高壓旋噴技術在鉻污染場地的應用研究

劉建生

摘要：我司使用復合高效還原藥劑焦亞硫酸鈉和固化劑水泥，采用原位高壓旋噴技術實現藥劑與污染土壤、地下水的反應，有效降低了土壤和地下水中的六價鉻濃度，實施過程中嚴格落實各項防止污染擴散措施和其他環境保護措施。

關鍵詞：高壓旋噴、六價鉻、修復目標

0引言

福州某公司，廠區占地面積約32280m2。依據項目的專家評審意見，廠區部分區域土壤和地下水六價鉻的含量引起的人體健康風險水平處于不可接受范圍，根據人體健康風險制定的修復目標值為土壤30 mg/kg，地下水0.1 mg/L。

異位淋洗修復Cr6+污染土壤已有很多工程實例，例如李丹丹等[1]對鉻渣污染場地用檸檬酸進行淋洗修復，發現當檸檬酸酸濃度為0.5 mol/L、固液比為1：20、反應24h淋洗2次的條件下，可以達到最佳的淋洗效果，Cr6+的去除率可達82.8%;美國一家電鍍公司在現場工程中用水做洗脫劑，洗脫土壤中的Cr6+，使鉻含量從2000 mg/L降到18 mg/L[2]。甚至有研究表示2%～8%的HCI可以去除污染土壤中全部的Cr6+和Pb，只是該方法會使土壤一半的基質流失[3];馬琳娜等選用KHPO4、NaHCO3、NazCO，和KCI四種鹽溶液提取土壤中六價鉻發現，使用0.4 molL 的KCI提取液以電磁攪拌方式提取土壤中Cr6+的最高效率可達80%以上[4];洗脫修復技術在Cr6+污染土壤的修復有良好的應用背景，但本項目Cr6+污染場地在廠房中，且污染深度在4m以上，廠房中所有設備均不撤離行，只能考慮原位修復Cr6+污染場地。因此，本次使用原位高壓旋噴還原藥劑和固化藥劑對Cr6+污染場地進行修復。

1原理

（1）六價鉻的存在形式

在自然界里沒有簡單的六價鉻存在，而是以Cr2O2-或CrO2-存在于溶液中，這兩者可以根據溶液的酸度不同而進行相互轉化：

一般六價鉻在溶液中以CrO42-形式存在，當溶液的PH值小于4.24時，六價鉻以Cr2O72-形式存在。

（2）常用還原劑

目前，經常使用到的液體還原藥劑有硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）、亞硫酸氫鈉（NaHSO3）、焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）以及水合肼（N2H4·H2O）等。常用到的固體還原藥劑有亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉以及連二亞硫酸鈉等。目前為了購買使用方便，本項目將采用焦亞硫酸鈉。

2材料與方法

（1）污染場地概況

福州某場地原先是電鍍鉻車間，對于場地污染區域劃分為A、B、C、D四個區域。對于每個劃分區域實施不同的方法：A區首先進行雜草清除，封堵排水溝，進行藥劑回灌;B區首先進行地坪破除之后進行高壓旋噴藥劑回灌;C區在A、B區域撒入藥劑后，通過地下水的流動對C區進行修復;D區在開孔之后進行藥劑回填。修復施工區域如下圖所示。各區域藥劑的添加量根據小試以及中試試驗結果來確定。其中B區某點土壤中Cr6+含量最高濃度為7174 mg/kg，污染最深深度為4m。

（2）高壓旋噴設備

XP- 30B高壓旋噴鉆機（30 kw），XPB - 100E注漿泵（100 kw），DSR - 60AZ空壓機 （50 kw）。

（3）實驗室小試

取現場三個濃度梯度的土壤，實測含量分別為：326mg/kg、667 mg/kg和1255 mg/kg，分為三組。稱取每組20 g污染土于燒杯中，稱取不同質量的焦亞硫酸鈉溶解于水中，以理論需求量的不同倍數添加到土中攪拌，再添加不同比例的水泥，設置3個平行樣，養護7天后檢測其Cr6+的剩余含量及固化后的浸出濃度。

由上表結果顯示，土壤中Cr6+在養護7天后有所下降，說明Cr6+在環境中不穩定，易發生變性。在不添加焦亞硫酸鈉的情況下，水泥的添加都使得土壤中Cr6+的含量有所降低，在三個濃度組下，水泥的添加比例為0%，還原劑添加比例為2倍，處理后土壤中剩余Cr6+濃度都大于30 mg/kg，分別為30 mg/kg、63.9 mg/kg和82.7 mg/kg，但隨著水泥添加比例的增加為5%、10%和20%，326 mg/kg和667 mg/kg組，Cr6+剩余含量均能夠下降至30 mgkg 以下，實現達標，而對于濃度稍高的1255 mg/kg組，還原劑添加比例為2倍時增加水泥的比例不能實現到達標的效果;還原劑添加比例為4倍時，無論是否添加水泥，剩余Cr6+含量均能達標，這也與前面的實驗結果相符，但添加水泥后的效果明顯比不添加的效果更好。隨著水泥比例的增加，土壤中剩余Cr6+濃度開始降低后有反增的趨勢，原因可能是如果一開始添加過多的水泥會使Cr6+被水泥包裹無法與還原藥劑進行充分的接觸反應，導致其去除率下降。

