工业遗留场地污染风险评价及来源分析

王兴作 滕炳麓 申一顺 崔台育 刘宇欣 许腾文

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳 110168）

1 引言

随着东北老工业基地产业结构优化升级，大量工厂关停，关停工厂会伴随着污染问题，若未经治理的工业场地存留在城市人居区域，会给人居环境带来不安定因素，也不利于今后土地利用。

目前，国内外已开展较多针对农田、矿区周边土壤等单一功能区土壤环境的重金属污染与风险评价［1］，由于工业场地状况复杂，很少有研究关注工业遗留污染场地［2］，且污染土壤的风险评价多数针对没有停产停工的工业场地，而东北老工业基地作为庞大的集群体，改善污染状况对其转型发展至关重要，关停企业的环境遗留问题应得到关注。

本文以东北老工业基地代表企业沈阳市某化工厂为研究对象，采用污染、生态风险评价方法对研究区土壤中常见的Pb，Ni，Zn，Cu，Cd，Cr 进行污染和生态风险评价，以期为该场地及类似场地的治理修复提供有效参考。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

研究区位于沈阳北部，是我国最早的铬盐生产企业之一，主要生产铬盐、农药等化工产品。通过前期资料收集、场地调查，发现不同区域的企业历史不同，目前研究区为荒草空地和空置厂房，工厂已全部停产，其中厂区西方向为铬渣堆放地，厂区周围有多家化工企业。

2.2 样品的采集与测定

场地土样依据HJ 25.2—2014《场地环境监测技术导则》的规定进行采集，将研究区及周围作为受污染土壤采样点，采用系统布点法在研究区内布设11个采样点，采样点位置见图1。不同深度土壤样品采用SH30 钻机进行取样，剖面深度范围在0～12 m，共采集44 个土壤样品。样品中重金属含量均按照GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》推荐方法检验。

图1 受污染土壤及周边采样点示意

2.3 分析与评价方法

2.3.1 重金属污染评价方法

由于研究区为化工厂区，存在单一元素污染或人为活动影响，而单因子指数法不能全面反映研究区污染状况，因此本研究采用内梅罗综合污染指数法、地累积指数法对研究区进行污染评价。

2.3.1.1 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数分级标准见表1。

表1 内梅罗综合污染指数分级标准

内梅罗综合污染指数法可反映研究区土壤整体污染状况，判断研究区各点位的污染状况及各重金属的污染贡献率［3］，其计算公式如下：

式中，PN为内梅罗综合污染指数；Pave为重金属单因子污染指数的平均值；Pimax为重金属单因子污染指数的最大值。

2.3.1.2 地累积指数法

地累积指数分级标准见表2。

表2 地累积指数分级标准

与内梅罗综合污染指数法相比，地累积指数法充分考虑了自然地质变化过程对背景值造成的影响，也充分注意了人为活动对重金属污染的影响［3］，其计算公式如下：

式中，Igeo为地累积指数；Ci为重金属实测值，mg/kg；Bn为重金属土壤元素背景值，mg/kg；1.5 为修正指数，通常表征沉积特征、岩石地质及其他影响。

2.3.2 重金属生态风险评价方法

生态风险评价采用潜在生态风险评价方法，该方法考虑了生态环境效应、污染物含量等综合影响［4］。土壤重金属生态风险分级见表3。

表3 土壤重金属生态风险分级

3 结果与讨论

3.1 土壤重金属含量统计分析

土壤重金属含量统计分析见表4。由表4 可知，所有重金属元素含量的最大值都高于土壤背景值，且6 种重金属元素的平均值均超过土壤背景值，土壤样品超标率最大的是Cr，达到89.04%。变异系数代表总体样本中重金属含量的变异程度，其中Cr，Pb 的变异系数较大，分别为3.01，2.67，Cd 的变异系数最小，为0.59，其他重金属的变异范围为1.13～2.21，除了重金属Cd，都属于强变异，可能是局部污染源或生产活动引起的。

表4 土壤重金属含量统计分析

3.2 土壤重金属污染评价分析

3.2.1 内梅罗综合污染指数法评价分析

根据内梅罗综合污染指数法公式和相关标准计算，结果见表5。

表5 重金属内梅罗综合污染指数评价结果

由表5 可知，研究区土壤重金属内梅罗综合污染指数在0.08～26.38 之间，平均值为4.14，为重度污染等级。污染主要集中在S1，S2，S11 采样点，其中S1，S2 为重度污染，占土壤样品的45.5%。需注意的是S3 为警戒区域，可能受污染源的影响，需做好防范措施。研究区的重金属污染总体处于较高水平。

