基于保護(hù)地下水的土壤修復(fù)目標(biāo)層次化制定方法分析

唐智洋，錢 涌，宋亞丹

（蘇州市宏宇環(huán)境科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215000）

我國(guó)城市化步伐的加快，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使我國(guó)重污染企業(yè)、工廠因此被遷移或關(guān)停，導(dǎo)致大量的污染場(chǎng)地被棄管或直接遺棄，要治理這類污染場(chǎng)地，就要對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)然后進(jìn)行修復(fù)，這就需要建立標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)和修復(fù)方法。污染場(chǎng)地的評(píng)價(jià)和修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是地下水和土壤的修復(fù)目標(biāo)。但是，目前不少通用的標(biāo)準(zhǔn)都不適合我國(guó)的污染場(chǎng)地，在開始修復(fù)工作時(shí)，因?yàn)闊o(wú)法對(duì)修復(fù)目標(biāo)的設(shè)定值進(jìn)行判斷，導(dǎo)致因修復(fù)的技術(shù)、周期和費(fèi)用的問(wèn)題而無(wú)法完成修復(fù)任務(wù)。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法已經(jīng)成為國(guó)外污染場(chǎng)地修復(fù)目標(biāo)值的主流方法，在我國(guó)也擴(kuò)大了使用范圍，這種方法在保證身體健康的基礎(chǔ)上，對(duì)場(chǎng)地污染進(jìn)行目標(biāo)修復(fù)。受淋溶作用的影響，地下水被土壤中的污染物所污染，使飲用水資源缺乏。所以，必須制定基于保護(hù)地下水的土壤修復(fù)目標(biāo)的方法，來(lái)保護(hù)污染場(chǎng)地的地下水資源環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)已有一些針對(duì)人體健康制定的土壤目標(biāo)修復(fù)技術(shù)，但對(duì)保護(hù)地下水的程度還不精準(zhǔn)，因此，必須結(jié)合國(guó)外現(xiàn)有的土壤目標(biāo)修復(fù)方法，以及我國(guó)污染場(chǎng)地的實(shí)際情況，研究制定適合我國(guó)土壤修復(fù)目標(biāo)層次化的方法。本文以某石化工廠的污染場(chǎng)地的情況為研究對(duì)象，對(duì)其土壤目標(biāo)修復(fù)層次化方法進(jìn)行分析，將研究結(jié)果通過(guò)和國(guó)外修復(fù)技術(shù)進(jìn)行專業(yè)對(duì)比。

1 研究材料和研究方法

1.1 研究區(qū)域的選擇

現(xiàn)在以某石化工廠污染場(chǎng)地作為研究區(qū)域，渣油和污水是這個(gè)污染場(chǎng)地土壤和地下水資源污染的主要因素，地表不足1.5米深度范圍內(nèi)是污染物質(zhì)主要聚集區(qū)域。該研究通過(guò)目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境調(diào)查和采樣分析、進(jìn)行測(cè)試，了解污染場(chǎng)地具體污染情況。通過(guò)分析檢測(cè)土壤中揮發(fā)性有機(jī)物和半揮發(fā)性有機(jī)物，得出污染場(chǎng)地污染成分種類達(dá)到的最高值，了解到污染場(chǎng)地北側(cè)污染程度最高，其它區(qū)域污染程度較輕。該污染場(chǎng)地土壤主要粉細(xì)沙為主，滲透系數(shù)低，場(chǎng)地地下水層較深，水利坡度小。這層地下水下游分布幾個(gè)飲水井，呈零星狀，并且距離污染場(chǎng)地較遠(yuǎn)，污染場(chǎng)地地下水資源不是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水來(lái)源。綜合來(lái)看，污染場(chǎng)地的土壤不會(huì)影響下游水資源。

1.2 目標(biāo)層次化評(píng)定框架的制定

污染場(chǎng)地下游飲水資源受污染物的影響要經(jīng)歷四個(gè)過(guò)程，總體來(lái)說(shuō)就是污染物到土壤，土壤到地下水，地下水上游流入下游，下游到飲水井。將其細(xì)化可以進(jìn)行如下區(qū)分：第一，污染物以固體、液體和氣體分配于土壤，第二，污染物通過(guò)降水從土壤孔縫中流出并穿透缺水土層來(lái)到地下水表面，第三，與污染物結(jié)合的滲入水體同地下水相混合，同時(shí)又被地下水稀釋。基于保護(hù)地下水的土壤修復(fù)目標(biāo)框架的構(gòu)建，可以采用層次化評(píng)估方法，根據(jù)污染物復(fù)雜的遷移過(guò)程，從而制定了以下三個(gè)層次的土壤修復(fù)目標(biāo)：第一層次目標(biāo)評(píng)估，可以假定污染物在土壤中完成衰減和三附作用，來(lái)判定是否啟動(dòng)對(duì)土壤的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。如果選擇的樣品評(píng)估的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于規(guī)定值，就可以認(rèn)為該樣本所處地域的土壤污染，對(duì)地下水污染程度風(fēng)險(xiǎn)較小，否則就要選擇適合的技術(shù)進(jìn)行下次評(píng)估，從而使目標(biāo)修復(fù)工作合理性。對(duì)于第二層次評(píng)估模型，除了要考慮第一層次評(píng)估的問(wèn)題外，還要考慮污染物在空氣中的吸附作用，從而獲得更多的土壤性質(zhì)參數(shù)。如果第二層次目標(biāo)的修復(fù)工作效果仍然不被接受，就要進(jìn)行第三次評(píng)估。第三層次目標(biāo)修復(fù)工作，要獲取水層的相關(guān)特性，來(lái)確定修復(fù)目標(biāo)的評(píng)估，這可以將飲水井的水質(zhì)控制在合理的范圍。因此，在制定目標(biāo)層次的評(píng)估框架時(shí)，要結(jié)合實(shí)際的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平，對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行全面準(zhǔn)確的檢查，這樣才能提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)還要綜合修復(fù)成本和調(diào)查成本的因素，既要達(dá)到目標(biāo)修復(fù)評(píng)估的合理性，也要把目標(biāo)修復(fù)控制在經(jīng)濟(jì)可承受范圍內(nèi)[1]。

