某场地环境调查项目中土壤pH异常的原因探究

董聪慧，张 惠，何开泰，梅祖明

（上海市岩土工程检测中心，上海 200436）

在场地环境调查项目中，经常出现调查地块内甚至界外对照点的土壤或地下水的某项监测因子出现异常，或明显超出环境评价标准，需要去寻找这些监测因子的污染来源，分析判断出现异常或超标现象的原因。其中，土壤pH值异常较为常见。现行的环境质量相关标准没有土壤pH值限值[1,2]，地方性场地环境调查的相关技术规范也没有把土壤和地下水的pH值作为人体健康的筛选指标[3]。但如果土壤或地下水中pH值异常，则很可能预示着土壤或地下水受到了某种污染。因此，当地块pH值异常时，查明原因、分析是否存在其他污染的可能，很有必要。本文结合某场地调查的实际案例，分析查证了pH值异常的原因，并对相关工作提出技术思路。

1 环境调查概况

本文调查的污染地块原为某无纺布有限公司，总面积约为7000m2，生产无纺布和纤维等产品，主要原料有PVC膜、聚丙烯、涤纶等，使用的能源为燃煤和工业用电。排放的生产固废主要是原料的边角料、煤渣，生产废气主要有粉尘和生产过程中微量聚丙烯分解成的单体（毒性很小），使用燃煤时有生产废气排放。该无纺布公司没有排烟筒，因而几乎没有废气排放，生产中无废水排放。

本项目地块原有标准厂房式建筑，西边界有少量绿化地，北边界有较少的水泥地。目前项目地块的建筑物已被拆除，房顶和墙体结构材料基本清除完整，但原建筑物的地下混凝土结构没有拆除。地面主要为杂填土，明显可见一些砖石或水泥块等，项目区地块东部还有水泥隔离墩，以及一些在降解过程中的编织袋内的水泥已结成硬块。场地内许多地方有水泥浆体流过和凝结硬化的现象。场地内已生长一些杂草，但生长基本不良。现场未见疑似危废。项目区地块自2002年到2015年场地内建筑物被拆除前，未发现有明显变化。

1.1 监测方案

根据相关技术规范的要求[4,5]，进行常规场地调查监测点布设。共布设6个监测点，其中3个为土壤和地下水共同监测点、3个为土壤单独监测点，共采集15个土壤样品和3个地下水样品。另外在场地外布设1个对照点，采集1个土壤样品和1个地下水样品。具体监测点位布设情况见图1。

土壤和地下水的监测因子和检测方法见表1。

图1 现场布点图Fig.1 Point arrangement

表1 各监测因子的监测方法Table 1 Monitoring methods of each factors

（续表1）

1.2 评价标准与评价方法

各监测因子采用的评价标准见表2和表3。

表2 土壤 水质监测指标评价标准Table 2 Evaluation criteria of soil and water quality monitoring indicators

表3 土壤酸碱度分级[7]Table 3 Soil pH classification

2 结果与讨论

2.1 地下水样品结果分析

所有地下水样品的金属指标（包括六价铬）、氰化物、挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃等的含量均未超过《地下水质量标准》（GB 14848-2017）Ⅲ类标准限值或未检出，而地下水pH值结果异常（表4）。

表4 地下水样品pH值Table 4 The pH value of groundwater samples

由表4可知，MW-2号地下水pH值为9.91，为碱性水质，属于《地下水质量标准》（GB 14848-2017）的Ⅴ类水质。MW-2和MW-3同位于生产车间内，但是pH值有很大差异，无法根据场区的位置情况分析出MW-2地下水样品pH值偏高的原因。地下水pH值偏高不是来自于原厂区的生产和生活活动，而是来自于其它外界影响。

2.2 土壤样品结果分析

除pH值外的各项指标均未超过表2中对应的标准。土壤的界外对照点的pH值为8.42，土壤样品pH值结果情况见表5。

表5 土壤样品pH值检测结果Table 5 Results of pH value in soil

由表5可知，界外对照点的pH值是8.42，属于碱性土壤，说明该区域的土壤环境背景呈碱性。点位SS-1、MW-1、MW-2和MW-3处表层土壤或地下水水位以上土壤样品pH值偏高，呈强碱性或极强碱性。SS-2、SS-3、MW-2和MW-3四个监测点同时位于该工厂的生产车间内，SS-2和SS-3的表层土壤和地下水水位以上土壤样品酸碱度呈碱性或强碱性，而MW-2和MW-3呈极强碱性，这说明监测点位表层土壤和地下水水位以上土壤样品的酸碱度与工厂内生产活动无直接联系。pH值统计结果见表6。

