李穎斯，孔靜怡，彭志鐸，游承富，李勝?gòu)?qiáng)

(廣東省廣建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510630)

1 引言

長(zhǎng)期以來，廣東省水田后備資源十分匱乏[1]，尤其是進(jìn)入中后期階段，墾造水田項(xiàng)目可選址范圍逐漸縮小，多個(gè)市縣受地形條件差、水源條件差、土壤重金屬污染等因素限制，出現(xiàn)無地可改造、無地可開墾的情況，墾造水田工作進(jìn)入停滯期。為了打破墾造水田工作停滯的局面，必須解決墾造水田土壤重金屬汞超標(biāo)問題。由于墾造水田項(xiàng)目存在建設(shè)期短、土方平衡挖填量大、投資金額高等特點(diǎn)，且建設(shè)后對(duì)土壤資源可持續(xù)循環(huán)利用要求高。因此，在廣東省地區(qū)關(guān)于汞污染土壤治理修復(fù)技術(shù)研究備受關(guān)注。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)汞金屬污染修復(fù)治理的常規(guī)方案主要有以下3種：其一，客土物理混合與化學(xué)改良方式相結(jié)合，黃益宗[2]介紹通過物理與化學(xué)技術(shù)相結(jié)合固定或分離土壤中的重金屬可廣泛用于多種重金屬處理；其二，淋濾法修復(fù)技術(shù)，如林凱[3]通過淋濾法實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在土壤污染最為嚴(yán)重的地區(qū)，汞金屬元素的淋濾效果最好；其三，植物修復(fù)技術(shù)，如楊啟良[4]采用水肥調(diào)控技術(shù)，提高了植物的生物量以及植物生長(zhǎng)速度。但是上述技術(shù)在實(shí)際工程中也存在一些問題未能解決，如物理化學(xué)相結(jié)合技術(shù)有運(yùn)輸量過大、成本較高的問題；淋濾法修復(fù)技術(shù)則有淋濾液處理難以及破壞土壤結(jié)構(gòu)等問題；而植物修復(fù)技術(shù)的修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)不適用于墾造水田項(xiàng)目。

根據(jù)上述的問題，本文從經(jīng)濟(jì)性和生態(tài)性兩方面出發(fā)考慮，針對(duì)墾造水田、高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)等土地整治項(xiàng)目，提出一種新型汞重金屬污染土壤的治理修復(fù)方法。并且成功應(yīng)用于廣東省普寧市南溪鎮(zhèn)墾造水田項(xiàng)目汞重金屬污染土壤修復(fù)施工中，優(yōu)先考慮場(chǎng)內(nèi)平衡修復(fù)，避免汞污染遷移，根據(jù)汞污染程度的不同采取不同的修復(fù)技術(shù)。既縮短了工程的周期，又降低了成本，同時(shí)還保障了生態(tài)安全，取得了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三重效益。

2 現(xiàn)有汞污染土壤修復(fù)技術(shù)

2.1 客土物理混合與化學(xué)改良方式相結(jié)合

客土物理混合[5]即采用未污染土壤與汞污染土壤進(jìn)行物理混合的方法降低土壤中汞元素含量，使其達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；化學(xué)改良方法主要是通過改良土壤pH值[6]，提高汞的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和作物安全生產(chǎn)閾值來減少汞污染影響。此技術(shù)需要大量干凈的客土與污染土物理混合，運(yùn)輸量大，耗資大，且可能造成客土源生態(tài)環(huán)境的破壞。

2.2 淋濾法修復(fù)技術(shù)

利用淋洗液中化學(xué)藥劑與土壤中的重金屬離子作用，將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移到淋洗液中，再回收淋濾液中重金屬的修復(fù)方法[7]。使用碘化鉀(KI)與鹽酸(HCl)混合液可以去除土壤中70%以上的汞。淋濾法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠永久性的治理土壤重金屬污染，可以在一定程度實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的回收，并且相對(duì)于其他提取重金屬的治理方法而言花費(fèi)時(shí)間較少；缺點(diǎn)在于淋濾液必須進(jìn)行后續(xù)處理才能安全排放，同時(shí)淋濾可能會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)造成破壞。另外淋濾法的工程成本較高，一般用于汞重度污染區(qū)域。

2.3 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)指利用某種特定植物及其根部微生物對(duì)土壤中特定污染物通過吸收、固定、轉(zhuǎn)化、揮發(fā)、降解等作用，去除土壤中污染物的一種新型修復(fù)技術(shù)[8]。植物提取技術(shù)研究最為廣泛，也最具發(fā)展前景。在汞污染區(qū)域種植汞富集植物苧麻、小葉黃楊等，通過反復(fù)種植、收割，降低土壤環(huán)境中的汞含量。植物修復(fù)技術(shù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，在修復(fù)土壤污染的同時(shí)起到美化周圍環(huán)境的功能。植物修復(fù)技術(shù)成本較高，修復(fù)所需時(shí)間也較長(zhǎng)，通常需要7～10年左右才可完成土壤修復(fù)，不適用于墾造水田及高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)等建設(shè)期短的項(xiàng)目。

