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重金屬污染土壤修復的二次污染與防治

來源:環保人才網

 

       摘要: 美國污染場地修復經驗表明,78%的污染場地存在重金屬污染。針對重金屬污染場地,常用的修復技術有固化/穩定化、淋洗、水泥窯協同處置、植物修復等。我國固化/穩定化技術應用,占所有修復技術33%。重金屬污染場地修復需全面考慮二次污染問題。通過分析這四種修復技術的主要環節,重點討論了修復過程中共通的土壤挖掘、堆放等環節,針對可能存在的水、大氣、噪聲、固廢四個方面的二次污染問題,提出了相應的污染防治措施,以期能夠為重金屬污染場地修復設計、施工、監理等提供參考。

 

   關鍵詞: 重金屬、污染土壤、二次污染、防治

       重金屬污染能引起土壤組成與結構變化,濃度過高時,會抑制植物生長,進入食物鏈后,將危害動物與人體健康。國內外的重金屬污染土壤修復技術主要有:固化/穩定化、淋洗、水泥窯協同處置、植物修復等。研究人員對 2017年我國166 個成功實施的修復項目分析顯示,我國修復技術應用次數最多的是固化穩定化、化學處理與焚燒處理,固化/穩定化技術應用占比33%。國內修復項目周邊多存在居民區等敏感目標,開展重金屬污染土壤修復工程時,必須注意修復活動對周邊環境、生態以及人體健康的影響。本文通過分析國內外使用頻率較高的重金屬污染土壤修復技術,對二次污染主要來源進行分析,并探討防治措施,能夠為重金屬污染土壤修復的二次污染防治提供參考。

 

 一、土壤重金屬污染修復技術 
  1.穩定化 

       重金屬污染物在土壤中存在的形態主要有:酸可提取態、可還原態、可氧化態、殘渣態。重金屬穩定化修復是指通過向土壤中添加穩定化藥劑,使可交換態的重金屬轉變為殘渣態,降低重金屬的溶解遷移性能,以降低其對生態環境的毒性。常用的穩定化藥劑包括:堿性藥劑、含磷藥劑、含鐵藥劑、氧化鋁、氧化錳、沸石、粘土、硫化物、螯合物、生物炭與有機肥等。磷酸鹽類化合物為常用的穩定化藥劑之一,其可在一定pH條件下與重金屬離子反應 生成穩定的重金屬礦物鹽;磷酸類礦物鹽可通過表面吸附與絡合反應降低重金屬離子遷移性;某些重金屬陽離子可與羥基磷灰石晶格中的鈣離子發生交換反應進入晶格,使重金屬離子穩定化。常用的堿性藥劑有石灰石、生石灰、氧化鎂、氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鎂、水合金屬氧化物、羥基氧化物和金屬碳酸鹽。

        2.淋洗 

       土壤淋洗修復技術是將淋洗液投加至土壤中,使重金屬通過絡合、溶解等作用,由土壤固相轉移至液相,從而降低土壤中重金屬含量。常用的淋洗液有:水、無機酸、有機酸、堿、聚丙烯酰胺等。研究表明檸檬酸溶液對土壤中 Cu、Pb、Cd 的去除率分別達 89.37% ,72.11% ,86.39% ,可有效降低土壤中酸可提取態與酸可還原態的Cu、Pb、 Cd 的含量,可氧化態與殘渣態的含量淋洗前后基本無變化。多級篩分式淋洗采用清水作為淋洗液,依靠物理淋洗將污染土壤按照粒徑大小分成 礫石、砂土、粘土等組分,將粗顆粒表面的污染物去除,淋洗后污染物富集的淋洗廢水通過投加氧化藥劑去除有機污染物后,再投加聚丙烯酰胺形成氫氧化鐵礬花,可將90% ~ 95% 的實現重金屬淋洗與穩定化。

       3.超積累植物修復

       超積累植物是指能夠超量積累重金屬的植物,一般認為其地上部分或葉片內某種重金屬含量超過該重金屬在一般植物體內的100倍。常見的超積累植物有蜈蚣草、擬南芥菜、東南景天等。超積累植物的修復機制主要有:①螯合作用;②離子區隔化作用;③細胞修復機制;④生物轉化等。研究表明,適 量的 Gallic acid 與 DA-6 聯合使用,能顯著的提高黑麥草對 Cd、Pb、Cu、Zn 污染土壤的修復效率;當 Gal- lic acid 與 DA-6 聯合使用后,黑麥草對 Cd、Zn 的富 集系數達到了 3.76,8.403。1. 4 電動修復電動修復是通過對土壤施加直流電場,通過電場作用使重金屬離子遷移至電極,從而實現重金屬污染物去除??梢韻虻緙尤牖撼迦芤?,控制電極區 pH,減少陰極產生的 OH - 與重金屬形成沉淀導致遷移速率降低;加入表面活性劑、絡合劑等提高重金屬的遷移性能。對Cd 濃度為156.27 mg /kg 污染土壤采用電動修復,電壓梯度越高,pH變化越快,陽極 pH 整體偏酸性,最低 pH至1,陰極pH 為堿性,最高pH 達14。