表6 土壤样品pH值统计结果Table 6 Statistical results of pH value in soil

由表6可知，表层土壤样品的pH值平均为9.47，其碱性高于界外对照点，即高于该区域的土壤环境背景，pH值范围为7.97～10.41，土壤酸碱度属于碱性—极强碱性，级差为2.44，说明表层土壤pH值分布不均匀，即局部表层土壤pH值偏高；地下水水位以上土壤样品的pH值平均为9.75，其碱性高于界外对照点，即高于该区域的土壤环境背景，pH值范围为8.34～11.66，土壤酸碱度属于碱性—极强碱性，级差为3.32，说明地下水水位以上土壤样品的pH值分布不均匀，即局部地下水水位以上土壤样品的pH值偏高；地下水水位以下土壤pH值平均为8.82，与界外对照点土壤样品相近，说明场地内地下水水位以下土壤样品pH值接近该地区土壤环境背景，pH值范围为8.64～8.95，级差为0.31，说明地下水水位以下土壤样品pH值分布均匀，未受污染。所以污染从表层到下层逐渐减少的，故将pH值偏高原因探究的方向转向地表受到污染。

3 pH异常的原因分析

从以下几个方面寻找pH值偏高的原因：

（1）地块内的工业活动中是否存在使用酸碱物质或产生酸碱物质的生产工艺；

（2）地块周边临近地块是否存在使用酸碱物质或产生酸碱物质的生产活动；

（3）是否在地块上的建筑物拆除后被偷倒过碱性垃圾；（4）是否有运输碱性物品的车辆在地块附近倾翻过；（5）是否在周边地块的建设活动中向本地块内排放的碱性物质。

当发现一些可能的原因但不能肯定时，可适当采集一些样品进行检测，通过检测结果来帮助判断异常情况出现的原因。

3.1 资料与信息再分析

发现地块内土壤和地下水样品均出现异常情况后，我们重新审查了收集到的原企业的资料，再次走访了当地的环保部门，并对原企业的工人和原居住在该企业周边的居民问询，再次确认该企业确实没有使用碱性原材料和排放固废和废水废液的情况。

3.2 现场再踏勘

由于没有找到pH值异常的原因，我们又对该地块进行了再踏勘。现场除了发现一些生活垃圾和原建筑物拆除过程中留下的建筑垃圾外，没有其他可能的污染物，周边也没有发现存在碱性物质污染本地块的可能。但紧挨着项目地块的地铁站施工工地引起了我们的注意。通过仔细勘查发现地块内多处存在水泥浆流过后形成的薄层硬化体，敲击易碎，有的还有多层这样的硬化体，且从痕迹上判断，侵入的水泥浆来自北侧地铁站施工工地。

3.3 原因分析

根据前期的调查工作和检测结果，以及对资料信息的再分析和对现场情况的再勘查，初步判断地块北侧地铁站施工时水泥浆的侵入是导致地块内部分土壤和地下水样品中pH值显著偏高的原因所在。

4 加密监测与相关性论证

4.1 加密监测

为了验证以上判断，根据地块受水泥浆侵入的情况，采集10个土壤样品和2个地表水样品，检测了样品中的pH值和水溶性钙的含量。

（1）布点方法和采样数

围绕地块内水泥浆的痕迹，在痕迹区内布设6个采样点，在地块内其他区域布设3个采样点，在界外布设了1个采样点，各采样点各采集1个表层土壤样品。在地块南侧排污沟渠内布设1个地表水采样点以判断是否污染来自于沟渠内污水。地块东部区域低洼处囤积水区设1个采样点，以论证该区域是否pH值整体偏高。具体加密监测布点情况见图2。

图2 加密监测点位布设图Fig.2 Density increasing monitoring point arrangement

（2）监测因子

土壤样品的监测因子为pH值和水溶性钙，地表水监测因子为pH值。土壤和水中pH值的测定方法与表1一致，水溶性钙采用方法为《土壤试验方法标准》（GB/T 50123-1999）。

4.2 结果与讨论

（1）土壤监测结果与讨论

T1～T9为地块内表层（0～0.2m）土壤样品，T10为界外对照点土壤样品。pH值和水溶性钙含量测定结果见表6。

表6 表层土壤样品pH值结果Table 6 Results of pH value in surface soil samples

由表6可知，界外对照点T10的pH值为8.85，表明该区域的土壤pH值基本正常。结合表5和表6，绘制了地块内表层土壤样品pH值的等值线图，并加入水泥浆痕迹走向，见图3。地块内地势走向见图4。

