上海某污染土壤修复工程实例及探索

林姝灿，宋立杰，诸 毅，安 淼，戴世金，赵由才*

(1.同济大学 环境科学与工程学院，上海 200092；2.上海市环境工程设计科学研究院有限公司，上海 200232；3.上海污染场地修复工程技术研究中心，上海 200232)

重金属土壤污染已成为当今社会的焦点问题 ，其与人类生活健康息息相关，故越来越得到重视。汞、镉、铅、铬、砷等毒性严重的重金属元素是导致土壤污染的主因，但也存在类似于锌、铜、钴、镍等低浓度有益而在高浓度的情况下才显出毒性的重金属元素[1]。

土壤中的重金属滞留时间长，且包裹在土粒内部具有隐匿性，难以彻底的处理。同时没有外力作用，被重金属渗入的土壤移动性差，难以被微生物降解。其经过水和植物等介质之后容易被作物吸收，一则直接影响作物的生理生化过程和生长发育，降低产量和品质，二则最终重金属会通过食物链进入人的身体中危害人类的健康。各种重金属中毒的案例比比皆是，需要引起社会各界关注[2]。富集在人体内的重金属同样的概率富集在土壤动物的体内，危害土壤动物多样性，造成常见群落和优势群落的减少，降低土壤生态作用，使其陷入恶化加剧的死循环[3]。

除此之外，重金属污染也对应用于工程方面的土壤有所影响。对于地基土来说，被污染的土壤，其压缩性和凝聚力加强，摩擦角变小，同时，重金属污染使得地下建筑结构由于腐蚀等作用而被破坏，影响工程建设进展和效果的同时，也可能为日后的安全埋下隐患[4]。

尽管部分研究[5-6]表明潜在生态危害仍然处于可控范围内，为较轻程度的影响,对当地的蔬菜种植和生态环境产生影响甚微。但星火可以燎原，现阶段的修复与防控还是必不可少的。

上海某地区曾为工业园区，其土壤中污染重金属种类复杂，面对土地利用类型的转变，其污染对后期土地新的利用建设，影响严重。尤其土壤中铜和铬的含量均超过国家标准，为保证后期工程的正常施工和进行，对该地区土壤进行修复工程。

1 铬和铜重金属污染土壤工程

1.1 待修复土壤背景值

表1 铬高污染土壤金属含量及其浸出浓度(附对应标准)

表2 含金属铜污染土壤其浸出浓度(附对应标准)

项目待修复土壤面积共计约95000 m2，该地块规划为企业科研用地，属非敏感类用地。该地块中超过风险可接受水平的关注污染物共12种，重金属污染主要铬和铜两种。现场取样过程中发现场地的土壤存在以下特点：1)污染物分布不均。各点处利用便携式XRF测定仪测得的结果相差很大，受污染程度不同；2)污染类型多样。存在单一重金属污染及重金属、有机物复合型污染；3)土样中杂质含量高。待修复土壤中重点取铬和铜污染严重的部分，其调查监测数据如表1和表2所示。

1.2 重金属污染土壤修复目标

根据相应的合同以及参考《土壤环境质量标准(修订GB15618-12008)》，针对该区域土地的污染物特性，对四种污染重金属做出相应修复指标的要求，如表3所示。

表3 桃浦地区待修复区域土壤修复目标值及规划用途浸出浓度要求

其他重金属参照土壤环境标准相关指标进行修复：土壤环境质量标准(修订)(GB15618-12008)。

现阶段的浸出方法主要为三种：分别是根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ557-2010)》采用去离子水的水平振荡法，根据《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ/T299-2007)》采用硫酸-硝酸的硫酸醋酸法，根据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法(HJ/T300-2007)》采用醋酸缓冲溶液的醋酸缓冲溶液法。铬渣多显碱性，具有较强的算中和能力，所以对于铬的浸出通常采用酸性较强的浸取剂[7]。

1.3 污染土壤修复技术路线

考虑待修复土壤中的污染类型及对应修复指标，综合经济情况设计的修复技术方案如图1所示。

图1 土壤修复技术方案

现场土壤稳定化修复采用石灰预调水分，再加入稳定化药剂的方法。其基本工艺流程为(图2)：污染场地经过整理后，用挖机把土壤整理成土堆，此时土壤中含有一些石块、建筑垃圾、树枝等杂物，需要利用筛分斗进行筛分。在这过程中，为便于施工，加入一定量的石灰调节含水率。用挖机将土壤和稳定化药剂加入一体化设备稳定化处理。