 

 二、重金屬污染土壤修復二次污染來源 

  1.水污染 

       重金屬污染土壤修復過程中的水污染主要來自基坑積水、淋洗廢水、地表徑流污水、洗車污水、修復藥劑、生活污水等。在重金屬污染穩定化修復過程中,通?;峒尤胄薷?藥劑。修復藥劑所含有的陰離子,如 S2 - 、 SO2 - 4 、PO3 - 4 、OH - 等,反應產物如 Fe3 + ,以及微生物營養物等物質,會造成地下水硫酸鹽、總磷、pH、色 度、COD 超標等。對于陽離子類重金屬污染,如 Pb、Zn、Cd、Cu,常用的材料是堿性材料和含磷材料,堿 性材料需要土壤為堿性條件才能起到穩定作用,土壤的酸堿緩沖能力及降水對其長期穩定效果影響很大,Pb、Zn等金屬在強堿環境中,其浸出會增大,因此對于這兩種重金屬處理時需控制堿性藥劑使用量。原位修復過程中,往往存在修復藥劑過量使用的情況,過量的藥劑,以及藥劑不均勻分布也會造成污染。土壤pH條件對電動修復效果影響顯著,在陰極添加緩沖溶液,如檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液,維持土壤偏酸性條件,有利于重金屬污染物去除,因此須控制緩沖溶液用量,防止過量藥劑造成污染。異位修復挖掘遇到含水層時,需要進行基坑降水。重金屬等污染物可能已遷移至地下水中,導致地下水中污染物含量超標,如隨意排放,則造成二次污染。多級篩分淋洗可以將土壤按粒徑分級,并去除粗顆粒表面松散附著的污染物,淋洗后,部分污染物轉移至水相,導致水中重金屬、有機質等物質含量超標。 

       2.大氣污染 

       重金屬污染土壤修復項目大氣污染主要來自:清挖、運輸、堆放過程,水泥窯協同處理過程等。對于異位修復,清挖為修復過程中的重要環節, 部分重金屬污染土壤伴隨 VOC /SVOC 污染。因此在土壤清挖、運轉、回填、破碎等過程中,污染土壤的無序挖掘、不封閉式運輸等現象,將導致揚塵、VOC / SVOC、部分揮發性重金屬(如 Hg)發生逸散與泄露, 造成土壤周邊區域內顆粒物、有機物、重金屬濃度上升,對環境造成影響。重金屬污染土壤水泥窯協同處置過程中,應注意上料過程中污染物的揮發和粉塵、不完全燃燒排放的有毒有害物質,以及尾氣中的粉塵污染。此外,修復施工過程中使用的機械設備與設施,如挖掘機、推土機、篩分破碎機等尾氣排放,也可能成為二次污染來源。

       3.固體廢物污染 

       重金屬污染土壤修復過程中的固體廢物主要包括:①場地平整與清挖產生的建筑垃圾;②多級篩分 淋洗產生的泥餅;③尾氣處理產生的活性炭;④修復 藥劑包裝袋;⑤水處理產生的污泥;⑥廢棄的手套、口罩、工服等;⑦超積累植物的果實、根、莖、葉等;⑧生活垃圾;⑨挖掘發現的危險廢物等。 
       4.噪聲污染 

       噪聲污染主要由機械設備、運輸車輛等,各部件間的摩擦、撞擊或非平衡力,使機械部件和殼體產生振動產生?;翟肷饕醋韻殖〉氖┕せ?,如挖土機、鏟車、振動篩、破碎設備、風機、水泵、攪拌機、吊車、發電機等。現場施工過程的敲打、指揮、裝卸以及車輛噪聲等,也會對周邊人群產生影響。 
  

