鉻污染土壤原位修復技術試驗研究

王廷濤，郭貝，趙志輝

（青島新天地環境保護有限責任公司，山東 青島 266000）

鉻鹽系列產品是化工、輕工、高級合金材料的重要基礎原料，廣泛應用于電鍍、化工、陶瓷、皮革等行業[1]。我國先后建成鉻鹽廠60 多家，目前仍有十多家鉻鹽廠在運營。鉻鹽廠在生產過程中會產生大量鉻渣，由于早期生產和管理的不規范以及鉻渣的隨意堆放，對地塊土壤及地下水造成了嚴重的鉻污染。隨著城市化進程的加快以及國家“退二進三”政策的實施，很多鉻鹽企業從城區搬遷轉移，遺留遺棄了一些鉻污染地塊，而鉻污染地塊會帶來污染風險，對人類身體健康和生態環境造成嚴重威脅，因此亟須開展鉻污染場地的相關修復工作。

鉻污染場地修復常用的技術有淋洗技術和化學還原技術。淋洗技術原理是利用清水、化學溶劑或其他可能把污染物從土壤中淋洗出來的流體，淋洗土壤，通過交換、吸附、溶解、沉淀以及螯合等作用，把土壤固相中的污染物轉移到土壤液相中，再把含污染物的淋洗液進一步提取出來，回收處理污染物，并循環淋洗液；原位化學還原技術是通過向污染區域的土壤注入還原劑，通過還原作用，使土層中的污染物轉化為無毒或毒性相對較小的物質，達到修復的目的。目前，場地修復中最常用的原位淋洗是將淋洗液通過表面漫灌或鉆井注入的方式進行注入，然后通過垂直井將含有污染物的淋洗液抽提出來進行處理。該處理方式最大的缺點是淋洗液的抽出效率低，容易造成污染物擴散，存在二次污染問題。為解決該問題，可將垂直抽提井設置成水平抽提井。本研究根據鉻鹽廠的客觀情況，選用水平井原位聯合修復技術，即原位淋洗技術和原位化學還原技術在地塊進行中試試驗研究。

1 試驗地塊和試驗方法

1.1 試驗地塊

選擇南方某鉻鹽廠的鉻污染場地作為研究對象。前期地塊調查發現，該地塊存在著較為嚴重的鉻污染，土壤總鉻最大污染濃度為18 390mg/kg，平均總鉻污染濃度為801mg/kg，其中六價鉻最大污染濃度為15 400mg/kg，污染深度為3～12m。

選擇鉻鹽廠地塊內長15m、寬12m、深4m，土方量720m3的區域作為中試試驗場地。參照國家有關土壤取樣標準，通過網格法對污染場地進行分層取混合樣，并按相關檢測標準對土壤樣品中的污染物進行分析，其污染物檢測指標結果見表1[2]。

表1 中試地塊土壤污染物檢測結果

該地塊規劃開發為工商業用地。根據樣品分析檢測結果可知，中試區域土壤中六價鉻和總鉻含量均超過工商業用地的土壤篩選值[3,4]。其中總鉻最高濃度為16 800mg/kg，六價鉻最高濃度為15 400mg/kg。從污染分布來看，表層土壤污染最為嚴重，總鉻、六價鉻含量隨著取樣深度的增加而降低。

1.2 修復目標

根據地塊的使用規劃，由專業機構進行風險評估，確定地塊土壤修復目標值，總鉻為9000mg/kg，六價鉻為30mg/kg。

1.3 試驗方法

試驗選用水平井原位聯合修復技術，即原位淋洗技術和原位化學還原技術在地塊進行中試試驗研究，試驗流程如圖1 所示。

圖1 中試試驗流程

1.3.1 原位淋洗

土壤淋洗技術常用的淋洗液主要有清水、EDTA、草酸鹽、鹽酸、硫酸鈉和檸檬酸，由于六價鉻的水溶性較好，且添加其他的藥劑會改變土壤的性質和功能，同時有些藥劑的選用可能會造成二次污染，因此選用清水作為淋洗液。

試驗修復土壤分上下兩層，分別是0～2m 層和2～4m 層。上層土壤采用上部均勻噴淋+下部第一層水平井抽提方式，下層土壤采用上部第一層水平井淋洗+下層第二層水平井抽提方式，具體步驟為：地塊表層沿試驗區域四周砌筑高50cm 的磚塊圍堰，防止淋洗液體外流；土層中共設置兩層水平井，第一層水平井設置在距離地面2m 處，第二層設置在距離地面4m 處。在第一層設置4 口水平井，間距為3m；在第二層設置3 口水平井，間距為3m，但與第一層水平井錯開，剖面示意圖見圖2。井管采用DN100 的PVC濾管，一端堵塞密封，另一端管口與抽提收集處理一體化設備（以下簡稱“一體化設備”）相連。

