趙德剛，趙 亮，田西昭，單 強(qiáng)，李紅超

(河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河北石家莊 050021)

污染場(chǎng)地會(huì)對(duì)土壤或地下水造成污染，對(duì)人類健康和環(huán)境產(chǎn)生危害，如美國(guó)Love運(yùn)河污染就是一起典型的污染場(chǎng)地引起的公害事件，導(dǎo)致人們的生命健康受到損害，產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，地下水重金屬污染問(wèn)題日益突出[3-6]。電鍍企業(yè)普遍存在規(guī)模小、工藝簡(jiǎn)單、管理不規(guī)范等特點(diǎn)，極易造成場(chǎng)地重金屬污染[7-9]。很多電鍍廠缺乏系統(tǒng)完善的管理機(jī)制和必要的環(huán)保措施，致使部分電鍍廠遭到不同程度的破壞或發(fā)生嚴(yán)重的電鍍污水滲漏。電鍍污染場(chǎng)地主要是鉻污染。而鉻污染場(chǎng)地中Cr6+化合物具有很強(qiáng)的氧化性和毒性，易溶于酸或水，進(jìn)入環(huán)境后將對(duì)人體健康及周圍環(huán)境造成持續(xù)危害[10]。鑒于Cr6+的高毒性、高遷移性等特征，需要及時(shí)對(duì)鉻污染場(chǎng)地開(kāi)展修復(fù)治理。而在開(kāi)展修復(fù)治理前應(yīng)對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查工作。本研究以河北某電鍍廠污染場(chǎng)地為例，探討分析污染場(chǎng)地調(diào)查的技術(shù)路線、原則、內(nèi)容及方法等。從保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障人體健康角度，提出加強(qiáng)污染場(chǎng)地環(huán)境管理及相關(guān)防治措施的對(duì)策建議。

1 研究區(qū)概況

選取位于河北省某村東北方向的養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的某電鍍廠為研究對(duì)象。研究區(qū)電鍍污染場(chǎng)地面積為0．62 km2，屬低山丘陵區(qū)，地勢(shì)北高南低，處在溝谷中，場(chǎng)地兩側(cè)為山體。污染源距離居民區(qū)最近距離約125 m。由于電鍍車間渡槽內(nèi)電鍍液出現(xiàn)滲漏，導(dǎo)致下游水井出現(xiàn)明顯的變色。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查采樣后，經(jīng)化驗(yàn)分析下游地下水Cr6+質(zhì)量濃度超過(guò)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值近800倍，地下水受到嚴(yán)重污染。污染場(chǎng)地包氣帶結(jié)構(gòu)受地形地貌和水文地質(zhì)條件的控制，場(chǎng)地內(nèi)包氣帶厚度為2．68～5．15m，平均厚度為3．38 m。其巖性大部分以第四系粉土夾碎石為主，局部地區(qū)為強(qiáng)風(fēng)化片麻巖。污染源處(鍍槽和洗槽位置)人工開(kāi)挖深度已達(dá)2．8 m，揭穿了包氣帶，因此該處現(xiàn)狀包氣帶厚度為0 m，滲漏出的污染物可直接進(jìn)入含水層并向下游運(yùn)移。

2 研究方法

世界發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展污染場(chǎng)地的調(diào)查工作是在不同目的(一般以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、污染修復(fù)為目的)驅(qū)動(dòng)下、按階段進(jìn)行的，不同國(guó)家對(duì)調(diào)查階段的劃分、命名及涵蓋的工作內(nèi)容是不同的[11-17]。我國(guó)Cr6+污染場(chǎng)地調(diào)查的技術(shù)路線、原則、內(nèi)容及方法如下。

2.1 技術(shù)路線

污染場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查技術(shù)流程為：在資料收集、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、人員訪談的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步采樣計(jì)劃，根據(jù)評(píng)估數(shù)據(jù)判斷是否進(jìn)行詳細(xì)采樣，之后根據(jù)采樣化驗(yàn)結(jié)果等資料進(jìn)行報(bào)告編制工作，最后提出對(duì)策建議，為下一步污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 原則

a.針對(duì)性原則。針對(duì)場(chǎng)地的特征和潛在污染物特性，進(jìn)行污染濃度和空間分布調(diào)查，為場(chǎng)地的環(huán)境管理提供依據(jù)。

b.規(guī)范性原則。采用程序化和系統(tǒng)化的方式規(guī)范場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查過(guò)程，保證調(diào)查過(guò)程的科學(xué)性和客觀性。

c.可操作性原則。綜合考慮調(diào)查方法、時(shí)間、經(jīng)費(fèi)等因素，結(jié)合現(xiàn)階段科技水平和相關(guān)人員素質(zhì)，使調(diào)查過(guò)程切實(shí)可行。

