不同修復(fù)措施對砷污染土壤處理效果及土壤理化性質(zhì)的影響

卜慶國，李朝暉，張 姣，熊燕娜

(1.中節(jié)能環(huán)保裝備股份有限公司，北京 100082；2.路域生態(tài)工程有限公司，北京 100082；3.環(huán)境保護(hù)部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029)

砷污染在我國不僅范圍廣，污染程度深，而且危害嚴(yán)重[1]，砷污染治理已經(jīng)成為當(dāng)前環(huán)境治理的當(dāng)務(wù)之急[2]，其治理技術(shù)已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一[3]。土壤砷污染對人體健康和生態(tài)安全都存在著極大威脅[4-5]。穩(wěn)定化技術(shù)、淋洗技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)是目前國內(nèi)外土壤砷污染處理常用技術(shù)[6]。淋洗技術(shù)通過淋洗劑的透析作用，以實(shí)現(xiàn)土壤中污染物清理[7-8]，該技術(shù)對于砷污染控制機(jī)理在于通過淋洗液作用將土壤中難溶性砷轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇堋⒁兹苄孕螒B(tài)砷，通過淋洗液將污染物從土壤中析出，通過土壤中污染物減量達(dá)到污染治理。穩(wěn)定化技術(shù)通過物理或化學(xué)的方法將可溶于水、易溶于水的污染物轉(zhuǎn)化成難溶于水的污染物，阻止其在環(huán)境中繼續(xù)遷移、擴(kuò)散，阻斷污染物的擴(kuò)散途徑來實(shí)現(xiàn)污染防控目的[9]，該技術(shù)對于砷污染控制機(jī)理在于通過氧化還原過程、絮凝與沉淀過程將可溶解性形態(tài)砷變?yōu)殡y容性形態(tài)砷，雖未實(shí)現(xiàn)土壤中污染物減量，但其有效通過物理化學(xué)反應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)污染物遷移擴(kuò)散途徑控制。生物修復(fù)通過利用自然生長或遺傳培育的植物、微生物修復(fù)重金屬污染土壤[10]，該技術(shù)對于砷污染控制機(jī)理在于通過微生物與植物作用、微生物分泌物與根系分泌物的綜合作用，將土壤中砷逐步富集到植物體內(nèi)達(dá)到污染消除效果。

目前，對于砷土壤污染修復(fù)的研究主要偏重于技術(shù)效果及環(huán)境達(dá)標(biāo)狀況，關(guān)于不同修復(fù)措施對于土壤理化性質(zhì)研究較少。土壤是我國重要的自然資源之一，通過探索不同修復(fù)技術(shù)對土壤理化性質(zhì)的影響，以期為污染土壤修復(fù)技術(shù)優(yōu)化與修復(fù)后污染土壤的資源化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1供試材料供試土壤來源于江西贛州某遺留冶煉廠。供試土壤處理后砷浸出結(jié)果見表1。供試土壤理化性質(zhì)狀況見表2。供試土壤質(zhì)地狀況見表3。

表1 供試土壤砷浸出結(jié)果

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)置4個處理，CK：原始污染土壤；處理A：原始污染土壤經(jīng)穩(wěn)定化處理，至土壤總砷水浸處理值至0.5mg/L及以下；處理B：原始污染土壤經(jīng)反復(fù)淋洗處理，至土壤總砷水浸處理值至0.5mg/L及以下；處理C：蜈蚣草+微生物菌肥，連續(xù)種植5年，種植密度10株/m2，微生物菌劑用量2 kg/m2。每處理按照隨機(jī)原則設(shè)3個重復(fù)。

1.3分析測定方法土壤總砷水浸濃度測定采用《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》(HJ-557—2009)；土壤總砷酸浸濃度測定采用《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJT 299—2007)；土壤容重測定采用環(huán)刀法；土壤pH測定采用pH計(jì)(土水比，2.5∶1)；土壤質(zhì)地測定采用吸管法，質(zhì)地分類采用美國制分類法；土壤滲透系數(shù)測定采用定水頭法；電導(dǎo)率測定采用電導(dǎo)率儀(土水比，5∶1)。

