【科普文章】重金属污染土壤修复的二次污染与 发布时间:2019-09-08 19:52 作者:一二博网  浏览次数:

  。针对重金属污染场地,常用的修复技术有固化/稳定化、淋洗、水泥窑协同处置、植物修复等。我国固化/稳定化技术应用,占所有修复技术33% 。重金属污染场地修复需全面考虑二次污染问题。通过分析这4种修复技术的主要环节,重点讨论了修复过程中共通的土壤挖掘、堆放等环节,针对可能存在的水、大气、噪声、固废 4 个方面的二次污染问题,提出了相应的污染防治措施,以期能够为重金属污染场地修复设计、施工、监理等提供参考。

  重金属污染能引起土壤组成与结构变化,浓度 过高时,会抑制植物生长,进入食物链后,将危害动物与人体健康。国内外的重金属污染土壤修复技术主要有:固化/稳定化、淋洗、水泥窑协同处置、植物 修复等[1-2]。研究人员对 2017年我国166 个成功实施的修复项目分析显示,我国修复技术应用次数最多的是固化稳定化、化学处理与焚烧处理,固化/稳 定化技术应用占比 33%[1]。

  国内修复项目周边多存在居民区等敏感目标, 开展重金属污染土壤修复工程时,必须注意修复活动对周边环境、生态以及人体健康的影响。本文通过分析国内外使用频率较高的重金属污染土壤修复技术,对二次污染主要来源进行分析,并探讨防治措施,能够为重金属污染土壤修复的二次污染防治提 供参考。

  重金属污染能引起土壤组成与结构变化,浓度 过高时,会抑制植物生长,进入食物链后,将危害动物与人体健康。国内外的重金属污染土壤修复技术主要有:固化/稳定化、淋洗、水泥窑协同处置、植物 修复等[1-2]。研究人员对 2017年我国166 个成功实施的修复项目分析显示,我国修复技术应用次数最多的是固化稳定化、化学处理与焚烧处理,固化/稳 定化技术应用占比 33%[1]。

  国内修复项目周边多存在居民区等敏感目标, 开展重金属污染土壤修复工程时,必须注意修复活动对周边环境、生态以及人体健康的影响。本文通过分析国内外使用频率较高的重金属污染土壤修复技术,对二次污染主要来源进行分析,并探讨防治措施,能够为重金属污染土壤修复的二次污染防治提 供参考。

  重金属污染物在土壤中存在的形态主要有:酸可提取态、可还原态、可氧化态、残渣态[3]。重金属稳定化修复是指通过向土壤中添加稳定化药剂,使可交换态的重金属转变为残渣态,降低重金属的溶解迁移性能,以降低其对生态环境的毒性。常用的稳定化药剂包括:碱性药剂、含磷药剂、含铁药剂、氧化铝、氧化锰、沸石、粘土、硫化物、螯合物、生物炭与有机肥等[4-5]。磷酸盐类化合物为常用的稳定化药剂之一,其可在一定pH 条件下与重金属离子反应 生成稳定的重金属矿物盐;磷酸类矿物盐可通过表面吸附与络合反应降低重金属离子迁移性;某些重金属阳离子可与羟基磷灰石晶格中的钙离子发生交换反应进入晶格,使重金属离子稳定化[6]。常用的碱性药剂有石灰石、生石灰、氧化镁、氧化铝、氢氧化镁、碳酸镁、水合金属氧化物、羟基氧化物和金属碳酸盐[4]。

  土壤淋洗修复技术是将淋洗液投加至土壤中,使重金属通过络合、溶解等作用,由土壤固相转移至液相,从而降低土壤中重金属含量。常用的淋洗液有:水、无机酸、有机酸、碱、聚丙烯酰胺等。研究表明柠檬酸溶液对土壤中 Cu、Pb、Cd 的去除率分别达 89. 37% ,72. 11% ,86. 39% ,可有效降低土壤中酸可提取态与酸可还原态的Cu、Pb、 Cd 的含量,可氧化态与残渣态的含量淋洗前后基本无变化[7]。多级筛分式淋洗采用清水作为淋洗 液,依靠物理淋洗将污染土壤按照粒径大小分成 砾石、砂土、粘土等组分,将粗颗粒表面的污染物去除,淋洗后污染物富集的淋洗废水通过投加氧化药剂去除有机污染物后,再投加聚丙烯酰胺形成氢氧化铁矾花,可将 90% ~ 95% 的实现重金属 淋洗与稳定化[8]。

