某非正規鋁灰堆場周邊土壤與地下水初步調查研究

＊賴玉鳳

（福建省環境保護設計院有限公司 福建 350001）

引言

土壤是構成人類生存的生態系統的基本要素之一[1]。隨著社會快速發展，工業設施建設、資源開發利用和城市建設的大規模發展，土壤污染受到世界的廣泛關注[2]。近年來，我國鋁工業快速發展，已成為世界鋁生產大國，鋁灰的堆放和填埋對周邊環境造成了一定程度的影響[3]。鋁灰是煉鋁時產生的工業殘渣，是鋁電解、鋁加工等鋁冶煉加工過程中產生的危險廢棄物，含有氮化物、碳化物及氟化物等危險物質，毒性特別強，被列入《國家危險廢物名錄（2021年）》。雖然大部分鋁灰會經過回收利用[4]，但仍然有部分鋁灰直接填埋。鋁灰違法填埋可能對當地土壤及水資源造成嚴重污染。同時，鋁灰中還含有一定量的氮化物，其成分會對周邊水體、大氣環境等造成一定的污染[5]。

關于鋁灰對環境的影響，很多學者做了大量的研究，主要是關于鋁的二次資源利用，鋁灰的綜合回收利用、鋁灰的無害化處理等[6]，鮮有鋁灰反應性對土壤和地下水環境污染狀況的研究。因此，對非正規鋁灰堆場遺留下來的污染地塊進行環境調查具有重大意義。本文按照《建設用地土壤污染狀況調查技術導則》（HJ 25.1-2019）、《建設用地土壤污染風險管控和修復監測技術導則》（HJ 25.2-2019）等相關規定，通過采集測定福建省某非正規鋁灰堆場及周邊的土壤和地下水的污染狀況，對該地塊開展土壤和地下水污染狀況調查評估工作，以確定鋁灰對周邊環境造成的影響。

1.材料與方法

(1)研究區概況

研究區為福建省某山區的廢棄板材加工廠荒料場，占地面積約2.67公頃。該板材加工廠停產后原有雨水池、沉淀池已被建筑垃圾等填滿（填埋物主要為石粉材、塑料、繩索等）。鋁灰非法傾倒位置主要位于原荒料場地范圍內的雨水池和沉淀池區域，見圖1傾倒區域1和傾倒區域2。

圖1 廠區衛星圖

(2)樣品采集

土壤樣點采用系統布點法和專業判斷布點法的方式進行點位布設。總體以20m×20m網格，結合專業判斷法布設采樣點，同時結合現場踏勘結果，在場地邊界適當增加點位，共布設土壤樣點15個，其中，5個點位于鋁灰傾倒中心，5個點位于鋁灰傾倒周邊，5個位點為對照樣點。采集0～0.5m表層土壤樣品，0.5m以下按0.5～2m等間距的方式進行取樣，以土壤快篩值、顏色和氣味作為現場污染痕跡判斷依據，不同性質土層至少采集一個土壤樣品，共計采集75個土壤樣品。土壤樣品經過自然風干后，進行各項指標測定。

地下水點位布設按照《生態環境損害鑒定評估技術指南環境要素第1部分：土壤和地下水》（GB/T 39792.1-2020）、《地下水環境狀況調查評價工作指南》（環辦土壤函〔2019〕770號）技術規程要求，場內共布設地下水采樣點5個，沿地下水流向分別為填埋區上游本底井D1，填埋區D2，填埋區下游監測井D3、D4，填埋區北側D5，地下水采樣位置為監測井水面下0.5m。

(3)評價方法與評價標準

①單因子污染指數評價法

單因子污染指數評價法是近年來常用于對土壤污染評價的方法，其表達式為：

式中，Pi為土壤污染物i的單項污染指數；Ci為為土壤中污染物i的實測數據，mg/kg；Si為污染物i的評價標準，mg/kg。土壤中鉛、鎳、銅的評價標準采用《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600-2018）第二類用地土壤污染風險篩選值進行比較，鉻、鋅參照《場地土壤環境風險評價篩選值》（DB11/T 811-2011）中工業/商服用地標準。地下水中i的評價標準采用《地下水質量標準》（GB/T 14818-2017）中的Ⅳ類標準進行評價。

污染等級一共分為五個等級，污染指數Pi≤1.0，污染等級為未污染；1.0＜Pi≤2.0，污染等級為輕度污染；2.0＜Pi≤3.0，污染等級為中度污染；Pi＞3.0，污染等級為重度污染。

(4)數據處理

采用Excel 2016對數據進行初步整理計算，采用SPSS 26.0軟件對進行統計分析，采用ArcGIS 10.8軟件繪制空間分布圖進行預測。

2.結果與分析

(1)土壤環境污染特征分析

圖2 研究區土壤pH范圍

①研究區土壤pH范圍。對土壤樣品pH進行監測，結果如圖3所示，鋁灰傾倒中心的pH值最大，為8.44±0.93，其次為鋁灰傾倒周邊的土壤，為7.52±1.83，對照樣品土壤pH最小，為6.7±2.1，三者均無顯著性差異。

