廢棄鐵合金廠土壤重金屬污染修復(fù)效果評估

劉宇娟，陳建華，陳 姣，周建良，彭宗良

(1.中南林業(yè)科技大學(xué),湖南 長沙 410004;2.湖南省益佳建設(shè)監(jiān)理有限公司,湖南 長沙 410004;3.湖南省和清環(huán)境科技有限公司,湖南 湘潭 411400)

1 引言

近年來金屬冶煉、采礦、化工等行業(yè)發(fā)展迅速，大量重金屬伴隨廢液及廢棄物被排放到了環(huán)境中，土壤被嚴(yán)重污染[1～5]。如果過量的重金屬元素進入土壤不僅直接影響了土壤質(zhì)量，對農(nóng)業(yè)用地與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重威脅，而且會伴隨食物鏈進入人體而引發(fā)疾病[6～9]。汞、銅、鎘、鉛、鉻、鋅、鎳等是土壤中主要的重金屬污染元素，其中有些重金屬還具有較強的毒性, 并且不可生物降解[10,11]。在全國污染分布中，不同區(qū)域間的污染類型和程度有所差別，東南和西南地區(qū)相比西北和東北地區(qū)，鎘、汞、砷、鉛4種無機污染物的含量較高[12]。針對土壤重金屬污染問題，通常采取物理、化學(xué)、生物等一系列有效治理方法去修復(fù)被污染的土壤[13～15]。換土、客土和深耕翻土是應(yīng)用最為廣泛的幾種物理修復(fù)方法，主要原理是減少單位土體中重金屬的含量或通過減少動植物與重金屬的接觸以達到安全標(biāo)準(zhǔn)[16,17]?；瘜W(xué)固定和化學(xué)還原是常用的化學(xué)修復(fù)方法，化學(xué)固定技術(shù)主要是利用固化劑對重金屬的吸附、共沉淀或離子交換等作用來降低其可移動性和溶解性[18,19]?；瘜W(xué)還原技術(shù)是指使用零價鐵、二價鐵等具有強還原性的化學(xué)試劑將土壤中重金屬價態(tài)降低，以降低其毒性[20,21]。植物修復(fù)和微生物修復(fù)是常用的生物修復(fù)方法，生物修復(fù)技術(shù)是一種成本低、環(huán)境友好、公眾接受度高的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)[22～24]。本文以湖南某廢棄鐵合金廠為例，探討各種修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染區(qū)的綜合運用，并對其修復(fù)效果做出評估[25～28]。

2 材料與方法

2.1 場地概況

該廢棄鐵合金廠位于湘鄉(xiāng)市某地，廠區(qū)面積約100 畝。因為歷史原因，原金屬鉻濕法冶煉生產(chǎn)線(2006 年停產(chǎn))的廠房、渣場及周邊地區(qū)均受到六價鉻的污染。 雨季造成大量地表水污染，六價鉻通過地表水輸送到深層土壤， 造成土壤污染。目前該廠現(xiàn)已全面搬遷，但由于長期的生產(chǎn)及以往鉻渣的隨意堆放，已經(jīng)造成廠區(qū)土壤污染嚴(yán)重。

2.2 研究方法

2.2.1 樣品采集

此次對該場地及周邊土壤進行檢測，首先采集修復(fù)前的土壤樣品，其中污染土壤清挖效果評估檢測工作與清挖工程同步進行；清潔客土的檢測在客土入場回填前進行；場地土壤修復(fù)效果評估檢測在土壤修復(fù)工程完成，清潔客土覆蓋后進行。對清挖范圍基坑內(nèi)部和邊緣的原址土取樣，主要是采集表層(0～20 cm)土樣，采樣點的位置在基坑底部和側(cè)壁。在進行采樣前，需要先對場地進行布點，基坑側(cè)壁采用的布點方法是等距離布點法，基坑底部采用的布點方法是系統(tǒng)布點法。2019年5月21日至22日開始布點，按照20 m×20 m的方式進行系統(tǒng)布點，四周側(cè)面按照40 m分段采樣檢測，共采集土壤樣品190 個。本項目主要污染物為重金屬，以采樣網(wǎng)格和間隔來收集混合樣品(均勻采集9個表層土壤樣品制成混合樣)。2019年6月21號，根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)，該場地土壤污染程度較深，所以對修復(fù)后的場地選取0～50 cm的上層土壤進行采樣，采用系統(tǒng)布點法，以38.5 m×38.5 m的方式進行系統(tǒng)布點，共采集45 個土壤樣品。土壤樣品運送期間需要進行密封保存，將其置于4 ℃環(huán)境中運往實驗室進行分析。采樣點分布見圖1、2所示。

圖1 場地污染土壤清挖效果檢測點位示意

圖2 修復(fù)后場地土壤評估檢測點位示意

2.2.2 樣品分析

對樣品進行檢測，土壤樣品分析及測試方法如表1所示。

表1 主要重金屬分析檢測方法

2.2.3.1 原位注入阻隔技術(shù)

