化學(xué)淋洗和固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤

陳銀合

(無錫市濱湖區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇無錫 214062)

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化學(xué)淋洗和固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤

陳銀合

(無錫市濱湖區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇無錫 214062)

重金屬是指密度等于或大于5的金屬。重金屬污染具有污染范圍廣、持續(xù)時間長、污染隱蔽性、無法被生物降解的特點，直接或間接地危害人類的健康和生命，如1956年日本水俁灣出現(xiàn)的轟動世界的“水俁病”就是由汞污染造成的。近年來，隨著區(qū)域經(jīng)濟不斷轉(zhuǎn)型，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，位于城區(qū)內(nèi)的企業(yè)開始“退城進園”，一批高污染、低產(chǎn)能的企業(yè)面臨著搬遷、轉(zhuǎn)型或者淘汰，遺留下來的污染土壤必須經(jīng)過修復(fù)后方可進行流轉(zhuǎn)再開發(fā)。重金屬污染土壤修復(fù)一直是國內(nèi)外研究的熱點課題，采用物理、化學(xué)和生物方法，通過以下途徑對重金屬污染土壤進行修復(fù)：①通過稀釋降低土壤中重金屬的濃度；②改變重金屬形態(tài)使其固定或鈍化，從而降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性；③從土壤中去除重金屬[1-2]。國內(nèi)土壤修復(fù)行業(yè)仍處于起步成長階段，多數(shù)試點項目為城市搬遷廠區(qū)的場地污染治理，有機物污染場地的修復(fù)案例較多，重金屬污染場地的修復(fù)案例并不多，很多重金屬技術(shù)尚處于實驗室研究階段。江蘇省無錫市濱湖區(qū)內(nèi)胡埭電鍍廠土壤修復(fù)工程為江蘇省首例重金屬污染修復(fù)工程，2009年被列入國家重金屬污染修復(fù)示范項目，并獲得2010年國家重金屬污染防治專項資金補助。筆者在分析原胡埭電鍍廠土壤污染概況的基礎(chǔ)上，確定了土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)、修復(fù)方案和驗收標(biāo)準(zhǔn)，并分別利用化學(xué)淋洗法修復(fù)重度污染土壤和固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)中度和輕度污染土壤。

1研究區(qū)土壤污染概況

無錫市濱湖區(qū)內(nèi)原胡埭電鍍廠由于建設(shè)較早，環(huán)保重視不夠，電鍍廢水未采取任何處理措施而直接排放，造成場地遭受嚴重污染。該廠關(guān)閉后作為商業(yè)用地開發(fā)，在開挖基坑時，發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)水呈紅色。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，土壤中Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量分別為18 100、9 460、1 130、1 650、720 mg/kg,參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)，嚴重超標(biāo)，土壤重金屬污染十分嚴重。現(xiàn)場采集7個污染土壤樣品，通過小麥、小白菜和蚯蚓(赤子愛蚯蚓Eiseniafetida)對污染土壤進行動植物毒性研究。結(jié)果表明，7個土壤樣品對小麥和小白菜均表現(xiàn)出一定的毒害作用，其中有2個土壤樣品表現(xiàn)出極強的生物毒性；有5個樣品對蚯蚓呈現(xiàn)出極強的急性致死效應(yīng)，7天死亡率皆為100%，另外2個樣品對蚯蚓呈現(xiàn)出一定的亞急性毒性，蚯蚓體內(nèi)的蛋白質(zhì)含量、過氧化氫酶(CAT)以及超氧化物歧化酶(SOD)活力值均受到不同程度的影響。因此，必須對該區(qū)重金屬污染土壤進行修復(fù)后，才可作為商業(yè)用地開發(fā)。

2土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)及修復(fù)方案的確定

2.1修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)原胡埭電鍍廠關(guān)閉后，場地作為商業(yè)用地開發(fā)，鑒于我國現(xiàn)行的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中沒有商業(yè)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)行業(yè)專家論證，場地開挖修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-2008)二級標(biāo)準(zhǔn)中的商業(yè)用地標(biāo)準(zhǔn)，即Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的標(biāo)準(zhǔn)值分別為800、500、200、600、700 mg/kg。