  超积累植物是指能够超量积累重金属的植物, 一般认为其地上部分或叶片内某种重金属含量超过 该重金属在一般植物体内的 100 倍。常见的超积累植物有蜈蚣草、拟南芥菜、东南景天等。超积累植物的修复机制主要有:①螯合作用;②离子区隔化作用;③细胞修复机制;④生物转化等。研究表明,适 量的 Gallic acid 与 DA-6 联合使用,能显著的提高黑麦草对 Cd、Pb、Cu、Zn 污染土壤的修复效率;当 Gal- lic acid 与 DA-6 联合使用后,黑麦草对 Cd、Zn 的富 集系数达到了 3. 76,8. 403[9]。1. 4 电动修复电动修复是通过对土壤施加直流电场,通过电场作用使重金属离子迁移至电极,从而实现重金属污染物去除。可以向电极区加入缓冲溶液,控制电极区 pH,减少阴极产生的 OH - 与重金属形成沉淀导致迁移速率降低;加入表面活性剂、络合剂等提高重金属的迁移性能。对 Cd 浓度为156. 27 mg /kg 污染土壤采用电动修复,电压梯度越高,pH变化越快, 阳极 pH 整体偏酸性,最低 pH 至 1,阴极 pH 为碱性,最高 pH 达14[10]。

  重金属污染土壤修复过程中的水污染主要来自基坑积水、淋洗废水、地表径流污水、洗车污水、修复药剂、生活污水等。在重金属污染稳定化修复过程中,通常会加入修复 药 剂。修复药剂所含有的阴离子,如 S2 - 、 SO2 - 4 、PO3 - 4 、OH - 等,反应产物如 Fe3 + ,以及微生物营养物等物质,会造成地下水硫酸盐、总磷、pH、色 度、COD 超标等。对于阳离子类重金属污染,如 Pb、 Zn、Cd、Cu,常用的材料是碱性材料和含磷材料,碱 性材料需要土壤为碱性条件才能起到稳定作用,土壤的酸碱缓冲能力及降水对其长期稳定效果影响很 大,Pb、Zn 等金属在强碱环境中,其浸出会增大,因此对于这两种重金属处理时需控制碱性药剂使用量[4]。原位修复过程中,往往存在修复药剂过量使用的情况,过量的药剂,以及药剂不均匀分布也会造成污染。土壤 pH 条件对电动修复效果影响显 著[10],在阴极添加缓冲溶液,如柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液,维持土壤偏酸性条件,有利于重金属污染物去除,因此须控制缓冲溶液用量,防止过量药剂造成污染。

  异位修复挖掘遇到含水层时,需要进行基坑降水。重金属等污染物可能已迁移至地下水中,导致地下水中污染物含量超标,如随意排放,则造成二次污染。多级筛分淋洗可以将土壤按粒径分级,并去除粗颗粒表面松散附着的污染物,淋洗后,部分污染物转移至水相,导致水中重金属、有机质等物质含量超标[5]。

  重金属污染土壤修复项目大气污染主要来自: 清挖、运输、堆放过程,水泥窑协同处理过程等。

  对于异位修复,清挖为修复过程中的重要环节, 部分重金属污染土壤伴随 VOC /SVOC 污染。因此在土壤清挖、运转、回填、破碎等过程中,污染土壤的无序挖掘、不封闭式运输等现象,将导致扬尘、VOC / SVOC、部分挥发性重金属(如 Hg)发生逸散与泄露, 造成土壤周边区域内颗粒物、有机物、重金属浓度上升,对环境造成影响[11]。

  重金属污染土壤水泥窑协同处置过程中,应注意上料过程中污染物的挥发和粉尘、不完全燃烧排放的有毒有害物质,以及尾气中的粉尘污染。此外,修复施工过程中使用的机械设备与设施, 如挖掘机、推土机、筛分破碎机等尾气排放,也可能成为二次污染来源。

  重金属污染土壤修复过程中的固体废物主要包括:①场地平整与清挖产生的建筑垃圾;②多级筛分 淋洗产生的泥饼;③尾气处理产生的活性炭;④修复 药剂包装袋;⑤水处理产生的污泥;⑥废弃的手套、 口罩、工服等;⑦超积累植物的果实、根、茎、叶等;⑧ 生活垃圾;⑨挖掘发现的危险废物等。

  噪声污染主要由机械设备、运输车辆等,各部件间的摩擦、撞击或非平衡力,使机械部件和壳体产生振动产生。机械噪声主要来自现场的施工机械,如挖土机、铲车、振动筛、破碎设备、风机、水泵、搅拌机、吊车、发电机等[12]。现场施工过程的敲打、指挥、装卸以及车辆噪声等,也会对周边人群产生 影响。

  为防止修复药剂带来的水污染,在选用固化/稳定化药剂时,应当选用能够降低重金属的生物有效 性、毒性和迁移性能的药剂,主要考虑以下3方面因素:①在自然条件下,稳定化效果的持久性能;②药剂的环境友好性能;③施工工艺的适用性与环境友好性。同时,应当注意药剂的用量,避免造成地表水富营养化和地下水污染。使用硫化物作为稳定化药剂时,需将处理环境pH控制为中性到碱性,防止酸性条件下硫化物水解[5]。