3 汞污染土壤修復(fù)技術(shù)

3.1 物理摻混法

若檢測(cè)區(qū)域內(nèi)僅部分區(qū)域表層土污染，且汞含量在0.5～1.0 mg/kg之間，則采用物理摻混的方法，即污染表層土與無污染表層土按比例進(jìn)行物理摻混。將場(chǎng)內(nèi)汞污染區(qū)域土方與未受汞污染區(qū)域土方(汞含量<0.5 mg/kg)按比例進(jìn)行物理摻混，確保耕作層土壤汞含量降至風(fēng)險(xiǎn)篩選值以下后，合理施加有機(jī)肥及酸堿調(diào)理劑，提高土壤肥力。

摻混比例x計(jì)算公式為：

(1)

式(1)中：v1為汞污染土壤的體積；v2為未受污染土壤的體積；r1為汞污染土壤的容重；r2為未受污染土壤的容重；c1為汞污染土壤中汞元素含量；c2為未受污染土壤中汞元素含量；0.5為汞元素的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。x為汞污染土方與未受污染土方的最大摻混比例。

計(jì)算得摻混比例后，應(yīng)適當(dāng)減小該比例，使未受污染土壤比重增大，摻混后汞元素含量隨之降低，確保汞元素含量降至風(fēng)險(xiǎn)篩選值以下。

利用未受污染區(qū)域表層土與汞污染區(qū)域表層土按比例進(jìn)行摻混，降低土壤中汞元素含量，使其達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。摻混后汞元素含量計(jì)算公式為：

(2)

式(2)中，c為摻混后表層土汞含量；c1為汞污染土壤中汞含量；c2為未受污染土壤中汞含量；h1為摻混的汞污染土壤的土層厚度；h2為摻混的未受污染土壤的土層厚度；

s為土壤改良工程的實(shí)際面積；r1為汞污染土壤的土壤容重；r2為未受污染土壤的土壤容重。

3.2 置換與摻混相結(jié)合法

若檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所有區(qū)域表層土均被污染，且汞含量在0.5～1.0 mg/kg之間，則采用深翻置換與物理摻混相結(jié)合的方法。即，按照從上到下的順序剝離受污染的耕作層土壤和未受污染的犁底層土壤，將剝離的犁底層土壤集中堆放管護(hù)，再將受污染耕作層土壤和底土層土壤摻混，使摻混后的土壤中汞含量降至風(fēng)險(xiǎn)篩選值以下，利用摻混后的土壤形成新的犁底層和底土層，接著回填剝離原犁底層土壤形成新的耕作層。確保耕作層土壤汞含量降至風(fēng)險(xiǎn)篩選值以下后，合理施加有機(jī)肥及酸堿調(diào)理劑，提高土壤肥力。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 項(xiàng)目概況

2019年度揭陽市普寧市南溪鎮(zhèn)下尾張村、下尾王村墾造水田項(xiàng)目地位于揭陽市普寧市南溪鎮(zhèn)下尾張村、下尾王村，建設(shè)規(guī)模為869.84畝。項(xiàng)目地范圍屬于南溪鎮(zhèn)并且已納入全省墾造水田后備資源庫(kù)范圍，根據(jù)本文所述土壤調(diào)查結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)位于汞輕微污染區(qū)域。

4.2 項(xiàng)目土壤樣品采集及檢測(cè)結(jié)果

在項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)采集混合土壤樣品，為避免采樣誤差，所有樣點(diǎn)均用梅花形布點(diǎn)法布點(diǎn)，并用手持GPS進(jìn)行定位。每個(gè)采樣單元的混合樣品由5個(gè)以上樣點(diǎn)的土壤混合而成，充分混合后用四分法反復(fù)取舍，保留1 kg左右。本項(xiàng)目先后采集了兩次表層土壤樣品，第一次采集表土樣6個(gè)：PN40～PN44、PN49，第二次采集表土樣5個(gè)：XX01～XX05，共采集11個(gè)表層土壤樣品。表土采樣點(diǎn)位置如圖1所示，各采樣點(diǎn)土壤檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 項(xiàng)目表層土壤檢測(cè)結(jié)果 mg/kg

圖1 表土采樣點(diǎn)分布

對(duì)照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)中“農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值”的水田限值，兩次土壤檢測(cè)結(jié)果存在較大差異，第一次檢測(cè)結(jié)果(PN40～PN44、PN49)顯示項(xiàng)目區(qū)均存在汞污染，采樣點(diǎn)PN42存在鉛污染，第二次檢測(cè)結(jié)果(XX01～XX05)顯示采樣點(diǎn)XX03存在汞污染，采樣點(diǎn)XX01存在銅污染。為保證項(xiàng)目區(qū)建設(shè)完成后土壤無污染，并以安全性為前提，綜合兩次土壤檢測(cè)結(jié)果得：項(xiàng)目區(qū)均存在汞污染，采樣點(diǎn)PN42存在鉛污染，采樣點(diǎn)XX01存在銅污染。項(xiàng)目共采中層土樣5個(gè)，深層土樣4個(gè)，并送相關(guān)檢測(cè)單位檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