圖2 水平井剖面示意

第一層水平井兼有抽提和注入功能，當頂層噴淋時，第一層水平井通過一體化設備收集淋洗液，當上層土壤淋洗完成后，第一層水平井轉換功能為注入井，向土層內注入淋洗液，第二層水平井作為抽提井。淋洗液分多批次加入，每次30m3，每批次循環淋洗時間不少于36h，最終的淋洗液經一體化設備處理后回收再利用。

1.3.2 原位化學還原

淋洗修復結束后，為處理殘留土壤中的污染物，注入化學還原劑，對六價鉻進行穩定，最終達到修復目標。應用于鉻污染土壤修復的常用化學還原劑主要為鐵屑、硫酸亞鐵、多硫化鈣等，根據藥劑的適應性、對環境的危害性、修復費用以及修復環境的特性，同時根據場地修復經驗，選用硫酸亞鐵作為還原穩定劑。向土壤中加入10%的硫酸亞鐵溶液，操作方式與水平井淋洗相同。

2 試驗過程與試驗結果

2.1 試驗過程

第一層土壤淋洗，將淋洗液通過管道系統均勻噴淋到污染土壤表面，啟動一體化設備，通過第一層水平井管道產生負壓，加快淋洗液下滲的速度，并收集淋洗液（見圖3、圖4）。

第一層土壤淋洗15 批次，每次30m3，消耗淋洗液450m3；待第一層土壤淋洗完畢后，用第一層水平井注入淋洗液，第二層水平井收集，參照第一層土壤淋洗操作，第二層土壤淋洗10 批次，每次30m3，消耗淋洗液300m3。

淋洗完畢后，為控制土壤中殘留的污染物，通過管道噴淋和水平井注入的方式向土層中加入一定量的還原劑，以減小可能產生的環境污染風險，共加入還原劑10.5t。

圖3 表層噴淋系統

圖4 水平井布置

2.2 試驗結果

參照國家有關土壤取樣標準，對污染場地進行取樣，并按相關檢測標準對土壤樣品中污染物進行分析，其主要檢測指標結果見表2、表3[1]。

表2 水平井聯合修復六價鉻含量變化

表3 水平井聯合修復總鉻含量變化

采用水平井聯合修復后，土壤0～0.2m、0.6～1.0m、3～4m 取樣層中，六價鉻含量分別為29.0mg/kg、18.5mg/kg、17.4mg/kg，六價鉻含量均低于30mg/kg，各層均達到修復目標值。修復后土壤0～0.2m 層、0.6～1.0m 層、3～4m 層中，總鉻含量分別為12 500mg/kg、2030mg/kg、734mg/kg，其中0～0.2m 層土壤修復不達標，0.6～1.0m 層、3～4m 層土壤修復達到目標值要求。修復后土壤0～0.2m 層、0.6～1.0m 層、3～4m層中的總鉻去除率分別為25.6%、21.6%和25.6%。

3 結語

根據試驗結果，通過水平井原位聯合修復的土壤，其六價鉻可達到修復目標值要求。說明水平井原位聯合修復技術，即原位淋洗技術和原位化學還原技術聯合使用對土壤中的六價鉻有良好的修復效果。但當污染土壤的總鉻含量過高時，水平井原位聯合修復技術達不到修復目標值的要求。例如，試驗中土壤0～0.2m層中總鉻含量高達16 800mg/kg，修復后為12 500mg/kg，達不到修復目標值9000mg/kg 的要求。經過水平井原位聯合修復，土壤中總鉻的去除率可達到20%以上。則當土壤中總鉻含量小于11 250mg/kg 時，通過水平井原位聯合修復后，土壤中的總鉻含量可以小于9000mg/kg。因此，建議將鉻鹽廠地塊中總鉻含量大于12 500mg/kg的土壤采用異位技術進行修復，可以選用異位淋洗修復后原位回填，也可以選用異位化學還原技術修復后填埋。鉻鹽廠地塊中總鉻含量小于12 500mg/kg 的土壤則可以選用水平井原位聯合修復技術進行修復。