韓 煦，施維林

（蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

“污染場地”指的是由于生產(chǎn)、儲存及處理有害物質(zhì)，堆放有毒有害廢棄物或從事采礦、冶煉等活動而形成的含有較高濃度有害物質(zhì)的場地，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和居民的身體健康均有巨大潛在風(fēng)險[1]。如鉛進(jìn)入人體后，不能靠人體主動代謝排出，且會隨著年齡增長在人體內(nèi)累積，對人體器官和神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害[2]。國外對土壤重金屬污染評價研究起步較早，20世紀(jì)60年代，日本出現(xiàn)因食品汞和鎘超標(biāo)而引起的居民水俁病、痛痛病事件[3]，自此諸多國家開始關(guān)注重金屬的環(huán)境污染狀況以及對人體的健康風(fēng)險，關(guān)于重金屬污染評價的方法也日趨完善。美國控制論專家L.A.Zadeh于1965年提出模糊數(shù)學(xué)評價法[4]；德國學(xué)者M(jìn)uller于1969年提出了地積累指數(shù)法用于評估相對于地質(zhì)背景值的重金屬污染程度[5]；瑞典學(xué)者Hakanson于1980年提出了針對水系沉積物的潛在生態(tài)風(fēng)險評估方法[6]；斯洛伐克學(xué)者Rapant于2003年建立了關(guān)于生態(tài)風(fēng)險的預(yù)警評價方法[7]，并使用地統(tǒng)計學(xué)軟件以表征重金屬的空間分布特征。

文中研究將采用地質(zhì)累積指數(shù)法[8]，結(jié)合我國《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》（HJ25.3—2019）中的污染場地健康風(fēng)險模型進(jìn)行人體健康風(fēng)險評估，探討本場地土壤污染程度，確保后續(xù)土地利用的安全性，研究結(jié)果可為環(huán)境決策者提供參考依據(jù)。

1 場地概況與方法

1.1 研究區(qū)域概況

選取蘇州市某染料廠的搬遷遺留污染場地為研究對象，該廠區(qū)占地面積約為59 200 m2，生產(chǎn)周期長達(dá)40多年，場地現(xiàn)為荒地，場地內(nèi)有大量堆土，低洼處長滿蘆葦，起伏較大，通視條件差。圖1為2003年與2020年場地衛(wèi)星影像圖（Bigemap衛(wèi)星歷史影像圖最早只能追溯到2003年）。

圖1 2003年與2020年場地衛(wèi)星影像圖

1.2 采樣點布設(shè)

經(jīng)過無人機航拍、現(xiàn)場踏勘、人員訪談等多種形式進(jìn)行初步踏勘和現(xiàn)有資料分析。該遺留場地由于生產(chǎn)周期長，部分設(shè)備線路老化，且生產(chǎn)過程中使用大量有機溶劑。此次調(diào)查的區(qū)域主要集中在原廠區(qū)的生產(chǎn)區(qū)、閑置區(qū)、污水處理區(qū)等3大功能區(qū)，其中生產(chǎn)區(qū)和污水處理區(qū)受到污染風(fēng)險最大，是此次調(diào)查的重點關(guān)注區(qū)域。此次土壤采樣點共布設(shè)15個，各采樣點深度根據(jù)地質(zhì)情況有所不同，共采集78個土壤樣本。具體采樣點信息匯總見表1，示意圖如圖2所示。

表1 土壤采樣點信息匯總表

圖2 采樣點布設(shè)圖

2 結(jié)果與討論

2.1 場地土壤重金屬含量描述

該研究區(qū)域土壤中常見8種重金屬元素含量統(tǒng)計分析結(jié)果見表2和圖3?？茖W(xué)選擇篩選值是保障污染場地修復(fù)管理的有效措施[9]，該污染場地規(guī)劃為居住用地，參照《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB36600—2018）中“第一類用地”的篩選值，由表2可知，該場地土壤中鉻和砷的含量平均范圍分別為41.48～325.30、0.20～41.66 mg·kg-1，故Cr、As均在一定程度上超過該篩選值，Cr的超標(biāo)率為100%、As的超標(biāo)率為11.5%；Cd、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg的含量均低于篩選值，表明該場地土壤主要受到Cr、As這兩種重金屬的污染。

