夏威夷，丁 亮，王 棟，朱 遲，曲常勝，王 水，蔡光華, 郭 乾

(1.江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇省環(huán)保集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210019；2.南京工程學(xué)院，江蘇 南京 211167；3.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210036；4. 南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京210037)

1 引言

2014年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出我國土壤污染總點(diǎn)位超標(biāo)率16.1%，中重度比例高達(dá)2.6%，涉及鎘(Cr)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、多環(huán)芳烴(PAHs)、總石油烴(TPH)等多種污染物。同時(shí)由于工業(yè)發(fā)展快、多類型工廠同地更迭，因此我國場地污染物多呈現(xiàn)復(fù)合性特征[1]。現(xiàn)階段研究主要聚焦于多重重金屬或多重有機(jī)物污染，對廣布的重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染關(guān)注較少。由于污染物性質(zhì)差異大、污染物-土體復(fù)雜交互作用，其修復(fù)難度更高[1]。據(jù)報(bào)道，上海市2015年存有的1萬多個(gè)工業(yè)場地中，70%以上受有機(jī)物與重金屬復(fù)合污染，且1/3以上將再次開發(fā)利用[2]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)近10年57項(xiàng)修復(fù)項(xiàng)目中重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染占到總項(xiàng)目數(shù)的26.3%，重金屬以Pb、Hg、Zn、As和Cd為主，有機(jī)物則以TPH、甲苯和PAHs為主，均能通過飲水、粉塵等多種途徑侵入人體，嚴(yán)重危害公眾健康[3]?？梢姰?dāng)前我國工業(yè)場地土壤污染形式嚴(yán)峻，重金屬和有機(jī)物復(fù)合污染問題突出。

筆者針對上述問題，對國內(nèi)外有關(guān)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤的固化穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析和討論。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

2.1 復(fù)合污染土固化穩(wěn)定化及控制機(jī)理

研究主要集中于污染物微觀固定方式和固化土浸出/強(qiáng)度特性評價(jià)方面，固化劑以普通硅酸鹽水泥摻加膨潤土/活性炭/粉煤灰等吸附性材料為主。美國超級基金有4/5的固化穩(wěn)定化項(xiàng)目采用水泥作為固化劑，其次為專利類和磷基固化劑，歐洲1990～2013年間的重金屬和有機(jī)物復(fù)合污染場地水泥基固化劑使用比例更高達(dá)83%[12]。Bates等[13]發(fā)現(xiàn)水泥+粉煤灰+活性炭能處理As和苯并芘等復(fù)合污染土，但其固定效果較專利固化劑差。Sora等[14]基于熱重分析TGA、X射線衍射和掃描電鏡SEM測試，證實(shí)有機(jī)污染物能影響水泥水化產(chǎn)物種類和數(shù)量，使固化體呈現(xiàn)更多內(nèi)部孔隙。Yilmaz等[15]發(fā)現(xiàn)孔隙封閉作用而非化學(xué)固化是水泥固定土中多氯聯(lián)苯和有機(jī)鹵素的主要機(jī)理，證實(shí)有機(jī)污染物種類對固化效果有明顯影響。Ghasemi等[16]以硅酸鹽水泥+膨潤土修復(fù)TPH和Pb復(fù)合污染泥漿，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水泥摻量為30%時(shí)TPH和Pb浸出毒性最低。Wang等[17]發(fā)現(xiàn)粉煤灰能改善水泥固化土有機(jī)污染物浸出毒性，但對重金屬固定不利，有機(jī)物和重金屬固定機(jī)制差異明顯。Kogbara等[18]基于硅酸鹽水泥+粉煤灰固化TPH和重金屬復(fù)合污染土的研究表明，高水泥摻量帶來的高酸緩沖能力ANC是其浸出毒性的主要控制機(jī)理，提高水泥摻量能增強(qiáng)重金屬的固定，但對TPH無明顯影響。

