上海某污染土壤修復(fù)工程實(shí)例及探索

林姝燦，宋立杰，諸 毅，安 淼，戴世金，趙由才*

(1.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092；2.上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司，上海 200232；3.上海污染場(chǎng)地修復(fù)工程技術(shù)研究中心，上海 200232)

重金屬土壤污染已成為當(dāng)今社會(huì)的焦點(diǎn)問(wèn)題 ，其與人類生活健康息息相關(guān)，故越來(lái)越得到重視。汞、鎘、鉛、鉻、砷等毒性嚴(yán)重的重金屬元素是導(dǎo)致土壤污染的主因，但也存在類似于鋅、銅、鈷、鎳等低濃度有益而在高濃度的情況下才顯出毒性的重金屬元素[1]。

土壤中的重金屬滯留時(shí)間長(zhǎng)，且包裹在土粒內(nèi)部具有隱匿性，難以徹底的處理。同時(shí)沒(méi)有外力作用，被重金屬滲入的土壤移動(dòng)性差，難以被微生物降解。其經(jīng)過(guò)水和植物等介質(zhì)之后容易被作物吸收，一則直接影響作物的生理生化過(guò)程和生長(zhǎng)發(fā)育，降低產(chǎn)量和品質(zhì)，二則最終重金屬會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入人的身體中危害人類的健康。各種重金屬中毒的案例比比皆是，需要引起社會(huì)各界關(guān)注[2]。富集在人體內(nèi)的重金屬同樣的概率富集在土壤動(dòng)物的體內(nèi)，危害土壤動(dòng)物多樣性，造成常見群落和優(yōu)勢(shì)群落的減少，降低土壤生態(tài)作用，使其陷入惡化加劇的死循環(huán)[3]。

除此之外，重金屬污染也對(duì)應(yīng)用于工程方面的土壤有所影響。對(duì)于地基土來(lái)說(shuō)，被污染的土壤，其壓縮性和凝聚力加強(qiáng)，摩擦角變小，同時(shí)，重金屬污染使得地下建筑結(jié)構(gòu)由于腐蝕等作用而被破壞，影響工程建設(shè)進(jìn)展和效果的同時(shí)，也可能為日后的安全埋下隱患[4]。

盡管部分研究[5-6]表明潛在生態(tài)危害仍然處于可控范圍內(nèi)，為較輕程度的影響,對(duì)當(dāng)?shù)氐氖卟朔N植和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響甚微。但星火可以燎原，現(xiàn)階段的修復(fù)與防控還是必不可少的。

上海某地區(qū)曾為工業(yè)園區(qū)，其土壤中污染重金屬種類復(fù)雜，面對(duì)土地利用類型的轉(zhuǎn)變，其污染對(duì)后期土地新的利用建設(shè)，影響嚴(yán)重。尤其土壤中銅和鉻的含量均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為保證后期工程的正常施工和進(jìn)行，對(duì)該地區(qū)土壤進(jìn)行修復(fù)工程。

1 鉻和銅重金屬污染土壤工程

1.1 待修復(fù)土壤背景值

表1 鉻高污染土壤金屬含量及其浸出濃度(附對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn))

表2 含金屬銅污染土壤其浸出濃度(附對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn))

項(xiàng)目待修復(fù)土壤面積共計(jì)約95000 m2，該地塊規(guī)劃為企業(yè)科研用地，屬非敏感類用地。該地塊中超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)可接受水平的關(guān)注污染物共12種，重金屬污染主要鉻和銅兩種。現(xiàn)場(chǎng)取樣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地的土壤存在以下特點(diǎn)：1)污染物分布不均。各點(diǎn)處利用便攜式XRF測(cè)定儀測(cè)得的結(jié)果相差很大，受污染程度不同；2)污染類型多樣。存在單一重金屬污染及重金屬、有機(jī)物復(fù)合型污染；3)土樣中雜質(zhì)含量高。待修復(fù)土壤中重點(diǎn)取鉻和銅污染嚴(yán)重的部分，其調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

1.2 重金屬污染土壤修復(fù)目標(biāo)

根據(jù)相應(yīng)的合同以及參考《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(修訂GB15618-12008)》，針對(duì)該區(qū)域土地的污染物特性，對(duì)四種污染重金屬做出相應(yīng)修復(fù)指標(biāo)的要求，如表3所示。