圖3 研究區(qū)土壤8種重金屬濃度箱型圖

表2 土壤重金屬含量統(tǒng)計表

變異系數(shù)（CV）反映重金屬含量的離散程度的指標(biāo)，同時也能表示人為活動對重金屬含量影響的大小，其值越大，表明受人為活動影響越強烈[10]。CV的分類可分為弱變異性（CV＜10%），中等變異（10%＜CV＜100%），高度變異（CV＞100%）[11]。從研究區(qū)整體情況分析，各種重金屬變異系數(shù)大小排序為CVHg（110.79%）＞100%＞CVCr（69.58%）＞CVAs（60.57%）＞CVCd（60.32%）＞CVCu（57.16%）＞CVPb（48.18%）＞CVZn（35.67%）＞CVNi（29.94%）＞10%，除了汞元素的變異系數(shù)超過100%，屬于高度變異，其他重金屬元素均屬于中等變異，表明該研究地塊土壤受到染料廠工業(yè)作業(yè)影響較大。

分析圖3可以直觀看出，在土層深度1.5 m處，鉛、鋅和汞元素含量變化情況均較為明顯；在土層深度3.0 m處，鎘、鉛、鋅和汞元素含量變化情況均較為明顯，其中鉛和汞的最大值與最小值相差較大；在土層深度6.0 m處，重金屬鉻含量變化最大；在土層深度9.0 m處，鎳、鋅和砷含量變化情況均較為明顯。綜合分析8種重金屬在不同深度的含量變化，除鉻和砷在6 m處含量增加，其他6種土壤重金屬污染物在整體上均呈現(xiàn)隨著土壤深度的增加，重金屬含量逐漸較小的趨勢，在6 m和9 m處，土壤中重金屬含量濃度較低，并且已基本趨于穩(wěn)定。

2.2 地質(zhì)累積指數(shù)法評價結(jié)果

地質(zhì)累積指數(shù)法（Igeo）是由德國科學(xué)家Muller提出的一種評價沉積重金屬污染的方法[13]，已廣泛應(yīng)用于評價場地土壤中重金屬污染程度[14]。重金屬污染程度可評為7級，分級評價標(biāo)準(zhǔn)[8]見表3。計算方法如下

表3 地質(zhì)累積指數(shù)評價土壤質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

其中，Cn為樣品中元素n的濃度，Bn為所測元素的地球化學(xué)背景值，1.5為修正系數(shù)[15]，用于校正各地巖石差異可能引起的背景值差異，Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)。

地質(zhì)累積指數(shù)不僅反映了重金屬分布的自然變化特征，而且可以判別人為活動對環(huán)境的影響。各層土壤重金屬地質(zhì)累積指數(shù)評價結(jié)果見表4和箱型圖4，可以得出，在土層深度0～3 m處，鎘、銅、鉛和鋅均處于未污染至中度污染水平；而鉻和砷的平均Igeo＜0，為未污染；汞平均Igeo的SD值最大為2.05，處于中度至重度污染水平。在土層深度3～6 m處，僅鉻的平均Igeo＞0，處于未污染到中度污染水平，其他7種重金屬的平均Igeo均小于0，處于未污染狀態(tài)。在土層深度6～9 m處，8種重金屬的平均Igeo＜0，未污染?？芍?，表層土壤易受到人為擾動的影響，8種重金屬的污染程度強弱排序為：Hg＞Cd＞Pb＞Cu＞Zn＞As＞Ni＞Cr，其中汞受到的人為影響最大，場地中鎘、鉻、銅、鉛和鋅含量也受到一定的人為作用。且受污染土壤主要分布在蒽醌車間及紅車間，可能是生產(chǎn)車間環(huán)氧地坪破裂導(dǎo)致重金屬下滲，造成表層土壤污染。