原位注入阻隔技術(shù)是通過設(shè)置阻隔層來達到將污染物阻隔在土壤中的效果，防止其在土壤中遷移擴散。該項目按危險廢物填埋場標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)一座阻隔堆存場，對表層(0～50 cm)土壤(渣土混合物)阻隔填埋處置。六價鉻浸出毒性濃度未超過《鉻渣污染治理環(huán)境保護技術(shù)規(guī)范》(HJ/T301-2007)中鉻渣進入一般固廢場要求的該場地表層土壤，直接運送至阻隔堆存場。

2.2.3.2 化學(xué)固定技術(shù)

化學(xué)固定技術(shù)主要是將各種固定試劑用于被污染的土壤，使土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變，通過重金屬的吸附、沉淀、絡(luò)合等作用固定土壤中的重金屬，降低其在環(huán)境中的流動性和生物可利用性，有效地避免了污染的進一步擴散?；瘜W(xué)固定技術(shù)的適用對象是低濃度、大面積重金屬污染的土壤。六價鉻浸出毒性濃度超《鉻渣污染治理環(huán)境保護技術(shù)規(guī)》 (HJ/T301-2007)中鉻渣進入一般固廢場要求的該場地污染土壤，采取該技術(shù)進行治理，達到進入一般固廢場要求后，填埋至阻隔。

2.2.3.3 客土回填法

客土回填法是指對表層污染嚴(yán)重的土壤進行清挖后，從別處移來質(zhì)地好的壤土用于置換原本污染嚴(yán)重的土壤。清挖評估區(qū)域的污染土壤，將污染土壤暫存于臨時堆場，對清挖后的評估區(qū)域場地采用清潔客土回填，回填的厚度為50 cm。

2.2.4 評估方法

采用逐個比對法進行土壤修復(fù)效果評估。

將修復(fù)目標(biāo)值作為評估標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)取樣點的檢測值小于或等于修復(fù)目標(biāo)值時，達到標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)取樣點的檢測值大于修復(fù)目標(biāo)值時，未達到標(biāo)準(zhǔn)；只有當(dāng)所有樣品達到評估標(biāo)準(zhǔn)時，才能判斷場地的修復(fù)效果。

2018年《中共中央國務(wù)院關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》《農(nóng)業(yè)部關(guān)于大力實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略加快推進農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的意見》《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 財政部關(guān)于深入推進農(nóng)村一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展開展產(chǎn)業(yè)興村強縣示范行動的通知》先后發(fā)布。文件將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化聯(lián)合體視為重點培育的一種新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體和產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營市場主體。之所以將聯(lián)合體視為推動農(nóng)村產(chǎn)業(yè)融合的主體之一，是由于二者在驅(qū)動力、產(chǎn)業(yè)依托、聯(lián)結(jié)要求、合作基礎(chǔ)等方面高度契合。

(1)評估范圍。污染土壤清挖效果評估監(jiān)測范圍：包括清挖基坑側(cè)壁、基坑底部以及進行修復(fù)的污染土壤。

(2)評估對象和因子。本次效果評估的對象主要為評估范圍內(nèi)的土壤。評估因子包括pH值、總鉛、總鎘、總鉻、六價鉻、總錳和總鋅。

(3)修復(fù)目標(biāo)。本次評估區(qū)域土壤重金屬總鉻、六價鉻、總鉛和總錳等以湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)《重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》(DB43/T1165-2016)中工業(yè)用地修復(fù)總量標(biāo)準(zhǔn)值作為修復(fù)目標(biāo)值。修復(fù)治理后，上層土壤(0～0.5 m)污染物總量須符合《湖南省地方標(biāo)準(zhǔn) 重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》(DB43/T1165-2016)中規(guī)定的總量標(biāo)準(zhǔn)值。修復(fù)目標(biāo)見表2。

表2 表層土壤修復(fù)目標(biāo)

(4)修復(fù)后場地土壤評價標(biāo)準(zhǔn)。污染場地修復(fù)后，上層土壤重金屬總量應(yīng)符合《湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》(DB43/T1165-2016)中重金屬污染場地土壤修復(fù)總量標(biāo)準(zhǔn)(工業(yè)用地)限值要求，水浸濃度應(yīng)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)限值詳見表3和表4。