3.2.2 地累积指数法评价分析

根据地累积指数法公式和相关标准计算，结果见表6。

表6 重金属地累积指数评价结果

由表6 可知，Cr 属偏重污染，Zn 属中度污染，Ni，Cu 属轻度污染，其他重金属属清洁状态。Cr 的Igeo范围在2.08～3.61，其中属于偏重污染的土壤样品占总数的54.6%；Zn 的Igeo范围在－0.76～2.82，其中属于偏中度污染的土壤样品占总数的36.3%，属于偏重污染的土壤样品占总数的9.01%，出现在采样点S9；Ni，Cu 的Igeo范围分别在－0.43～3.03，－1.04～3.18，除S9 采样点外，Igeo均小于1。

3.3 土壤重金属污染风险评价分析

对研究区土壤重金属进行潜在生态风险评价，结果见表7。

表7 场地重金属风险评价分析结果

由表7 可知，研究区综合潜在生态风险指数范围在0.25～532.22，平均值为175.08。从场地总体污染程度分析，研究区整体呈中风险水平，S1，S2 风险程度较高；从重金属风险程度分析，Ni，Cu，Zn，Pb 处于低风险水平，Cr，Cd 存在严重生态风险；按照单一潜在生态风险分级标准，重金属Cr 在S1，S2 采样点属高风险水平，占总样品的18.1%，重金属Cd 中风险水平土壤样品占总样品的63.6%。

3.4 土壤重金属来源分析

3.4.1 土壤重金属相关性分析

各重金属之间的相关性反映了重金属来源途径的相似性，重金属之间关系越密切，来源途径越接近。利用Pearson 系数分析6 种重金属元素含量相关性，见表8。

表8 土壤重金属含量的Pearson 相关性系数

由表8 可知，在P＜0.01 水平上，Pb 与Zn 呈极显著正相关，Ni 与Zn，Cu 呈极显著正相关，Zn 与Cu呈极显著正相关；在P＜0.05 水平上，Pb 与Cu 呈显著正相关。综上所述，Pb，Ni，Zn，Cu 两两之间相关性显著，表明这4 种重金属之间可能具有同源性。而Pb，Ni，Zn，Cu，Cd 与Cr 呈负相关，表明Cr 与其他重金属来源无关，可能与外源污染有关。

3.4.2 土壤重金属主成分分析

通过相关性分析后，对研究区重金属进行主成分分析，能够进一步确定研究区重金属的污染来源［6］。土壤重金属主成分载荷见表9。

表9 土壤重金属主成分载荷

土壤重金属元素主成分分析见表10。

表10 土壤重金属元素主成分分析

通过应用KMO 和Bartlettde 检验可知，KMO 统计量为0.663，P＝0，满足主成分分析要求。

由表9、表10 可知，提取初始特征值大于1 的前3 个主成分累积贡献率为91.7%，因此对这3 个主成分进行分析能够整体反映全部数据的分析结果。由表10 可知，第1 组成分的贡献率为60.30%，其中Pb，Ni，Zn，Cu 含量上具有较高的正载荷，可知这4 种重金属来源途径相似，可能受化工生产等生产作业中产生的废渣、重金属粉尘等人为因素的影响，故第1 主成分来自主要化工生产等人为活动。第2 组成分的贡献率为16.60%，其中Cr 正载荷较高，可能受周围工厂铬盐系列产品生产工艺中产生铬渣污染物的堆放及铬渣在运输过程产生的粉尘等影响，故第2 组成分主要为外源污染引起。第3 组成分的贡献率为14.80%，Cd 具有较高的正载荷，自然环境中存在的单质Cd 极少，Cd 可能与外源因素有关，Cd 来源可能与铬渣中含有的粉尘扩散有关。

4 结论

（1）6 种重金属元素含量的平均值均超过土壤背景值，土壤样品中样品超标率最大的是Cr，除重金属Cd，都属于强变异。

（2）通过污染及生态风险评价得出，研究区的重金属污染总体处于较高的水平。受重金属Cr 污染最严重，研究区Cr，Cd 生态风险较高，Ni，Cu，Zn，Pb 属低风险水平，集中在A，B 两区。

（3）通过相关性分析可知，Pb，Ni，Zn，Cu 具有同源性，Cr 与其他重金属来源无关；主成分分析表明，Pb，Ni，Zn，Cu 主要来自化工生产，Cr 主要来自铬渣污染物堆放，Cd 来源可能与铬渣中含有的粉尘扩散有关。