一種工業(yè)廠區(qū)重金屬污染場地的采樣分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)廠區(qū)重金屬污染場地的采樣分析方法，屬于環(huán)境科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，北京、上海、重慶及大連等城市都已開展了大規(guī)模的城市改造，大批污染企業(yè)逐步退出城市中心，并遺留了大量嚴(yán)重污染、確又是珍貴資源的土地。其中，重金屬污染場地占有一定比例，在對這些場地進(jìn)行開發(fā)利用前需進(jìn)行相應(yīng)的污染評估并據(jù)此制定相應(yīng)的修復(fù)方案。
[0003]與農(nóng)業(yè)等非居住用地重金屬污染土壤不同，城市化建設(shè)過程中遺留的大部分重金屬污染場地將變更為居住或商業(yè)用地。因此，對這類重金屬污染場地，將樣品重金屬檢測值與現(xiàn)有土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以判斷場地是否污染以及污染是否會對未來場地使用者健康造成不可接受危害的評價方法顯然已經(jīng)不適用。與此同時，隨著基于風(fēng)險管理的污染場地管理理念不斷被公眾及各級環(huán)境管理部門所接受，依據(jù)風(fēng)險評估模型計算的可接受風(fēng)險水平下土壤中重金屬的最大允許濃度往往被用于評估土壤中重金屬污染是否超標(biāo)。但是，由于現(xiàn)有風(fēng)險評估模型過于保守，而且未考慮土壤中目標(biāo)重金屬的人體可給性、生物有效性及土壤中目標(biāo)重金屬的背景濃度，直接應(yīng)用模型計算值往往高估場地中目標(biāo)重金屬的污染程度，導(dǎo)致場地過度修復(fù)，浪費(fèi)不必要的修復(fù)資金。例如，直接采用模型計算砷在居住用地情形下的最高允許濃度為0.33 mg.kg_\遠(yuǎn)低于陳同斌等報道的北京市土壤砷背景值7.09 mg.kg4及魏復(fù)盛等報道的我國土壤砷背景濃度9.2 mg.kg '為保守起見，將目標(biāo)重金屬在土壤中的環(huán)境背景值作為評估標(biāo)準(zhǔn)也時常被評估人員所采用。但是，一方面由于工業(yè)污染場地往往位于城市地區(qū)，廠區(qū)土壤均在一定程度上受人類生產(chǎn)及生活影響，致使評估人員很難在具體場地獲取目標(biāo)重金屬在土壤中具有代表性的背景濃度。另一方面，由于現(xiàn)有文獻(xiàn)統(tǒng)計的土壤重金屬背景濃度往往是在區(qū)域尺度范圍內(nèi)進(jìn)行采樣及統(tǒng)計分析所獲取的，考慮到區(qū)域尺度范圍內(nèi)土壤質(zhì)地、沉積成巖過程的差異，采用區(qū)域尺度范圍的目標(biāo)重金屬背景濃度往往也難以代表評估場地的具體情況。因此，直接將文獻(xiàn)報道的目標(biāo)重金屬背景值用于場地評估，可能導(dǎo)致評估結(jié)論缺乏客觀性。
[0004]為使重金屬場地污染評估結(jié)論更科學(xué)、客觀，本發(fā)明制訂了一種多證據(jù)評估方法，綜合重金屬工業(yè)污染場地的用地歷史資料及現(xiàn)場踏勘、樣品濃度統(tǒng)計及空間分布、場地目標(biāo)重金屬背景濃度比較及重金屬同源性4方面的分析對重金屬工業(yè)場地的污染狀況進(jìn)行客觀評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對目前直接采用土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、基于人體健康風(fēng)險計算的篩選值或直接采用文獻(xiàn)報道的區(qū)域土壤背景值做為具體重金屬工業(yè)場地污染評估標(biāo)準(zhǔn)可能導(dǎo)致評估結(jié)果缺乏客觀性的問題，制定了一種重金屬工業(yè)場地污染的多證據(jù)評估方法，綜合重金屬工業(yè)污染場地的用地歷史資料及現(xiàn)場踏勘、樣品濃度統(tǒng)計及空間分布、場地目標(biāo)重金屬背景濃度比較及重金屬同源性4方面的分析對重金屬廠區(qū)場地的污染狀況進(jìn)行采樣分析，具體包括以下4個步驟:
(1)對廠區(qū)進(jìn)行土壤采樣；
(2)樣品檢測結(jié)果統(tǒng)計及空間分布分析:對土壤樣品進(jìn)行HN03+HF消解后采用ICP-MS定量分析土壤樣品中重金屬濃度并進(jìn)行統(tǒng)計分析，繪制濃度累積頻率分布曲線，如果樣品濃度累積頻率分布曲線近似表現(xiàn)為連續(xù)的直線，表明場地土壤未受污染，如果有大量偏離直線的高濃度異常點(diǎn)，表明場地土壤受到重金屬污染，或是由于地質(zhì)成型過程導(dǎo)致場地局部重金屬背景濃度較高；需要結(jié)合這些高濃度異常點(diǎn)在廠區(qū)土壤中的空間分布以判斷這部分高濃度異常點(diǎn)是因人為污染所致還是場地的天然高背景值所致；
(3)與背景濃度比較分析:以場地樣品分析結(jié)果為樣本，繪制場地土壤中重金屬濃度的累計頻率曲線，根據(jù)該曲線特征及偏離直線段的異常點(diǎn)在場地中的空間分布，確定場地重金屬的背景濃度，并將各采樣點(diǎn)檢測結(jié)果與推導(dǎo)的場地背景濃度進(jìn)行比較，判斷場地土壤是否受到污染；
