某搬遷場地地下水中砷污染類型及其修復技術(shù)分析

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摘 要：以某搬遷場地砷污染地下水為研究對象，綜合分析其超標的成因，發(fā)現(xiàn)該場地砷污染非含砷原料的泄漏等外源性污染，可能屬于間接性污染。并進一步尋求治理地下水砷污染的途徑，通過適用修復技術(shù)的可行性對比分析，并結(jié)合本場地實際情況，提出基于pH體系調(diào)節(jié)的治理技術(shù)，為非泄漏源砷污染地下水修復提供相關(guān)的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：砷;地下水;修復

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程的不斷加快，各地開始對老城區(qū)、老工業(yè)區(qū)進行大量的改造或搬遷。近些年，由于管理不當或法規(guī)執(zhí)行不到位，導致全國多個地方出現(xiàn)化工企業(yè)拆遷后，留下一塊“毒地”轉(zhuǎn)而開發(fā)為商業(yè)或住宅。為了加強搬遷場地的環(huán)保監(jiān)管，有效防范關(guān)?；虬徇w過程中產(chǎn)生二次污染和次生的突發(fā)環(huán)境事件，確保工業(yè)企業(yè)原址場地的再開發(fā)利用安全。環(huán)境保護部2014年發(fā)布了《關(guān)于加強工業(yè)企業(yè)關(guān)停、搬遷及原址場地再開發(fā)利用過程中污染防治工作的通知》（環(huán)發(fā)[2014]66號），文中要求“積極組織和督促場地使用權(quán)人等相關(guān)責任人委托專業(yè)機構(gòu)開展關(guān)停搬遷工業(yè)企業(yè)原址場地的環(huán)境調(diào)查和風險評估工作?！北疚尼槍υ摪徇w場地環(huán)境調(diào)查后識別的污染狀況進行綜合分析，并為該地塊的污染修復提出建議。

1 污染狀況分析

某搬遷場地占地面積約為20000m2。自1991年開始從事吸附劑材料的生產(chǎn)和銷售，屬于化學原料和化學品制造業(yè)，2018年停產(chǎn)并完成設(shè)備拆除。依據(jù)相關(guān)法規(guī)要求以及技術(shù)導則，該場地已完成了前期的初步調(diào)查，詳細調(diào)查和風險評估等工作，調(diào)查結(jié)果顯示，本地塊內(nèi)有3個點位地下水中重金屬砷的含量較高（12-950μg/L），超過了參考的《地下水質(zhì)量標準（GB/T 14848-2017）》III類標準限值（10μg/L）。對應地下水pH值呈堿性（9.25-11.35）。

隨后基于場地未來利用類型，通過危害識別、暴露評估、毒性評估、風險表征等程序，對砷污染地下水可能對人體健康產(chǎn)生危害的概率或非致癌污染物的危害水平進行評估。評估結(jié)果顯示，場地內(nèi)暴露人群（建筑工人經(jīng)口攝入）的致癌風險已經(jīng)超過可接受水平（可接受致癌風險為10-6）。

2 超標原因分析

2.1 水文地質(zhì)條件

依據(jù)地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，場地內(nèi)地下水地下水監(jiān)測井深度約為6-10m，依據(jù)不同地層條件設(shè)置深層地下水監(jiān)測井，穩(wěn)定水位為1.25-3.52m，初步判斷場地內(nèi)淺層地下水流向大致為由西北向東南方向流動。分析發(fā)現(xiàn)，場地內(nèi)淺層地下水與周邊地表水體具有水力聯(lián)系，場地內(nèi)淺層地下水受場地東側(cè)地表水體影響。

2.2 超標點位相鄰區(qū)域概況

據(jù)了解，本場地在長期利用生產(chǎn)中不涉及含砷物質(zhì)的使用和生產(chǎn)，場地內(nèi)無砷的外來污染源。對超標點位相鄰區(qū)域做進一步的調(diào)查和分析。超標點位1靠近原生產(chǎn)區(qū)的堿液儲罐區(qū)域，該儲罐為地上式。超標點位2靠近原污水管網(wǎng)。超標點位3靠近原生產(chǎn)區(qū)的鍋爐尾氣處理裝置（工藝中包含堿洗，含塵含硫堿性廢水日產(chǎn)生量約為5t，堿洗池為磚混結(jié)構(gòu)）。由上分析可知，場地地下水超標點位地下水呈堿性，很可能與各點位相鄰區(qū)域堿液儲罐，堿性廢水暫存池等歷史生產(chǎn)設(shè)施有關(guān)，設(shè)施的管理不當，或者跑冒滴漏可能導致強堿性液體的滲漏。

2.3 砷超標原因分析

依據(jù)前期調(diào)查結(jié)果，場地土壤中砷的濃度（21-37mg/kg）均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB36600-2018）中的第二類用地篩選值（60mg/kg），超標區(qū)域土壤和地下水pH偏高（堿性），且地下水中重金屬砷濃度和酸堿度異常呈高度正相關(guān)的關(guān)系。由于本場地在生產(chǎn)中不涉及含砷物質(zhì)的使用，沒有明確的砷的來源，而本場地地下水污染為潛水層地下水污染，因此，在對適用修復技術(shù)進行分析之前，摸清場地內(nèi)地下水砷污染的原因是十分必要的。

