华南某典型耕地土壤污染源头调查与风险管控研究

李韦钰邓一荣向萍刘丽丽林龙勇马娇阳

(1.西南林业大学生态与环境学院/环境修复与健康研究院，云南 昆明 650224；2.广东省环境科学研究院/广东省污染场地环境管理与修复重点实验室，广东 广州 510045)

前言

随着社会经济高速发展，传统矿产资源开采活动所带来的经济收益持续下降，且对矿区及周边生态环境造成了严重损伤，主要表现为周边流域土壤和地下水污染、水土流失严重等问题。根据国内外相关经验，土壤污染采取治理修复、源头控制、风险管控措施，其成本投入比约100∶1∶10[1]。因此，通过进一步严格耕地土壤污染源头防控，降低粮食等农产品中重金属超标风险，以最小投入获得最大的环境效益[1-6]。

《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的专栏15“环境保护和资源节约工程”的03节“土壤污染防治与安全利用”中明确提出，在“十四五”期间，要以化工、有色金属行业为重点，实施100个土壤污染源头管控项目。[7]我国土壤污染环境工作还处于起步阶段，需要夯实基础、突出重点、扎实推进。在土壤污染源头预防、风险管控、治理与修复、监管能力建设等方面探索土壤污染综合防治模式，逐步建立我国土壤污染防治技术体系。当前，中国土壤污染防治进入一个新的阶段，经济社会绿色转型要求最大程度减少“增量”污染产生[1，6，8-13]。本研究通过对场地内尾矿、土壤和地下水开展调查和风险评估，确定研究区内土壤污染风险，结合实际情况研究确定可行的土壤污染源头管控对策，保护研究区内部及下游耕地土壤环境质量。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究对象为我国南方某矿产采选场地，主要进行浮选法选铜、选铅、选锌作业，由于各种原因，现在已经停产许久，部分设备已经拆除，现场遗留有废水、废矿渣，由于没有规范管理，废矿渣堆放较为随意，尾矿库利用山谷地带堵截而成，没有进行规范化设计。对周边地区存在较大的环保安全隐患。项目所在地处于较高地势，为3个山头包围，西北地势最高，西南地势最低，地表水与地下水均由3个山头汇集后向西南侧山谷方向流动。

地块西南侧有沟渠，该沟渠水量随季节变化，受地形影响径流较快，最终排泄于下游低洼沟谷，由河谷集成地表径流排泄，最终汇入下游河流。下游分布有农田，主要种植水稻、玉米等农作物，该河流为下游农田灌溉水源，该企业遗留的大量废水和尾矿渣，日积月累，废水和尾矿渣通过地下水溢流到周边地区，造成重金属污染，存在较大环保安全隐患。本研究从保护周边环境的角度出发，通过查明区域污染状况，提出耕地土壤污染源头管控建议。

图1 研究区地形图

1.2 样品采集与分析

根据《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)以及其他技术规划的要求，以判断布点法为主的方式进行点位布设。在研究区内按共布设6个土壤点位，采样最大深度均为7～8m；2个矿渣采样点，采样深度为0～1m；1个水质采样点。土壤样品监测镉、铅、铜、锌、砷、汞、总铬、六价铬、镍等重金属指标，共计9项；水体样本则测试悬浮物、COD、BOD5、氨氮、总铬、六价铬、铜、镍、铅、锌、镉、砷、汞等指标，共计13项。现场采集的所有样品均置入贴有标签的专用样品瓶或者样品袋中，所有样品均添加了适当的样品保护剂。装瓶后的样品装入始终贮在恒温冷藏箱中直至样品到达实验室。实验室质量控制的主要内容包括运输和实验室空白样、现场密码和实验室平行样、加标样回收率和质控样，并由实验室完成质控工作。

图2 调查点位布设图

1.3 数据评价与分析方法

土壤与尾矿渣中的筛选值采用《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)中第2类用地的标准，废弃的尾坑库积水、各个精矿池积水，均可能溶出较多重金属。考虑到项目附近深坑水仍作为农业灌溉用水，将以《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中V类水质标准评估尾矿库中积水水质现状。采用Excel 2016进行统计分析，并使用ArcGis 10.0进行图件绘制。

2 结果与分析

2.1 调查采样结果分析

项目所在地全厂区内土壤不同程度的受到重金属污染，其中整个厂区各个深度的土层的重金属六价铬、砷、锌、铅、汞超标，其中砷超标率高达50%，最大超标倍数2.1；锌超标率19.5%，最大超标倍数2.1；铅超标率11.5%，最大超标倍数1.7；六价铬超标率3.8%，最大超标倍数10.4；汞超标率3.8%，最大超标倍数10.7。研究区内砷、铅、锌超标土层深度分布在2～8m，表明这2种重金属污染物已经向深层扩散。