圖4 研究區(qū)土壤8種重金屬地質(zhì)累積指數(shù)箱型圖

表4 土壤8種重金屬地質(zhì)累積指數(shù)分層評價表

2.3 研究區(qū)土壤重金屬健康風(fēng)險評價

對污染場地進(jìn)行健康風(fēng)險評價，包括危害識別、暴露評估、毒性評估和風(fēng)險表征這四部分，將8種重金屬含量與篩選值比對，識別出Cr和As這兩種超標(biāo)重金屬。由于該污染場地規(guī)劃為居住用地，確定敏感受體為兒童和成人，文中選取經(jīng)口攝入土壤途徑、皮膚接觸土壤途徑和吸入土壤顆粒物途徑這3種暴露途徑進(jìn)行研究。

2.3.1 毒性評估

毒性評估主要是對關(guān)注污染物的致癌效應(yīng)和非致癌效應(yīng)進(jìn)行表征[16]，鉻及其化合物可以通過多種渠道進(jìn)入人體[17]，長期或超量接觸會損害腎臟、肝臟系統(tǒng)，甚至有致死風(fēng)險[18]。砷是砒霜的組分之一，具有劇毒，會造成人體快速死亡[19]，過量攝入會引發(fā)各種癌癥[20]。鉻和砷的毒性參數(shù)名稱、參數(shù)取值以及計算值見表5。

表5 重金屬鉻和砷的毒性參數(shù)意義與取值

2.3.2 風(fēng)險表征

文中選取致癌物質(zhì)的可接受水平閾為10-6以下，非致癌物質(zhì)的可接受閾為小于1。重金屬鉻和砷三種途徑的致癌、非致癌風(fēng)險值見表6。

表6 土壤超標(biāo)重金屬鉻和砷三種暴露途徑下的致癌、非致癌風(fēng)險值

由表6可知，重金屬鉻在所有采樣點致癌風(fēng)險值均大于10-6，可知該地塊鉻污染較為嚴(yán)重。而計算所得鉻的非致癌風(fēng)險值僅在CS-S2（研究化驗室）大于1，超過閾值，而其他采樣點非致癌風(fēng)險值均在可接受水平內(nèi)，可知研究區(qū)敏感受體主要受到重金屬鉻對其產(chǎn)生的致癌風(fēng)險的影響。造成該研究區(qū)域土壤中鉻含量過高的原因可能是還原紅染料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鉻廢酸直接泄露在土壤中[21]，造成土壤中鉻元素含量超標(biāo)。同時，由表6可知，砷的總致癌風(fēng)險值全部超過10-6，分析不同暴露途徑下的致癌風(fēng)險值、呼吸吸入途徑，CS-S2、CS-S13和CS-S14的致癌風(fēng)險值小于10-6，即重金屬砷在偶氮車間、倉庫和蒽醌-蘭車間對敏感受體造成的致癌風(fēng)險較小。而砷在CS-S1、CS-S6、CS-S7、CS-S8、CS-S9、CS-S10、CS-S12和CS-S15的總非致癌風(fēng)險值均大于1，即在閑置區(qū)、冷作車間、蒽醌-蘭車間、蘭車間、紅車間、污水處理站、研究化驗室均存在非致癌風(fēng)險。僅在經(jīng)口攝入途徑下，砷在閑置區(qū)和蒽醌-蘭車間的非致癌風(fēng)險值大于1，其余值均在可接受水平內(nèi)，砷對人體健康造成非致癌風(fēng)險主要是通過經(jīng)口攝入途徑。閑置區(qū)砷元素的來源主要是該區(qū)域被附近居民開發(fā)成菜地，農(nóng)藥灌溉導(dǎo)致場地中砷含量超標(biāo)[22]，原蒽醌-蘭車間區(qū)域土壤中砷含量超標(biāo)是由于生產(chǎn)區(qū)域管理不善導(dǎo)致含砷染料下滲污染土壤。

2.3.3 風(fēng)險管控值的計算

風(fēng)險管控值的計算參照我國《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》（HJ25.3—2019）中的要求，計算公式如下