表3 桃浦地區(qū)待修復(fù)區(qū)域土壤修復(fù)目標(biāo)值及規(guī)劃用途浸出濃度要求

其他重金屬參照土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行修復(fù)：土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(修訂)(GB15618-12008)。

現(xiàn)階段的浸出方法主要為三種：分別是根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法(HJ557-2010)》采用去離子水的水平振蕩法，根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ/T299-2007)》采用硫酸-硝酸的硫酸醋酸法，根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法(HJ/T300-2007)》采用醋酸緩沖溶液的醋酸緩沖溶液法。鉻渣多顯堿性，具有較強(qiáng)的算中和能力，所以對(duì)于鉻的浸出通常采用酸性較強(qiáng)的浸取劑[7]。

1.3 污染土壤修復(fù)技術(shù)路線

考慮待修復(fù)土壤中的污染類型及對(duì)應(yīng)修復(fù)指標(biāo)，綜合經(jīng)濟(jì)情況設(shè)計(jì)的修復(fù)技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 土壤修復(fù)技術(shù)方案

現(xiàn)場(chǎng)土壤穩(wěn)定化修復(fù)采用石灰預(yù)調(diào)水分，再加入穩(wěn)定化藥劑的方法。其基本工藝流程為(圖2)：污染場(chǎng)地經(jīng)過(guò)整理后，用挖機(jī)把土壤整理成土堆，此時(shí)土壤中含有一些石塊、建筑垃圾、樹枝等雜物，需要利用篩分斗進(jìn)行篩分。在這過(guò)程中，為便于施工，加入一定量的石灰調(diào)節(jié)含水率。用挖機(jī)將土壤和穩(wěn)定化藥劑加入一體化設(shè)備穩(wěn)定化處理。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)基本工藝流程

利用便攜式XRF測(cè)定儀判斷某處土堆主要污染，確認(rèn)其對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定化藥劑便于減少投加量。

2 鉻銅重金屬污染土壤修復(fù)工藝參數(shù)

針對(duì)鉻污染重的土壤，比較FeS、FeSO4、Fe0和NaS2O4(AR級(jí))等鐵系氧化物后，綜合穩(wěn)定化效果和養(yǎng)護(hù)情況，選取 6%的FeSO4為穩(wěn)定化藥劑。

室溫條件下，控制土壤含水率在30%且土壤中大塊砂石顆粒含量較少，穩(wěn)定化藥劑FeSO4在土壤中最適宜的投加量為6%。但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)室外溫度較高，反應(yīng)速率較大，且工期養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，故在溫度高于30℃的室外施工時(shí)，穩(wěn)定化藥劑FeSO4在土壤中最適宜的投加量為4%。

銅污染重的土壤主要采用磷酸鹽復(fù)合修復(fù)，配比碳酸二氫鈣/碳酸鈣作為桃浦區(qū)金屬銅污染土壤的穩(wěn)定化藥劑，優(yōu)選為1%(10 g/kg)、比例為7∶3，或2%(20 g/kg)、比例為7∶3或3%(30 g/kg)、比例為3∶7的碳酸二氫鈣/碳酸鈣。但實(shí)際存在施工土壤本身?xiàng)l件及氣象條件與小試實(shí)驗(yàn)之間的差別，以及現(xiàn)場(chǎng)土樣時(shí)發(fā)砂石顆粒含量高，故增加穩(wěn)定化藥劑的使用量。

室溫條件下，控制土壤含水率在30%且土壤中大塊砂石顆粒含量較少，穩(wěn)定化藥劑配比為7∶3的碳酸二氫鈣/碳酸鈣在土壤中最適宜的投加量為1%(10 g/kg)。但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)室外溫度較高，反應(yīng)速率較大，且工期養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，故在溫度高于30℃的室外施工時(shí)，穩(wěn)定化藥劑配比為7∶3的碳酸二氫鈣/碳酸鈣在土壤中最適宜的投加量為1%(10 g/kg)。當(dāng)該區(qū)域大粒徑砂石顆粒含量較大時(shí)，增加投加量至2%(20 g/kg)或3%(30 g/kg)(根據(jù)砂石顆粒比例，50%以上加倍投加量)。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工修復(fù)效果及工程成本

