明污染物对照基线水平的污染程度.

3 案件的因果关系判定

3.1 污染物同源性分析

在损害鉴定评估过程中，已掌握两企业的基本情况，了解其生产规模、流程、原辅料的使用情况和油墨废水的特点等等.在充分收集资料后，根据原辅料的成分分析出特征污染物为重金属和VOCs，提取企业的油墨废水和受体端土壤的样品进行检测分析.

本文采用多元统计分析法进行同源性分析：油墨废水溯源分析，采集污染场地土壤与地下水的土壤样品，分析污染物的类型、浓度情况，采用相关性分析、主成分分析、因子分析等统计分析方法分析污染物的相关性，判断土壤受体端和污染源中特征污染物的同源性.

本文运用电感耦合等离子体发射光谱、原子荧光法、火焰原子吸收分光光度计法、气相色谱-质谱法等方法对油墨废水和受体端土壤样品进行检测分析，对比污染物组成、浓度，进行同源性分析，结果见表1和图4.由表1可以看出，案件一中废水1#铜超标率为1 180%，废水3#铜超标率为30%；案件二中蓝色废水铜超标率为437%，黑色废水铜超标率为1 590%.可见油墨废水重金属超标，如不经处理直接排放，会对土壤造成重金属污染.

表1 油墨废水的检测结果一览表

根据环境基准线土壤样品检测得出，案件一污染土壤的重金属铜、总铬、镉、铅、汞标准值分别为21、32、0.12、12、0.198 mg/kg，VOC中氯仿、甲苯标准值为1.5、2.9 μg/kg；案件二污染土壤的重金属铜、总铬、镉、铅、汞标准值分别为21、30、0.12、6、0.166 mg/kg，VOC中氯仿、甲苯标准值为1.1、1.4 μg/kg.

图4中(a)、(c)分别表示案件一和案件二污染受体土壤的检测点剖面层的重金属浓度变化曲线.结果表明，铅从土壤表层向深层迁移过程中，0～0.5 m时，浓度缓慢增加，都是从22 mg/kg增加到24 mg/kg，再向深层迁移时，浓度逐渐降低，达到17 mg/kg和16 mg/kg，但仍超过土壤环境的标准值12 mg/kg和 6 mg/kg；铜、总铬、镉、汞的浓度在迁移过程逐渐降低，浓度分别为27、40、0.14、0.206 mg/kg(案件一)和32、56、0.13、0.341 mg/kg(案件二)，但是都超过了环境基准线的标准值21、32、0.12、0.198 mg/kg(案件一)和21、30、0.12、0.166 mg/kg(案件二).

图4中(b)、(d)分别表示案件一和案件二污染受体土壤的检测点剖面层的VOCs浓度变化曲线.结果表明，氯仿、甲苯的浓度随着迁移过程先呈降低趋势再趋于平缓.案件一中甲苯在0.2～0.5 m 迁移过程中，浓度由225.8 μg/kg下降到11.8 μg/kg，浓度变化较大，继续向下迁移到0.75 m时达到1.6 μg/kg，低于环境标准值2.9 μg/kg；案件二中甲苯从0.2 m迁移到0.75 m时，浓度由21.3 μg/kg下降到1.3 μg/kg，0.75 m到1 m的浓度保持不变，低于标准值1.4 μg/kg；在0.2～0.75 m时，氯仿的浓度从41.7、2.6 μg/kg下降到1.1 μg/kg，0.75～1 m时，浓度不再变化，等于或低于环境标准值1.5、1.1 μg/kg.

图4 案件一、案件二土壤样品检测结果

土壤样品的检测结果表明，土壤样品中重金属和VOCs的浓度整体上超过了环境标准值，仅在0.75～1 m时，甲苯和氯仿满足环境标准值，土壤环境受到重金属和VOCs的环境损害污染.同时油墨废水中铜、总铬、镉、铅、汞与本案件受污染的土壤样品中监测出的重金属污染物一致，因此油墨废水作为污染源，与土壤污染受体中的污染物具有同源性.

