工業區遺留場地土壤健康風險評估及金屬鈹的修復試驗研究

李 敏，文 方

(1.新疆維吾爾自治區環境保護科學研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆環境污染監控與風險預警重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011)

經過科學調查研究和分析發現，老工業園區是城市重金屬污染的重災區，隨著我國城市發展的規劃不斷改變，對很多地區的用地使用方向進行了重新劃分，這是進行產業升級的必由之路，在這樣的過程中很多的工業用地被轉化為了居民住宅用地或者公共用地，為了確保這部分使用地的安全，就需要采取一定的措施，對這些工業區遺留土壤進行污染的分析并且做出科學的健康風險評估，這樣才能確保用地的安全以及廣大人們的切身安全與利益。

1 當下工業區土壤重金屬污染現狀分析

通過對大量工業地區土壤的分析，我們發現目前的工業區土壤中所含的重金屬元素類型比較集中，這些重金屬都是傳統工業生產的必備金屬元素。在這其中鎘元素的含量最為高，其污染程度超過標準土壤標準指數7%，而且鎘這種元素的半衰期較長，這就意味著其毒性擴散的持續周期長，會對大面積的土地造成長時間的重金屬污染，對所在地的動物以及植物的生長帶來很多負面的影響，前段時間爆出的毒大米事件歸根究底就是因為鎘元素超標造成的。鎘元素的形成主要原因就是在電鍍的環節中，電池會生產出一些含鎘元素，這些重金屬會以氣溶膠的形式進入到大氣中經過一段時間的沉降進入到土壤中去；鋅污染也是當前土壤污染的一個重要部分，鋅元素自身的移動性比較小，但是一定范圍內的動植物可以吸收一定含量的鋅元素，長時間的積累會導致動植物在生長的過程中造成負面影響。這也是土壤重金屬污染的一大源頭，大部分是由于工程的廢氣排放不當引起的，雖然說鋅是人體必備的微量元素，但是過量的攝入是非常危險的，對人體的損傷將是不可逆的[1]。

2 工業遺留地土壤重金屬污染健康風險評估

2.1 重金屬污染形態分析

想要對工業區的土壤重金屬污染進行分析，僅僅分析金屬污染的濃度和含量是不夠的，這樣的測量和評估方案是片面的，難以對后期的健康評估做出好的判斷，因為重金屬可以以很多種形式存在，如果單一的檢測其含量必然是不準確的，通常情況下我們將重金屬元素的形態，科學上會按照 Tessier 法進行劃分，一般分為可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態，而大多數情況下土壤受污染程度是通過交換態來進行判斷的，pH值可影響碳酸鹽結合態對環境造成潛在威脅[2]，有機結合態及殘渣態則危害小。不同重金屬形態在人體中的溶出特性是不同的。 所以說一定要對重金屬的形態進行分析，這樣才有利于后期進行健康風險管理[3]。

2.2 工業區土壤重金屬健康風險的重要性

眾所周知，重金屬的污染危害非常的大，因為重金屬的污染不像一般的污染物，當重金屬沉降到土壤之后很難被去除，因為土壤中的微生物是無法將重金屬降解的，動植物的生長發育在很大程度上都會受到影響，在這樣的一個過程中就會產生生物界中最為常見的放大效應。重金屬的大量積累也會使得土地的性質發生變化。如果人體長生活和暴露在重金屬污染的環境中就會處于亞健康狀態，現在最常見和運用最廣泛的健康風險評估方法就是致癌風險與非致癌風險評估，這種方式可以很大程度的對工業區的土地進行健康風險評估，現在這套機制并不是非常完善，在對重金屬的毒性評估時除了濃度含量外，還缺少考慮到重金屬對不同人群的人體可給性，這是離不開一些其他科學公式以及評估方法的補充，才能使得健康風險評估更加科學準確[4]。

3 鈹的性質

3.1 理化性質

鈹的理化性質參數見表1。

表 1 鈹的理化性質參數

3.2 毒理性質

急性毒性：引起急性或慢性鈹中毒，與鈹化合物的種類有關。

健康危害：鈹為劇烈的原漿毒，動物由靜脈注入硫酸鈹溶液后，肝、脾、腎、骨髓等器官有廣泛壞死性病灶，并有溶血和出血現象；存活動物的受損害器官組織逐漸出現纖維增殖反應。吸入大量金屬鈹或其化合物可引起肺炎或肺水腫。有全身性毒性作用。毒性的大小，取決于入體途徑、不同鈹化合物的理化性質及實驗動物的種類。

