鉻污染土壤原位修復(fù)技術(shù)試驗(yàn)研究

王廷濤，郭貝，趙志輝

（青島新天地環(huán)境保護(hù)有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

鉻鹽系列產(chǎn)品是化工、輕工、高級合金材料的重要基礎(chǔ)原料，廣泛應(yīng)用于電鍍、化工、陶瓷、皮革等行業(yè)[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(yùn)營。鉻鹽廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量鉻渣，由于早期生產(chǎn)和管理的不規(guī)范以及鉻渣的隨意堆放，對地塊土壤及地下水造成了嚴(yán)重的鉻污染。隨著城市化進(jìn)程的加快以及國家“退二進(jìn)三”政策的實(shí)施，很多鉻鹽企業(yè)從城區(qū)搬遷轉(zhuǎn)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(fēng)險，對人類身體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅，因此亟須開展鉻污染場地的相關(guān)修復(fù)工作。

鉻污染場地修復(fù)常用的技術(shù)有淋洗技術(shù)和化學(xué)還原技術(shù)。淋洗技術(shù)原理是利用清水、化學(xué)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(zhuǎn)移到土壤液相中，再把含污染物的淋洗液進(jìn)一步提取出來，回收處理污染物，并循環(huán)淋洗液；原位化學(xué)還原技術(shù)是通過向污染區(qū)域的土壤注入還原劑，通過還原作用，使土層中的污染物轉(zhuǎn)化為無毒或毒性相對較小的物質(zhì)，達(dá)到修復(fù)的目的。目前，場地修復(fù)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(jìn)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(jìn)行處理。該處理方式最大的缺點(diǎn)是淋洗液的抽出效率低，容易造成污染物擴(kuò)散，存在二次污染問題。為解決該問題，可將垂直抽提井設(shè)置成水平抽提井。本研究根據(jù)鉻鹽廠的客觀情況，選用水平井原位聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，即原位淋洗技術(shù)和原位化學(xué)還原技術(shù)在地塊進(jìn)行中試試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)地塊和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)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(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地塊存在著較為嚴(yán)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(nèi)長15m、寬12m、深4m，土方量720m3的區(qū)域作為中試試驗(yàn)場地。參照國家有關(guān)土壤取樣標(biāo)準(zhǔn)，通過網(wǎng)格法對污染場地進(jìn)行分層取混合樣，并按相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)對土壤樣品中的污染物進(jìn)行分析，其污染物檢測指標(biāo)結(jié)果見表1[2]。

表1 中試地塊土壤污染物檢測結(jié)果

該地塊規(guī)劃開發(fā)為工商業(yè)用地。根據(jù)樣品分析檢測結(jié)果可知，中試區(qū)域土壤中六價鉻和總鉻含量均超過工商業(yè)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(yán)重，總鉻、六價鉻含量隨著取樣深度的增加而降低。

1.2 修復(fù)目標(biāo)

根據(jù)地塊的使用規(guī)劃，由專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)險評估，確定地塊土壤修復(fù)目標(biāo)值，總鉻為9000mg/kg，六價鉻為30mg/kg。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用水平井原位聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，即原位淋洗技術(shù)和原位化學(xué)還原技術(shù)在地塊進(jìn)行中試試驗(yàn)研究，試驗(yàn)流程如圖1 所示。

圖1 中試試驗(yàn)流程

1.3.1 原位淋洗

土壤淋洗技術(shù)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(zhì)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(yàn)修復(fù)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(yàn)區(qū)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(shè)置兩層水平井，第一層水平井設(shè)置在距離地面2m 處，第二層設(shè)置在距離地面4m 處。在第一層設(shè)置4 口水平井，間距為3m；在第二層設(shè)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(shè)備（以下簡稱“一體化設(shè)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(dāng)頂層噴淋時，第一層水平井通過一體化設(shè)備收集淋洗液，當(dāng)上層土壤淋洗完成后，第一層水平井轉(zhuǎn)換功能為注入井，向土層內(nèi)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(huán)淋洗時間不少于36h，最終的淋洗液經(jīng)一體化設(shè)備處理后回收再利用。

1.3.2 原位化學(xué)還原

淋洗修復(fù)結(jié)束后，為處理殘留土壤中的污染物，注入化學(xué)還原劑，對六價鉻進(jìn)行穩(wěn)定，最終達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。應(yīng)用于鉻污染土壤修復(fù)的常用化學(xué)還原劑主要為鐵屑、硫酸亞鐵、多硫化鈣等，根據(jù)藥劑的適應(yīng)性、對環(huán)境的危害性、修復(fù)費(fèi)用以及修復(fù)環(huán)境的特性，同時根據(jù)場地修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，選用硫酸亞鐵作為還原穩(wěn)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(yàn)過程與試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)過程

第一層土壤淋洗，將淋洗液通過管道系統(tǒng)均勻噴淋到污染土壤表面，啟動一體化設(shè)備，通過第一層水平井管道產(chǎn)生負(fù)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(chǎn)生的環(huán)境污染風(fēng)險，共加入還原劑10.5t。

圖3 表層噴淋系統(tǒng)

圖4 水平井布置

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

參照國家有關(guān)土壤取樣標(biāo)準(zhǔn)，對污染場地進(jìn)行取樣，并按相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)對土壤樣品中污染物進(jìn)行分析，其主要檢測指標(biāo)結(jié)果見表2、表3[1]。

表2 水平井聯(lián)合修復(fù)六價鉻含量變化

表3 水平井聯(lián)合修復(fù)總鉻含量變化

采用水平井聯(lián)合修復(fù)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(dá)到修復(fù)目標(biāo)值。修復(fù)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(fù)不達(dá)標(biāo)，0.6～1.0m 層、3～4m 層土壤修復(fù)達(dá)到目標(biāo)值要求。修復(fù)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(jié)語

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，通過水平井原位聯(lián)合修復(fù)的土壤，其六價鉻可達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值要求。說明水平井原位聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，即原位淋洗技術(shù)和原位化學(xué)還原技術(shù)聯(lián)合使用對土壤中的六價鉻有良好的修復(fù)效果。但當(dāng)污染土壤的總鉻含量過高時，水平井原位聯(lián)合修復(fù)技術(shù)達(dá)不到修復(fù)目標(biāo)值的要求。例如，試驗(yàn)中土壤0～0.2m層中總鉻含量高達(dá)16 800mg/kg，修復(fù)后為12 500mg/kg，達(dá)不到修復(fù)目標(biāo)值9000mg/kg 的要求。經(jīng)過水平井原位聯(lián)合修復(fù)，土壤中總鉻的去除率可達(dá)到20%以上。則當(dāng)土壤中總鉻含量小于11 250mg/kg 時，通過水平井原位聯(lián)合修復(fù)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(shù)進(jìn)行修復(fù)，可以選用異位淋洗修復(fù)后原位回填，也可以選用異位化學(xué)還原技術(shù)修復(fù)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(lián)合修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。