1.3 分層取值目標(biāo)修復(fù)模型

在第一層評(píng)估模型的基礎(chǔ)上，制定耦合地下水資源的稀釋模型，第二層評(píng)估模型以第二層為基礎(chǔ)，以此類推，使污染物在土壤中存在的氣、固、液的三種形式的稀釋達(dá)到平衡，進(jìn)而使稀釋后的污染物液質(zhì)在地下水表面和地下水混合中達(dá)到平衡，污染物在飽和地帶遷移的過(guò)程要考慮吸附、擴(kuò)散和衰減的作用，從而降低非飽和地帶的衰減系數(shù)，在污染物的氣體地帶中，也要考慮遷移過(guò)程的吸附、擴(kuò)散和衰減作用，還要考慮對(duì)流作用，為了使這一階段工作合理完成，就要采用簡(jiǎn)單的非飽和穩(wěn)定流溶質(zhì)的遷移模型。

1.4 分析目標(biāo)修復(fù)模型的敏感性

第三層次的評(píng)估模型所取得的目標(biāo)，相對(duì)第一層次和第二層次的目標(biāo)情況來(lái)講，雖然達(dá)到了修復(fù)周期的縮短以及修復(fù)成本的下降，但因?qū)嶋H污染場(chǎng)地的地質(zhì)條件，水文條件等因素差異變化的影響，就會(huì)導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)的的情況出現(xiàn)，也可能導(dǎo)致目標(biāo)修復(fù)不能達(dá)到保護(hù)地下水的目的，甚至?xí)驗(yàn)檫^(guò)度的修復(fù)導(dǎo)致地下水資源環(huán)境和土壤質(zhì)量遭到更大的破壞。所以，必須要對(duì)設(shè)計(jì)更多參數(shù)的第三層次進(jìn)行更精確的敏感性分析，調(diào)整影響評(píng)估結(jié)果的參數(shù)，并在評(píng)估過(guò)程中不斷地完善、提高參數(shù)的精確度，從而獲得更有效的目標(biāo)修復(fù)評(píng)估結(jié)果[2]。

2 目標(biāo)修復(fù)結(jié)果的探討

2.1 第一層次目標(biāo)修復(fù)結(jié)果

如果只對(duì)污染物通過(guò)氣、固、液三相的分配與地下水的混合過(guò)程進(jìn)行考慮，第一層次修復(fù)日標(biāo)中，污染物成分中苯是超標(biāo)率最高的，這種成分的污染物質(zhì)，更容易由顆粒的狀態(tài)通過(guò)溶解吸附的作用輸送到地下水中，從而使場(chǎng)地地下水資源受到污染。因此在關(guān)注基于第一層次修復(fù)目標(biāo)的污染物待修復(fù)范圍時(shí)，還要同時(shí)利用柵格疊加的方法，研究各層土壤的待修復(fù)范圍的參數(shù)。如果所選擇區(qū)域修復(fù)范圍內(nèi)的土壤污染范圍大于表層土壤的污染范圍，得出的結(jié)果是研究區(qū)域早期地下水水位高，污染物在地下水中有所擴(kuò)散，后來(lái)因?yàn)橥饨绛h(huán)境因素，降低了地下水水位，導(dǎo)致污染物吸附在土壤表面。

2.2 第二層次目標(biāo)修復(fù)結(jié)果

在進(jìn)行第一層次修復(fù)目標(biāo)的計(jì)算時(shí)，因未考慮污染場(chǎng)地本身特征，并忽略污染物的衰減和吸附性，因而導(dǎo)致確定的要修區(qū)域的土方量很大，所以，在第二層次評(píng)估時(shí)，將污染場(chǎng)地的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)和土壤性質(zhì)相結(jié)合，通過(guò)運(yùn)用合包氣帶溶質(zhì)運(yùn)移模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在第二層次目標(biāo)所選區(qū)域，污染物由地下水到飲水井的過(guò)程中，發(fā)生了衰減與吸附作用，從而地下水不會(huì)被污染，水資源質(zhì)量也不會(huì)被破壞。在考慮污染物因?yàn)閷?shí)地條件，在發(fā)生衰減和吸附作用后，通過(guò)與第一階段的修復(fù)目標(biāo)結(jié)果對(duì)比，將第二層次修復(fù)目標(biāo)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，把研究的目標(biāo)范圍控制在規(guī)定的范圍內(nèi)[3]。