2.3 內(nèi)容

a.開(kāi)展污染區(qū)與周邊的環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查，明確地下水系統(tǒng)的補(bǔ)給、徑流和排泄的方式。查明調(diào)查區(qū)內(nèi)的相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。

b.開(kāi)展地下水水位統(tǒng)測(cè)工作，明確地下水的補(bǔ)排關(guān)系，圈定可能受鍍鉻液滲漏威脅的范圍。

c.開(kāi)展全面的土壤、地下水采樣測(cè)試工作，確定現(xiàn)狀Cr6+濃度的分布情況，確定污染范圍和程度。

d.評(píng)價(jià)污染場(chǎng)地地下水和土壤的污染程度。

e.建立場(chǎng)地水文地質(zhì)數(shù)值模型，預(yù)測(cè)Cr6+污染范圍及其風(fēng)險(xiǎn)變化。

f.勘察污染場(chǎng)地的地質(zhì)條件，為后期的污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.4 方法

污染場(chǎng)地調(diào)查工作所采取的方法一般包括調(diào)查訪問(wèn)、資料收集、地形測(cè)繪、專項(xiàng)水文地質(zhì)測(cè)繪、地球物理勘探、工程點(diǎn)測(cè)量、工程地質(zhì)鉆探、水文地質(zhì)鉆探、監(jiān)測(cè)井建設(shè)、簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)、水位統(tǒng)測(cè)、取土樣分析化驗(yàn)、取水樣分析化驗(yàn)、三維水質(zhì)模擬等。在實(shí)際工作中可根據(jù)項(xiàng)目所需經(jīng)費(fèi)、時(shí)間及場(chǎng)地情況進(jìn)行適當(dāng)選取。本研究主要介紹取土樣分析化驗(yàn)、取水樣分析化驗(yàn)、三維數(shù)值模擬3種主要方法。

2．4．1 取土樣分析化驗(yàn)

參考 HJ 25．1—2014《場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》和HJ 25．2—2014《場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》相關(guān)要求，依據(jù)HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》和GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求，結(jié)合工程地質(zhì)取樣鉆探工作，開(kāi)展土壤取樣監(jiān)測(cè)工作。

土壤分析化驗(yàn)項(xiàng)目為 Cr6+、Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg、Cr、Ni和pH共計(jì)10項(xiàng)。另外對(duì)鍍槽四壁及周邊土壤進(jìn)行取樣，按照HJ/T 298—2007《危險(xiǎn)廢物鑒別技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行危險(xiǎn)廢物鑒別試驗(yàn)(圖1)。

圖1 場(chǎng)地平面布置及土壤采樣布點(diǎn)

2．4．2 取水樣分析化驗(yàn)

依據(jù)HJ/T 164—2004《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、HJ 493—2009《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》和GB/T 14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求，開(kāi)展地下水取樣工作。根據(jù)地下水流場(chǎng)特征確定具體取樣位置，以受污染源威脅的居民井為取樣對(duì)象，以圈定現(xiàn)狀污染范圍為主要目的(圖2)。

地下水分析化驗(yàn)指標(biāo)主要有 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu、Pb、Zn、Cl-、、HCO3-、、F-、CN-、全硬度、永久硬度、暫時(shí)硬度、負(fù)硬度、總酸度、總堿度、溶解性總固體、As、Hg、Se、Cr6+、Cr3+、Cd、游離 CO2、Ni、Al、Mn、CODMn、pH 和石油類共計(jì)36項(xiàng)。

2．4．3 三維數(shù)值模擬

圖2 地下水采樣布點(diǎn)

根據(jù)地下水三維數(shù)值模擬相關(guān)要求，結(jié)合環(huán)境水文地質(zhì)測(cè)繪工作進(jìn)行模擬。工作目的是為預(yù)測(cè)污染范圍和優(yōu)化修復(fù)治理工程布置提供依據(jù)。采用Visual MODFLOW 4．1模擬軟件進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3 結(jié)果分析

3.1 土壤評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，污染場(chǎng)地存在個(gè)別土樣鎘、銅和鎳超過(guò)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，其中鎘超標(biāo)點(diǎn)存在于鍍槽處，銅超標(biāo)點(diǎn)存在于鍍槽邊，鎳超標(biāo)點(diǎn)存在于鍍槽邊、截流槽、傾倒點(diǎn)和上游背景值監(jiān)測(cè)點(diǎn)。依據(jù)DB11/T 811—2011《場(chǎng)地土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)篩選值》相關(guān)要求，以實(shí)測(cè)值與土壤風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)值之比作為污染指數(shù)F，其土壤污染分級(jí)按照如下原則：F≤1表示未受污染;F＞1表示已受污染，F(xiàn)值越大污染風(fēng)險(xiǎn)越高。通過(guò)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果得知，污染風(fēng)險(xiǎn)因子為 Cr6+和 Ni，其中 Cr6+的污染指數(shù)為1．0 ～1．87，污染最重，Ni的污染指數(shù)為 1．0 ～1．04，污染較輕。通過(guò)對(duì)鍍槽和截流坑處的受污染土壤進(jìn)行危險(xiǎn)廢物鑒別，依據(jù)GB 5058．3—2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)—浸出毒性鑒別》相關(guān)規(guī)定，確認(rèn)項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)受污染的土壤不是危險(xiǎn)廢物。

