某非正规铝灰堆场周边土壤与地下水初步调查研究

＊赖玉凤

（福建省环境保护设计院有限公司 福建 350001）

引言

土壤是构成人类生存的生态系统的基本要素之一[1]。随着社会快速发展，工业设施建设、资源开发利用和城市建设的大规模发展，土壤污染受到世界的广泛关注[2]。近年来，我国铝工业快速发展，已成为世界铝生产大国，铝灰的堆放和填埋对周边环境造成了一定程度的影响[3]。铝灰是炼铝时产生的工业残渣，是铝电解、铝加工等铝冶炼加工过程中产生的危险废弃物，含有氮化物、碳化物及氟化物等危险物质，毒性特别强，被列入《国家危险废物名录（2021年）》。虽然大部分铝灰会经过回收利用[4]，但仍然有部分铝灰直接填埋。铝灰违法填埋可能对当地土壤及水资源造成严重污染。同时，铝灰中还含有一定量的氮化物，其成分会对周边水体、大气环境等造成一定的污染[5]。

关于铝灰对环境的影响，很多学者做了大量的研究，主要是关于铝的二次资源利用，铝灰的综合回收利用、铝灰的无害化处理等[6]，鲜有铝灰反应性对土壤和地下水环境污染状况的研究。因此，对非正规铝灰堆场遗留下来的污染地块进行环境调查具有重大意义。本文按照《建设用地土壤污染状况调查技术导则》（HJ 25.1-2019）、《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》（HJ 25.2-2019）等相关规定，通过采集测定福建省某非正规铝灰堆场及周边的土壤和地下水的污染状况，对该地块开展土壤和地下水污染状况调查评估工作，以确定铝灰对周边环境造成的影响。

1.材料与方法

(1)研究区概况

研究区为福建省某山区的废弃板材加工厂荒料场，占地面积约2.67公顷。该板材加工厂停产后原有雨水池、沉淀池已被建筑垃圾等填满（填埋物主要为石粉材、塑料、绳索等）。铝灰非法倾倒位置主要位于原荒料场地范围内的雨水池和沉淀池区域，见图1倾倒区域1和倾倒区域2。

图1 厂区卫星图

(2)样品采集

土壤样点采用系统布点法和专业判断布点法的方式进行点位布设。总体以20m×20m网格，结合专业判断法布设采样点，同时结合现场踏勘结果，在场地边界适当增加点位，共布设土壤样点15个，其中，5个点位于铝灰倾倒中心，5个点位于铝灰倾倒周边，5个位点为对照样点。采集0～0.5m表层土壤样品，0.5m以下按0.5～2m等间距的方式进行取样，以土壤快筛值、颜色和气味作为现场污染痕迹判断依据，不同性质土层至少采集一个土壤样品，共计采集75个土壤样品。土壤样品经过自然风干后，进行各项指标测定。

地下水点位布设按照《生态环境损害鉴定评估技术指南环境要素第1部分：土壤和地下水》（GB/T 39792.1-2020）、《地下水环境状况调查评价工作指南》（环办土壤函〔2019〕770号）技术规程要求，场内共布设地下水采样点5个，沿地下水流向分别为填埋区上游本底井D1，填埋区D2，填埋区下游监测井D3、D4，填埋区北侧D5，地下水采样位置为监测井水面下0.5m。

(3)评价方法与评价标准

①单因子污染指数评价法

单因子污染指数评价法是近年来常用于对土壤污染评价的方法，其表达式为：

式中，Pi为土壤污染物i的单项污染指数；Ci为为土壤中污染物i的实测数据，mg/kg；Si为污染物i的评价标准，mg/kg。土壤中铅、镍、铜的评价标准采用《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600-2018）第二类用地土壤污染风险筛选值进行比较，铬、锌参照《场地土壤环境风险评价筛选值》（DB11/T 811-2011）中工业/商服用地标准。地下水中i的评价标准采用《地下水质量标准》（GB/T 14818-2017）中的Ⅳ类标准进行评价。

污染等级一共分为五个等级，污染指数Pi≤1.0，污染等级为未污染；1.0＜Pi≤2.0，污染等级为轻度污染；2.0＜Pi≤3.0，污染等级为中度污染；Pi＞3.0，污染等级为重度污染。

(4)数据处理

采用Excel 2016对数据进行初步整理计算，采用SPSS 26.0软件对进行统计分析，采用ArcGIS 10.8软件绘制空间分布图进行预测。

2.结果与分析

(1)土壤环境污染特征分析

图2 研究区土壤pH范围

①研究区土壤pH范围。对土壤样品pH进行监测，结果如图3所示，铝灰倾倒中心的pH值最大，为8.44±0.93，其次为铝灰倾倒周边的土壤，为7.52±1.83，对照样品土壤pH最小，为6.7±2.1，三者均无显著性差异。