表3 修復(fù)后場地上層土壤污染物(總量)評價標(biāo)準(zhǔn) pH值無量綱，其余為mg/kg

表4 修復(fù)后場地上層土壤污染物(水浸濃度)評價標(biāo)準(zhǔn) pH值無量綱，其余為mg/L

3 結(jié)果

3.1 場調(diào)結(jié)果

場地環(huán)境調(diào)查過程中通過10 種重金屬進行總量濃度檢測：鉻為最主要污染的重金屬，超標(biāo)率均為69.2%，其次為錳、鋅；鉻最高濃度5940 mg/kg(超標(biāo)7.4倍)、錳最高濃度35500 mg/kg(超標(biāo)3倍)、鋅最高濃度 20200 mg/kg(超標(biāo)28.8 倍)。根據(jù)土壤檢測結(jié)果，場內(nèi)土壤污染情況主要表現(xiàn)為總鉻超標(biāo)為主，超標(biāo)率為48.3%，部分區(qū)域六價鉻浸出毒性值超標(biāo)，超標(biāo)率為14.3%。

10種重金屬總量檢測結(jié)果見表5，評估區(qū)域污染情況見圖3。

注：圖中灰色區(qū)域為輕度污染，白色區(qū)域為中重度污染

表5 場地環(huán)境調(diào)查過程中 10 種重金屬總量檢測統(tǒng)計

3.2 檢測結(jié)果

污染土壤清挖效果結(jié)果顯示，第一次采集的場地清挖側(cè)壁和底坑的190 個土壤樣品中，有17 個超標(biāo)，土壤樣品超過了限值，超標(biāo)污染物均為六價鉻(同步進行了采樣，檢測結(jié)果基本一致)，超標(biāo)最高值達到了1.386 mg/L。經(jīng)二次清挖后，對場地清挖側(cè)壁和底坑進行了補充檢測，檢測結(jié)果顯示仍有5 個點位六價鉻超標(biāo)，之后再次對超標(biāo)區(qū)域進行了清挖。一個月后第三次對場地曾檢出超標(biāo)的網(wǎng)格進行了采樣檢測，檢測結(jié)果顯示上述網(wǎng)格底坑和側(cè)壁土壤樣品污染物均滿足限值。

經(jīng)多次檢測和二次清挖后，本次評估區(qū)域場地清挖效果最終達到了實施方案要求。場地修復(fù)后，對場地土壤進行了采樣和檢測，檢測結(jié)果見表6、表7。

表6 修復(fù)后土壤樣品(污染物水浸濃度)檢測結(jié)果 pH值無量綱，其余均為mg/L

續(xù)表6

表7 修復(fù)后土壤樣品(污染物總量)檢測結(jié)果 pH值無量綱，其余均為mg/kg

續(xù)表7

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

根據(jù)上述檢測結(jié)果，本次評估采集的修復(fù)后場地土壤樣品中污染物總量均符合《湖南省重金屬污染場地土壤修復(fù)總量標(biāo)準(zhǔn)(工業(yè)用地)》的限值要求，土壤樣品污染物水浸濃度均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類限值。采集的修復(fù)后場地土壤中鉛、鎘等檢測因子(總量)均符合土壤環(huán)境質(zhì)量第二類用地篩選和管制值要求。

本次評估采集的修復(fù)后場地土壤有少量點位土壤中六價鉻(總量)的含量超過了土壤環(huán)境質(zhì)量篩選值要求，但未超過管制值要求。

由上可知：場地土壤修復(fù)后可同時滿足《湖南省地方標(biāo)準(zhǔn) 重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》(DB43/T1165-2016)中重金屬污染場地土壤修復(fù)總量標(biāo)準(zhǔn)(工業(yè)用地)限值要求和《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600-2018)要求，達到了治理修復(fù)目標(biāo)。這一結(jié)果說明了綜合運用客土回填法、原位注入阻隔技術(shù)和化學(xué)固定技術(shù)等多種土壤修復(fù)方法對重金屬污染土壤的治理是可行的。

3.2 效果評估

根據(jù)檢測結(jié)果，并結(jié)合實地調(diào)查和相關(guān)記錄，評估認(rèn)為修復(fù)區(qū)域污染土壤清挖效果和修復(fù)后的場地均滿足實施方案和設(shè)計文件要求，場地修復(fù)工作達到了預(yù)期效果。本次鐵合金廠重金屬污染土壤修復(fù)效果評估合格可以為重金屬土壤修復(fù)提供技術(shù)示范和寶貴的技術(shù)經(jīng)驗。

3.3 建議

為了更好地保護修復(fù)區(qū)域，建議對已經(jīng)修復(fù)的區(qū)域內(nèi)不進行過深的開挖施工作業(yè)。做好已修復(fù)區(qū)域與未修復(fù)區(qū)域的污染阻隔工作，避免修復(fù)好的區(qū)域被重新污染。

目前土壤重金屬污染顯現(xiàn)出了很多問題，人體健康受到極大威脅，修復(fù)與治理工作刻不容緩。因此，要了解多種修復(fù)技術(shù)，提高修復(fù)效率和質(zhì)量，以達到優(yōu)化土壤質(zhì)量的目的。另外，還需加強污染源的控制，爭取在最短的時間內(nèi)獲得最大的修復(fù)效果，加快生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。