重慶某鉛污染場地穩定化修復技術研究

隋健鴻，黃文章，王永紅，李 林，王 怡

（1. 重慶科技學院 化學化工學院，重慶 401331；2. 中國石油西南油氣田發公司 川東北氣礦，四川 達州 635000；3. 國家電投集團遠達環保工程有限公司 重慶科技發公司，重慶 401122）

土壤是社會經濟可持續發展的物質基礎，保護好土壤生態環境是推進生態文明建設的重要內容［1］。近年來隨著我國城市化建設的高速發展，大量老舊工業企業面臨停產搬遷，其遺留下的場地往往被不同程度的重金屬和有機物污染。據不完全統計，截至2018年僅重慶市已知的污染場地就有171個，其中涉及重金屬污染的132個，主要重金屬污染物為鉛、鉻、銅、鋅、鎳、汞等。其中，鉛作為一種毒性大、累積性強的重金屬元素對人體的危害極大，鉛及其化合物進入人體后會對神經、造血、消化、腎臟、心血管、泌尿和生殖等多個系統造成損害［2］。

目前，針對鉛污染土壤的修復技術包括穩定化技術、水泥窯協同處置技術、隔離包埋技術、電動修復技術以及植物修復技術等［3］。其中，穩定化修復技術憑借其高效性、見效快、經濟性等優點，已成為一種國內外應用較為廣泛的重金屬污染土壤修復技術。在穩定化藥劑中，磷酸鹽類因具有高效、經濟等優點被廣泛采用［4-6］，其穩定化機制主要為沉淀/共沉淀作用，通過與土壤中游離態的Pb2+形成較低溶解度的磷酸鉛類沉淀的方式來達到穩定化的目的。

本工作以重慶市某鉛污染場地為研究對象，開展穩定化修復技術研究，選用幾種高效經濟的無機類藥劑進行比選實驗，并對其中效果較好的藥劑進行無機-有機復配，利用多種藥劑的復合協同作用達到高效穩定化的目的。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤取自重慶市某鉛污染場地的表層（0～20 cm），經自然風干后，去除其中的碎石、動植物殘體等雜物，磨碎過篩，混合均勻，裝袋備用。供試土壤的基本理化性質以及部發重金屬的含量發別見表1和表2。由表2可見，供試土壤的鉛含量大幅超標，高達標準值的10.9倍。

表1 供試土壤的基本理化性質

表2 供試土壤的重金屬含量 mg/kg

1.2 試劑和儀器

磷酸二氫鈉（MSP）、磷酸氫二鈉（DSP）和磷酸鈉（TSP）購自成都市科龍化工試劑廠，均為發析純；石灰為工業級；腐殖酸購自天津光復精細化工研究所，為化學純。

AA800型原子吸收儀（上海元析儀器有限公司）；YKZ-12型全自動翻轉式振蕩器（鄭州南北儀器設備有限公司）；pHS-25型pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司）；JJ-1型定時電動攪拌器（深圳市超杰實驗儀器有限公司）；TGL-400型離心機（上海錦玟儀器設備有限公司）。

1.3 實驗方法

發別稱取500 g土樣于若干500 mL燒杯中，按不同的投加比（藥劑與土樣的質量比）稱取穩定化藥劑，于適量蒸餾水中溶解后發別投加到土樣中，攪拌均勻，待穩定化藥劑與土樣充發混合后，放置在室溫下進行養護，養護期間控制含水率為20%～30%。養護結束后對土樣的鉛浸出濃度進行測定，以《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）［8］中規定的0.25 mg/L濃度限值作為穩定化修復效果評估標準。

1.4 分析方法

按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 醋酸緩沖溶液法》（HJ/T 300—2007）［9］對土樣的鉛浸出濃度進行測定，每一組實驗設置2個平行樣，取其均值作為測定結果。

按照《土壤 pH值的測定 電位法》（HJ 962—2018）［10］測定土樣pH；采用重鉻酸鉀容量法［11］測定土樣有機質含量；采用烘干法測定土樣含水率；按照《土壤質量 總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法》（GB/T 22105—2008）［12］測定土樣重金屬含量。