图3 研究区土壤氟化物和氨氮物浓度

②土壤样品氟化物和氨氮物浓度水平。各土壤样品氟化物未超过《场地土壤环境风险评价筛选值》（DB11/T 811-2011）中工业/商服用地标准。参照《建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（DB 36/1282-2020），氨氮远低于第二类用地筛选值。由图3可知，铝灰倾倒中心土壤的氟化物和氨氮的浓度较高。土壤氟化物的浓度从大到小排序为铝灰倾倒中心＞铝灰倾倒周边土壤＞对照，其中，铝灰倾倒中心的氟化物为449.8±86.97mg/kg，显著高于对照组（p＜0.05）。土壤氨氮的浓度也是铝灰倾倒中心最高，但与对照组没有显著性差异。

③土壤重金属浓度水平。3个调查区域中，铝灰倾倒中心土壤的重金属含量均高于其他区域，其中，Zn含量显著高于对照区域（见表1）。各调查区域土壤重金属Pb、Cr、Ni、Zn含量均低于福建省和全国土壤元素背景值。铝灰倾倒中心Cu含量的平均值高于福建省土壤元素背景值，但低于土壤环境质量标准（Cu 18000mg/kg）。

表1 土壤重金属含量（单位：mg/kg）

④土壤重金属污染评价结果。根据单项污染指数法得出调查区域土壤重金属污染情况（见表2）。由表2可知，所有调查区域均未受到污染。

表2 土壤重金属污染评价结果

⑤土壤重金属含量相关性分析。研究土壤中重金属含量的相关性可以推测重金属来源是否相同。一般而言，如果重金属含量间有显著的相关性，说明其很可能具有相同的来源。由表3可知，Cr和Pb、Cr和Zn、Cu和Zn之间的相关系数分别是0.272、0.460和0.577，且具有显著的正相关关系，这说明这4种重金属为符合污染或是来源相同。调查区域的主要污染来源于铝灰，具有明显的同源关系。而Ni与这4种重金属之间相关性均不明显，其中，Ni与Cu、Zn存在正相关关系，与Pb、Cr存在负相关关系。

表3 调查区域土壤不同重金属含量之间相关性分析

(2)地下水环境污染特征分析

①地下水检测结果。结合铝灰特性、堆存场地特征及区域土壤检测结果，选取氟化物和氨氮做为地下水污染评价指标。地下水采用《地下水质量标准》（GB/T 14818-2017）中的Ⅳ类标准进行评价。地下水pH范围为6.46～7.02，地下水检测因子评价结果如表4所示，结果表明：各点位P（F-）均小于1.0，说明地下水中氟化物未造成污染。D2点位地下水样品中氨氮单因子污染指数达172，属于重污染；D3点位P（N-）为1.25，属于轻污染；上游的D1、下游D4和侧向D5点位未受污染。

表4 地下水调查点位污染评价结果

②地下水污染分布及来源分析。采用克里金插值法，根据各点位污染物浓度值，绘制出当前场地地下水介质中超标氨氮在区域内的分布情况，如图4所示。根据污染分布图，地下水氨氮污染主要分布于铝灰堆存区，随着与D2点位距离的增大，污染程度逐渐衰减。根据场地历史使用情况调查，氨氮重污染区与原板材加工厂沉淀池所处区域相吻合。

图4 地下水氨氮空间浓度分布图

场地堆置的铝灰遇水可产生氨气，且氨气极易溶于水，地下水氨氮浓度最高的点位D2位于危险废物倾倒区域下方，地下水埋深6.0m，溶于水后的氨气以游离态的氨或铵根离子等形式随雨水下渗进入土壤。氨氮通过对流、弥散等过程在地下含水层中运移，下游污染物衰减速率不均衡可能与土壤结构相关联[7]。

3.结论与讨论

本研究表明，铝灰倾倒中心的土壤pH值大于对照组，均偏碱性，这与李瑞仙等人[3]的研究结果一致。此外，谢正苗[8]研究表明，氟污染土壤均为碱性，这也表明土壤受到氟化物的污染。另外，本研究表明，氟化物显著高于对照组，这也进一步表明土壤受到氟化物的污染。贾栋渊[5]对兰州市某铝灰污染场地进行土壤样品检测，发现土壤采样点氟化物的含量未超出标准限值，但同比背景值土壤，超背景倍数为0.53～2.22倍。从本次土壤检测结果征来看，倾倒区域中心土壤中的pH、氟化物、铜、氨氮均处于最高值区域，研究区域内土壤中的氟化物、铜、氨氮含量受到铝灰倾倒不同程度的影响。

调查区地下水调查样品的结果分析显示，氨氮为该铝灰堆场地下水环境的主要污染物，铝灰堆存区氨氮污染指数高达172，属于重污染。堆存区下游水质受到一定影响，堆场下游污染程度逐渐衰减。地下水中的污染物可能通过迁移影响下游水质安全，需采取污染源清除或风险管控措施[9]。