武汉市某污染场地开发利用后土壤环境质量分析

唐兴敏， 汪 欣， 贾正勋， 宋 洲

(湖北省地质实验测试中心，湖北 武汉 430034)

随着中国快速城市化和产业结构调整，几乎所有大中城市老城区周边的化工、冶金、电子、医药等企业和工厂或搬迁或关闭，遗留下大量遭受重金属元素、有机物等污染的场地[1-3]。随后，这些场地大部分被用于二次开发利用[3-5]，建设为商业体、住宅等公共设施。在二次开发利用前，应对污染场地进行环境评估和土壤修复，在这方面西方国家已积累了几十年的经验[6-10]，但中国直到21世纪初才要求遗留的污染场地必须经过监测和修复后才能进行二次开发利用[11]。政府还要求在环保长期规划中将遗留污染场地列入最优先监控目标，并相继颁布了场地调查、风险评估、土壤修复等一系列相关的技术规范[12]。污染场地二次开发利用前的污染状况调查、土壤修复等已成为业界和学界的研究热点[13-17]。然而一些原污染场地改造成为公共用地后依然出现了一些污染事件，说明新入人群和企业带来了新的污染，或者经过土壤修复后原污染物出现了新的聚集，因此查明二次开发利用后场地的土壤环境质量状况十分重要，这直接关系到当地居民的生命健康与安全。

武汉市硚口区古田一带曾经有近200家化工、机械等制造业企业，土地普遍遭受污染，现今已被改造成为大片的居民区、办公区、商业区和学校。该片区的某小区在原武汉柴油机厂、原长江汽车配件厂和原某物资供应管理处仓库的场地上建设而来，其当前是否存在土壤污染风险亟需开展调查。本文以该小区场地为研究区，分析土壤中潜在污染物的含量及分布特征，对场地土壤环境质量进行评价；进而按照相应的评判标准，明确场地是否受到污染、是否需要修复，对后期场地开发利用决策具有重要的指导意义。

1 研究区概况

研究区位于武汉市硚口区古田片区，面积6.4 hm2，场地中心地理坐标：东经114°12′38″，北纬30°35′30″(图1)。该场地现今为居民区、办公区和绿化地，用地类型为住宅类敏感用地，地貌单元属长江冲积Ⅰ级阶地，上部为耕填土，主要由黏性土夹少量碎石、砖渣组成，土质松软，厚0.8～1.3 m。研究区东南、西南、西北分别为原某物资供应管理处仓库、原武汉柴油机厂、原长江汽车配件厂的旧址。

图1 研究区用地现状及采样分布图Fig.1 Land use status and sampling distribution in the study area

2 采样与测试

2.1 样品采集与制备

参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)[18]，在研究区布设8个土壤样采样点(表1)，其中在原仓库四周布设4个采样点，编号D1-D4；在原柴油机厂与地质小区交界处布设2个采样点，编号D5、D6；在原汽配厂附近布设2个采样点，编号D7、D8。以采样点D1为例介绍采样方法：依次在表层、0.5 m深、1.0 m深位置采集土壤样，分别编号D1-1、D1-2、D1-3。此次共采集样品24份，每份1 kg，另同时采集24份样品备用。将土壤样置于阴凉处自然风干，然后去杂、研磨过60目筛，封装后以4 ℃低温保存，送湖北省地质实验测试中心完成测试分析。

表1 采样点位及潜在污染物类型Table 1 Sampling points and potential pollutant types

2.2 样品测试方法

2.2.1重金属元素的测定

重金属元素含量测试参照《土壤和沉积物 12种金属元素的测定 王水提取—电感耦合等离子体质谱法》(HJ 803—2016)[19]和《土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定 原子荧光法》(GB/T 22105—2008)[20-22]等标准规范。取0.1 g样品，加入1 mL高氯酸、5 mL盐酸/硝酸(3/2)的混酸、5 mL氢氟酸溶矿，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定镍、铜、镉、铅含量。取0.25 g样品，用10 mL 1+1王水溶矿，10 mL 1+1盐酸提取，硫脲+抗坏血酸还原，采用原子荧光光谱仪(AFS)测定砷、汞含量。

2.2.2有机污染物的测定

选取苯并[a]芘作为半挥发性污染物指标，其含量测试参照《土壤和沉积物 多环芳烃的测定 高效液相色谱法》(HJ 784—2016)[23]等标准规范。称取10 g样品，用正己烷与丙酮萃取，加无水硫酸钠除水，弗罗里硅土柱净化，正己烷与丙酮14∶1洗脱，氮吹，乙腈定容至1 mL，用高效液相色谱仪(HPLC)测定苯并[a]芘含量。

石油烃含量测试参照《土壤和沉积物 石油烃(C10-C40)的测定 气相色谱法》(HJ 102—2019)[24]等标准规范。称取10 g样品，用二氯甲烷与丙酮萃取，加无水硫酸钠除水，弗罗里硅土柱净化，正己烷洗脱，氮吹，正己烷定容至1 mL，用气相色谱氢火焰检测器(GC-FID)测定石油烃含量。

选取六六六、滴滴涕作为有机氯指标，其含量测试参照《土壤中六六六和滴滴涕测定的气相色谱法》(GB/T 14550—2003)[25]等标准规范。称取10 g样品，用正己烷与丙酮萃取，加无水硫酸钠除水，弗罗里硅土柱净化，正己烷与丙酮14∶1洗脱，氮吹，正己烷定容至1 mL，用气相色谱微电子捕获检测器(GC-ECD)测定六六六、滴滴涕含量。