2.2修復(fù)方案重金屬污染土壤修復(fù)方法主要有化學(xué)淋洗法、水泥窯共處置、固化/穩(wěn)定化、植物修復(fù)及安全填埋技術(shù)[3-8]。化學(xué)淋洗法是利用加入特殊化學(xué)成分的淋洗液去除土壤中污染物，通過水力學(xué)或機械攪動土壤顆粒，使污染物與土壤顆粒分離[9-10]。土壤淋洗技術(shù)在發(fā)達國家已有30多年的成熟使用經(jīng)驗，可用于多種污染土壤。水泥窯共處置是將污染土壤與水泥生料共處置，經(jīng)過高溫煅燒，可以將污染物分解或固定，達到無害化處置[11-12]。因水泥窯具有處置量較大、成本較低等優(yōu)勢，國內(nèi)有些城市已經(jīng)采用水泥窯共處置技術(shù)處置危險廢物、市政污泥和城市垃圾，個別水泥窯企業(yè)經(jīng)過設(shè)備改造和技術(shù)論證，嘗試處理污染土壤或污泥，并取得一些經(jīng)驗。這些經(jīng)驗對于制定我國危險廢物與工業(yè)廢物水泥窯共處置規(guī)范具有一定的啟發(fā)和借鑒意義。固化/穩(wěn)定化技術(shù)包含兩層含義：固化是指利用水泥一類的物質(zhì)與土壤混合將污染物包被起來，使之呈顆粒狀或大塊狀存在，進而使污染物處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，固化程序包含將污染土壤與固化劑混合，以使土壤硬化的過程，混合物干燥后形成硬塊，可以在原地或轉(zhuǎn)移到其他地點進行最終處置；穩(wěn)定化是指利用磷酸鹽、硫化物和碳酸鹽等作為污染物穩(wěn)定處理的反應(yīng)劑，將有害化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成毒性較低或者遷移性較低的物質(zhì)，使其不具有危害性或移動性[13-14]。國外采用穩(wěn)定化/固化技術(shù)修復(fù)被汞和砷污染場地的工程應(yīng)用案例很多，該技術(shù)也是美國超級基金修復(fù)場地最常用的5種處理方法之一，自1982年以來，采用該技術(shù)已經(jīng)修復(fù)160多處場地。國內(nèi)也有采用穩(wěn)定化/固化技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤。植物修復(fù)是利用特定植物(對特定重金屬具有超累積能力)吸收土壤中的重金屬，達到凈化土壤的目的[15]。植物修復(fù)技術(shù)在污染土壤的修復(fù)領(lǐng)域使用較為廣泛，該技術(shù)適用于大面積的污染場地修復(fù)，近年來在美國修復(fù)市場占有的比例在10%左右。植物修復(fù)技術(shù)是最便宜的修復(fù)技術(shù)之一，但超累積植物一般只能對某種特定的重金屬具有超累積能力，對污染物較多的土壤修復(fù)則較為困難。另外，因為植物吸收污染物的速度很慢，導(dǎo)致修復(fù)時間很長，因此這種技術(shù)適用于對土地修復(fù)時間沒有嚴格限制的工程。安全填埋技術(shù)是將污染土壤清理后填埋至具有安全填埋條件的特定場地，使原有場地的土壤達到使用的要求，該技術(shù)未能最終去除土壤中污染物，對污染土壤的堆置、填埋場地存在環(huán)境風(fēng)險[16]。安全填埋技術(shù)適用于小面積的污染場地修復(fù)，近年來在國內(nèi)具有填埋場地條件的地區(qū)有實用案例。針對該區(qū)土壤重金屬污染程度，根據(jù)不同修復(fù)技術(shù)的特點(表1)，綜合考慮經(jīng)濟因素、時間因素和空間因素以及技術(shù)可行性，鑒于無錫市范圍內(nèi)危險廢物填埋場填埋能力的限制，無法消納大量的污染土壤，最終確定修復(fù)方案為化學(xué)淋洗和固化/穩(wěn)定化技術(shù)，即采用化學(xué)淋洗技術(shù)修復(fù)重度污染土壤，采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)中度和輕度污染土壤。

表1　不同重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)比較

2.3驗收標(biāo)準(zhǔn)鑒于國內(nèi)土壤修復(fù)行業(yè)仍處于成長階段，缺乏完善的土壤污染管理體系及政策法規(guī)支持，尚未頒布相關(guān)的土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，所以經(jīng)行業(yè)專家論證，該工程采用《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)作為修復(fù)土壤的驗收標(biāo)準(zhǔn)。

3土壤修復(fù)工程介紹

3.1重度污染土壤修復(fù)采用化學(xué)淋洗法修復(fù)重度污染土壤，挖掘出來的污染土壤與淋洗液混合，投加到反應(yīng)器中，通過攪拌等外力的輔助，使污染土壤和淋洗液發(fā)生作用，土壤中的大部分重金屬則被轉(zhuǎn)移到液相后，將洗過的土壤分離出來，作進一步處理，富集了污染物的淋洗液經(jīng)過處理后回用。由圖1可知，重度污染土壤經(jīng)篩分后，建筑垃圾進行資源化利用，土壤進行一級淋洗，經(jīng)檢測達標(biāo)的土壤則經(jīng)過脫水后進入堆場進行自然干化，洗液進入污水處理系統(tǒng)；若檢測不達標(biāo)，則添加二級淋洗劑后繼續(xù)淋洗，淋洗后的土壤經(jīng)脫水后進入堆場進行自然干化，洗液進入污水處理系統(tǒng)。經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理后的廢水可作為一級、二級淋洗的補給水。淋洗工程完工后，將污水處理系統(tǒng)內(nèi)的廢水處理達標(biāo)后排放，將含有重金屬的沉淀污泥以及污水處理系統(tǒng)中的活性炭作為危險廢物委托有資質(zhì)單位處理?；瘜W(xué)淋洗共修復(fù)污染土壤約1 000 m3，修復(fù)后的土壤原本可以回填至原開挖地塊作地基回填，但由于原地塊距廠界洋溪河較近，為避免重金屬滲出，所以后來作鋪路路基。