針對添加4倍理論還原劑量后，Cr6+剩余含量均<30 mgkg，符合既定修復目標值，再對添加不同比例水泥的土壤進行Cr6+浸出毒性實驗。根據實驗結果可知，5%、10%、20%三個比例水泥的添加毒性浸出都符合《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007）和《污水綜合排放標準》（GB8978-1996），但是在添加比例在10%時，浸出濃度都要低于其他兩個比例，添加水泥量為20%時浸出液中Cr6+反而最高，這說明水泥可能會激活土壤中Cr6+，增大其有效性和可提取性。

綜上，添加了10%水泥的土壤，其土壤形態較優，利于操作，進行浸出驗收也能合格，針對實際污染場地修復地擬采用4倍焦亞硫酸鈉和10%水泥的添加方案。

（4）現場應用

在B區污染場地中將污染深度為4m的修復區域畫出來并做好標識，設置注射點位，注射點采用間隔錯位的方法來布設，相鄰的點位之間按照邊長為 3 m 的等邊三角形進行排列，以保證藥劑最大限度地停留在目標修復區域，并有充分時間釋放壓力。注射深度為地下4 m，注射壓力為15 Mpa以上，注射時由下往上提升時進行高壓旋噴注射，控制提升速度均勻（約5 cm/min），提升至地下約為l m深度注射完成。此時不急于將樁機拔出，停留約10 min釋放壓力，使藥劑保留在目標修復區域中，與重金屬發生反應，盡量避免藥劑涌出。根據前期小試及中試的結果，藥劑添加量均為理論需求量的4倍，現場根據實際需求來增加。每個點位注射作業完成后需要進行密封，防止其他點位注射時壓力過大而返漿。注射作業結束完成，養護7d，取樣送檢。注射點位示意圖如下所示。

（5）樣品采集與分析測定

在兩個注射點中間進行取樣，在B區布設13個監測點位，將采集的土壤樣品送至第三方具有CMA和CNAS檢測單位進行土壤pH 、六價鉻總量和相關指標浸出毒性的測定。土壤中六價鉻總量采用堿消解法和比色法進行測定。土壤pH 值采用玻璃電極法測定。修復后土壤浸出液中六價鉻濃度采用二苯碳酰二肼分光光度法進行測定。測定數據采用相關軟件進行數據的統計分析

3結果與分析

藥劑添加量：硅酸鹽水泥的添加量為11.5%（包括1.5%的損耗量），還原藥劑的添加量為理論需求量的4倍。監測結果如下表所示：

檢測結果顯示在B 區的 13個采樣點土壤中均未超過《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》中六價鉻的標準限值（5 mg/L），且都未超過《地下水質量標準》（GB/T14848-2007）中的IV類標準（0.1 mg/L）。

4結論與建議

（1）現場實施結果顯示，高壓旋噴技術對于此類藥劑的還原穩定化實施是可行的，足能夠將藥劑和土壤進行混合混勻。在全場實施過程中，旋噴鉆頭能夠順利鉆至目標深度，是一種可靠且可以推廣施工路線。

（2）對于污染深度較深的土壤，開挖難度大，而且開挖會對原始較老的建筑產生影響，同時也會帶來一些環境二次污染問題，因此采用原位高壓旋噴技術還是可行的。

（3）通過還原-固化水泥修復污染，處理后的土壤浸出液能夠達到相關標準，但固化體的長期穩定效果是重要考慮因素，還原-固化修復技術應保證處理效果的長期有效性，因此有必要開展長期跟蹤監測工作，例如通過觀察植物生長狀況以及測定植物組織中重金屬濃度，可以確定經過修復后土壤中重金屬毒性的變化，從而判斷該技術的長期處理效果。

參考文獻

[1]李丹丹，郝秀珍，周東美，等。淋洗法修復鉻渣污染場地實驗研究，農業環境科學學報，2011.

[2]梁金利，蔡煥興，段雪梅，等。還原法修復六價鉻污染土壤的研究，環境科學與管理，2013.

[3]郝漢舟，陳同斌，靳孟貴，等。重金屬污染土壤穩定/固化修復技術研究進展，.應用生態學報，2011.

[4]馬琳李改紅張勝，等，土壤中六價鉻提取方法試驗研究，水文，2010.