2.3 测试结果

样品测试结果如表2-表3所示。由表2可知，所有样品的镍含量为33.44×10-6～48.76×10-6，铜含量为26.41×10-6～39.44×10-6，镉含量为0.224×10-6～0.369×10-6，铅含量为19.73×10-6～47.08×10-6，砷含量为5.36×10-6～11.46×10-6，汞含量为0.030×10-6～0.098×10-6。由表3可知，所测样品的苯并[a]芘含量为3.82×10-9～27.70×10-9，石油烃含量为5.3×10-6～129.0×10-6，六六六含量为0.20×10-9～30.80×10-9，滴滴涕含量为1.4×10-9～109.0×10-9。

3 讨论

3.1 土壤环境质量评价方法

本次采用《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)[26]中第一类用地筛选值作为评价标准，土壤环境质量评价方法可分以下三步。

(1) 计算土壤样品的单项污染指数Pi，计算公式为：

表2 重金属元素含量测试结果Table 2 Test results of heavy metal elements

表3 有机污染物含量测试结果Table 3 Test results of organic pollutant content

Pi=Ci/Si

(1)

式中：Ci为污染物i的实测值；Si为污染物i的评价标准值。

当Pi≤1时，表明土壤未受到污染物i的污染；当Pi>1时，表明土壤遭到污染物i的污染，且Pi越大，说明受到污染越严重。

(2) 计算各样点土壤的综合污染指数P，计算公式为：

(2)

式中：Pmax为样点所有单项污染指数中的最大值；Pave为样点所有单项污染指数的平均值。

(3) 计算得到综合污染指数后，按照土壤环境质量分级标准(表4)进行评价。

表4 土壤环境质量分级标准Table 4 Classification standard of soil environmental quality

3.2 土壤单项污染指数

表5和表6列出了所有土壤样品中6种重金属元素和4种有机污染物的含量值，镍、铜、镉、铅、砷、汞的平均含量分别为38.13×10-6、33.14×10-6、0.28×10-6、28.99×10-6、9.67×10-6、0.056×10-6，苯并[a]芘、石油烃、六六六、滴滴涕的平均含量分别为13.48×10-9、64.35×10-6、15.15×10-9、37.52×10-9。采用公式(1)计算得出6种重金属元素的单项污染指数分别为0.223～0.325、0.013～0.020、0.011～0.018、0.049～0.118、0.268～0.573、0.004～0.012，平均值为0.254、0.017、0.014、0.072、0.484、0.007；4种有机污染物的单项污染指数分别为0.007～0.050、1×10-5～16×10-5、0～0.030、0～0.017，平均值为0.025、8×10-5、0.013、0.006。上述10种污染物的单项污染指数从高到低排序为：砷>镍>铅>苯并[a]芘>铜>镉>六六六>汞>滴滴涕>石油烃。所有点位的10种污染物含量均低于GB 36600—2018[26]中第一类用地筛选值，单项污染指数为0～0.573，均<1，表明研究区未遭受镍、铜、镉、铅、砷、汞和苯并[a]芘、石油烃、六六六、滴滴涕的污染。

可以注意到，各重金属元素单项污染指数的变异系数大多低于20%，表明各场地重金属元素含量差异不大，土壤重金属污染水平比较均衡。而苯并[a]芘、石油烃、六六六、滴滴涕单项污染指数的变异系数分别为42.1%、76.9%、95.2%、57.1%，表明各场地的有机污染物含量存在较大差异，这与取样点所在场地的历史或近期用途有关，如原柴油机厂(D5、D6)相对于原汽配厂(D7、D8)向土壤中排放了更多的石油烃，从而导致D5和D6的石油烃含量(94.0×10-6～129.0×10-6)明显高于D7和D8(5.3×10-6～26.3×10-6)；而改建为绿化用地(D1-D4、D7-D8)后可能因喷洒农药导致六六六、滴滴涕含量明显偏高(表3)。

表5 土壤样品重金属元素单项污染指数Table 5 Single pollution index of heavy metals in soil samples

表6 土壤样品有机污染物单项污染指数Table 6 Single pollution index of organic pollutants in soil samples

3.3 土壤综合污染指数

在计算得出各污染物单项污染指数基础上，计算各污染物单项污染指数平均值，然后按照公式(2)求得各场地的综合污染指数。从计算结果(表7)来看，原仓库、原柴油机厂、原汽配厂的综合污染指数分别为0.346、0.369、0.333，平均值为0.349。依据表4的评价标准，研究区综合污染指数均<0.7,可判断研究区土壤在开发利用后总体属于清洁水平。

表7 土壤样品综合污染指数Table 7 Integrated pollution index of soil samples

4 结论

在武汉市硚口区某小区布设8个采样点，采集了24份土壤样品，分析了镍、铜、镉、铅、砷、汞6种重金属元素和苯并[a]芘、石油烃、六六六、滴滴涕4种有机污染物的含量。上述10种污染物的含量分别为33.44×10-6～48.76×10-6、26.41×10-6～39.44×10-6、0.224×10-6～0.369×10-6、19.73×10-6～47.08×10-6、5.36×10-6～11.46×10-6、0.030×10-6～0.098×10-6、3.82×10-9～27.70×10-9、5.3×10-6～129.0×10-6、0.20×10-9～30.80×10-9、1.4×10-9～109.0×10-9；单项污染指数分别为0.223～0.325、0.013～0.020、0.011～0.018、0.049～0.118、0.268～0.573、0.004～0.012、0.007～0.050、1×10-5～16×10-5、0～0.030、0～0.017，平均为0.254、0.017、0.014、0.072、0.484、0.007、0.025、8×10-5、0.013、0.006；研究区综合污染指数为0.333～0.369，平均为0.349。以《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)中第一类用地筛选值作为评价标准，说明研究区经二次开发利用以来，土壤环境质量属于清洁水平。