基于保护健康和水环境的氯代烃类污染场地地下水风险评估

摘要：以华北某市搬迁化工厂址氯代烃类污染场地为例，基于我国《污染场地风险评估技术导则》和美国RBCA(risk based corrective action)E2081导则开展场地地下水风险评估，提出基于风险的地下水修复策略。结果表明：地下水中氯代烃污染严重，多点位污染物风险和危害超过可接受水平。基于保护离场水环境的地下水修复目标值相比基于保护人体健康的地下水修复目标值更为保守，含水层水力传导系数对其影响最大，在指导修复时须引起重视。综合考虑地下水污染风险管控理念和经济成本，针对场地地下水污染高、中、低风险区域分别提出原位热处理、化学还原和自然衰减监测协同修复技术。

关键词：氯代烃污染；地下水；离场水环境；风险评估；敏感性分析

0引言

氯代烃类污染物大多具有“三致”效应，其密度一般比水大，在水中溶解度小，常作为化工生产的原料、中间产物和有机溶剂[1]。氯代烃类的广泛应用使其不可避免地进入到地下水环境中，造成地下水质量每况愈下，严重威胁人体健康和水环境安全。鉴于我国场地氯代烃污染的典型性和普遍性，亟待建立污染场地管理体系，控制和削减场地风险。

目前国内研究多集中于原场各暴露途径下污染土壤和地下水的风险评估[2-3]，鲜有考虑污染地下水在离场暴露途径下对周围水环境的影响[4]。鉴于此，本研究以华北平原某市搬迁化工污染场地为例，综合考虑原场和离场暴露途径，开展基于保护人体健康和离场水环境的场地地下水风险评价，制定相应的地下水修复目标值，分析关键参数的敏感性。并根据地下水污染风险等级划分修复区域，筛选经济有效的原位修复技术，旨在为该场地地下水污染风险管控提供科学依据。

1材料与方法

1.1场地概况

研究场地位于华北平原东北部，占地面积为34 083.5 m2，历史上主要生产有机通用试剂，如氯仿、氯乙烯等多种化工产品，未来规划为居住用地。本研究主要关注场地砂质粉土潜水含水层，该层厚度约5.00 m，地下水埋深为1.34 m，自西南流向东北，地下水可补给场地东侧某河流。

1.2样品采集和分析

40口潜水监测井分布及地下水流场如图1所示(MW01—40为采样点编号)，监测井及地下水样品采集均按照相关技术导则进行[5-6]。样品于低温(≤4 ℃)密封保存并及时送至实验室分析检测，检测项目为VOCs，分析方法参考相关标准[7]。分析过程中设置空白样品及平行样品进行质量控制。

图1 监测井分布及地下水流场

Fig.1 Monitoring wells and groundwater flow field

1.3地下水健康与环境风险评估方法

基于我国HJ 25.3—2014《污染场地风险评估技术导则》[8]和美国的RBCA E2081导则[9]，本研究采用中国科学院南京土壤研究所开发的污染场地健康与环境风险评估软件HERA(health and environmental risk assessment software for contaminated sites)[10]进行分析。

污染物随地下水流动侧向迁移至离场水体暴露时，参考RBCA E2081导则推荐的迁移模块：

(1)

式中：为基于保护离场水环境的地下水修复目标值，mg/L；MCL为污染物最大浓度限值，mg/L；DAF为稀释衰减因子，无量纲。

根据多米尼克饱和带溶质运移模型[11]，假设地下水为稳定流，污染源为平面源，且垂直于地下水流向，污染物随地下水迁移过程中考虑对流、弥散、吸附与生物降解等自然衰减过程。DAF计算如式(2)：

(2)

式中：x为地下水迁移距离，m；y、z分别为污染源至地下水污染羽中心线的横向和垂向距离，m；Sw、Sd分别为地下水污染源宽度和厚度，m；λ为一阶衰减常数，d-1；αx、αy、αz分别为地下水纵向、横向和垂向弥散度，m，计算见式(3)—式(5)；Ri为污染物阻滞因子，无量纲，计算见式(6)；v为地下水渗流速度，m/d，由式(7)计算。

ax=0.83×(lgx)2.414(3)

ay=ax/10(4)

az=ax/100(5)

(6)

(7)

式中：Koc为有机碳-孔隙水分配系数，cm3/g；foc为含水层有机碳质量分数，无量纲；ρd为含水层土壤容重，g/cm3；θe为含水层有效孔隙度，无量纲；K为水力传导系数，m/d；i为水力梯度，无量纲。

地下水性质参数和离场迁移参数均由场地环境调查实测获取(表1)；受体暴露参数、土壤、空气和建筑物特征参数来源于导则[8]中的推荐值。

表1地下水性质参数

Table1Characteristicsofgroundwater

1.4参数敏感性分析

局部敏感性分析的原理是利用差商代替导数，使目标参数值由xk变化为xk+Δx，目标函数计算结果则由yi(xk)变化为yi(xk+Δx)，以此判断参数对计算结果的影响程度[12]，提高风险评估结果的可靠性。敏感性系数S计算如式(8)所示：

(8)