粒徑分離+藥劑淋洗組合技術對砷污染土壤的修復效果評估

王 滿

（廣州中德環境技術研究院有限公司，廣州 510700）

作為常見的砷污染土壤修復手段，土壤淋洗可分為物理法和化學法[1]。目前，大多數研究都集中在尋找用于砷解吸的有效萃取劑或有效處理工藝，以去除土壤中的砷[2]。技術難點在于尋求高效、環保的萃取劑，降低砷毒性。本文以廣州市某砷污染場地的土壤為研究對象，對砷污染土壤進行模擬修復工程試驗，探尋一種砷污染土壤修復的新方法。其間分別探究藥劑淋洗、粒徑分離對不同程度砷污染土壤的處理效果和機理，考察藥劑、砷濃度等因子對修復效果差異的貢獻，并從修復效果和經濟上對小試結果進行對比分析，以期為砷污染場地修復實踐提供數據支持及理論指導。

1 材料與方法

供試砷污染土壤樣品分為低含量（567 mg/kg）、高含量（1 290 mg/kg），供試藥劑為草酸、磷酸。試驗設計2 個大組，具體方案如表1所示。

表1 淋洗試驗設計方案

考慮到淋洗去除率與砷在土壤中的賦存形式相關，針對土壤物性設計單獨的粒徑分離試驗，探究粒徑分離強化淋洗法的砷去除率，同時降低藥劑消耗。經實地調查取樣，現場污染土壤分為粗砂土、中砂土和細砂土。采集不同粒徑的污染土壤，稱取1 000 g樣品，挑揀粒徑大于50 mm 的大塊石后，取1 000 g超標土壤樣品，過10 目篩，篩上物為粒徑大于20 mm的礫石，稱重，試驗編號為3-1。按照現場土壤分類分別設計淋洗試驗，使用不同的淋洗策略進行對比試驗，如表2所示。

表2 粒徑分離+藥劑淋洗組合試驗方案

2 結果與分析

2.1 低含量、高含量砷污染土壤淋洗效果

如圖1所示，所有土壤淋洗樣品均未達到居住用地的修復目標值（60 mg/kg）。由低含量土壤樣品處理組結果可知，隨著草酸淋洗液的濃度增加，砷去除率由39.86%提升至53.97%，由同濃度的單一淋洗液（0.2 mol/L 草酸）和復合淋洗液（0.1 mol/L 草酸+0.1 mol/L 磷酸）對比可以看出，復合淋洗液對低含量砷污染土壤的砷去除效果高出單一淋洗液5.12%。在高含量污染土壤樣品處理組中，蒸餾水對砷污染土壤的淋洗效果明顯，去除率達到40.62%。加入單一淋洗劑草酸，隨著濃度的升高，當濃度達到0.5 mol/L時，去除率僅比蒸餾水高19.85%。加入復合藥劑時，濃度由0.1 mol/L 提升至0.2 mol/L，對去除率的影響不大，差異不顯著，當兩種成分同時提高至0.5 mol/L時，去除率可達76.51%。低濃度條件下，單一藥劑和復合藥劑的作用相差不大，淋洗液的濃度是決定砷去除率的重要因素。

圖1 土壤淋洗效果對比

2.2 粒徑分離+藥劑淋洗組合技術對砷污染土壤的去除效果

粒徑分離后產生不同粒徑的土壤介質，分質分離后，不同粒徑的樣本通過蒸餾水+淋洗劑組合進行淋洗，如圖2所示。蒸餾水有較好的淋洗效果，其物理分離土壤中的含砷介質特點明顯。淋洗樣品靜置后，土壤樣品的粒徑分級比較明顯，砂占2/3，土基質占1/3，而砷極少富集在砂中，多富集在土基質中[3]，因此淋洗后土壤砷總量的檢測多為土基質的檢測。試驗證明，淋洗可以將污染土壤減量化，對淋洗后污染土壤進行粒徑分級，將土基質進行固化/穩定化，將分離的砂作為清潔砂進行利用。

粒徑分離后，粗砂土的砷含量為330.74 mg/kg，中、細砂土的砷含量為440.62 mg/kg。在粗砂土中，蒸餾水淋洗的物理分離對砷的去除率為22%～25%，草酸+磷酸組合的去除率達到75%，與濃度7%的磷酸二氫鉀相比，磷酸二氫鉀（濃度7%）的最終去除率為87%，效果更加顯著。中、細砂土同樣采用濃度7%的磷酸二氫鉀淋洗，而且處理時間降低一半，去除率也達到87%。砷含量300～450 mg/kg 的污染土壤樣品經泥沙分離后，體積減少三分之一。高含量砷污染土壤可以采用濃度7%的磷酸二氫鉀進行淋洗，液固比分別為2∶1 和3∶1 時，淋洗4 h，處理后砷含量均可低于60 mg/kg。

3 結論

淋洗藥劑選擇中，低濃度單一藥劑（草酸）和復合藥劑（草酸+磷酸）的作用相差不大，淋洗液的濃度是決定砷去除率的重要因素。高含量砷污染土壤可以采用濃度7%的磷酸二氫鉀進行淋洗，液固比分別為2∶1 和3∶1 時，處理后砷含量均可低于60 mg/kg。工程實踐中，建議將高低含量砷污染土壤混合后再進行粒徑分離+藥劑淋洗，最終實現土壤修復目標。