2.3 第三層次目標(biāo)修復(fù)結(jié)果

根據(jù)第二層次目標(biāo)修復(fù)的結(jié)果所用的方法，進(jìn)行第三層次目標(biāo)的修復(fù)，可以保證污染場(chǎng)地下方的地下水資源不會(huì)因?yàn)闈B入而發(fā)生污染，由于修復(fù)任務(wù)的成本和技術(shù)原因，第二層次的結(jié)果不能滿足最終的修復(fù)的目標(biāo)，所以，在進(jìn)行第三層次的修復(fù)目標(biāo)時(shí)，可以繼續(xù)采用耦合帶飽和溶質(zhì)遷移模型的應(yīng)用，在第二層次目標(biāo)修復(fù)結(jié)果的基礎(chǔ)上，增加研究級(jí)別，得出所選擇區(qū)域的土壤深層和表層要修復(fù)的范圍縮減，污染的程度逐漸降低，待修復(fù)的范圍也處在合理的范圍。

2.4 與國(guó)外的研究標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比探討

基于保護(hù)地下水的土壤目標(biāo)修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外各有不同。目前國(guó)際上普遍運(yùn)用美國(guó)、新西蘭等國(guó)家的目標(biāo)修復(fù)方法，本研究將制定的目標(biāo)修復(fù)值，通過(guò)與國(guó)內(nèi)國(guó)外進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，因?yàn)椴煌瑖?guó)家的地理位置，氣候條件的原因，制定標(biāo)準(zhǔn)會(huì)因?yàn)樗臈l件、地質(zhì)條件的影響，再加上制定的目的性不同，導(dǎo)致在污染場(chǎng)地的污染成分規(guī)定數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)不同，但總體來(lái)說(shuō)，本研究制定的層次目標(biāo)修復(fù)方案，和我國(guó)環(huán)境部制定的，符合地下飲用水資源保護(hù)條例規(guī)定的污染物風(fēng)險(xiǎn)控制值接近，說(shuō)明可以利用研究的方法進(jìn)行土壤修復(fù)，三個(gè)層次的目標(biāo)修復(fù)過(guò)程都考慮了土壤性質(zhì)和水文因素，也更加完整地考慮了污染物的遷移過(guò)程，因此，相比較而言更加適合該地域。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上分析得出，基于保護(hù)地下水的土壤修復(fù)目標(biāo)，就要采用制定分層評(píng)估框架的方法，在三個(gè)目標(biāo)修復(fù)層次中，根據(jù)污染物在土壤中的氣、固、液三相分配情況、污染物遷移過(guò)程，以及污染物在飽和地帶的衰減和吸附作用，并結(jié)合污染場(chǎng)地的地質(zhì)情況，和地下水資源的實(shí)際情況，考慮制定目標(biāo)修復(fù)方法，調(diào)整目標(biāo)修復(fù)參數(shù)數(shù)值。在保證污染場(chǎng)地下游飲水井水質(zhì)不變的前提下，不斷提高分層評(píng)估層次，逐漸縮減修復(fù)目標(biāo)的不確定性，從而將污染場(chǎng)地的情況能更加客觀地反映出來(lái)，并逐漸減少目標(biāo)修復(fù)面積。在制定目標(biāo)修復(fù)方案時(shí)，還需要考慮土壤的滲透性、飽和性、地下水的坡度、地下水深度的參數(shù)，并進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行評(píng)估分析，從而降低目標(biāo)修復(fù)的不確定性。在目標(biāo)修復(fù)中，還將三個(gè)層次目標(biāo)修復(fù)值與有目標(biāo)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值的國(guó)家進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)研究的目標(biāo)修復(fù)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，使污染物遷移過(guò)程更加完整，比其它國(guó)家使用的標(biāo)準(zhǔn)更加寬容，也更能表現(xiàn)實(shí)際污染場(chǎng)地的特點(diǎn)。所以此項(xiàng)研究通過(guò)三個(gè)層次的目標(biāo)修復(fù)評(píng)估，結(jié)果可以作為污染場(chǎng)地基于保護(hù)地下水資源的土壤修復(fù)目標(biāo)的參考值，因此，可以依靠此項(xiàng)參考值。修復(fù)我國(guó)更多的廢棄污染場(chǎng)地，從而增加我國(guó)土地資源數(shù)量。也可以改善污染場(chǎng)地地下水水質(zhì)，從而增加我國(guó)淡水資源數(shù)量。還可以用于對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的、正在運(yùn)行的高污染企業(yè)的污染區(qū)域進(jìn)行治理，改善高污染企業(yè)的土壤和地下水質(zhì)量，減少高污染工業(yè)產(chǎn)生的污染區(qū)域，提高廠區(qū)土地資源的利用率。