工業(yè)園區(qū)金屬污染土壤與地下水治理技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：工業(yè)園區(qū)；金屬污染；土壤治理；地下水修復(fù)；監(jiān)測(cè)評(píng)估中圖分類(lèi)號(hào)：X523 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500(2025)06-0146-03DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.042

Research on Treatment Technologies for Metal-Contaminated Soil and Groundwater in Industrial Parks

FENGShuxian

(Genzon Investment Group Co.，Ltd.， Shenzhen5180oo，China)

Abstract:Inresponse to theenvironmental problemsofmetalpollution insoilandgroundwaterin industrial parks，the distributioncharacteristicsandmigrationlawsofmetalpolutantsintypicalindustrialparkswerestudiedand investigated， and the coupling mechanism of soil groundwater polution was deeply analyzed.Conduct research on soil treatment technologiessuchssdiatio/stabilzaion，oillacng，ioremediatio，sellasoudwatertreatmnttholoiessch ashydraulicontrol，insituemicalduction，ndpermeableactionals.asedonticalengineeringses，ablishn evaluation indexsystem for governance effectivenessand propose long-term monitoring andriskcontrol strategies.

Keywords:industrialparks;metalcontamination;soilremediation;groundwaterrestoration;monitoringandevaluation

隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)園區(qū)作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體，面臨著嚴(yán)峻的土壤與地下水金屬污染問(wèn)題。金屬污染物在土壤、地下水系統(tǒng)中具有持久性和累積性特征，且存在復(fù)雜的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，給污染治理帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。金屬污染土壤和地下水治理技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新，但工程實(shí)踐中面臨著技術(shù)適用性不足、經(jīng)濟(jì)可行性受限等問(wèn)題。

重金屬的環(huán)境行為。地下水位的季節(jié)性波動(dòng)加劇了非飽和帶重金屬的淋溶遷移。土壤－地下水污染耦合機(jī)制研究表明，重金屬在土壤中的吸附－解吸平衡、氧化還原反應(yīng)和絡(luò)合作用決定了其生物有效性，而地下水參數(shù)變化會(huì)引起重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化，影響其遷移行為。

1土壤金屬污染治理技術(shù)

工業(yè)園區(qū)金屬污染特征分析揭示了區(qū)域環(huán)境污染的整體狀況。調(diào)查顯示，工業(yè)園區(qū)土壤重金屬污染呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性集聚效應(yīng)，主要分布于電鍍、冶金等重工業(yè)集中區(qū)域，污染物濃度隨深度增加呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)。工程地質(zhì)與水文條件是影響污染物遷移轉(zhuǎn)化的重要因素。土壤理化性質(zhì)與地下水流場(chǎng)特征共同影響

1.1固化/穩(wěn)定化技術(shù)

固化/穩(wěn)定化技術(shù)通過(guò)添加固化劑或穩(wěn)定劑來(lái)降低土壤中重金屬污染物的遷移性和生物有效性。固化過(guò)程中，水泥、石灰等無(wú)機(jī)膠凝材料與土壤發(fā)生反應(yīng)形成穩(wěn)定固化體；穩(wěn)定化過(guò)程利用磷酸鹽、硫化物等與重金屬發(fā)生沉淀、絡(luò)合反應(yīng)，生成難溶性化合物。

磷酸鹽類(lèi)穩(wěn)定劑通過(guò)形成難溶性磷酸鹽礦物相固定鉛、鋅重金屬，硫化物類(lèi)穩(wěn)定劑通過(guò)還原反應(yīng)生成金屬硫化物處理銅、鎘重金屬。土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換量等性質(zhì)影響處理效率。固化/穩(wěn)定化技術(shù)工藝成熟、成本適中，但需關(guān)注重金屬的長(zhǎng)期穩(wěn)定性[1。納米材料、生物質(zhì)炭等新型穩(wěn)定劑的應(yīng)用為提升處理效果提供新思路。固化/穩(wěn)定化技術(shù)的作用機(jī)理如圖1所示。

1.2土壤淋洗技術(shù)

土壤淋洗技術(shù)通過(guò)添加淋洗劑，利用離子交換、絡(luò)合、溶解等作用將重金屬?gòu)耐寥李w粒表面解吸至液相。乙二胺四乙酸、檸檬酸等絡(luò)合劑與重金屬形成可溶性絡(luò)合物；無(wú)機(jī)酸通過(guò)降低 pH 值增強(qiáng)重金屬溶解性；表面活性劑促進(jìn)重金屬解吸。土壤淋洗技術(shù)的淋洗效率受土壤粒徑、有機(jī)質(zhì)含量、 pH 值等理化性質(zhì)影響。工藝參數(shù)優(yōu)化如淋洗時(shí)間、液固比和攪拌強(qiáng)度，能夠提高土壤淋洗技術(shù)的重金屬去除率。對(duì)于難處理污染物，可采用多級(jí)淋洗或淋洗－固化聯(lián)合工藝。該技術(shù)處理周期短、效果顯著，但需重視廢水處理和土壤修復(fù)。

