重金屬污染場地固化穩(wěn)定化處理藥劑的選擇

籍春蕾 陳飛

摘要：本文首先對藥劑固化穩(wěn)定化處理技術(shù)的概念進(jìn)行了簡要闡釋;其后，圍繞堿性藥劑、硫化物藥劑、磷酸鹽藥劑等四個(gè)方面，分析了固化穩(wěn)定化處理藥劑的類型選擇;再后，分酸堿度控制技術(shù)、污染物控制技術(shù)、重金屬沉淀技術(shù)三個(gè)部分，研究了固化穩(wěn)定化處理藥劑的技術(shù)選擇;最后，結(jié)合場地條件的差異，提出了直接噴灑法、空心叉攪拌法、螺旋鉆進(jìn)注射法三類固化穩(wěn)定化處理藥劑的可選應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：重金屬污染;硫化物藥劑;土壤治理

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-00-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.023

Selection of chemicals for solidification and stabilization of heavy metal contaminated sites

Ji Chunlei，Chen Fei

（Jiangsu Chunyue Low Carbon Research Co.，Ltd.，Wuxi Jiangsu 214000，China）

Abstract：In this paper，firstly，the concept of curing and stabilizing treatment technology is briefly explained;secondly，the type selection of curing and stabilizing treatment chemicals is analyzed based on four aspects，such as alkaline agent，sulfide agent and phosphate agent;thirdly，the curing and stabilizing place is studied in three parts，acid-base control technology，pollutant control technology and heavy metal precipitation technology.Finally，combined with the difference of site conditions，three kinds of curing and stabilizing agents，direct spraying method，hollow fork stirring method and screw drilling injection method， are put forward.

Key words：Heavy metal pollution;Sulfide chemicals;Soil treatment

1 重金屬污染場地藥劑固化穩(wěn)定化處理技術(shù)的概述

所謂“藥劑固化穩(wěn)定化處理技術(shù)”，主要是在各類化學(xué)藥劑的功能支持下，使污染場地內(nèi)的有害物質(zhì)經(jīng)由物理化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈投拘浴⒌腿芙庑缘奈镔|(zhì)，從而避免場地土壤及植物對有害物質(zhì)的過度攝取和吸收，防止有害物質(zhì)下滲遷移到深層土壤及地下水當(dāng)中[1]。

2 重金屬污染場地固化穩(wěn)定化處理藥劑的類型選擇

2.1 堿性藥劑

用于重金屬污染處理的堿性藥劑主要有熟石灰、生石灰、氧化鎂、氫氧化鎂等。將堿性藥劑施用到污染場地當(dāng)中，可大幅提高土壤的酸堿度，進(jìn)而使重金屬物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，形成穩(wěn)定化的金屬氫氧化物沉淀。結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗(yàn)來看，堿性藥劑適用于除砷酸根、亞砷酸根、六價(jià)鉻以外的大多數(shù)重金屬污染場地，并可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)成顯著的污染治理效果。但在選擇堿性藥劑進(jìn)行重金屬污染場地處理時(shí)應(yīng)注意，鉛和鋅屬于兩性金屬，土壤環(huán)境中酸堿度過低或過高都會(huì)使其變?yōu)槿芙鈶B(tài)，進(jìn)而強(qiáng)化金屬污染的沉降作用。因此，在應(yīng)用堿性藥劑時(shí)，相關(guān)人員必須要控制好堿性藥劑的施用量級，以免土壤酸堿度超過鉛、鋅的穩(wěn)態(tài)區(qū)間，導(dǎo)致藥劑處理的低效化甚至無效化。

2.2 硫化物藥劑

用于重金屬污染處理的硫化物藥劑主要有硫化鈉、硫化鉀、硫酸氫鈉等。當(dāng)硫化物藥劑與污染場地中的鎘、汞、鋅、鉛等重金屬物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，會(huì)生成較難溶解的硫化物沉淀，從而降低重金屬物質(zhì)對地下水的侵襲，這一作用機(jī)理在汞污染處理中表現(xiàn)得尤為明顯。在選擇硫化物藥劑進(jìn)行重金屬污染處理時(shí)，由于硫化物在酸性條件下會(huì)水解生成硫化氫，對人的健康存在較大威脅，所以相關(guān)人員必須要注重操作安全與身體防護(hù)[2]。

2.3 磷酸鹽藥劑

用于重金屬污染處理的磷酸鹽藥劑主要有磷酸、磷酸鈣、磷酸氫鈣、含磷污泥、鈣鎂磷肥等，此類藥劑可與重金屬物質(zhì)反應(yīng)生成磷酸鹽金屬沉淀，在鉛污染的治理中具有優(yōu)秀表現(xiàn)，對銅、鉻、鎘等污染場地也有一定的治理修復(fù)能力。需要強(qiáng)調(diào)的是，磷在具備重金屬固化穩(wěn)定化處理能力的同時(shí)，也是地下水污染與地表水富氧化的主要元兇。

2.4 黏土礦物

用于重金屬污染處理的黏土礦物類藥劑主要有蒙脫石、海泡石、膨潤土、硅藻泥等，此類藥劑材料可通過吸附、共沉淀、配位等反應(yīng)方式，降低污染場地內(nèi)重金屬物質(zhì)的濃度和活性，從而達(dá)到固化穩(wěn)定化處理的效果。基于分布廣泛、價(jià)格低廉、基本無害、不破壞土壤結(jié)構(gòu)、操作便捷等應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，黏土礦物類藥劑在重金屬污染治理領(lǐng)域中保有極高的應(yīng)用普遍性。現(xiàn)階段，相關(guān)人員在選擇應(yīng)用黏土礦物類藥劑時(shí)，多將其作為混合藥劑的主要成分[3]。

