周紅艷

(夾江縣環(huán)境監(jiān)測站，四川 樂山 614100)

1 土壤重金屬污染概況

隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，土壤重金屬污染嚴重，已成為我國主要的土壤環(huán)境污染問題。近年來，我國重金屬污染事故頻發(fā)，如2005 年的廣東北江韶關段鎘嚴重超標事件，2009 年陜西鳳翔縣數(shù)百名兒童血鉛超標； 2011 年云南曲靖鉻污染事件等[1]。2014 年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》[2]顯示我國土壤鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳 8 種重金屬污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。土壤污染重金屬中，Hg、Cd、Pd、Cr以及類金屬As的毒害性較大，人們關注度較高。《中國耕地地球化學調(diào)查報告(2015)》[3]顯示，重金屬中-重度污染或超標的點位比例占2.5%，覆蓋面積3 488 萬畝，輕微- 輕度污染或超標的點位比例占5.7%，覆蓋面積7 899 萬畝。除耕地之外， 我國的工礦區(qū)、城市也不同程度地受到土壤(或土地)重金屬的污染 。另外，采礦、冶煉、鋼鐵、石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)，這些企業(yè)在長期生產(chǎn)過程中由于環(huán)境管理欠缺，所在場地積累了各類重金屬、持久性有機污染物(POPs) 、揮發(fā)性有機污染物(VOCs)等毒性強、危害大的污染物，形成污染場地[4]。污染物通過各種渠道進入大氣、地表徑流和地下水等，受地表地質(zhì)作用的影響， 使得許多工業(yè)企業(yè)場地遭受嚴重污染，場地重金屬污染尤其突出。調(diào)查資料顯示，目前許多國家由于工業(yè)快速發(fā)展都存在場地污染，且數(shù)量多，污染嚴重。受重金屬污染的場地，不僅改變了土壤的理化性質(zhì)和特性，還會通過食物鏈威脅人體健康，產(chǎn)生致癌風險。

2 開孔灌注修復重金屬污染土壤原理及系統(tǒng)設計

開孔灌注法應用的是化學還原與原位固化/穩(wěn)定化的原理，重金屬污染土壤的開孔灌注法包括化學還原和固化/穩(wěn)定化兩個過程?；瘜W還原是利用化學還原劑與重金屬反應生成難溶的化合物，使重金屬在土壤環(huán)境中的遷移能力和生物可利用性降低，達到減輕重金屬污染危害的目的。固化/穩(wěn)定化是在重金屬污染的土壤中加入某種粘合劑，重金屬與粘合劑作用被固定，使重金屬轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定狀態(tài)，限制其向周圍環(huán)境釋放和遷移。該技術實質(zhì)是改變污染物的價態(tài)，同一種污染物，不同的價態(tài)具有不同的毒性性質(zhì)[5]。

重金屬污染土壤開孔灌注法系統(tǒng)設計中， 涉及氧化還原、固化/穩(wěn)定化處理兩方面。在該系統(tǒng)設計中，常用的還原劑有鐵屑、硫酸亞鐵或硫酸亞鐵銨等。石灰、磷灰石、沸石、鐵錳氧化物、硅酸鹽、海泡石、赤泥、骨炭、堆肥、鋼渣、蒙脫石、凹凸棒石和蛭石等可以有效地固化/穩(wěn)定化土壤中的重金屬，降低重金屬的遷移能力和生物有效性。

3 開孔灌注法常用工藝、影響因素及應用實例

3.1 開孔灌注法常用工藝

開孔灌注法是化學還原法與固化/穩(wěn)定化技術相結合的應用技術。在實際修復工程應用中， 需收集場地地質(zhì)資料，了解場地地下水水文情況，重金屬的污染范圍廣和污染嚴重性。開孔時應充分考慮傳質(zhì)因素，既保證溶液的均化效果，又盡量少開孔。常采用開梅花孔的方案，避免對場地造成過多影響。另外，可利用相關鉆探設備，使土壤和穩(wěn)定劑的混勻。改良的中空螺旋鉆可以實現(xiàn)深層土壤與穩(wěn)定劑的混合， 處理深度可達20～30m[6]。

開孔灌注法效果評價指標為抗壓強度和浸出率。在實際修復工程效果評價中， 首要考慮的是浸出率，判定開孔灌注法是否有效的方法是浸出液中各污染物濃度是否在其限值范圍內(nèi)。另外，根據(jù)修復場地用途，將重金屬最高允許排放濃度限值作為判定評價處理后土壤浸出液中各污染濃度是否達標的尺度。