砷廣泛存在于土壤環(huán)境中[1]。砷在地下水中的移動通常受砷酸含氧陰離子（砷酸鹽或亞砷酸鹽）在土壤礦物表面吸附性能的影響，其中氧化鐵和氫氧化鐵對砷酸含氧陰離子的吸附影響尤為明顯。砷族物質(zhì)的吸附受到天然礦物質(zhì)（比如，化學成分，或物理特性）、氫離子和氫氧根離子濃度（酸堿度）及氧化還原環(huán)境（氧化性或還原性）等因素的影響，其中酸堿度變?yōu)閴A性（從中性向偏堿性變化）、地下厭氧環(huán)境是引起氧化鐵或混價鐵溶出的主要原因[2]。

地下酸堿度向堿性變動將會導致鐵（或其他金屬）礦物相表面電荷變負或弱正相，從而導致其對負電荷砷酸含氧陰離子族的吸附性能降低，而砷酸含氧陰離子是影響地下水中砷溶解狀態(tài)的主要原因;研究表明，這一溶解過程可通過調(diào)節(jié)酸堿度為酸性后被逆轉(zhuǎn)。砷溶解度增加的另一潛在原因是鐵礦物的溶出。一方面，大部分地下水中的砷被鐵礦物所吸收，所以這些鐵礦物溶出時會將其吸附的砷釋放，造成地下水中砷含量的增加;另一方面，任何共沉淀鐵砷固體也同樣受到還原性溶出過程的影響，如果處于氧化狀態(tài)，如三價鐵，溶解態(tài)鐵在重新沉淀時，將會使大部分砷由溶解離子態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗軤顟B(tài)，從而降低地下水中砷的含量。

3 適用的修復技術(shù)

3.1 抽出--處理技術(shù)

抽出--處理技術(shù)（Pump & Treat）適用于污染地下水的修復，可處理包括有機物、重金屬、無機物在內(nèi)的多種污染物，主要通過設(shè)置一定數(shù)量的抽提井，通過泵將污染地下水抽出至地面，至地面的污水處理設(shè)施進行處理，待處理達標后再回灌入地下或納管排放。

3.2 原位注入技術(shù)

原位注入可視為一種主動修復技術(shù)，通過藥劑的投加，實現(xiàn)污染物的轉(zhuǎn)化或去除。依據(jù)其反應原理，可以分為共沉淀（重金屬捕積，吸附與沉淀）和系統(tǒng)修復（酸堿度調(diào)節(jié)）。

3.2.1 吸附與共沉淀

吸附/共沉淀是通過向地下原位注入某一種或幾種藥劑，地下水中的砷發(fā)生化學反應而形成沉淀或絮凝體。吸附/共沉淀法去除砷的機理主要包括三個方面：①沉淀作用：砷酸根與藥劑中水解的金屬離子形成沉淀;②共沉淀作用：藥劑在水解、聚合、沉淀過程中形成的沉淀通過吸附、包裹、閉合和絡(luò)合等作用去除地下水中的砷;③吸附作用：藥劑水解后形成不溶性的產(chǎn)物，其表面將地下水中的砷吸附[3]。

3.2.2 酸堿度調(diào)節(jié)

酸堿度調(diào)節(jié)主要利用酸和堿中和原理，H+和OH-互相消耗而生成鹽和水，從而實現(xiàn)酸堿度的調(diào)節(jié)?？紤]到本項目的砷污染不是外源性污染，而是間接性污染。投加一定濃度和比例的酸，通過對地下水酸堿度的回調(diào)，有可能可以實現(xiàn)降低地下水砷含量的目的。

3.3 修復技術(shù)適用性分析

場地為淺層地下水砷污染，考慮到砷污染的成因及特征，結(jié)合已確定的修復模式，對篩選出的幾種修復技術(shù)的適用性分析如下：①技術(shù)可靠性：結(jié)合場地地下水砷污染原因分析，原位注入技術(shù)從污染源頭入手，可通過向地下注入鐵鹽和酸將地下環(huán)境中酸堿度及砷含量恢復至自然狀態(tài)，具有較強的可行性。但由于場地污染深度范圍內(nèi)的土壤以粘性土為主，藥劑擴散速度較慢，且酸的直接注入可能會導致土壤中其他重金屬溶出的風險;②抽出處理技術(shù)是常用的污染地下水修復技術(shù)，技術(shù)較為成熟，但抽出效果受土壤滲透性影響較大，并且單獨抽出處理，并未改變地下強堿環(huán)境，不能從根本上解決地下水砷污染的問題。

綜合修復效果、適用性、成本、工期、環(huán)境風險等因素，計劃選用效果穩(wěn)定的抽出處理--原位注入組合技術(shù)，初期以抽提為主，降低地下水中的砷污染含量，后期原位注入實現(xiàn)地下水砷的修復。

4 結(jié)論

本研究表明，場地地下水污染屬于非外源性砷污染，可能是堿性廢液/廢水泄漏導致的土壤環(huán)境pH提高，隨pH值升高，砷易釋放回地下水中，從而導致地下水中砷超標。通過適用技術(shù)對比分析，結(jié)合本項目實際情況，建議采用抽出--處理和原位注入的組合技術(shù)進行修復。

參考文獻：

[1]殷麗萍，張博，李昂等.土壤酸堿度對重金屬在土壤中行為的影響[J].遼寧化工，2014，43（7）：865-867.

[2]梁美娜，朱義年，劉海玲等.氫氧化鐵對砷的吸附研究[J].水處理技術(shù)，2006，32（7）：32-37.

[3]金陽，姜月華，李云.地下水砷污染研究進展[J].地下水，2015，37（1）：67-69.

作者簡介：

席普宇（1991- ），男，碩士，河南開封人，從事場地環(huán)境調(diào)查和修復方面的研究。