3.2 污染物迁移路径的合理性分析

根据图4可知，油墨废水污染物通过非法倾倒进入土壤环境后，重金属和VOCs污染物在0.2～1 m土壤层时，浓度呈现降低的趋势，铜从39、74 mg/kg下降到27、32 mg/kg，总铬从69、64 mg/kg下降到40、56 mg/kg，镉从0.19 mg/kg下降到0.14、0.13 mg/kg，铅从22 mg/kg下降到17、16 mg/kg，汞从0.53、0.526 mg/kg下降到0.206、0.341 mg/kg，氯仿从41.7、2.6 μg/kg下降到1.1 μg/kg，甲苯从225.8、21.3 μg/kg下降到1.6、1.3 μg/kg，且在土壤表层和1 m深的浓度存在明显的差值，说明在重力下渗、降雨淋滤等作用下，污染物是沿着土壤层向下迁移，重金属和VOCs的浓度在不同深度均存在超标现象，即两种污染物对土壤环境造成污染，存在合理的迁移途径.

3.3 因果关系判定

3.3.1 时间上的关联性

时间上的关联性要求土壤污染的行为与环境损害之间存在时间上的先后发生顺序，即土壤污染行为发生在前，环境损害发生在后.未受油墨废水污染的土壤污染物浓度作为基准水平，重金属和VOCs的浓度较低，以案件二为例，重金属铜、总铬、镉、铅、汞标准值分别为21、30、0.12、6、0.166 mg/kg，VOCs中氯仿、甲苯标准值1.1、1.4 μg/kg.企业将油墨废水排放到土壤后，在向下迁移时，铜、总铬、镉、铅、汞分别达到32、56、0.13、16、0.341 mg/kg，只有在0.7 m以下土壤层中甲苯和氯仿的浓度为1.1、1.3 μg/kg，低于环境标准值1.1、1.4 μg/kg，即污染物迁移过程中土壤中的重金属和VOCs整体上高于标准值，说明油墨废水的倾倒造成土壤环境污染，企业的土壤污染行为发生在环境损害之前，所以土壤污染行为与环境损害存在时间上的关联性，具有因果关系.

3.3.2 空间上的关联性

空间上的关联性要求根据厂区附近气候条件、地形地貌等自然条件，判断土壤污染物从污染源迁移到评估区域的可能，土壤污染物的迁移路径与污染源的排放途径一致.以案件二为例，油墨废水通过暗管排放到土壤中，污染物会进行水平和垂直方向上的迁移.在水平方向上，污染物通过物理扩散、化学转化、微生物等作用进行水平迁移，扩大污染区域，图5为案件二厂区北侧空地土壤污染范围.在垂直方向上，以污染物中重金属铜为例，在土壤表面铜的浓度较高，其浓度为74 mg/kg，在重力渗透和降雨等作用，向土壤深层迁移，在到达土壤层1m时，浓度为32mg/kg，超过土壤环境的标准值21mg/kg.在评估区域范围内，污染物在水平方向以暗管排放口向周围扩散，在垂直方向上浓度逐渐降低，所以土壤污染物的迁移路径与污染源排放途径一致，土壤污染行为与生态环境损害具有空间上的相关性.

图5 案件二厂区北侧空地受损土壤分布示意图

本文通过对特征污染物的检测与分析，确定两者之间存在污染物、时间和空间上的相关性，因此，可以判定两起案件排放油墨废水污染行为与土壤生态环境损害之间存在因果关系.

4 结论

在生态环境损害鉴定评估过程中，其损害原因的复杂性、损害结果周期长和鉴定过程的艰巨性，使得环境损害因果关系判定已经成为环境损害鉴定评估过程中的关键环节.环境损害的因果关系的判定主要通过构建污染源到污染受体的传播途径.本文基于多元统计分析法研究油墨废水案件，首先通过对比分析重金属和挥发性有机物等油墨废水中的特征污染物，对污染物的关联性进行同源性分析，进而判断土壤污染行为与环境损害间存在时间和空间上关联性，完成环境损害的因果关系的判定.