圖3 研究區土壤氟化物和氨氮物濃度

②土壤樣品氟化物和氨氮物濃度水平。各土壤樣品氟化物未超過《場地土壤環境風險評價篩選值》（DB11/T 811-2011）中工業/商服用地標準。參照《建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（DB 36/1282-2020），氨氮遠低于第二類用地篩選值。由圖3可知，鋁灰傾倒中心土壤的氟化物和氨氮的濃度較高。土壤氟化物的濃度從大到小排序為鋁灰傾倒中心＞鋁灰傾倒周邊土壤＞對照，其中，鋁灰傾倒中心的氟化物為449.8±86.97mg/kg，顯著高于對照組（p＜0.05）。土壤氨氮的濃度也是鋁灰傾倒中心最高，但與對照組沒有顯著性差異。

③土壤重金屬濃度水平。3個調查區域中，鋁灰傾倒中心土壤的重金屬含量均高于其他區域，其中，Zn含量顯著高于對照區域（見表1）。各調查區域土壤重金屬Pb、Cr、Ni、Zn含量均低于福建省和全國土壤元素背景值。鋁灰傾倒中心Cu含量的平均值高于福建省土壤元素背景值，但低于土壤環境質量標準（Cu 18000mg/kg）。

表1 土壤重金屬含量（單位：mg/kg）

④土壤重金屬污染評價結果。根據單項污染指數法得出調查區域土壤重金屬污染情況（見表2）。由表2可知，所有調查區域均未受到污染。

表2 土壤重金屬污染評價結果

⑤土壤重金屬含量相關性分析。研究土壤中重金屬含量的相關性可以推測重金屬來源是否相同。一般而言，如果重金屬含量間有顯著的相關性，說明其很可能具有相同的來源。由表3可知，Cr和Pb、Cr和Zn、Cu和Zn之間的相關系數分別是0.272、0.460和0.577，且具有顯著的正相關關系，這說明這4種重金屬為符合污染或是來源相同。調查區域的主要污染來源于鋁灰，具有明顯的同源關系。而Ni與這4種重金屬之間相關性均不明顯，其中，Ni與Cu、Zn存在正相關關系，與Pb、Cr存在負相關關系。

表3 調查區域土壤不同重金屬含量之間相關性分析

(2)地下水環境污染特征分析

①地下水檢測結果。結合鋁灰特性、堆存場地特征及區域土壤檢測結果，選取氟化物和氨氮做為地下水污染評價指標。地下水采用《地下水質量標準》（GB/T 14818-2017）中的Ⅳ類標準進行評價。地下水pH范圍為6.46～7.02，地下水檢測因子評價結果如表4所示，結果表明：各點位P（F-）均小于1.0，說明地下水中氟化物未造成污染。D2點位地下水樣品中氨氮單因子污染指數達172，屬于重污染；D3點位P（N-）為1.25，屬于輕污染；上游的D1、下游D4和側向D5點位未受污染。

表4 地下水調查點位污染評價結果

②地下水污染分布及來源分析。采用克里金插值法，根據各點位污染物濃度值，繪制出當前場地地下水介質中超標氨氮在區域內的分布情況，如圖4所示。根據污染分布圖，地下水氨氮污染主要分布于鋁灰堆存區，隨著與D2點位距離的增大，污染程度逐漸衰減。根據場地歷史使用情況調查，氨氮重污染區與原板材加工廠沉淀池所處區域相吻合。

圖4 地下水氨氮空間濃度分布圖

場地堆置的鋁灰遇水可產生氨氣，且氨氣極易溶于水，地下水氨氮濃度最高的點位D2位于危險廢物傾倒區域下方，地下水埋深6.0m，溶于水后的氨氣以游離態的氨或銨根離子等形式隨雨水下滲進入土壤。氨氮通過對流、彌散等過程在地下含水層中運移，下游污染物衰減速率不均衡可能與土壤結構相關聯[7]。

3.結論與討論

本研究表明，鋁灰傾倒中心的土壤pH值大于對照組，均偏堿性，這與李瑞仙等人[3]的研究結果一致。此外，謝正苗[8]研究表明，氟污染土壤均為堿性，這也表明土壤受到氟化物的污染。另外，本研究表明，氟化物顯著高于對照組，這也進一步表明土壤受到氟化物的污染。賈棟淵[5]對蘭州市某鋁灰污染場地進行土壤樣品檢測，發現土壤采樣點氟化物的含量未超出標準限值，但同比背景值土壤，超背景倍數為0.53～2.22倍。從本次土壤檢測結果征來看，傾倒區域中心土壤中的pH、氟化物、銅、氨氮均處于最高值區域，研究區域內土壤中的氟化物、銅、氨氮含量受到鋁灰傾倒不同程度的影響。

調查區地下水調查樣品的結果分析顯示，氨氮為該鋁灰堆場地下水環境的主要污染物，鋁灰堆存區氨氮污染指數高達172，屬于重污染。堆存區下游水質受到一定影響，堆場下游污染程度逐漸衰減。地下水中的污染物可能通過遷移影響下游水質安全，需采取污染源清除或風險管控措施[9]。