3.2 地下水評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)對(duì)污染場(chǎng)地附近30眼水井水進(jìn)行分析化驗(yàn)，項(xiàng)目場(chǎng)地地下水質(zhì)量距離污染源由近到遠(yuǎn)呈現(xiàn)出較差、良好、優(yōu)良的分布趨勢(shì)，其中14眼監(jiān)測(cè)井呈現(xiàn)較差水質(zhì)。污染場(chǎng)地內(nèi)地下水中呈現(xiàn)地下水質(zhì)量Ⅴ類因子的全部為Cr6+，呈現(xiàn)地下水質(zhì)量Ⅳ類因子的主要有Cr6+和Fe。依據(jù)《地下水環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)價(jià)工作指南》相關(guān)要求，對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地地下水進(jìn)行了現(xiàn)狀污染評(píng)價(jià)，污染指數(shù)P為評(píng)價(jià)因子實(shí)測(cè)值和背景值之差與標(biāo)準(zhǔn)值(《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類限值)之比。污染指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為P≤0，污染級(jí)別為Ⅰ級(jí)，污染分級(jí)為未污染;0＜P≤0．2，污染級(jí)別為Ⅱ級(jí)，污染分級(jí)為輕污染;0．2＜P≤0．6，污染級(jí)別為Ⅲ級(jí)，污染分級(jí)為中污染;0．6＜P≤1．0，污染級(jí)別為Ⅳ級(jí)，污染分級(jí)為較重污染;1．0＜P≤1．5，污染級(jí)別為Ⅴ級(jí)，污染分級(jí)為嚴(yán)重污染;P＞1．5，污染級(jí)別為Ⅵ級(jí)，污染分級(jí)為極重污染。通過(guò)取樣化驗(yàn)結(jié)果可知，項(xiàng)目場(chǎng)地地下水質(zhì)量距離污染源由遠(yuǎn)及近呈現(xiàn)出未污染、輕污染、中污染、較重污染、嚴(yán)重污染、極重污染的分布趨勢(shì)。其中13眼監(jiān)測(cè)井呈現(xiàn)極重污染，污染因子為Cr6+和Fe;2眼監(jiān)測(cè)井呈現(xiàn)嚴(yán)重污染，污染因子為Cr6+和Fe;1眼監(jiān)測(cè)井呈現(xiàn)較重污染，污染因子為Cr6+;3眼監(jiān)測(cè)井呈現(xiàn)中污染，污染因子為石油類、Mn和Fe;9眼監(jiān)測(cè)井呈現(xiàn)輕污染，污染因子為Cr6+、Ni、Zn、Fe、Pb、石油類和溶解性總固體;2眼監(jiān)測(cè)井呈現(xiàn)未污染。

3.3 地下水污染預(yù)測(cè)

在現(xiàn)狀水文地質(zhì)條件和地下水流場(chǎng)不發(fā)生改變的情況下，污染場(chǎng)地電鍍廢水泄露造成的污染將會(huì)繼續(xù)。運(yùn)用Visual MODFLOW軟件在研究區(qū)水文地質(zhì)概念模型的基礎(chǔ)上建立地下水流數(shù)值模型對(duì)污染情況[18]進(jìn)行預(yù)測(cè)，具體過(guò)程如下。

3．3．1 含水層概化

研究目標(biāo)為潛水含水層，厚度為20～30 m。結(jié)合場(chǎng)地含水層分布情況的勘查，將地下水系統(tǒng)模型概化為兩層：將地表以下第四系覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化片麻巖分布區(qū)域概化為第一層(含水層);將第一層底板以下的中風(fēng)化、微風(fēng)化及完整未風(fēng)化片麻巖分布區(qū)域概化為第二層(隔水層)。將含水層概化為非均質(zhì)各項(xiàng)同性介質(zhì)。

3．3．2 邊界條件概化

模擬區(qū)上邊界為潛水面，垂向上受到大氣降水和蒸發(fā)的影響。下邊界取潛水含水層底部隔水層，由于其下部為風(fēng)化程度較低的片麻巖組成，為較好的隔水層，故將其概化為零通量邊界。四周邊界在概化時(shí)，考慮到地形地貌的影響以及地下水特征和實(shí)際資料，確定模型東、西、北3個(gè)方向?yàn)槎ㄋ^邊界。