(4)相關(guān)性分析:當(dāng)具體場地土壤中某一重金屬濃度與場地其他重金屬濃度Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果的Pearson系數(shù)大于0.05時，表明兩者相關(guān)性較差，即認(rèn)為場地土壤已受該種重金屬污染。
[0006]對于特定的重金屬工業(yè)場地，綜合了場地用地歷史資料及現(xiàn)場踏勘、樣品濃度統(tǒng)計及空間分布、場地目標(biāo)重金屬背景濃度比較及重金屬同源性四方面的分析對該場地的污染狀況進(jìn)行客觀評估，能在很大程度上避免現(xiàn)有方法僅從單方面進(jìn)行污染評估可能導(dǎo)致評估結(jié)論的不確定性過高的缺陷。
[0007]對于土壤中目標(biāo)重金屬背景濃度的確定，不是直接引用文獻(xiàn)報道的區(qū)域背景值，而是通過對場地樣品檢測濃度進(jìn)行統(tǒng)計分析來確定，使得最終確定的背景值能更好的反應(yīng)評估場地的客觀情況。
[0008]對場地樣品檢測濃度進(jìn)行統(tǒng)計分析時，結(jié)合了這些采樣點(diǎn)在場地中的空間分布進(jìn)行判斷，有效的避免了將場地高背景點(diǎn)作為污染點(diǎn)考慮而導(dǎo)致推導(dǎo)的場地土壤目標(biāo)重金屬背景值偏低的風(fēng)險。
[0009]本發(fā)明取得的以下的技術(shù)效果:
(1)評估結(jié)論可靠程度高。與當(dāng)前僅從一方面進(jìn)行重金屬工業(yè)場地污染評估(如與某項標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較等)相比，本發(fā)明制定的多證據(jù)評估方法分別從場地用地歷史資料分析及現(xiàn)場踏勘、樣品濃度統(tǒng)計及空間分布分析、場地目標(biāo)重金屬背景濃度比較以及重金屬同源性分析四方面進(jìn)行評估論證，確保評估結(jié)果具有更高的可靠度；
(2)場地背景值的推導(dǎo)更科學(xué)。與常用的重金屬背景值推導(dǎo)方法相比，本發(fā)明采用的場地土壤重金屬背景值推導(dǎo)方法不僅采用的了樣品檢測濃度累計頻率分析法，同時，對于統(tǒng)計結(jié)果顯示異常的采樣點(diǎn)，也分析了這些采樣點(diǎn)在場地中的空間分布以確定這些點(diǎn)是認(rèn)為污染所致還是場地本身的自然高背景值所致，有效的避免了僅根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果推導(dǎo)背景值可能導(dǎo)致該值偏低的風(fēng)險；
(3)選取的背景濃度更具有代表性。與通常直接選用文獻(xiàn)報道的區(qū)域土壤重金屬背景值作為評估標(biāo)準(zhǔn)相比，本發(fā)明采用基于場地樣品檢測濃度進(jìn)行統(tǒng)計分析并結(jié)合采樣點(diǎn)在場地中的空間分布，推導(dǎo)代表評估場地客觀情況的背景值并將其作為評估標(biāo)準(zhǔn)，使得評估方法更科學(xué)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]選擇2個工業(yè)污染場地對多證據(jù)分析技術(shù)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0011]場地I為某化工廠，占地面積50.1萬m2。1955年建廠生產(chǎn)試劑，于2001年停止生產(chǎn)并拆除搬迀。
[0012]場地2為某焦化廠，占地面積103萬m2。自1965年建廠以來，一直主要以煤為原料從事煉焦活動。
[0013]1.樣品檢測結(jié)果及空間分布分析
為進(jìn)一步確認(rèn)該場地土壤是否被重金屬污染，對實(shí)施例兩個場地進(jìn)行采樣分析。其中場地I采集土壤樣品104個，場地2采集土壤樣品256個。
[0014]場地I 土壤中As和Cr6+濃度的相對累積頻率曲線中均明顯有部分樣點(diǎn)濃度偏離該曲線中的直線段。其中，As相對累積頻率曲線的拐點(diǎn)出現(xiàn)在29.8mg.kg—1處、Cr 6+相對累積頻率曲線的拐點(diǎn)出現(xiàn)在76.1mg.kg—1處。場地2 土壤中As的濃度相對累積頻率曲線也出現(xiàn)同樣現(xiàn)象，其拐點(diǎn)出現(xiàn)在10.emg.!^1處，但Cr6+濃度的相對累積頻率曲線近似表現(xiàn)為一條連續(xù)的直線。一般認(rèn)為，自然條件下，土壤中重金屬的背景濃度為正態(tài)分布，其濃度的相對累積頻率曲線近似為一條連續(xù)的直線。當(dāng)樣品濃度相對累積頻率分布中出現(xiàn)較多偏離該直線段的高值樣點(diǎn)時，可能存在以下兩個原因:①地質(zhì)形成過程中導(dǎo)致重金屬在場地部分區(qū)域土壤中背景濃度偏高，其值將可能偏離相對濃度累積頻率曲線的直線段；②這部分監(jiān)測數(shù)據(jù)來自兩個不同的樣本群，其中濃度較高的樣本群可能為人為源，表明場地局部土壤可能受到相應(yīng)重金屬污染。因此，通過對兩個場地As、Cr6+濃度的相對累積頻率分析可知，場地I局部土壤可能受到As、Cr6+污染，場地2局部土壤可能受As污染，但可能不存在Cr6+污染。為使結(jié)論更可靠，進(jìn)一步分析這兩種重金屬在場地土壤中的空間分。
[0015]通常認(rèn)為除地下儲罐區(qū)域外