國內(nèi)薛強(qiáng)[20,21]、查甫生[22,23]、王哲[24]、董曉強(qiáng)[25]、夏威夷[26,27]等也對水泥基、磷基等固化劑固化重金屬污染土的浸出和力學(xué)特性進(jìn)行深入研究，證實(shí)固化劑配比、摻量、污染濃度和養(yǎng)護(hù)齡期等是影響修復(fù)的主要因素，并結(jié)合XRD、SEM-EDS、壓汞MIP等手段系統(tǒng)分析了固化污染土的主要產(chǎn)物和微觀形貌，發(fā)現(xiàn)難溶性沉淀生成、重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化、酸緩沖能力提升共同導(dǎo)致浸出毒性降低，而主要水化產(chǎn)物的膠結(jié)、填充是改善土體強(qiáng)度主要機(jī)制。對含有機(jī)物污染土的研究則集中于水泥+生物炭/活性炭/凹凸棒土等處理土中TPH、苯胺等[28～30]。吳玉婷[31]結(jié)合XRD和SEM研究表明苯胺對水泥固化土產(chǎn)物數(shù)量影響顯著，孔隙封閉作用對苯胺的固定起絕對作用，添加過硫酸鉀能有效降解苯胺、減少內(nèi)部裂隙并密實(shí)土體結(jié)構(gòu)。Fujun Ma等[32]發(fā)現(xiàn)水泥+活性炭+磺化油能顯著減小土孔隙率、提高密實(shí)度，降低PAHs浸出毒性，同時(shí)大量CSH生成可提高2.2～3.4倍強(qiáng)度。Yan Ma等[33]針對苯胺和Cd復(fù)合污染土，對比研究了無機(jī)膠凝材料生石灰、硅酸鹽水泥、高爐礦渣和粉煤灰分別混合過硫酸鈉制備固化劑的修復(fù)效果，XRD和SEM測試發(fā)現(xiàn)添加過硫酸鈉能夠阻止無定型CSH的生成，減小土體裂隙，通過物理封閉作用提高苯胺去除率和Cd固定率。

2.2 化學(xué)侵蝕環(huán)境下固化土性能及控制機(jī)理

2.3 固化污染土溶質(zhì)運(yùn)移特性與規(guī)律

3 分析與討論

綜上所述，目前國內(nèi)外針對重金屬和有機(jī)物復(fù)合污染土固化劑、固化控制機(jī)理和復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定性相關(guān)研究，尚存以下關(guān)鍵問題有待于深入探討。

(1)重金屬和有機(jī)物復(fù)合污染土適用性固化劑及其修復(fù)控制機(jī)理研究欠缺：現(xiàn)有研究(文獻(xiàn)[12]～[18],[28]～[33])對重金屬和有機(jī)物污染土的處理仍主要采用水泥基材料作為固化劑，其有機(jī)污染物處理效果有限，再遷移風(fēng)險(xiǎn)高；此外關(guān)于水泥基固化劑處理土中重金屬或有機(jī)物污染土微觀機(jī)理研究較為集中(文獻(xiàn)[14]、[15],[20]～[32])，而對于重金屬和有機(jī)物共存條件下污染土固化修復(fù)的宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)特征研究不足。

4 結(jié)論與建議

我國尤其是沿海地區(qū)工業(yè)場地土體重金屬和有機(jī)物復(fù)合污染問題形式嚴(yán)峻，現(xiàn)有固化穩(wěn)定化技術(shù)無法一次性有效處置，同時(shí)修復(fù)后土體面臨含鹽地下水侵蝕威脅。然而現(xiàn)階段尚缺乏對固化劑同步處置土中重金屬、有機(jī)物，并有效抵抗外部侵蝕離子的相關(guān)宏觀性能和微觀機(jī)理系統(tǒng)研究。因此，開發(fā)新型固化劑以解決化學(xué)侵蝕下復(fù)合污染的修復(fù)效果穩(wěn)定性問題迫在眉睫，相關(guān)固化土性能、作用機(jī)制的研究將為我國重金屬和有機(jī)物復(fù)合污染場地采用固化穩(wěn)定化技術(shù)進(jìn)行修復(fù)提供相應(yīng)的理論和科學(xué)技術(shù)支撐，進(jìn)一步豐富污染土固化穩(wěn)定化技術(shù)理論，進(jìn)而提升我國污染場地綠色治理和安全利用。