        三、重金屬污染土壤修復二次污染防治 
        1. 水污染防治 

       為防止修復藥劑帶來的水污染,在選用固化/穩定化藥劑時,應當選用能夠降低重金屬的生物有效性、毒性和遷移性能的藥劑,主要考慮以下3方面因素:①在自然條件下,穩定化效果的持久性能;②藥劑的環境友好性能;③施工工藝的適用性與環境友好性。同時,應當注意藥劑的用量,避免造成地表水富營養化和地下水污染。使用硫化物作為穩定化藥劑時,需將處理環境pH控制為中性到堿性,防止酸性條件下硫化物水解。 
       土壤暫存、篩分破碎、混合加藥、養護堆放、洗滌等區域應做好防滲,雨季時用防雨布覆蓋堆體,廠區道路硬化處理,防止雨水沖刷造成污染。對于地表徑流帶來的污染,做好雨 污分流,雨水進入市政管網。對于處理基坑積水以及土壤淋洗廢水,應在修復場地內設立污水處理系統。重金屬修復場地內配套的污水處理系統一般由沉淀、過濾、吸附等單元組成。廢水處理達標后,方可入市政管網,或在廠區道路與土堆噴灑抑制揚塵。

        2.大氣污染防治 

        對于重金屬污染土壤修復過程中的大氣污染,可從以下 4 點進行預防:①加強挖掘、運輸過程管 理,挖掘施工過程中,需噴霧降塵,同時應遮蓋土堆與車載土體,淋洗出廠車輛輪胎,清掃廠區道路,以降低揚塵影響;②在含有 VOC /SVOC 的污染土壤挖掘與處理過程中,應采用小面積開挖、分層、分區開挖的方式,盡量減少有機物的暴露時間,在修復施工地配備異味控制藥劑、噴灑設備或其它除臭設施,對于裸露基坑斷面,需噴灑氣味抑制劑,基坑可用高密度聚乙烯膜覆蓋,防治異味擴散;③利用手持式 VOC 檢測器在廠區周邊以及土壤處理車間尾氣排放口,重點監測下風向,進行巡檢,發現 VOC 超標時,及時上報,并調整施工;異位處理的土壤,應在負壓環境的內進行破碎、篩分、加藥、翻拋施工作業,尾氣收集并處理達標后方可排放,當尾氣排放濃度超標時,應 及時更換吸附介質;④施工機械與運輸車輛必須使用符合國家標準的燃料,安裝尾氣處理凈化設備,所有車輛必須定期檢測尾氣排放情況。 
       3.固體廢物污染防治 

       重金屬修復現場的固體廢物污染防治,可從以下4方面進行:①當現場的建筑垃圾重金屬浸出超標時,應洗滌達標后再按照市政要求處置;②廢活性炭、水處理污泥、收獲的超積累植物、挖掘發現的危險廢物、廢棄勞保用品等,按照危險廢物的管理要求,委托具有相應資質的單位處置;③實行生活垃圾分類制度,定期交由環衛部門集中處理,嚴禁生活垃圾與危險廢物混合;④對于超積累植物的根、莖、葉 等,可以采用焚燒、壓縮填埋等方式進行處置,避免植物組織返回土壤。 
       4.噪聲污染防治 

       為預防修復過程中的噪聲污染,可從以下3方面著手:①科學管理施工現場設備,盡量使用噪音低的機械設備,對強噪音設備安裝遮擋等隔音裝置,定期做好設備維護保養,降低施工噪聲;②科學管理現場設備布局,避免同一地點安排大量動力機械設備,合理安排現場強噪聲施工活動,合理調配往來車輛; ③合理安排施工時間,避免夜間施工擾民。

       5.重金屬污染土壤修復二次污染防治案例 

       浙江省一金屬加工廠停產場地退役后,經場地調查與風 險 評 估,需要修復Cd、Cr、Ni 污染土壤1 500m3,采用穩定化-異位處置的工藝進行修復。污染土壤經挖掘、破碎均質、添加重金屬穩定劑、攪拌混合、覆蓋養護,修復藥劑主要成分為黏土礦物、 鐵氧化物、金屬螯合物和激發劑,評估合格后異位填埋至指定區域。二次污染防治貫穿于施工全過 程,通過施工人員的培訓與技術交底,制定合理方案,并對過程進行控制,避免二次污染。 
 

       四、結束語 

       本研究分析了重金屬污染土壤常用的固化/穩 定化、淋洗、水泥窯協同處置、植物修復技術自身可能存在的二次污染,并對土壤清挖、破碎、堆放等修復過程中的二次污染及其防治措施進行探討。為防止污染修復施工對人體、周邊環境造成危害,組織、施工、監理等各方應充分做好防護措施。應科學設計修復方案,科學選用修復藥劑,優先選擇環境友好型修復藥劑,選用二次污染低的工藝路線,并做好污染防治配套工作,修復現場規范施工,加強監管,避免二次污染。

發布時間:2019-09-10
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