四川省某化工渣场土壤中重金属Ba、As、Mn等元素空间分布特征分析

 摘 要：本文以四川省某工业渣场为研究对象，依据场地的情况，确定了45个钻孔，按照10～20 cm分层为土壤取样，测定了土壤中钡(Ba)、砷(AS)、锰(Mn)等重金属元素及硫酸根离子、氯离子的含量及特征分布。分析结果表明调查场地土壤主要受污染因子为钡、氯离子和硫酸盐，其次为砷、锰。

关键词：重金属，空间分布，污染

1.引言

重金属污染严重影响了一个区域的经济发展水平，并对该地区的食品安全及人体健康构成了威胁。因土壤污染而造成的“毒米”、“毒菜”事件不断在新闻媒体上报道，尤其是2013年湖南“镉米”事件给人们带来了很大的恐慌。准确的环境状况综合评价(包括土壤重金属的污染特征、来源和生态风险评价等)对于了解该地区重金属污染状况预测及有效的预防和治理，具有重要战略意义[1]-[14]。

本文以四川省自贡市某化工渣场土壤重金属分布为研究对象，对其多种元素进行了含量测定，揭示化工渣场土壤中Cr，Hg，As 等元素的富集特征与空间分布规律，旨在为化工渣场堆积地区中土壤环境保护、土壤污染治理、土壤环境风险预警、土壤资源合理利用等提供参考依据。

2.材料与方法

2.1.研究区概况

研究区域位于自贡市，场地整体面积约为55,200 m2，于1938年建立，主要由某氯碱化工有限责任公司及周边大量小型私营化工厂的生产废料露天堆积而形成，场地中心地理位置坐标东经104°45'47.71"，北纬29°23'33.68"。东临张家坝化工建材厂，西接川渝挖掘机培训学校，南至自贡市新纪元恐龙景观制作有限公司及洗涤厂，北至自贡市三和包装有限公司。项目调查范围见图1。调查区气候为亚热带湿润季风气候类型，冬暖夏热，雨量适中，年均气温17.5℃～18℃，极端温度为-6℃和42℃。区内全年主导风向为夏季西北风、冬季北风，夏季平均风速1.8 m/s，冬季平均风速1.5 m/s。年平均湿度为77.5%。区内年降雨量1100 mm 左右。

Figure1.Investigation status of the study area(the left picture shows barium slag and other waste slags; the right picture shows the river on the east side of the site; shooting time is June 25,2018)

图1.研究区域踏勘现状(左图为钡渣等废渣，右图为场地东侧河流，拍摄时间2018年6月25日)

踏勘调查渣场发现，研究区域中东部较低，西南及东北部较高，西南区域因常年堆积的废渣形成的“渣山”约高出场地平局海拔12～15 m 如图1所示，东北区域“渣山”约高出16～20 m；现场堆积混乱，如图2所示。渣场的东面区域为2018年新建的渗滤液挡墙，挡墙长约200 m，墙外有一条渗滤液收集沟，收集的渗滤液用泵抽入污水处理厂进行综合处理。

2.2.布设点位及取样

本研究区域布设点位主要依据《场地环境调查技术导则》(HJ 25.1-2014)、《场地环境监测技术导则》(HJ 25.2-2014)、北京市《场地环境评价导则》(DB11/T 656-2009)、《建设用地土壤环境调查评估技术指南》等相关技术标准。按照网格布点法，每1600 m2布设一个钻孔点位，共计布设44个钻孔点位(如图2所示)。取样深度由渣土接触面与原状土壤表层开始，表层取样深度0～20 cm，其后每间距0.5 m 深度取一个样，直至该区基岩层(强风化带)。本次详查野外取样工作于2018年7月2日开始，至2018年8月3日完成。共取土壤样220件，所有样品皆送至四川省冶金地质勘查局分析测试中心进行分析检测。

Figure2.Layout of drilling plane

图2.钻孔平面布置图

2.3.样品测定

样品测定包括现场快速检测及室内检测。现场快速检测主要使用设备有XRF(美国nov-X System)、便携式pH 计(PHBJ-260)，浊度测定仪(GDYS-101SZ)、便携式电导率仪(DDBJ-350 型)、掌上溶氧计(JPB-607型)等。室内检测样品220件。相关指标检测方法参考国内相关标准、USEPA 等相关检测标准，具体检测指标与方法见表1。