慢性毒性：含鈹的熒光粉及高溫煉制的氧化鈹則多引起慢性鈹中毒。

致癌性：鈹為一類致癌物。鈹能誘發某些動物的惡性腫瘤[5]。

4 試驗部分

4.1 固化/穩定化技術

固定化/穩定化(Solidification/Stabilization)該技術是指將污染土壤與黏結劑混合形成凝固體而達到物理封鎖(如降低孔隙率等)或發生化學反應形成固體沉淀物(如形成氫氧化物或硫化物沉淀等)，從而達到降低污染物活性的目的。運用物理或化學的方法將土壤中的有害污染物固定起來，阻止其在環境中遷移、擴散等過程的修復技術。與其它修復技術不同，固定化/穩定化技術是將污染物在污染的介質中固定，而不是通過物理或化學的處理將它們轉移。固化/穩定化技術工藝流程詳見圖1。

其所針對的土壤污染物質主要為無機物(包括放射性物質)，一般不適于處理有機物和農藥污染，不能保證污染物的長期穩定性，且處理過程會顯著增加產物體積。實踐表明，有許多因素可能影響異位固定化/穩定化技術的實際應用和效果。如最終處理時的環境條件可能會影響污染物的長期穩定性；一些工藝可能會導致污染土壤或固廢體積顯著增大；有機物質的存在可能會影響黏結劑作用的發揮；該技術屬于非常成熟的土壤修復技術之一。固定化/穩定化方法可單獨使用，也可與其它處理和處置方法結合使用。污染物的埋藏深度可能會影響、限制一些具體的應用過程。必須控制好黏結劑的注射和混合過程，防止污染物擴散進入清潔土壤區域。與水的接觸或者結冰/解凍循環過程會降低污染物的固定化效果[6-7]。

圖1 土壤固化/穩定化土壤修復技術工藝流程圖

4.2 金屬Be的固化/穩定化實驗室小試

4.2.1 原土含量與浸出

圖2 實驗過程圖片

表2 土壤中鈹含量及浸出毒性測定結果

測定土壤中鈹含量的測定和土壤中鈹的浸出毒性的測定，使用電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES)進行測定。土壤中鈹含量及浸出毒性測定結果詳見表2，小試試驗過程見圖2。土壤中金屬鈹浸出濃度較低，未超過《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)標準，加標之后土壤浸出濃度超過《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)標準。

4.2.2 鈹污染土壤固化/穩定化實驗

取適量的土壤樣品，加入固化/穩定化藥劑，固化/穩定化藥劑的加入量分別為1號加標土壤加藥量5%；2號加標土壤加藥量7.5%；3號加標土壤加藥量10%，水泥添加量為2.5%，固化圖片如圖3所示。

藥劑配比：堿石灰35%～45%；高嶺土5%～10%；氧化鎂15%～20%；硅酸鹽水泥20%～35%。固化養護8天后，進行抗壓強度的測試，打碎均勻混合進行土壤中含量、浸出毒性的測試。

圖3 固化塊圖片(從左至右分別為原土加藥量5%；加標加藥量7.5%；加標加藥量10%)

固化塊經過破碎后進行毒性浸出實驗，污染土壤固化/穩定化前、后鈹浸出濃度測定結果詳見表3。

表3 污染土壤固化/穩定化前、后鈹浸出濃度測定結果

對加標后的土壤利用固化/穩定化劑進行處理，通過浸出濃度表征處理效果，對比固化/穩定化劑添加量為5%、7.5%和10%時穩定效果的差異。結果顯示固化/穩定后浸出濃度明顯降低，藥劑添加量為10%時效果較顯著[8-9]。該固化穩定化藥劑成本低、制備方法和使用方法簡單，利于推廣應用。

5 結束語

現在我國正處于高速發展的時期，很多的城市用地規劃都和老工業區有關，但是很多地區由于技術和管理方面的缺陷，不能夠很好地解決好老工業地區土地污染的問題，這些重金屬的危害是不容小覷的，這對于土壤中微生物以及動植物的生長都有著密不可分的關系，只有治理好這些重金屬的問題，對工業區土壤進行健康風險評估合格后，才能更加科學有效地利用好土地資源，減少后期不必要的麻煩。