重金屬污染土壤的穩定化/固化修復技術研究

摘要：針對土壤重金屬污染問題，探索穩定化與固化修復技術，以解決此挑戰。剖析化學修復技術、生物修復技術以及物理修復技術在處理重金屬污染土壤方面的應用，聚焦于化學修復技術中的穩定化與固化方法及其相應材料的研究，以應對土壤中不同類型重金屬污染。以某工業園區的廢棄地塊為例，將穩定化/固化修復技術應用在重金屬污染土壤的修復中，并分析具體修復施工流程及該技術的應用效果。試驗結果顯示：該技術對重金屬污染土壤的修復效果較好，可有效地降低污染土中Cd、Pb、Zn的浸出毒性，提高了土壤的安全性；該技術能夠顯著提高土壤pH值，增加土壤中黏土對重金屬的吸附量，提升土壤中重金屬的穩定化/固化能力。

關鍵詞：重金屬；污染土壤；穩定化；固化；修復技術

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-00-0315

Research on Stabilization/Solidification Remediation Technology of Heavy Metal Contaminated Soil

CHEN Yan

（Yancheng Dafeng Ecological Environment Bureau， Yancheng 224100， China）

Abstract： Exploring stabilization and solidification remediation technologies to address the challenge of heavy metal pollution in soil. Analyze the application of chemical remediation technology， biological remediation technology， and physical remediation technology in treating heavy metal contaminated soil， focusing on the research of stabilization and solidification methods and corresponding materials in chemical remediation technology to cope with different types of heavy metal pollution in soil. Taking the abandoned land in a certain industrial park as an example， the stabilization/solidification remediation technology is applied to the remediation of heavy metal contaminated soil， and the specific remediation construction process and the application effect of this technology are analyzed. The experimental results show that this technology has a good remediation effect on heavy metal contaminated soil， effectively reducing the leaching toxicity of Cd， Pb， and Zn in polluted soil and improving soil safety; after adopting this technology， the soil pH value can be significantly increased， the adsorption amount of heavy metals by clay in the soil can be increased， and the stabilization/solidification ability of heavy metals in the soil can be enhanced.

Keywords： heavy metals; contaminated soil; stabilization; curing; remediation techniques

土壤是生物賴以生存的基礎，但人口增長和工業化加深，土壤受到嚴重污染。固體廢物中的有害物質通過地表徑流進入土壤，導致土壤成分、結構、功能異變，影響植物生長。我國有大量土地受到重金屬和其他污染物污染，其中土壤重金屬污染尤為嚴重，由于重金屬不易被微生物分解且會轉化為毒性更強的物質，其污染具有生物富集性，對生物體造成“三致”效應[1]。調查數據顯示，我國土壤總超標率高達16.1%。因此，有效處理受污染土壤、修復土壤功能成為國內外研究的共同方向。目前，重金屬污染土壤的修復技術主要包括化學修復技術、生物修復技術、物理修復技術[2]。其中，化學修復技術對重金屬污染土壤的修復效果最優，該技術主要包括穩定化/固化技術、化學萃取技術。穩定化/固化技術是通過在重金屬污染土壤中添加穩定化/固化試劑，明顯降低土壤中重金屬的有效性和可遷移性，實現重金屬污染土壤修復；化學萃取技術是通過在重金屬污染土壤中添加化學萃取劑，從土壤中分離出重金屬，并進行相關去除，但是該種技術對土壤造成二次污染，不建議使用[3]。因此，本研究重點研究重金屬污染土壤的穩定化/固化修復技術，并將該技術應用在具體案例中，評價其應用效果。

1 穩定化/固化技術在重金屬污染土壤修復中的具體應用

1.1 項目概況

某工業園區的廢棄地塊因重金屬污染而急需修復。土壤修復工期規劃為60 d，具體土地面積為6 258 m2，修復深度在1～3 m。目標污染物包括鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）等重金屬。通過方案比選，該項目施工方決定采用穩定化異位固化技術作為重金屬污染土壤主要的修復方法。

1.2 穩定化/固化修復技術

1.2.1 穩定化/固化劑材料

依據該項目實際情況，為有效處理受污染土壤，選取西安晉恒化工有限公司生產的新型羥基磷灰石基固化劑（Synthetic Precipitated Calcium Phosphate，SPC）作為穩定化/固化劑材料，其添加量設定為土壤干燥質量的8%，以確保最佳的固化效果和重金屬穩定性能[4]。SPC制備時過磷酸鈣與氧化鈣（工業級）的質量分數比為75∶25。