具體參數(shù)意義、取值以及鉻和砷兩種重金屬在三種暴露途徑的致癌風(fēng)險和非致癌風(fēng)險的土壤風(fēng)險控制值計算結(jié)果見表7和表8。綜合分析，計算出該污染場地鉻基于致癌風(fēng)險的風(fēng)險控制值為3.01 mg·kg-1，基于非致癌風(fēng)險的風(fēng)險控制值為114.66 mg·kg-1；砷基于致癌風(fēng)險的風(fēng)險控制值為0.45 mg·kg-1，基于非致癌風(fēng)險的風(fēng)險控制值為11.62 mg·kg-1。選取鉻的土壤風(fēng)險控制值為3.01 mg·kg-1，與鉻污染場地鉻濃度比對，可知大部分在4.5～6.5 m處的土壤采樣點濃度均超標(biāo)，需要對這一層土壤進(jìn)行修復(fù)；選取砷的土壤風(fēng)險控制值為11.62 mg·kg-1，可知僅在CS-S1閑置區(qū)存在砷污染，需要對閑置區(qū)土壤制定修復(fù)方案。

表7 基于致癌風(fēng)險的土壤風(fēng)險控制值

表8 基于非致癌風(fēng)險的土壤風(fēng)險控制值

3 結(jié)語

將污染場地中8種重金屬的變異系數(shù)進(jìn)行分析，平均變異系數(shù)大小排序為CV汞＞100%＞CV鎘＞CV砷＞CV鉻＞CV銅＞CV鉛＞CV鋅＞CV鎳＞10%，除了汞元素的變異系數(shù)超過100%，屬于高度變異，其他重金屬元素均屬于中等變異，表明該土壤受到染料廠工業(yè)作業(yè)的影響。除鉻和砷在6 m處含量增加，其他6種重金屬整體上均呈現(xiàn)隨著土壤深度的增加，濃度逐漸較小，在6 m和9 m處，土壤中重金屬含量較低，已趨于穩(wěn)定。

用地質(zhì)累積指數(shù)法對8種重金屬污染情況進(jìn)行評定，可知，表層土壤易受到人為擾動的影響，8種重金屬的污染程度強弱排序為：Hg＞Cd＞Pb＞Cu＞Zn＞As＞Ni＞Cr，其中汞受到的人為影響最大。污染土壤主要分布在蒽醌車間和紅車間，可能是生產(chǎn)車間環(huán)氧地坪破裂導(dǎo)致重金屬下滲，造成表層土壤污染。

對超標(biāo)重金屬鉻和砷進(jìn)行健康風(fēng)險評價，重金屬鉻所有采樣點致癌風(fēng)險值均大于10-6，可知該地塊鉻污染較為嚴(yán)重。而計算所得鉻的非致癌風(fēng)險值僅在研究化驗室超過可接受閾，可知敏感受體主要受到重金屬鉻對其產(chǎn)生的致癌風(fēng)險的影響。重金屬砷的總致癌風(fēng)險值也全部超過可接受閾10-6，重金屬砷在閑置區(qū)、冷作車間、蒽醌-蘭車間、蘭車間、紅車間、污水處理站和研究化驗室的非致癌風(fēng)險值均大于1，重金屬砷對人體健康造成非致癌風(fēng)險主要是通過經(jīng)口攝入途徑。可知該場地土壤受到鉻和砷的污染較為嚴(yán)重。

將土壤中鉻和砷的含量與計算出的土壤風(fēng)險控制值比對，可知重金屬鉻在4.5～6.5 m處的大部分土壤采樣點濃度均超標(biāo)，需要對這一層土壤進(jìn)行后續(xù)修復(fù)工作，而重金屬砷僅在閑置區(qū)土壤中存在砷污染，需要對閑置區(qū)土壤制定修復(fù)方案。希望研究結(jié)果能作為制定類似污染場地整治標(biāo)準(zhǔn)的參考，為日后土壤修復(fù)、再開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，確保土地應(yīng)用的安全性。