3.2中、輕度污染土壤修復(fù)采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)中度或輕度污染土壤。固化程序是將污染土壤與固化劑混合，使土壤硬化，可避免固化物中的化學(xué)物質(zhì)流散到周圍環(huán)境中，來自雨水或者其他水源的水在流經(jīng)地下環(huán)境中的固化物時，不會帶走或溶解其固化物中的有害物質(zhì)。穩(wěn)定化過程是通過將化學(xué)藥劑與污染土壤混合，改變有害物質(zhì)的特性，使其不易遷出。由圖2可知，污染土壤經(jīng)碾壓粉碎后，增加了接觸比表面積，按照次序分3步分別添加不同類型的化學(xué)藥劑后，進行機械攪拌，使藥劑與污染土壤充分接觸，形成穩(wěn)定的固化物，最后對固化物進行檢測，檢測達標(biāo)的土壤則貯存起來以備驗收，檢測不達標(biāo)的土壤則按照工藝流程，重新進行固化，直到檢測達標(biāo)。固化/穩(wěn)定化技術(shù)共修復(fù)約3 000 m3污染土壤，修復(fù)后的土壤作路基使用。

圖1　化學(xué)淋洗法工藝流程Fig.1　Technological process of chemical washing

圖2　固化/穩(wěn)定化工藝流程Fig.2　Technological process of solidification/stabilization

3.3修復(fù)效果該工程采用化學(xué)淋洗法、固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤在技術(shù)上是可行的，修復(fù)后土壤采用《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》作為驗收標(biāo)準(zhǔn)在目前也是合理的，修復(fù)效果達到了預(yù)期目標(biāo)。

4結(jié)語

目前，重金屬污染土壤修復(fù)在我國尚處于起步階段，從修復(fù)技術(shù)到修復(fù)結(jié)果的評判，均沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)可以參考，法律法規(guī)還不健全，限制了污染土壤修復(fù)，尤其是重金屬污染土壤修復(fù)實施的廣度和深度。由于修復(fù)后土壤中的重金屬并未完全去除，所以修復(fù)后土壤的應(yīng)用受到了限制。

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摘要首先，分析了無錫市濱湖區(qū)內(nèi)原胡埭電鍍廠土壤污染概況；然后，確定了土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)、修復(fù)方案和驗收標(biāo)準(zhǔn)；最后，介紹了不同程度污染土壤的修復(fù)工程。檢測結(jié)果表明，原胡埭電鍍廠土壤中Cr、Cu、Ni、Pb和Zn嚴重超標(biāo)，部分污染土壤對小麥、小白菜和蚯蚓表現(xiàn)出極強的生物毒性，必須修復(fù)后方可作為商業(yè)用地開發(fā)。土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-2008)二級標(biāo)準(zhǔn)中的商業(yè)用地標(biāo)準(zhǔn)；針對土壤重金屬污染程度，綜合考慮經(jīng)濟和時間因素，采用化學(xué)淋洗法修復(fù)重度污染土壤，采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)中、輕度污染土壤；修復(fù)土壤采用《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)進行驗收，修復(fù)效果達到了預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞化學(xué)淋洗；固化/穩(wěn)定化；修復(fù)；重金屬污染土壤

Remediation of Heavy Metal Contaminated Soil by Combined Technology of Chemical Washing and Solidification/Stabilization

CHEN Yin-he(Binhu Environmental Monitoring Station of Wuxi City, Wuxi,Jiangsu 214062)

AbstractFirstly, the situation of heavy metal contaminated soil in Hudai electroplating factory in Binhu District of Wuxi City was analyzed; secondly, the remediation standard, remediation scheme and acceptance criteria of the soil were determined; finally, the remediation projects of the polluted soil were introduced. The results of soil detection showed that Cr,Cu,Ni,Pb and Zn content in the contaminated soil exceeded the standard, and parts of the contaminated soil had strong biotoxicity to wheat,little cabage andEiseniafetida, so the contaminated soil must be remediated before being developed into commercial soil. The commercial soil standard of theEnvironmentalQualityStandardforSoils(GB 15618-2008) was used as the remediation standard.According to the contamination degree of the contaminated soil, as well as economic factor and time factor, the soil contaminated by heavy metals at different levels was separately remedied by chemical washing or solidification/stabilization.IdentificationStandardsforHazardousWastes-IdentificationforExtractionToxicity(GB 5085.3-1996) was used as the acceptance criteria of remediated soil.

Key wordsChemical washing; Solidification/Stabilization; Remediation; Heavy metal contaminated soil

收稿日期2015-12-14

作者簡介陳銀合(1979- )，男，江蘇東海人，工程師，碩士，從事水污染控制研究。

中圖分類號S 181.3

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-156-03