由于企业关停已久，尾矿库内的废渣与土壤已经混在一起，本次工作使用土壤质量标准对进行废渣评价，其中砷最大超标倍数6.6、锌最大超标倍数7.2、铅最大超标倍数2.1。

此次评估过程中采集尾矿库中积水水样1个，检测结果表面水体中氨氮、铜、镍、铅、镉均超标，其中镍、镉超标严重，超过10倍，表明尾矿库中重金属溶出性非常高，氨氮超标则是受现场施工或是浮选药剂丁胺黑药的影响。

表1 土壤监测结果统计

表2 废渣监测结果统计

2.2 重金属污染特征

总体来看，整个厂区各个深度的土层的重金属砷、锌、铅、汞均有超标，其中锌的主要超标深度为2～6m，铅的主要超标深度为2～8m，砷的主要超标深度为0～8m，汞在3.2m处出现超标。可见，不同污染物在不同区域和不同深度上存在一定差异。

表3 地表水监测结果统计

2.3 矿区污染情况风险评估

对地块中超标重金属进行健康风险评估地块健康风险评估结果如表4所示，其中六价铬的致癌风险为1.11E-05，危害商为5.05E-02；砷的致癌风险为8.93E-05，危害商为1.84E+00；锌的危害商为7.75E-03；汞的危害商为6.95E-01。可见，砷的致癌风险及砷、铜、汞的危害商高于可接受水平，对接触地块土壤的人群的健康产生威胁。

表4 健康风险评估结果(不含铅)

经IEUBK计算，整个儿童期内，血铅浓度的平均值为3.31μg·dL-1，血铅浓度高于10.0μg·dL-1的概率为95.13%，高于5%的可接受水平。

根据上述污染物空间分布特征分析与污染物环境健康评价，最终确定砷、铅、锌、汞风险高于可接受水平，需要采取有效的控制措施，从而进一步严格耕地土壤污染源头防控，降低土壤重金属超标风险。

2.4 污染源头管控研究

探究对象的土壤不同程度的受到重金属污染，其中整个厂区各个深度的土层的铜、砷、锌、镉、铅不同程度超标，但鉴于研究区为废弃山地，不具有开发价值，仅需防控其污染迁移，建议采用配套截水渠工程配合“植物群落体系-生态拦截带-人工湿地系统”的多级生态风险防范技术模式。

探究对象的尾矿库积累有大量的尾矿渣，铅锌矿尾矿渣属一般工业固体废物，直接固化难度较大，结合调查检测结果矿渣中重金属浓度较高，根据国内外研究实际情况，现已经有国内选矿厂自行组建水泥厂以消化铅锌矿浮选后的尾矿渣，研究对象附近有多家大型水泥厂，建议采用水泥窑协同处置方式处置尾矿库中的尾矿渣。

探究对象的尾矿库积累大量废水，根据样品检测结果，氨氮及重金属含量较高，需进行无害化处理。建议在现有尾矿库为基础，适当改造，建设一个尾矿库重金属积水处理的临时设施，将积存的含重金属废水统一收集后，通过两级反应、絮凝、沉淀，使重金属离子等污染物得以去除，处理后的清水pH调至中性后，外排至下游人工湿地系统，统一收集废水处理后产生的污泥和尾矿库沉淀底泥，通过异位固化稳定化处理，从而有效去除研究区现有积存废液的环境风险。

图3 不同深度土壤重金属含量变化

3 结论

项目所在地全厂区内土壤不同程度的受到重金属污染，其中整个厂区各个深度的土层的重金属六价铬、砷、锌、铅、汞超标，研究区内砷、铅、锌超标土层深度分布在2～8m，表明这2种重金属污染物已经向深层扩散。研究区内废渣中砷、铅、锌的不同程度超标。此次评估过程中采集尾矿库中积水水样1个，检测结果表面水体中氨氮、铜、镍、铅、镉均超标，表明尾矿库中重金属溶出性非常高，氨氮超标则是受现场施工或是浮选药剂丁胺黑药的影响。

研究区内存在土壤、废渣、废水三重污染，下游有河流与农田等敏感受体，属于典型土壤污染源头。本研究通过系统识别研究区内重金属污染问题，制订“风险管控”这策略，拟重点完成现有重金属污水安全处理、积存矿渣、污泥无害化处置，清除地块最为急迫的环境风险源，然后再配套截水渠工程、通过“生态恢复-生态拦截-人工湿地系统”多级生态屏障技术防止重金属向周边环境扩散，实现对地块未来环境的风险管控。