Table1.Detection methods and method sources

表1.检测方法及方法来源

2.4.数据处理

常规数理统计分析采用excel 软件完成，主成分分析和统计相关检验分析采用DPS@15.1数据处理系统完成，空间分布图通过ArcGIS@10.1 软件制作。

3.检测结果分析

3.1.土壤样品分析结果及统计特征分析

样品分析结果数据繁多，为分析土壤中各种化学元素随深度的分布特征，现取ZK-07#检测结果为例(采用深度取60 cm 间距)，土壤检测数据信息，如表2所示。

Table2.Monitoring data of soil pollutants and volatile organic compounds

表2.土壤污染物及挥发性有机物监测数据

检测结果调查场地土壤样品分析结果如下表3：

Table3.Mean value and distribution range of pollution sources in soil

表3.土壤中污染源均值及分布范围

3.2.土壤重金属Ba、As、Mn 等元素空间分布特征

利用ArcGIS10.1 绘制研究区域土壤级种重金属空间分布如图3～22所示。元素含量空间分布图中，以黄色及以上色区标识不同层位土壤中该元素超标区域，图中蓝色框线为调查场地实际范围，红色外框线为场地周边区域范围，所显示的土壤深度为去除上层覆渣的相对深度。

3.2.1.不同深度土壤中钡含量分布图

不同深度土壤中钡含量分布如图3～6所示。

Figure3.Distribution of barium content at 0～0.2 m depth in soil

图3.土壤0～0.2 m 深度钡含量分布图

Figure4.Distribution of barium content in soil at a depth of 1～1.2 m

图4.土壤1～1.2 m 深度钡含量分布图

依据室内检测结果及图3～6 分析，调查区域土壤中钡的均值为2909.66 mg/kg，主要分布在411.8～27,500 mg/kg 范围内，土壤检测样品220件，根据《场地土壤环境评估筛选值》(DB 50/T 723-2016重庆市地方标准)中商服/工业用地标准限值(钡——2000 mg/kg)，超标样品数为75件，样品超标率为34.09%，最大超标倍数16.14，场地区域超标点位及污染深度不集中，主要受污染点位为ZK01(污染深度0.4～2.8 m，此处污染深度为实际深度，即算渣层厚度，下同)、ZK09(污染深度0.5～0.6 m)、ZK10(污染深度10.1～10.6 m)、ZK11(污染深度0.2～10.6 m)、ZK14(污染深度7.5～8.0 m)、ZK18(污染深度9.3～10.7 m)、ZK19(污染深度6.3～7.8 m)、ZK27(污染深度14.2～14.8 m)、ZK21(污染深度7.2～7.4 m)、ZK20(污染深度7.5～8.0 m)、ZK25(污染深度15.2～16.9 m)、ZK31(污染深度5.2～6.0 m)、ZK26(污染深度10.0～11.9 m)、ZK33(污染深度6.3～7.0 m)、ZK37(污染深度0～0.2 m)、ZK38(污染深度0.2～1.1 m)、ZK36(污染深度0.5～1.0 m)、ZK34(污染深度5.1～5.8 m)、ZK42(污染深度1.1～4.0 m)、ZK35(污染深度3.0～3.6 m)、ZK43(污染深度0～0.2 m)、ZK40(污染深度0.5～0.7 m)。

Figure5.Distribution of barium content in soil at a depth of 4～4.2 m

图5.土壤4～4.2 m 深度钡含量分布图

Figure6.Distribution of barium content in soil at a depth of 5～5.2 m

图6.土壤5～5.2 m 深度钡含量分布图

3.2.2.不同深度土壤中砷空间分布

不同深度土壤中砷含量空间分布如图7～10所示。

调查区域土壤中砷的均值为8.72 mg/kg，主要分布在1.29～88.43 mg/kg 范围内，根据《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(发布稿)(GB36600-2018)的评价标准(砷筛选值——60 mg/kg)，土壤检测样品220件，超标样品数为2件，样品超标率为0.91%，最大超标倍数为0.474倍，超标点位主要分布在ZK-35#(污染深度3.0～3.6 m)。