3．3．3 地下水流特征

模擬區(qū)為潛水含水層，地下水流受到地形控制，由地勢(shì)高的地區(qū)流向地勢(shì)低的地區(qū)，地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給。排泄途徑為垂向蒸發(fā)、側(cè)向徑流排泄。鑒于調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水含水層介質(zhì)單一，分布均勻，可將該區(qū)地下水徑流概化為二維穩(wěn)定流。

3．3．4 模型檢驗(yàn)

在進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)前，需要對(duì)模擬效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用污染場(chǎng)地前期的地下水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果作為校正標(biāo)準(zhǔn)。利用機(jī)井中Cr6+濃度與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)污染場(chǎng)地的第10天的采樣化驗(yàn)結(jié)果對(duì)三維數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了校正，模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值有較好的一致性，模擬結(jié)果的可信度較高。

3．3．5 地下水污染預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)對(duì)污染場(chǎng)地三維數(shù)值模擬，得出地下水污染預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。圖3為發(fā)生污染的第10天、第90天、第180天和第360天的Cr6+污染羽分布情況。

表1 電鍍廠地下水Cr6+污染模擬預(yù)測(cè)結(jié)果

由圖3可以看出，受到地下水流向的影響，污染場(chǎng)地北部及東北部位于地下水上游區(qū)域，未受到污染。從污染初期到電鍍廢水停止泄露的第90天，Cr6+的污染羽已經(jīng)由廠區(qū)擴(kuò)散到居民區(qū)，污染面積達(dá)14772 m2，部分居民區(qū)水井中Cr6+濃度已經(jīng)超過(guò)地下水質(zhì)量的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0．05 mg/L)。在第90天至180天，由于電鍍廢水停止泄露，高濃度污染區(qū)Cr6+濃度降低，最高質(zhì)量濃度由2 766 mg/L降至169 mg/L，但污染范圍持續(xù)擴(kuò)大至19888 m2，污染范圍已經(jīng)超出了模擬區(qū)域，向調(diào)查區(qū)西南方向擴(kuò)散。在污染發(fā)生的第360天，Cr6+最高質(zhì)量濃度降至12 mg/L。電鍍廢水中的Cr6+大量被截流在含水層中，剩余部分隨水流向地下水下游區(qū)域擴(kuò)散。

通過(guò)模擬未進(jìn)行人工干預(yù)治理時(shí)Cr6+在污染場(chǎng)地的時(shí)間和空間的分布情況發(fā)現(xiàn)，受地下水流向和含水層介質(zhì)的影響，在電鍍廢水停止泄露后的180 d內(nèi)，調(diào)查區(qū)西南部大片區(qū)域的地下水有被污染的風(fēng)險(xiǎn)，污染物流經(jīng)的含水層也會(huì)截流大量污染物，增大后續(xù)污染治理的難度。因此，對(duì)污染區(qū)域采取及時(shí)有效的治理措施是十分必要的。

圖3 發(fā)生污染后不同時(shí)間Cr6+污染羽分布情況

4 結(jié) 語(yǔ)

河北某電鍍廠電鍍車間渡槽內(nèi)電鍍液出現(xiàn)滲漏后，污染場(chǎng)地在未進(jìn)行人工干預(yù)治理時(shí)，污染物受到地下水流向和含水層介質(zhì)的影響，在電鍍廢水停止泄露后的180 d內(nèi)，調(diào)查區(qū)西南部大片區(qū)域的地下水有被污染的風(fēng)險(xiǎn)。從保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障人體健康的角度，提出加強(qiáng)污染場(chǎng)地環(huán)境管理及相關(guān)防治措施的對(duì)策建議：

a.盡快開(kāi)展項(xiàng)目場(chǎng)地的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，明確場(chǎng)地的敏感受體、風(fēng)險(xiǎn)途徑及風(fēng)險(xiǎn)值，確定場(chǎng)地土壤和地下水的修復(fù)治理目標(biāo)。

b.在完成調(diào)查評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，編制污染場(chǎng)地修復(fù)治理實(shí)施方案，并嚴(yán)格按方案開(kāi)展相關(guān)工作，盡快完成污染場(chǎng)地修復(fù)治理工作。

c.在未完成污染場(chǎng)地修復(fù)治理時(shí)，不要加大下游地下水開(kāi)采量，以免加劇污染的擴(kuò)散速度，影響用水安全。

d.建立和完善地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)掌握地下水水質(zhì)、水位動(dòng)態(tài)變化情況。

e.政府相關(guān)部門要加強(qiáng)電鍍企業(yè)的統(tǒng)一規(guī)劃和管理，建立健全Cr6+污染場(chǎng)地綜合防治措施體系，制定發(fā)生污染事件的應(yīng)急預(yù)案。