  土壤暂存、筛分破碎、混合加药、养护堆放、洗涤等区域应做好防渗,雨季时用防雨布覆盖堆体,厂区道路硬化处理,防止雨水冲刷造成污染。对于地表径流带来的污染,做好雨 污分流,雨水进入市政管网。对于处理基坑积水以及土壤淋洗废水,应在修复场地内设立污水处理系统。重金属修复场地内配套的污水处理系统一般由沉淀、过滤、吸附等单元组成。废水处理达标后,方可入市政管网,或在厂区道路与土堆喷洒抑制扬尘。

  对于重金属污染土壤修复过程中的大气污染, 可从以下 4 点进行预防:①加强挖掘、运输过程管 理,挖掘施工过程中,需喷雾降尘,同时应遮盖土堆与车载土体,淋洗出厂车辆轮胎,清扫厂区道路,以降低扬尘影响;②在含有 VOC /SVOC 的污染土壤挖掘与处理过程中,应采用小面积开挖、分层、分区开挖的方式,尽量减少有机物的暴露时间,在修复施工地配备异味控制药剂、喷洒设备或其它除臭设施,对于裸露基坑断面,需喷洒气味抑制剂,基坑可用高密度聚乙烯膜覆盖,防治异味扩散[13];③利用手持式 VOC 检测器在厂区周边以及土壤处理车间尾气排放口,重点监测下风向,进行巡检,发现 VOC 超标时,及时上报,并调整施工;异位处理的土壤,应在负压环境的内进行破碎、筛分、加药、翻抛施工作业,尾气收集并处理达标后方可排放,当尾气排放浓度超标时,应 及时更换吸附介质[14];④施工机械与运输车辆必须使用符合国家标准的燃料,安装尾气处理净化设备, 所有车辆必须定期检测尾气排放情况。

  重金属修复现场的固体废物污染防治,可从以下4方面进行:①当现场的建筑垃圾重金属浸出超标时,应洗涤达标后再按照市政要求处置;②废活性炭、水处理污泥、收获的超积累植物、挖掘发现的危险废物、废弃劳保用品等,按照危险废物的管理要求,委托具有相应资质的单位处置;③实行生活垃圾分类制度,定期交由环卫部门集中处理,严禁生活垃圾与危险废物混合;④对于超积累植物的根、茎、叶 等,可以采用焚烧、压缩填埋等方式进行处置,避免植物组织返回土壤[9]。

  为预防修复过程中的噪声污染,可从以下3方面着手:①科学管理施工现场设备,尽量使用噪音低的机械设备,对强噪音设备安装遮挡等隔音装置,定期做好设备维护保养,降低施工噪声;②科学管理现场设备布局,避免同一地点安排大量动力机械设备, 合理安排现场强噪声施工活动,合理调配往来车辆; ③合理安排施工时间,避免夜间施工扰民[8]。

  浙江省一金属加工厂停产场地退役后,经场地调查与风 险 评 估,需要修复Cd、Cr、Ni 污染土壤1 500m3,采用稳定化-异位处置的工艺进行修复。污染土壤经挖掘、破碎均质、添加重金属稳定剂、搅拌混合、覆盖养护,修复药剂主要成分为黏土矿物、 铁氧化物、金属螯合物和激发剂,评估合格后异位填埋至指定区域[15]。二次污染防治贯穿于施工全过 程,通过施工人员的培训与技术交底,制定合理方案,并对过程进行控制,避免二次污染。

  修复施工期废水主要来自于基坑积水、车辆冲洗废水,废水经处理并委托有资质的单位进行水质检测,达到《污水综合排放标准》 后,经污水排放站同意后,进行纳管排放。

  修复施工期大气污染物主要为粉尘。为控制粉尘污染,制定了大风天气施工方案,采取及时清扫、洒水、冲洗等措施控制扬尘。

  为防止填埋区固体废物污染,填埋区严格依据设计方案,通过材料防渗隔离,表面覆盖洁净土壤,避免处理后的土壤暴露于空气中。

  本研究分析了重金属污染土壤常用的固化/稳 定化、淋洗、水泥窑协同处置、植物修复技术自身可能存在的二次污染,并对土壤清挖、破碎、堆放等修复过程中的二次污染及其防治措施进行探讨。为防止污染修复施工对人体、周边环境造成危害,组织、 施工、监理等各方应充分做好防护措施。应科学设计修复方案,科学选用修复药剂,优先选择环境友好型修复药剂,选用二次污染低的工艺路线,并做好污染防治配套工作,修复现场规范施工,加强监管,避免二次污染。

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