工業遺留場地污染風險評價及來源分析

王興作 滕炳麓 申一順 崔臺育 劉宇欣 許騰文

（沈陽建筑大學市政與環境工程學院，遼寧沈陽 110168）

1 引言

隨著東北老工業基地產業結構優化升級，大量工廠關停，關停工廠會伴隨著污染問題，若未經治理的工業場地存留在城市人居區域，會給人居環境帶來不安定因素，也不利于今后土地利用。

目前，國內外已開展較多針對農田、礦區周邊土壤等單一功能區土壤環境的重金屬污染與風險評價［1］，由于工業場地狀況復雜，很少有研究關注工業遺留污染場地［2］，且污染土壤的風險評價多數針對沒有停產停工的工業場地，而東北老工業基地作為龐大的集群體，改善污染狀況對其轉型發展至關重要，關停企業的環境遺留問題應得到關注。

本文以東北老工業基地代表企業沈陽市某化工廠為研究對象，采用污染、生態風險評價方法對研究區土壤中常見的Pb，Ni，Zn，Cu，Cd，Cr 進行污染和生態風險評價，以期為該場地及類似場地的治理修復提供有效參考。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

研究區位于沈陽北部，是我國最早的鉻鹽生產企業之一，主要生產鉻鹽、農藥等化工產品。通過前期資料收集、場地調查，發現不同區域的企業歷史不同，目前研究區為荒草空地和空置廠房，工廠已全部停產，其中廠區西方向為鉻渣堆放地，廠區周圍有多家化工企業。

2.2 樣品的采集與測定

場地土樣依據HJ 25.2—2014《場地環境監測技術導則》的規定進行采集，將研究區及周圍作為受污染土壤采樣點，采用系統布點法在研究區內布設11個采樣點，采樣點位置見圖1。不同深度土壤樣品采用SH30 鉆機進行取樣，剖面深度范圍在0～12 m，共采集44 個土壤樣品。樣品中重金屬含量均按照GB 36600—2018《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》推薦方法檢驗。

圖1 受污染土壤及周邊采樣點示意

2.3 分析與評價方法

2.3.1 重金屬污染評價方法

由于研究區為化工廠區，存在單一元素污染或人為活動影響，而單因子指數法不能全面反映研究區污染狀況，因此本研究采用內梅羅綜合污染指數法、地累積指數法對研究區進行污染評價。

2.3.1.1 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合污染指數分級標準見表1。

表1 內梅羅綜合污染指數分級標準

內梅羅綜合污染指數法可反映研究區土壤整體污染狀況，判斷研究區各點位的污染狀況及各重金屬的污染貢獻率［3］，其計算公式如下：

式中，PN為內梅羅綜合污染指數；Pave為重金屬單因子污染指數的平均值；Pimax為重金屬單因子污染指數的最大值。

2.3.1.2 地累積指數法

地累積指數分級標準見表2。

表2 地累積指數分級標準

與內梅羅綜合污染指數法相比，地累積指數法充分考慮了自然地質變化過程對背景值造成的影響，也充分注意了人為活動對重金屬污染的影響［3］，其計算公式如下：

式中，Igeo為地累積指數；Ci為重金屬實測值，mg/kg；Bn為重金屬土壤元素背景值，mg/kg；1.5 為修正指數，通常表征沉積特征、巖石地質及其他影響。

2.3.2 重金屬生態風險評價方法

生態風險評價采用潛在生態風險評價方法，該方法考慮了生態環境效應、污染物含量等綜合影響［4］。土壤重金屬生態風險分級見表3。

表3 土壤重金屬生態風險分級

3 結果與討論

3.1 土壤重金屬含量統計分析

土壤重金屬含量統計分析見表4。由表4 可知，所有重金屬元素含量的最大值都高于土壤背景值，且6 種重金屬元素的平均值均超過土壤背景值，土壤樣品超標率最大的是Cr，達到89.04%。變異系數代表總體樣本中重金屬含量的變異程度，其中Cr，Pb 的變異系數較大，分別為3.01，2.67，Cd 的變異系數最小，為0.59，其他重金屬的變異范圍為1.13～2.21，除了重金屬Cd，都屬于強變異，可能是局部污染源或生產活動引起的。

表4 土壤重金屬含量統計分析

3.2 土壤重金屬污染評價分析

3.2.1 內梅羅綜合污染指數法評價分析

根據內梅羅綜合污染指數法公式和相關標準計算，結果見表5。

表5 重金屬內梅羅綜合污染指數評價結果

由表5 可知，研究區土壤重金屬內梅羅綜合污染指數在0.08～26.38 之間，平均值為4.14，為重度污染等級。污染主要集中在S1，S2，S11 采樣點，其中S1，S2 為重度污染，占土壤樣品的45.5%。需注意的是S3 為警戒區域，可能受污染源的影響，需做好防范措施。研究區的重金屬污染總體處于較高水平。