1.4數(shù)據(jù)分析方法所有數(shù)據(jù)采用Excel軟件處理，多重比較統(tǒng)計(jì)分析由SAS8.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件完成。分析時，平均值比較采用最小顯著差法(least significant different，LSD)，處理之間的顯著性水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1不同處理對土壤總砷水浸濃度的影響采用《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》(HJ-557—2009)處理，不同處理土壤總砷水浸結(jié)果見表4。處理A、處理B與處理C均顯著性降低土壤總砷水浸濃度。處理A使土壤總砷水浸濃度均值由1.10 mg/L降低至0.05 mg/L，降低了95.45%；處理B使土壤總砷水浸濃度均值由1.10 mg/L降低至0.48 mg/L，降低了56.36%；處理C使土壤總砷水浸濃度均值由1.10 mg/L降低至0.92 mg/L，降低了16.36%。

2.2不同處理對土壤總砷酸浸濃度的影響采用《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJT 299—2007)處理，不同處理土壤總砷酸浸結(jié)果見表5。處理A、處理B與處理C均顯著降低土壤總砷酸浸濃度。處理A使土壤總砷酸浸濃度均值由4.35 mg/L降低至0.38 mg/L，降低了91.26%；處理B使土壤總砷酸浸濃度均值由4.35 mg/L降低至0.45 mg/L，降低了89.66%；處理C使土壤總砷酸浸濃度均值由4.35 mg/L降低至3.99 mg/L，降低了8.28%。

2.3不同處理對土壤容重的影響不同處理對土壤容重的影響結(jié)果見表6。處理A土壤容重均值由1.66 g/cm3提高到1.82 g/cm3；處理B土壤容重未發(fā)生顯著變化；處理C整體容重未發(fā)生顯著變化，但其表層0～60 cm土壤容重顯著降低。

表4不同處理土壤總砷水浸濃度

Table 4 Total arsenic water immersion concentration in different treated soilsmg/L

注：同列不同小寫字母表示差異顯著

Note：Different lowercase letters at the same column stand for significant differences

表5不同處理土壤總砷酸浸濃度

Table 5 Total arsenic acid leaching concentration of different treated soilsmg/L

注：同列不同小寫字母表示差異顯著

Note：Different lowercase letters at the same column stand for significant differences

表6 不同處理土壤容重

注：同列不同小寫字母表示差異顯著

Note：Different lowercase letters at the same column stand for significant differences

2.4不同處理對土壤pH的影響不同處理對土壤pH的影響結(jié)果見表7。處理A顯著性提高土壤pH，土壤pH均值由6.24上升到8.29；處理B處理顯著降低土壤pH，土壤pH均值由6.24降低到5.12；處理C并未對土壤pH造成顯著影響。

2.5不同處理對土壤質(zhì)地的影響不同處理土壤質(zhì)地見表8。土壤質(zhì)地方面，處理A使供試土壤質(zhì)地由壤土變?yōu)樯巴粒幚鞡與處理C均未改變土壤質(zhì)地；粒徑分布方面，處理A使土壤砂粒占比由37.24%升高至68.24%，升高了31.00百分點(diǎn)；土壤粉粒占比由42.08%降低至22.82%，降低了19.26百分點(diǎn)；土壤黏粒占比由20.68%降低至8.94%，降低了11.74百分點(diǎn)。處理B與處理C使土壤黏粒占比由20.68%分別升高至21.85%、22.52%，分別升高了1.17百分點(diǎn)、1.84百分點(diǎn)。

表7 不同處理土壤pH

注：同列不同小寫字母表示差異顯著

Note：Different lowercase letters at the same column stand for significant differences

表8 不同處理土壤質(zhì)地

注：同列不同小寫字母表示差異顯著

Note：Different lowercase letters at the same column stand for significant differences