1.2.2 穩定化/異位固化修復技術施工流程

該項目土壤含有Pb、Zn、Cd，重金屬超標，采用穩定化/異位固化技術予以修復。在開挖需要修復污染土后，進行異位堆置；污染土壤通過破碎篩分斗機完成粉碎、篩選、攪拌預處理，其粒徑小于35 mm，選取24組污染土壤樣本，開展擊實試驗確定固化土最優含水量[5-10]。試驗結果可知：8%SPC固化土最大干密度為1.67 g/cm3，最優含水率為18%。通過翻晾方式將污染土曬至最優含水率后，進行SPC稱量及攤鋪工作，在污染土表層均勻攤鋪該穩定化/固化劑，通過破碎篩分斗機進行異位混合攪拌，SPC固化土開展１遍靜壓與6遍振動壓實。利用裝載機將固化土分層運到坑中回填，同時通過挖掘機鏟斗實施整平松鋪，再采用壓路機實施分層碾壓后，固化土表面通過覆蓋土工膜實施養護。

2 修復效果分析與結果

2.1 浸出毒性試驗與結果

毒性浸出試驗的目標濃度限值依據《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）設定，其中Cd、Pb、Zn的目標濃度限值分別為0.01、0.10、5.00 mg/L。浸出毒性測試依據《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T 299—2007）開展試驗，酸雨的濃硝酸與濃硫酸的質量比為1∶2。統計采用本技術修復前后的污染土壤的重金屬浸出毒性，測試結果如圖1所示。

由圖1可知：采用穩定化/異位固化修復技術修復后，各深度土壤浸出液中Cd、Pb、Zn的浸出濃度分別為5.0×10-4～1.1×10-3 mg/L、0.05～0.65 mg/L、0.02～0.47 mg/L，Cd、Zn符合設定Cd、Zn目標濃度限值，Pb浸出濃度值稍高于設定Pb的0.1mg/L目標濃度限值，但是對比修復前平均降幅達94%，Cd、Pb、Zn的浸出濃度值都明顯減少；未采用本技術修復前不同深度重金屬浸出濃度值出現顯著差異，污染土壤硫酸硝酸法浸出液中重金屬毒性高并高于目標濃度限值。對比分析結果表明，采用穩定化/異位固化修復技術可減少重金屬浸出毒性，增加土壤的安全性。

2.2 污染土壤pH值試驗與結果

選取污染土壤pH值作為重金屬污染土壤的穩定化/固化修復技術應用效果的評價指標。統計采用該技術修復前后的污染土壤的pH值，測試結果如圖2所示。

分析圖2可知，采用穩定化/固化修復技術修復后污染土壤的pH值發生顯著變化，提高污染土壤pH值，經該技術修復后固化土的平均pH值為9.17，為中等程度堿性；而該工程在修復前污染土即未固化土為弱酸性，平均pH值為6.80。因SPC固化劑含有氧化鈣與過磷酸鈣，在水溶條件下，利用酸堿作用得出羥基磷灰石[Ca10（PO4）6（OH）2]，該種物質的pH值通常在7～9，因此采用該種穩定化/固化劑進行重金屬污染土壤的修復，能夠提高污染土壤的酸堿度。具體酸堿反應的方程式為

3Ca（H2PO4）·H2O+3CaO+6H2O→6CaHPO4·2H2O（1）

6CaHPO4·2H2O+4CaO→Ca10（PO4）6（OH）2+14H2O（2）

隨著土壤的酸堿度增加，土顆粒表面負電荷也會增加，增加土壤中黏土對重金屬的吸附能力，提升對重金屬的穩定化/固化能力。

3 結論

研究區土壤中重金屬Pb、Zn、Cd嚴重超標，采用穩定化/固化修復技術修復土壤，提高修復效率。試驗結果表明：通過對修復前后的土壤進行硫酸硝酸法試驗，穩定化/固化修復技術可以減少污染土中Cd、Pb、Zn的浸出毒性；本技術采用8%的SPC固化劑，提高固化污染土pH值，進而提升土壤中重金屬的穩定化/固化能力。

參考文獻

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2 袁芳沁.重金屬污染場地固化穩定化修復工程案例[J].湖南有色金屬，2023（4）：80-84.

3 陳俊宇.重金屬污染土壤固化/穩定化修復技術的研究[J].皮革制作與環保科技，2022（2）：95-97.

4 曹 穎.重金屬污染土壤穩定化修復技術研究[J].化工管理，2022（8）：23-25.

5 朱方旭，程紹鵑，熊震宇，等.異位固化/穩定化技術修復重金屬污染土壤案例分析[J].有色金屬（冶煉部分），2023（8）：139-148.

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9 周智全，徐歡歡，張 麗，等.固化/穩定化技術應用于重金屬污染土壤修復的研究進展[J].廣東化工，2017（15）：188-189.

10 田 雷，陳鴻漢.固化/穩定化技術在鉻污染場地修復中的應用及影響因素分析[C]//中國礦物巖石地球化學學會第九次全國會員代表大會暨第16屆學術年會.2017.

作者簡介：陳妍（1987—），女，江蘇鹽城人，工程師。研究方向：農村生活污水治理、土壤污染治理與修復、固體廢物管理等。