3.2.3.不同深度土壤中锰含量空间分布图

不同深度土壤中Mn 含量空间分布如图11～14所示。

调查区域土壤中锰的均值为636.41 mg/kg，主要分布在119.6～9057 mg/kg 范围内，根据《场地土壤环境评估筛选值》(DB 50/T 723-2016 重庆市地方标准)中商服/工业用地标准限值(锰——2000 mg/kg)，超标样品个数3个，样品超标率为1.36%，最大超标倍数为3.469倍，超标点位主要分布在ZK-01#(污染深度0.4～1.8 m)。

Figure7.Distribution of As content at 0～0.2 m depth in soil

图7.土壤0～0.2 m 深度As 含量分布图

Figure8.Distribution of As content in soil at a depth of 1～1.2 m

图8.土壤1～1.2 m 深度As 含量分布图

Figure9.Distribution of As content at 4～4.2 m depth in soil

图9.土壤4～4.2 m 深度As 含量分布图

Figure10.Distribution of As content in soil at 5～5.2 m depth

图10.土壤5～5.2 m 深度As 含量分布图

Figure11.Distribution of Mn content at 0～0.2 m depth in soil

图11.土壤0～0.2 m 深度Mn 含量分布图

Figure12.Distribution of Mn content in soil at a depth of 1～1.2 m

图12.土壤1～1.2 m 深度Mn 含量分布图

Figure13.Distribution of Mn content in soil at 3～3.2 m depth

图13.土壤3～3.2 m 深度Mn 含量分布图

Figure14.Distribution of Mn content in soil at a depth of 4～4.2 m

图14.土壤4～4.2 m 深度Mn 含量分布图

3.2.4.不同深度土壤中氯离子含量空间分布图

Figure15.Distribution of chloride ion content in soil at a depth of 0～0.2 m

图15.土壤0～0.2 m 深度氯离子含量分布图

Figure16.Distribution of chloride ion content in soil at a depth of 1～1.2 m

图16.土壤1～1.2 m 深度氯离子含量分布图

Figure17.Distribution of sulfur chloride ion content in soil at a depth of 2～2.2 m

图17.土壤2～2.2 m 深度硫氯离子含量分布图

Figure18.Distribution of chloride ion content in soil at a depth of 4～4.2 m

图18.土壤4～4.2 m 深度氯离子含量分布图

Figure19.Distribution of sulfate ion content at 0～0.2 m depth in soil

图19.土壤0～0.2 m 深度硫酸根离子含量分布图

Figure20.Distribution of sulfate ion content in soil at a depth of 1～1.2 m

图20.土壤1～1.2 m 深度硫酸根离子含量分布图

不同深度土壤中氯离子含量空间分布如图15～18所示。根据室内检测结果分析及图15～18 分析可知，调查区域土壤中氯离子均值为2.0 g/kg，主要分布在0～18.4 g/kg 范围内，区域背景值为0.04 g/kg；硫酸根均值为0.944 g/kg，主要分布在0～6.8 g/kg 范围内，区域背景值为0.02 g/kg。

3.2.5.不同深度土壤中硫酸根含量空间分布图

不同深度土壤中硫酸根离子含量空间分布如图19～22所示。

Figure21.Distribution of sulfate ion content in soil at a depth of 3～3.2 m

图21.土壤3～3.2 m 深度硫酸根离子含量分布图

Figure22.Distribution of sulfate ion content in soil at a depth of 4～4.2 m

图22.土壤4～4.2 m 深度硫酸根离子含量分布图

4.结论

调查场地土壤主要受污染因子为钡、氯离子和硫酸盐，其次为砷、锰。调查场地土壤质量不满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(发布稿)(GB36600-2018)中二类用地筛选值，也不满足《场地土壤环境评估筛选值》(DB 50/T 723-2016 重庆市地方标准)中商服/工业用地标准限值，土壤中氯离子和硫酸盐含量相比该区土壤背景值异常偏高。建议相关部门开展相关修复方案设计等工作。