2.6不同處理對土壤滲透系數(shù)的影響不同處理土壤滲透系數(shù)情況見表9。土壤滲透系數(shù)是土壤透水性能的重要數(shù)量指標(biāo)。處理A顯著性降低了土壤滲透系數(shù)，處理B與處理C顯著提高土壤滲透系數(shù)。處理A使土壤滲透系數(shù)均值由134.77 cm/d降低至43.62 cm/d，降低了67.63%；處理B與處理C使土壤滲透系數(shù)均值由134.77 cm/d分別升高至178.17、183.39 cm/d，分別升高了32.20%、36.08%。

表9不同處理土壤滲透系數(shù)

Table 9 Soil permeability coefficient of different treatmentscm/d

注：同列不同小寫字母表示差異顯著

Note：Different lowercase letters at the same column stand for significant differences

2.7不同處理對土壤電導(dǎo)率的影響不同處理土壤電導(dǎo)率情況見表10。土壤電導(dǎo)率是土壤鹽分狀況的重要指標(biāo)。處理A與處理B顯著提高土壤電導(dǎo)率，處理C并未對土壤電導(dǎo)率產(chǎn)生顯著性影響。處理A與處理B使土壤電導(dǎo)率均值由20.47 μS/cm分別提高至2 203.99、4 603.02 μS/cm，分別提高了106.67%、223.87%。處理C對于0～90 cm的表層土壤電導(dǎo)率提升有顯著作用，其中0～30、30～60與60～90 cm土壤電導(dǎo)率分別提高42.13%、56.61%與65.07%。

3 討論

從研究結(jié)果看，穩(wěn)定化處理、淋洗處理與生物修復(fù)處理均可實(shí)現(xiàn)污染土壤總砷水浸與酸浸值的顯著性降低，對于污染土壤中砷的擴(kuò)散防控具備良好效果。穩(wěn)定化處理、淋洗處理與生物修復(fù)處理使土壤的總砷水浸濃度均值由1.10 mg/L分別降低至0.05、0.48與0.92 mg/L；使土壤總砷酸浸濃度均值由4.35 mg/L分別降低至0.38、 0.45與3.99 mg/L。3種修復(fù)方式均顯著性降低了土壤總砷水浸與酸浸值。

表10 不同處理土壤電導(dǎo)率

注：同列不同小寫字母表示差異顯著

Note：Different lowercase letters at the same column stand for significant differences

不同修復(fù)技術(shù)機(jī)理對土壤理化性質(zhì)的影響不同。穩(wěn)定處理可以使砷污染擴(kuò)散達(dá)到良好的控制效果，其對土壤容重、質(zhì)地、pH、電導(dǎo)率、滲透率系數(shù)的顯著性影響可能與穩(wěn)定化劑種類、類型與添加使用工藝有重要關(guān)系；淋洗處理對土壤的滲透系數(shù)與pH的影響可能與淋洗劑種類、理化性質(zhì)有重要關(guān)系；生物修復(fù)措施顯著提高土壤滲透系數(shù)，其可能與微生物活動、根系活動、微生物分泌物與根系分泌物有重要關(guān)系。

4 結(jié)論

(1)穩(wěn)定化處理、淋洗處理與生物修復(fù)措施均可實(shí)現(xiàn)土壤總砷水浸濃度與土壤總砷酸浸濃度顯著降低。

(2)穩(wěn)定化處理與淋洗處理均可在較短的周期內(nèi)使得土壤總砷水浸濃度控制在0.48 mg/L以下，其處理后浸出液可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，生物修復(fù)措施較難在短時間內(nèi)達(dá)到此要求，因此在處理效率上穩(wěn)定化與淋洗措施較生物修復(fù)措施具備優(yōu)勢。

(3)穩(wěn)定化處理顯著提高了土壤容重、pH、電導(dǎo)率，顯著降低了土壤滲透率系數(shù)，使得土壤質(zhì)地由壤土變?yōu)樯巴粒涣芟刺幚盹@著提高土壤滲透系數(shù)，顯著降低土壤pH；生物修復(fù)處理顯著提高土壤滲透系數(shù)。