根據(jù)土壤檢測(cè)結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)深層土(40～70 cm)均無污染，采樣點(diǎn)1與采樣點(diǎn)4的中層土(20～40 cm)存在汞污染，根據(jù)土壤采樣點(diǎn)分布及區(qū)內(nèi)地形地貌特征劃分中層土汞污染區(qū)域，如圖2所示。

圖2 中層土采樣點(diǎn)分布及中層土汞污染區(qū)域劃分

4.3 土壤改良工程

土壤改良工程主要是針對(duì)土壤的有機(jī)質(zhì)含量、pH值及重金屬含量等進(jìn)行改良。本項(xiàng)目位于平原低地區(qū)，項(xiàng)目區(qū)有效土層厚度90 cm，土壤質(zhì)地為中壤土、輕壤土，土壤容重介于1.0～1.4，達(dá)到建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目區(qū)土壤pH值為4.57～5.29，土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.36～2.21%，需要進(jìn)行土壤改良。項(xiàng)目區(qū)存在土壤重金屬污染問題，均為輕微污染，需通過改良措施降低土壤重金屬危害。

以下是土壤改良工程的具體做法：

對(duì)于中層土無汞污染區(qū)域，剝離表層土20 cm，再剝離中層土20 cm，再將表層土10 cm與中層土10 cm摻和回填壓實(shí)構(gòu)筑犁底層，最后將中層土10 cm與剩余表層土10 cm均勻混合回填作為耕作層(見圖3)。

圖3 中層土無汞污染區(qū)域改良示意

對(duì)于中層土汞污染區(qū)域，剝離表層土與中層土40 cm，再剝離深層土40 cm，再將10 cm表層土、20 cm中層土與30 cm深層土摻和回填壓實(shí)，最后將深層土10 cm與剩余表層土10 cm混合均勻回填作為20 cm耕作層(圖4)。

圖4 中層土汞污染區(qū)域改良示意

土層摻混及置換、耕作層回填完成后，需要嚴(yán)格按《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T166)進(jìn)行土壤采樣及送檢，以田塊耕作層回填[9]平整后的土壤檢測(cè)數(shù)據(jù)作為土壤改良的實(shí)際依據(jù)，據(jù)此細(xì)化各田塊區(qū)的有機(jī)肥施加量。

項(xiàng)目區(qū)土壤pH平均值4.84，項(xiàng)目區(qū)中層土、深層土土壤pH值較表層土高，預(yù)計(jì)汞污染調(diào)配土壤混合后表層土pH值約為5.0。按照建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，土壤酸堿度在水浸時(shí)需保持在5.5～8.0。目前本項(xiàng)目pH值低于標(biāo)準(zhǔn)值，因此需進(jìn)行適當(dāng)改良提升。

5 土壤修復(fù)改良結(jié)果

改良工程實(shí)施后，按照隨機(jī)均勻的原則，對(duì)項(xiàng)目區(qū)土壤進(jìn)行采樣。土壤采樣檢測(cè)結(jié)果表明，項(xiàng)目土壤改良工程實(shí)施后，項(xiàng)目區(qū)耕作層有機(jī)質(zhì)含量不低于1.5%，pH值不低于5.5，土壤質(zhì)地介于砂壤土至粘土之間，項(xiàng)目區(qū)土壤重金屬元素含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。改良前后項(xiàng)目區(qū)土壤中汞含量對(duì)比如表3所示。

表3 改良后項(xiàng)目區(qū)土壤汞含量對(duì)比 mg/kg

6 結(jié)論

(1)汞金屬污染修復(fù)技術(shù)在本文項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部土方平衡，無需外部輸入無污染客土，能夠減少客土和大規(guī)模運(yùn)輸對(duì)工程的不利影響，提高了工程的可控性。

(2)本文完整提出汞污染土壤修復(fù)治理的工藝和工序，提出了工藝實(shí)施過程中的操作步驟和標(biāo)準(zhǔn)，完善設(shè)計(jì)成果與施工技術(shù)的銜接轉(zhuǎn)化。

(3)本文研究的汞污染土壤修復(fù)技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，在廣東省墾造水田等土地整治項(xiàng)目中具有較大的應(yīng)用前景[10]，能夠擴(kuò)大該類項(xiàng)目的可選址范圍以及有效緩解廣東省水田占補(bǔ)平衡壓力。本技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以兼顧發(fā)展與保護(hù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)文明之間的平衡，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益顯著。