高壓旋噴技術(shù)在鉻污染場地的應(yīng)用研究

劉建生

摘要：我司使用復(fù)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(shù)實現(xiàn)藥劑與污染土壤、地下水的反應(yīng)，有效降低了土壤和地下水中的六價鉻濃度，實施過程中嚴(yán)格落實各項防止污染擴(kuò)散措施和其他環(huán)境保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：高壓旋噴、六價鉻、修復(fù)目標(biāo)

0引言

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

異位淋洗修復(fù)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(jìn)行淋洗修復(fù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)檸檬酸酸濃度為0.5 mol/L、固液比為1：20、反應(yīng)24h淋洗2次的條件下，可以達(dá)到最佳的淋洗效果，Cr6+的去除率可達(dá)82.8%;美國一家電鍍公司在現(xiàn)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(zhì)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(fā)現(xiàn)，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(dá)80%以上[4];洗脫修復(fù)技術(shù)在Cr6+污染土壤的修復(fù)有良好的應(yīng)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(shè)備均不撤離行，只能考慮原位修復(fù)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(jìn)行修復(fù)。

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(jù)溶液的酸度不同而進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化：

一般六價鉻在溶液中以CrO42-形式存在，當(dāng)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(jīng)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(qū)域劃分為A、B、C、D四個區(qū)域。對于每個劃分區(qū)域?qū)嵤┎煌姆椒ǎ篈區(qū)首先進(jìn)行雜草清除，封堵排水溝，進(jìn)行藥劑回灌;B區(qū)首先進(jìn)行地坪破除之后進(jìn)行高壓旋噴藥劑回灌;C區(qū)在A、B區(qū)域撒入藥劑后，通過地下水的流動對C區(qū)進(jìn)行修復(fù);D區(qū)在開孔之后進(jìn)行藥劑回填。修復(fù)施工區(qū)域如下圖所示。各區(qū)域藥劑的添加量根據(jù)小試以及中試試驗結(jié)果來確定。其中B區(qū)某點(diǎn)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(shè)備

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

（3）實驗室小試

取現(xiàn)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(zhì)量的焦亞硫酸鈉溶解于水中，以理論需求量的不同倍數(shù)添加到土中攪拌，再添加不同比例的水泥，設(shè)置3個平行樣，養(yǎng)護(hù)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(jié)果顯示，土壤中Cr6+在養(yǎng)護(hù)7天后有所下降，說明Cr6+在環(huán)境中不穩(wěn)定，易發(fā)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(xiàn)達(dá)標(biāo)，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(xiàn)到達(dá)標(biāo)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(dá)標(biāo)，這也與前面的實驗結(jié)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(jìn)行充分的接觸反應(yīng)，導(dǎo)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(fù)目標(biāo)值，再對添加不同比例水泥的土壤進(jìn)行Cr6+浸出毒性實驗。根據(jù)實驗結(jié)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(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007）和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（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(tài)較優(yōu)，利于操作，進(jìn)行浸出驗收也能合格，針對實際污染場地修復(fù)地擬采用4倍焦亞硫酸鈉和10%水泥的添加方案。

（4）現(xiàn)場應(yīng)用

在B區(qū)污染場地中將污染深度為4m的修復(fù)區(qū)域畫出來并做好標(biāo)識，設(shè)置注射點(diǎn)位，注射點(diǎn)采用間隔錯位的方法來布設(shè)，相鄰的點(diǎn)位之間按照邊長為 3 m 的等邊三角形進(jìn)行排列，以保證藥劑最大限度地停留在目標(biāo)修復(fù)區(qū)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(jìn)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(jī)拔出，停留約10 min釋放壓力，使藥劑保留在目標(biāo)修復(fù)區(qū)域中，與重金屬發(fā)生反應(yīng)，盡量避免藥劑涌出。根據(jù)前期小試及中試的結(jié)果，藥劑添加量均為理論需求量的4倍，現(xiàn)場根據(jù)實際需求來增加。每個點(diǎn)位注射作業(yè)完成后需要進(jìn)行密封，防止其他點(diǎn)位注射時壓力過大而返漿。注射作業(yè)結(jié)束完成，養(yǎng)護(hù)7d，取樣送檢。注射點(diǎn)位示意圖如下所示。

（5）樣品采集與分析測定

在兩個注射點(diǎn)中間進(jìn)行取樣，在B區(qū)布設(shè)13個監(jiān)測點(diǎn)位，將采集的土壤樣品送至第三方具有CMA和CNAS檢測單位進(jìn)行土壤pH 、六價鉻總量和相關(guān)指標(biāo)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(jìn)行測定。土壤pH 值采用玻璃電極法測定。修復(fù)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(jìn)行測定。測定數(shù)據(jù)采用相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

3結(jié)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(jiān)測結(jié)果如下表所示：

檢測結(jié)果顯示在B 區(qū)的 13個采樣點(diǎn)土壤中均未超過《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》中六價鉻的標(biāo)準(zhǔn)限值（5 mg/L），且都未超過《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2007）中的IV類標(biāo)準(zhǔn)（0.1 mg/L）。

4結(jié)論與建議

（1）現(xiàn)場實施結(jié)果顯示，高壓旋噴技術(shù)對于此類藥劑的還原穩(wěn)定化實施是可行的，足能夠?qū)⑺巹┖屯寥肋M(jìn)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(biāo)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(chǎn)生影響，同時也會帶來一些環(huán)境二次污染問題，因此采用原位高壓旋噴技術(shù)還是可行的。

（3）通過還原-固化水泥修復(fù)污染，處理后的土壤浸出液能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但固化體的長期穩(wěn)定效果是重要考慮因素，還原-固化修復(fù)技術(shù)應(yīng)保證處理效果的長期有效性，因此有必要開展長期跟蹤監(jiān)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(jīng)過修復(fù)后土壤中重金屬毒性的變化，從而判斷該技術(shù)的長期處理效果。

參考文獻(xiàn)

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[2]梁金利，蔡煥興，段雪梅，等。還原法修復(fù)六價鉻污染土壤的研究，環(huán)境科學(xué)與管理，2013.

[3]郝漢舟，陳同斌，靳孟貴，等。重金屬污染土壤穩(wěn)定/固化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展，.應(yīng)用生態(tài)學(xué)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.