3.2 開孔灌注法的影響因素

影響開孔灌注法的主要因素是灌注孔的大小、深度及分布，其應現(xiàn)場做實驗可后最終確定。影響穩(wěn)定化的因素有土壤pH值、土壤物質(zhì)組成顆粒大小、還原反應的液固比、反應時間。實現(xiàn)鉻污染土壤開孔灌注工藝關鍵步驟是污染土壤與還原劑、穩(wěn)定劑的充分混合。

3.3 應用實例

以2011年某集團在四川省某縣的電鹽廠發(fā)生地下水和廠區(qū)河流鉻污染事故為例。

3.3.1 污染來源和污染情況

該電鹽廠建廠初期由于對鹽(NaCl)凈化產(chǎn)生的廢堿渣沒有足夠的重視，將其作為泥土使用，誤回填進了車間地坪下面。由于沒有采取處理措施，隨著時間推移，地下水對堿渣的侵蝕造成廠區(qū)地下水和廠區(qū)河流小范圍鉻含量超標。其超標情況見表1。

表1 治理前廠址地下水和廠區(qū)河流下游100m水樣超標情況Tab.1 Water sample quality in groundwater of plant site and river 100m downstream before treatment (mg/L)

注：地下水：GB5750 生活飲用水標準檢驗方法；廠區(qū)河流下游取樣水：pH值：玻璃電極法(GB6920-86)；氯化物：硝酸銀滴定法(GB11896-89)和離子色譜法(HJ/T84-2001)；六價鉻：二苯碳酰二肼分光光度法(GB7467-87)。

3.3.2 現(xiàn)場狀況和處理工藝

鹽堿渣被回填在車間道路底部，離安裝的電解設備很近，不能進行大面積開挖作業(yè)。鹽堿渣緊靠水泥底板，平均深度(厚度)在0.4～0.6m不等。根據(jù)現(xiàn)場開孔檢查和取樣察看，決定采用開孔灌注法進行修復。開孔時充分考慮傳質(zhì)因素采用開梅花孔的方案，既保證溶液的均化效果，又盡量少開孔，避免對車間設備造成過多影響，開孔方案如下(見下圖)。

圖1 開孔方案圖Fig.1 Hole drilling scheme

孔開好后用2%硫酸亞鐵銨酸化溶液進行灌注，待另按中心距開孔取樣檢驗，將六價鉻全部還原為三價鉻(浸出液體六價鉻≤1.0mg/L)。六價鉻浸出毒性試驗符合工藝要求后，注入3%硫脲溶液進行穩(wěn)定化處理，待另開孔取樣，浸出液總鉻含量合格為止(工藝指標：浸出液總鉻含量≤8mg/L)。

3.3.3 處理結果與分析

治理完畢，取廠區(qū)地下水和廠區(qū)河流下游100m、200m水樣封存，經(jīng)檢測其檢驗數(shù)據(jù)見表2、表3、表4。由表2、表3、表4可知，經(jīng)開孔灌注法處理后廠區(qū)地下水和廠區(qū)河流下游100m、200m取水樣檢驗項目均符合相關標準要求，廠區(qū)地下水六價鉻去除率為98.1%，總鉻去除率為96.6%；廠區(qū)河流下游100m取水樣六價鉻去除率為93.9%，總鉻去除率為87.9%。由此可見，采用酸性硫酸亞鐵銨對六價鉻進行還原處理，再用硫脲對三價鉻進行穩(wěn)定化處理的方法，能夠解決電鹽企業(yè)的土壤污染問題。通過實踐證明電鹽企業(yè)車間土壤鉻污染采取開孔灌注法修復是可行的。但灌注孔的大小及深度和分布應現(xiàn)場做實驗后才能最終確定。另外，硫脲對鉻鹽的穩(wěn)定化(礦化)的有效保持時間，還得經(jīng)時間的檢驗，有必要定期對開孔灌注法處理后的鉻污染土壤進行長期的跟蹤監(jiān)測。

表2 治理后廠址地下水水樣Tab.2 Groundwater sample quality of the site after treatment (mg/L)

表3 治理后廠區(qū)河流下游100m水樣Tab.3 Water sample quality of 100 m downstream of river after treatment (mg/L)

表4 治理后廠區(qū)河流下游200m水樣Tab.4 Water sample quality of 200 m downstream of river after treatment (mg/L)

4 結 論

開孔灌注法主要適用于場地或車間在無法移動車間設備的條件下，是一個較好的方法，具有不破壞土壤結構，不移走車間設備，操作簡單，處理成本低，見效快的優(yōu)點，但灌注孔的大小及深度和分布應現(xiàn)場做實驗后最終確定。另外，有必要定期對處理后的土壤進行長期的跟蹤監(jiān)測。