1.3生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)通過(guò)植物吸收和微生物降解作用實(shí)現(xiàn)重金屬污染土壤的生態(tài)治理。超富集植物具有強(qiáng)大的金屬富集能力和生物量?jī)?yōu)勢(shì)，在鎘、鋅等重金屬污染修復(fù)中表現(xiàn)突出。植物根際微生物分泌有機(jī)酸、螯合劑等代謝產(chǎn)物，增強(qiáng)重金屬的生物有效性。耐重金屬菌株利用氧化還原、甲基化等代謝途徑改變金屬的價(jià)態(tài)和形態(tài)，降低其毒性。生物強(qiáng)化技術(shù)引入高效降解菌株或添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提升了原位微生物群落的修復(fù)活性。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)發(fā)揮協(xié)同作用，在提高重金屬去除率的同時(shí)改善土壤生態(tài)環(huán)境[2]。

2地下水金屬污染治理技術(shù)

2.1水力控制技術(shù)

水力控制技術(shù)基于水文地質(zhì)條件，通過(guò)抽水井和注水井系統(tǒng)調(diào)控地下水流場(chǎng)，防止污染物遷移擴(kuò)散。在污染羽下游設(shè)置抽水井形成水力阻隔帶，上游布設(shè)注水井構(gòu)建水力梯度，實(shí)現(xiàn)污染羽的定向運(yùn)移。依據(jù)達(dá)西定律和地下水流動(dòng)基本方程設(shè)計(jì)水力控制系統(tǒng)。滲流速度 q 的計(jì)算公式為

q=-K(dh/dl)

式中： K 為滲透系數(shù)；dh/dl為水力梯度。

抽水井影響半徑 R 的計(jì)算公式為

式中： s 為水位降深； t 為抽水時(shí)間； n 為有效孔隙度。

抽水井群布設(shè)需綜合考慮含水層特性、污染物濃度分布和地下水流向，通過(guò)數(shù)值模擬優(yōu)化井位與抽水量。水力控制過(guò)程產(chǎn)生的污染地下水需達(dá)標(biāo)處理后進(jìn)行回注或排放。

2.2 原位化學(xué)還原技術(shù)

原位化學(xué)還原技術(shù)通過(guò)向含水層注人零價(jià)鐵、硫化物等還原劑，利用氧化還原反應(yīng)將高價(jià)態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為低毒性形態(tài)。在地下水中，零價(jià)鐵還原劑發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，產(chǎn)生活性氫和 Fe²⁺ ，還原 Cr(V) ）As(?V )等氧化態(tài)金屬。還原反應(yīng)主要遵循氧化還原電位方程。該方程式為

ΔE=E⁰-(RT/nF)lnQ

式中： ΔE 為電極電位； E⁰ 為標(biāo)準(zhǔn)電極電位； R 為氣體常數(shù)； T 為絕對(duì)溫度； F 為法拉第常數(shù)； 為反應(yīng)商。

零價(jià)鐵還原 Cr(W) 的反應(yīng)方程為

Fe+Cr₂O₇^2-+14H⁺?2Cr³⁺+2Fe³⁺+7H₂O

注人工藝參數(shù)直接影響還原效率，還原劑濃度、注入壓力和注入量需根據(jù)污染物種類(lèi)和濃度確定。納米級(jí)零價(jià)鐵具有比表面積大、反應(yīng)活性高特點(diǎn)，在地下水重金屬污染治理中表現(xiàn)突出。

2.3 可滲透反應(yīng)墻技術(shù)

可滲透反應(yīng)墻技術(shù)通過(guò)在污染羽遷移路徑上構(gòu)建含活性填料的滲透性屏障，利用填料與重金屬的物理化學(xué)作用去除污染物。零價(jià)鐵、活性炭、沸石等材料因具有良好的吸附還原性能，被廣泛應(yīng)用于地下水金屬污染治理。反應(yīng)墻設(shè)計(jì)參數(shù)包括墻體厚度、寬度和深度，確保污染物與填料充分接觸。零價(jià)鐵通過(guò)還原反應(yīng)降低重金屬價(jià)態(tài)，活性炭和沸石依靠大比表面積和離子交換能力固定金屬離子。反應(yīng)墻設(shè)置形式包括連續(xù)墻、漏斗-門(mén)式和多重反應(yīng)帶。長(zhǎng)期運(yùn)行中，可滲透反應(yīng)墻填料易發(fā)生鈍化和堵塞，需定期更換。該技術(shù)運(yùn)行維護(hù)成本低，無(wú)須能量輸入，處理效果穩(wěn)定，但前期工程投入大[3]。