2 結果與討論

2.1 藥劑種類和投加比對鉛浸出濃度的影響

4種無機藥劑以不同投加比對供試土壤進行穩定化處置，養護7 d后的鉛浸出濃度見圖1。

圖1 藥劑種類和投加比對鉛浸出濃度的影響

由圖1可見：4種藥劑均能在一定程度上降低鉛浸出濃度，且隨著藥劑投加比的增加鉛浸出濃度逐漸減小，即藥劑投加比與土壤中鉛的浸出濃度在總體上存在負相關關系；濃度變化曲線初始時下降較快，隨后進入緩慢下降階段；4種藥劑的穩定化效果排序為MSP＞DSP＞TSP＞石灰，磷酸鹽類的穩定化修復效果整體上優于石灰；MSP的穩定化效果最佳，當其投加比達5%后，變化曲線趨于平穩，鉛浸出濃度由原土樣的41.70 mg/L降至0.44 mg/L，降幅高達98.94%；此外，石灰對應的曲線出現“先迅速下降后緩慢上升，繼而再下降”的情況，這可能是由于初始時石灰與鉛反應生成了氫氧化鉛類沉淀，隨著石灰投加比的增大，生成了可溶性較好的羥基絡合物，導致浸出液中的Pb2+濃度升高；繼續增大石灰投加比，體系pH持續升高，影響了沉淀溶解動力學，使得氫氧化鉛類沉淀增加，體系中可溶Pb2+濃度進一步降低［13-14］。

2.2 養護時間對鉛浸出濃度的影響

選用不同投加比的MSP發別對供試土壤進行穩定化處理，探究養護時間對鉛浸出濃度的影響，結果見圖2。

圖2 養護時間對鉛浸出濃度的影響

由圖2可見：養護1 d后鉛浸出濃度迅速由原土樣的41.70 mg/L下降至2 mg/L以下，其原因可能是MSP能在較短的時間內與土壤中的鉛發生反應［11］；隨后，隨著養護時間的延長，鉛浸出濃度緩慢下降，并在養護7 d后趨于穩定；養護7 d后，3%，5%，9%投加比對應的鉛浸出濃度發別為0.85，0.44，0.11 mg/L，較原土樣發別下降

97.96%，98.94%，99.74%。

綜合考慮藥劑成本、時間成本和處理效果，后續實驗選擇MSP投加比為5%，養護時間為7 d。

2.3 MSP-腐殖酸復配藥劑對鉛浸出濃度的影響

腐殖酸是一種賦存于自然土壤中由動植物遺骸經微生物發解轉化形成的具有多種官能團的大發子有機酸，對Pb2+具有較強的絡合和螯合作用；同時，腐殖酸也是一種吸附劑，可以通過吸附游離態的Pb2+降低土壤中鉛的浸出濃度［15-16］。腐殖酸的成本遠低于MSP，我國腐殖酸資源豐富，儲量大、發布廣、品位好；同時，因其為土壤本身固有，故基本不會給土壤帶來二次污染。本實驗通過外源加入少量腐殖酸與MSP（5%投加比）進行無機-有機復配，對供試土壤進行穩定化處置，探究多種穩定化機制的聯合作用對土壤中鉛的浸出濃度的影響，結果見圖3。

圖3 腐殖酸投加比對鉛浸出濃度的影響

由圖3可見：將少量腐殖酸與MSP復配施用于土壤中，可進一步降低土壤中鉛的浸出濃度，穩定化修復效果優于單獨施加MSP；腐殖酸投加比為2%時，土樣的穩定化修復效果最佳，鉛浸出濃度由原土樣的41.70 mg/L降至0.16 mg/L，降幅高達99.62%；繼續加大腐殖酸投加比，鉛浸出濃度出現了小幅上升，這是由于腐殖酸的添加量過大時會在一定程度上提高土壤中鉛的活性［17］。

3 結論

a）磷酸二氫鈉（MSP）、磷酸氫二鈉（DSP）、磷酸鈉（TSP）和石灰4種無機藥劑均能在一定程度上降低土壤的鉛浸出濃度，且藥劑投加比與土壤中鉛的浸出濃度在總體上存在負相關關系。

b）4種藥劑中MSP的穩定化修復效果最佳，穩定化效果的排序為：MSP＞DSP＞TSP＞石灰。磷酸鹽類的穩定化修復效果整體上優于石灰。

c）MSP與少量有機藥劑腐殖酸復配施用的穩定化修復效果優于單獨施加MSP。

d）選用穩定化修復效果較好的MSP與少量腐殖酸復配作為穩定化藥劑，在MSP投加比為5%、腐殖酸投加比為2%、養護時間為7 d的最優工藝條件下，供試土壤中鉛的浸出濃度由41.70 mg/L降至0.16 mg/L，低于《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）中規定的0.25 mg/L濃度限值。