投加FeSO4明顯降低土壤中鉻(6+)的浸出濃度，且其浸出濃度在3天的養(yǎng)護(hù)周期后明顯低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)處理土壤，鉻(6+)的浸出濃度在前3 d迅速降低，隨后降低的程度變?nèi)酰S養(yǎng)護(hù)時(shí)長(zhǎng)增加，鉻(6+)的浸出濃度仍明顯減少，這是由于在穩(wěn)定化初期，鉻(6+)被FeSO4中的亞鐵離子還原成鉻(3+)，而穩(wěn)定化后期，亞鐵逐漸氧化形成鐵的氫氧化物，其對(duì)于鉻和其他金屬有著較強(qiáng)的吸附性能。

普通型硫酸亞鐵(含量≥90%)多用于作為污水處理的絮凝劑和芬頓工藝藥劑，烘干型硫酸亞鐵(含量≥96%)常作為農(nóng)肥、土壤改良、深加工復(fù)配等行業(yè)使用，此處使用后者(280 元/t)。

不同藥劑量以及不同添加藥劑比例會(huì)影響土壤中銅的去除率，但差異并不顯著。銅去除率基本在80%～100%之間，隨添加總藥劑量的增加，其去除率先波動(dòng)，但去除效果差異不大。當(dāng)藥劑添加總量為10 g/kg或20 g/kg時(shí)，隨著磷酸二氫鈣與碳酸鈣比例的提高，銅元素的去除效果明顯；而當(dāng)藥劑添加總量達(dá)到30 g/kg以上時(shí)，磷酸二氫鈣與碳酸鈣比例的不同對(duì)銅元素的去除效果的影響差別不大，但仍可觀察到呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

因此，在穩(wěn)定污染土壤中銅元素時(shí)，僅投加1%(10 g/kg)、比例為7∶3，或2%(20 g/kg)、比例為7∶3或3%(30 g/kg)、比例為3∶7的碳酸二氫鈣/碳酸鈣就可以實(shí)現(xiàn)99%以上的污染物去除。

從阿里巴巴網(wǎng)站查的磷酸二氫鈣價(jià)格4700元/t，碳酸鈣價(jià)格500元/t。不同投加量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，藥劑成本均不同。投加量為1%(10 g/kg)的藥劑成本為9.2～42.8元/t；投加量為2%(20 g/kg)的藥劑成本為18.4～85.6元/t；投加量為3%(30 g/kg)的藥劑成本為27.6～128.4元/t；投加量為4%(40 g/kg)的藥劑成本為36.8～171.2元/t；投加量為5%(50 g/kg)的藥劑成本為46～214元/t。則針對(duì)金屬銅的處理，最適投加量為投加1%(10 g/kg)、比例為7∶3的碳酸二氫鈣/碳酸鈣，藥劑成本為34.4元/t。

4 污染重金屬的提取和應(yīng)用設(shè)想

土壤中的鉻和銅兩種重金屬含量高，現(xiàn)階段的固化穩(wěn)定化主要屬于末端處理，改變重金屬元素在土壤中的存在狀態(tài)，不能徹底解決土壤中重金屬存在的問(wèn)題。故若能將土壤中的重金屬與有機(jī)質(zhì)(如綠化修剪廢物、餐廚垃圾)混合，模擬填埋場(chǎng)條件，以廢制廢，填埋產(chǎn)生的滲濾液用泵循環(huán)，監(jiān)測(cè)滲濾液的重金屬含量作為依據(jù)判斷土壤中重金屬的穩(wěn)定程度。

參考文獻(xiàn)

[1]陳 靜，鮑立婷.土壤重金屬污染的來(lái)源和修復(fù)[J].河南科技,2013(17):164-165.

[2]趙 銘.土壤重金屬污染現(xiàn)狀、原因、危害及修復(fù)研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2016(4):181.

[3]謝博文，王 藝，趙晟雯，等.土壤重金屬污染研究綜述[J].廣州化工,2016(1):21-23.

[4]張 帆，蔣寧俊.土壤重金屬污染的工程危害及修復(fù)方法[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2010,22(4):58-60.

[5]顏蒙蒙，王 濟(jì)，胡豐青，等.貴陽(yáng)郊區(qū)菜地土壤重金屬 Zn、Cd、Pb、Cu污染及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,34(3):336-341.

[6]崔邢濤，欒文樓，牛彥斌，等.唐山城市土壤重金屬污染及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)[J].中國(guó)地質(zhì),2011,38(5):1379-1386.

[7]陸清萍.重慶市某廠含鉻廢渣穩(wěn)定化處理技術(shù)研究[D].重慶:西南大學(xué),2012：17-18.