3工程應(yīng)用與效果評(píng)估

3.1典型工程案例分析

以某化工污染場(chǎng)地的重金屬?gòu)?fù)合污染土壤修復(fù)工程為例，分析工程應(yīng)用效果。該地塊位于廠區(qū)古舊排水溝道水泥路旁，占地面積為 175.7m² 。環(huán)境調(diào)查顯示，場(chǎng)地存在重金屬、半揮發(fā)性有機(jī)物、石油類(lèi)和硫酸鹽污染，污染面積分別為27261、33279、 20763m² 和 8 030m² 。場(chǎng)地內(nèi)檢出汞、鎳、鉻、鉛、砷、銅、鋅等重金屬，S96號(hào)點(diǎn)位 3m 處8種重金屬指標(biāo)均超過(guò)《展覽會(huì)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（暫行）》

（HJ350—2007）B標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)超標(biāo)54倍。修復(fù)工程采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)查、技術(shù)比選以及施工期環(huán)境控制，土壤固化體強(qiáng)度滿足承載力要求。工程實(shí)施后，場(chǎng)地重金屬浸出濃度滿足毒性特征浸出程序（Toxicity CharacteristicLeachingProcedure，TCLP）限值，實(shí)現(xiàn)污染地塊安全利用[4。

3.2治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)

針對(duì)工業(yè)園區(qū)重金屬污染治理工程，治理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立了多維度評(píng)價(jià)方法。土壤治理效果評(píng)價(jià)通過(guò)浸出毒性試驗(yàn)和固化體強(qiáng)度測(cè)試，以金屬離子浸出濃度和抗壓強(qiáng)度作為關(guān)鍵指標(biāo)。地下水治理效果評(píng)價(jià)包括污染物濃度達(dá)標(biāo)率和污染羽擴(kuò)散控制程度，結(jié)果如表1所示。

3.3長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)管控

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)針對(duì)工業(yè)園區(qū)重金屬污染場(chǎng)地構(gòu)建多層次管理體系。建立土壤和地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)遵循代表性、系統(tǒng)性原則。土壤監(jiān)測(cè)關(guān)注表層 0.0～0.5m 、中層 0.5～2.0m 和深層 2.0～5.0m 的重金屬含量，采用季度采樣方式[5]。地下水監(jiān)測(cè)設(shè)置上、中、下游監(jiān)測(cè)井，每月采樣分析重金屬濃度，并實(shí)時(shí)監(jiān)控地下水位、pH值等指標(biāo)。風(fēng)險(xiǎn)管控通過(guò)防滲阻隔、雨水導(dǎo)排等工程手段控制污染擴(kuò)散，設(shè)置場(chǎng)地用途管制區(qū)，限制土地開(kāi)發(fā)利用方式。

4結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)研究工業(yè)園區(qū)金屬污染土壤與地下水治理技術(shù)，發(fā)現(xiàn)污染物在土壤－地下水系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律是影響治理效果的關(guān)鍵因素。針對(duì)不同污染特征，選擇合適的治理技術(shù)組合至關(guān)重要。固化／穩(wěn)定化、土壤淋洗等土壤治理技術(shù)，以及水力控制、原位化學(xué)還原等地下水治理技術(shù)，在工程實(shí)踐中均表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果。建立科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)機(jī)制，是治理工程可持續(xù)性的重要保障。

參考文獻(xiàn)

1占升，紀(jì)斌，潘曉波，等.工業(yè)園區(qū)地下水污染管控分區(qū)分級(jí)的方法及實(shí)踐[J].環(huán)境科技，2024（6）:55-59.

2 江馳，歐麗，黃田心，等.贛南某工業(yè)園區(qū)地下水金屬污染特征和成因研究[J].安全與環(huán)境工程，2024（5）：190-198.

3 李玉皎.西北某工業(yè)園區(qū)地下水污染現(xiàn)狀及治理方案研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2024.

4陳曉，許青枝，陶國(guó)建.工業(yè)園區(qū)地下水污染防控與治理措施[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2021（9）：114-115.

5劉勇.工業(yè)園區(qū)土壤重金屬污染防控對(duì)策研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2017.