3.2.2 地累積指數法評價分析

根據地累積指數法公式和相關標準計算，結果見表6。

表6 重金屬地累積指數評價結果

由表6 可知，Cr 屬偏重污染，Zn 屬中度污染，Ni，Cu 屬輕度污染，其他重金屬屬清潔狀態。Cr 的Igeo范圍在2.08～3.61，其中屬于偏重污染的土壤樣品占總數的54.6%；Zn 的Igeo范圍在－0.76～2.82，其中屬于偏中度污染的土壤樣品占總數的36.3%，屬于偏重污染的土壤樣品占總數的9.01%，出現在采樣點S9；Ni，Cu 的Igeo范圍分別在－0.43～3.03，－1.04～3.18，除S9 采樣點外，Igeo均小于1。

3.3 土壤重金屬污染風險評價分析

對研究區土壤重金屬進行潛在生態風險評價，結果見表7。

表7 場地重金屬風險評價分析結果

由表7 可知，研究區綜合潛在生態風險指數范圍在0.25～532.22，平均值為175.08。從場地總體污染程度分析，研究區整體呈中風險水平，S1，S2 風險程度較高；從重金屬風險程度分析，Ni，Cu，Zn，Pb 處于低風險水平，Cr，Cd 存在嚴重生態風險；按照單一潛在生態風險分級標準，重金屬Cr 在S1，S2 采樣點屬高風險水平，占總樣品的18.1%，重金屬Cd 中風險水平土壤樣品占總樣品的63.6%。

3.4 土壤重金屬來源分析

3.4.1 土壤重金屬相關性分析

各重金屬之間的相關性反映了重金屬來源途徑的相似性，重金屬之間關系越密切，來源途徑越接近。利用Pearson 系數分析6 種重金屬元素含量相關性，見表8。

表8 土壤重金屬含量的Pearson 相關性系數

由表8 可知，在P＜0.01 水平上，Pb 與Zn 呈極顯著正相關，Ni 與Zn，Cu 呈極顯著正相關，Zn 與Cu呈極顯著正相關；在P＜0.05 水平上，Pb 與Cu 呈顯著正相關。綜上所述，Pb，Ni，Zn，Cu 兩兩之間相關性顯著，表明這4 種重金屬之間可能具有同源性。而Pb，Ni，Zn，Cu，Cd 與Cr 呈負相關，表明Cr 與其他重金屬來源無關，可能與外源污染有關。

3.4.2 土壤重金屬主成分分析

通過相關性分析后，對研究區重金屬進行主成分分析，能夠進一步確定研究區重金屬的污染來源［6］。土壤重金屬主成分載荷見表9。

表9 土壤重金屬主成分載荷

土壤重金屬元素主成分分析見表10。

表10 土壤重金屬元素主成分分析

通過應用KMO 和Bartlettde 檢驗可知，KMO 統計量為0.663，P＝0，滿足主成分分析要求。

由表9、表10 可知，提取初始特征值大于1 的前3 個主成分累積貢獻率為91.7%，因此對這3 個主成分進行分析能夠整體反映全部數據的分析結果。由表10 可知，第1 組成分的貢獻率為60.30%，其中Pb，Ni，Zn，Cu 含量上具有較高的正載荷，可知這4 種重金屬來源途徑相似，可能受化工生產等生產作業中產生的廢渣、重金屬粉塵等人為因素的影響，故第1 主成分來自主要化工生產等人為活動。第2 組成分的貢獻率為16.60%，其中Cr 正載荷較高，可能受周圍工廠鉻鹽系列產品生產工藝中產生鉻渣污染物的堆放及鉻渣在運輸過程產生的粉塵等影響，故第2 組成分主要為外源污染引起。第3 組成分的貢獻率為14.80%，Cd 具有較高的正載荷，自然環境中存在的單質Cd 極少，Cd 可能與外源因素有關，Cd 來源可能與鉻渣中含有的粉塵擴散有關。

4 結論

（1）6 種重金屬元素含量的平均值均超過土壤背景值，土壤樣品中樣品超標率最大的是Cr，除重金屬Cd，都屬于強變異。

（2）通過污染及生態風險評價得出，研究區的重金屬污染總體處于較高的水平。受重金屬Cr 污染最嚴重，研究區Cr，Cd 生態風險較高，Ni，Cu，Zn，Pb 屬低風險水平，集中在A，B 兩區。

（3）通過相關性分析可知，Pb，Ni，Zn，Cu 具有同源性，Cr 與其他重金屬來源無關；主成分分析表明，Pb，Ni，Zn，Cu 主要來自化工生產，Cr 主要來自鉻渣污染物堆放，Cd 來源可能與鉻渣中含有的粉塵擴散有關。