3 重金屬污染場地固化穩(wěn)定化處理藥劑的技術(shù)選擇

第一，酸堿度控制技術(shù)。當(dāng)污染場地土壤環(huán)境的酸堿度達(dá)到合理水平時(shí)，其表面的可變負(fù)電荷將持續(xù)上升，進(jìn)而使得土壤上層吸附力顯著增強(qiáng)，并能對土壤中重金屬物質(zhì)的物理化學(xué)狀態(tài)產(chǎn)生影響。據(jù)有關(guān)研究顯示，當(dāng)土壤酸堿度因藥劑處理而產(chǎn)生變化時(shí)，其內(nèi)部可交換態(tài)的鋅、鎘濃度顯著降低，即表明處理有效。同時(shí)，我國學(xué)者還發(fā)現(xiàn)，在高酸堿度的土壤環(huán)境中，水溶性和交換態(tài)的鉻、鈀濃度顯著降低，有助于兩種重金屬物質(zhì)的固化穩(wěn)定。目前，相關(guān)人員可選擇生石灰、氫氧化鈉等藥劑實(shí)現(xiàn)土壤酸堿度的控制。但應(yīng)注意的是，由于土壤酸堿度會(huì)隨著外部環(huán)境的變化而變化，因此在自然天氣不穩(wěn)定尤其是酸雨侵襲的情況下，酸堿度控制技術(shù)的應(yīng)用效果會(huì)被削弱。

第二，污染物吸附技術(shù)。污染物吸附技術(shù)主要通過藥劑材料對游離態(tài)、可溶態(tài)重金屬離子的吸附作用，實(shí)現(xiàn)場地內(nèi)污染物質(zhì)的濃度降低和固化穩(wěn)定。現(xiàn)階段，用于污染物吸附技術(shù)的藥劑以黏土礦物為主，如蒙脫石、活性炭、羥基磷灰石、沸石等。有國外學(xué)者應(yīng)用天然沸石進(jìn)行了鎘污染土壤的吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明穩(wěn)定后被測土壤中鎘金屬浸出物的降低率達(dá)到97%以上。此外，我國學(xué)者在運(yùn)用膨潤土進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)時(shí)得出，膨潤土對鎘、鎳兩種金屬具有良好的穩(wěn)定吸附效果。由此可見，吸附技術(shù)在重金屬污染處理中具有高度的運(yùn)用價(jià)值。但從缺點(diǎn)來講，大部門黏土礦物材料僅能實(shí)現(xiàn)一種或幾種重金屬物質(zhì)的吸附，普適性相對較低。

第三，重金屬沉淀技術(shù)。重金屬沉淀技術(shù)是一種化學(xué)類技術(shù)，其主要通過藥劑與重金屬物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化物、硫化物、絡(luò)合物、磷酸鹽等沉淀物，從而有效降低重金屬的溶解度與活性，降低土壤及水體的受污染風(fēng)險(xiǎn)。在重金屬沉淀技術(shù)的視域下，磷酸鹽、硫化物等藥劑類型的應(yīng)用表現(xiàn)各具特點(diǎn)，如無機(jī)硫適用所有酸堿度下的重金屬濃度降低要求、磷酸鹽可實(shí)現(xiàn)同時(shí)沉淀、吸附、誘導(dǎo)等多種處理效果。

4 重金屬污染場地固化穩(wěn)定化處理藥劑的方式選擇

現(xiàn)階段，常用的藥劑施用方式主要有直接噴灑法、空心叉攪拌法、螺旋鉆進(jìn)注射法等。其中，直接噴灑方式的應(yīng)用最為廣泛，其主要是在翻拋機(jī)、挖掘機(jī)等土壤整理設(shè)備的輔助下，直接運(yùn)用撒料機(jī)將藥劑播撒在污染場地的土壤當(dāng)中，進(jìn)而使土壤在翻動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)與藥劑的充分融合。目前，這一方式多用于土壤表層20～30cm的污染物處理;從某種程度上講，空心叉攪拌法是直接噴灑法的“升級”類型，其以在挖掘機(jī)前端改配空心叉的方式，實(shí)現(xiàn)3m深度內(nèi)土壤的攪拌翻動(dòng)，并在這一過程中以噴灑形式實(shí)現(xiàn)藥劑的施用;螺旋鉆進(jìn)注射法以鉆機(jī)設(shè)備為主要工具，對污染場地的土壤進(jìn)行深度鉆進(jìn)，并通過特定的管道對土壤內(nèi)部進(jìn)行藥劑注射。在進(jìn)行重金屬物質(zhì)沉降程度較高的污染場地治理時(shí)，可選擇這一藥劑處理方法。

5 總結(jié)

綜上所述，藥劑固化穩(wěn)定化處理技術(shù)具有操作簡單、類型多樣、治理高效、針對性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已形成了相對成熟的材料和技術(shù)體系，在重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域保有良好的應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]宋言，張雪，劉夢瑾，李紅林，董昊云，王佩玉，丁偉哲，劉培.垃圾焚燒飛灰中重金屬的固化/穩(wěn)定化處理研究[J].廣東化工，2019，46（14）：24-25.

[2]于慧鑫，張廣鑫，李杰，盧喜來，吳丹.鉻污染土壤的形態(tài)特征及藥劑穩(wěn)定化研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2019，45（01）：116-121.

[3]盧建京，劉瀚和，肖慧.穩(wěn)定化技術(shù)在土壤修復(fù)工程中的實(shí)踐與優(yōu)化[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2018，39（05）：25-28.

收稿日期：2020-01-20

作者簡介：籍春蕾（1985-），女，滿族，碩士學(xué)歷，中級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境治理與評價(jià)。