图3 表层土壤样品pH值和地块内水泥浆流向图Fig.3 The pH value of surface soil samples and cement slurry flow in block

图4 地块内地势走向图Fig.4 Topography in the plot

由图3和图4可见，地块内水泥浆流过的痕迹与pH值具有相关性，地势越低，水泥浆汇集越多，pH值越高。由表6可知，土壤pH值与土壤水溶性钙的含量有正相关性，说明土壤pH值高的区域很有可能是受水泥浆侵蚀的影响。

（2）地表水监测结果与讨论

地块南侧排污沟渠内水样的pH值正常。地块东部区域低洼处囤积水样品W2的pH值为9.67，属于碱性水质，且不满足《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）的Ⅰ～Ⅴ类水质要求。两处地表水样品的 pH值结果见表7。W2地表水pH值高，印证了该区域的土壤pH高不是偶然现象，而是土壤和地表水整体受到了一定的污染。

表7 地表水样品pH值分析情况Table 7 Analysis of pH value of surface water samples

4.3 相关性论证

4.3.1 水泥的化学组成

根据文献介绍[8]，水泥的主要成分有硅酸三钙（3CaO·SiO2）硅酸二钙 （2CaO·SiO2铝酸三钙 3CaO·Al2O3） 铁铝酸四钙 （4CaO·Al2O3·Fe2O3）和石膏（ CaSO4）。在水泥的凝结和硬化过程中 会发生一系列的化学反应生成水化硅酸钙（CaO·SiO2·YH2O）凝胶 三硫型水化铝酸钙（CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）水 化 铝 酸 钙（CaO·Al2O3·6H2O）单硫型水化铝酸钙（CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）铁酸钙（CaO·Fe2O3·H2O）和氢氧化钙 [Ca(OH)2]。

4.3.2 相关性论证

（1）由于水泥在水化过程中通过化学反应生成大量的氢氧化钙，且氢氧化钙是微溶的，因此当水泥浆进入土壤和水体后，会使土壤和地表水或地下水呈碱性，且使土壤具有较高的可溶性钙含量。地下水和地表水pH值高的点位与表层土壤pH值高的点位位于相同区域，且均位于地势低、水泥浆汇聚处，pH异常区的分布与水泥浆入侵路线的关系十分密切。

（2）地块内除了土壤中pH出现偏高现象外，土壤中的水溶性钙含量也出现了明显高于未受水泥浆侵入的界外对照点的现象。

（3）通过多次调查访谈和踏勘，没有发现其他可能引起地块内土壤pH值异常的因素。

5 结论与建议

5.1 结论

通过对场地的加密监测和相关性分析论证发现，地块内pH值异常区与地块内地势高低和水泥浆液流经的痕迹存在相关性，土壤pH值高区域的地势普遍较低且存在水泥浆液流经痕迹，且表层土壤pH值与水溶性钙含量（代表水泥浆含量）具有正相关性，所以土壤pH高是水泥浆入侵造成的。

5.2 建议

（1）土壤pH值虽然不是筛选值中的指标，但pH的异常，很可能伴随着其他的污染，或因pH值的异常导致土壤中的某些元素活性的改变，使其更容易迁移进入地下水，从而导致地下水的污染。因此在场地环境调查中，应重视pH的测定，并关注pH值的异常。若在场地环境调查过程中遇到土壤或地下水pH值异常的情况，应从地块历史生产活动、地块周边生产活动这两方面着手，并采取进一步取样分析的手段来探究pH值异常的原因。

（2）通过本案例的实践，发现调查前期相关资料的收集、现场踏勘、人员访谈等工作十分重要，是场地环境调查后续工作顺利推进的重要保证。当发现前期工作收集的资料等信息不够，不足以支撑检测结果中呈现的异常情况时，需要进行更详细的补充资料收集、人员访谈和现场踏勘等相关工作，必要时作补充采样和检测，以获取进一步信息。

（3）地块环境污染不仅可能来自于地块内原有生产活动，也可能来自地块外的活动。因此在作现场踏勘和相关资料收集时，不仅要重视地块内的情况，还要重视地块周边情况。

（4）本案例虽然遇到的只是不在筛选值之列的pH，但本案例的实践经验对一些地块环境调查项目中遇到的其他监测因子检测结果异常情况的原因探查、地块土壤重金属异常等情况的原因调查，也具有一定的借鉴意义。