图2 现场修复基本工艺流程

利用便携式XRF测定仪判断某处土堆主要污染，确认其对应的稳定化药剂便于减少投加量。

2 铬铜重金属污染土壤修复工艺参数

针对铬污染重的土壤，比较FeS、FeSO4、Fe0和NaS2O4(AR级)等铁系氧化物后，综合稳定化效果和养护情况，选取 6%的FeSO4为稳定化药剂。

室温条件下，控制土壤含水率在30%且土壤中大块砂石颗粒含量较少，稳定化药剂FeSO4在土壤中最适宜的投加量为6%。但实际现场施工时室外温度较高，反应速率较大，且工期养护时间较长，故在温度高于30℃的室外施工时，稳定化药剂FeSO4在土壤中最适宜的投加量为4%。

铜污染重的土壤主要采用磷酸盐复合修复，配比碳酸二氢钙/碳酸钙作为桃浦区金属铜污染土壤的稳定化药剂，优选为1%(10 g/kg)、比例为7∶3，或2%(20 g/kg)、比例为7∶3或3%(30 g/kg)、比例为3∶7的碳酸二氢钙/碳酸钙。但实际存在施工土壤本身条件及气象条件与小试实验之间的差别，以及现场土样时发砂石颗粒含量高，故增加稳定化药剂的使用量。

室温条件下，控制土壤含水率在30%且土壤中大块砂石颗粒含量较少，稳定化药剂配比为7∶3的碳酸二氢钙/碳酸钙在土壤中最适宜的投加量为1%(10 g/kg)。但实际现场施工时室外温度较高，反应速率较大，且工期养护时间较长，故在温度高于30℃的室外施工时，稳定化药剂配比为7∶3的碳酸二氢钙/碳酸钙在土壤中最适宜的投加量为1%(10 g/kg)。当该区域大粒径砂石颗粒含量较大时，增加投加量至2%(20 g/kg)或3%(30 g/kg)(根据砂石颗粒比例，50%以上加倍投加量)。

3 现场施工修复效果及工程成本

投加FeSO4明显降低土壤中铬(6+)的浸出浓度，且其浸出浓度在3天的养护周期后明显低于国家标准值。经处理土壤，铬(6+)的浸出浓度在前3 d迅速降低，随后降低的程度变弱，但随养护时长增加，铬(6+)的浸出浓度仍明显减少，这是由于在稳定化初期，铬(6+)被FeSO4中的亚铁离子还原成铬(3+)，而稳定化后期，亚铁逐渐氧化形成铁的氢氧化物，其对于铬和其他金属有着较强的吸附性能。

普通型硫酸亚铁(含量≥90%)多用于作为污水处理的絮凝剂和芬顿工艺药剂，烘干型硫酸亚铁(含量≥96%)常作为农肥、土壤改良、深加工复配等行业使用，此处使用后者(280 元/t)。

不同药剂量以及不同添加药剂比例会影响土壤中铜的去除率，但差异并不显著。铜去除率基本在80%～100%之间，随添加总药剂量的增加，其去除率先波动，但去除效果差异不大。当药剂添加总量为10 g/kg或20 g/kg时，随着磷酸二氢钙与碳酸钙比例的提高，铜元素的去除效果明显；而当药剂添加总量达到30 g/kg以上时，磷酸二氢钙与碳酸钙比例的不同对铜元素的去除效果的影响差别不大，但仍可观察到呈现下降趋势。

因此，在稳定污染土壤中铜元素时，仅投加1%(10 g/kg)、比例为7∶3，或2%(20 g/kg)、比例为7∶3或3%(30 g/kg)、比例为3∶7的碳酸二氢钙/碳酸钙就可以实现99%以上的污染物去除。

从阿里巴巴网站查的磷酸二氢钙价格4700元/t，碳酸钙价格500元/t。不同投加量作为评价指标，药剂成本均不同。投加量为1%(10 g/kg)的药剂成本为9.2～42.8元/t；投加量为2%(20 g/kg)的药剂成本为18.4～85.6元/t；投加量为3%(30 g/kg)的药剂成本为27.6～128.4元/t；投加量为4%(40 g/kg)的药剂成本为36.8～171.2元/t；投加量为5%(50 g/kg)的药剂成本为46～214元/t。则针对金属铜的处理，最适投加量为投加1%(10 g/kg)、比例为7∶3的碳酸二氢钙/碳酸钙，药剂成本为34.4元/t。

4 污染重金属的提取和应用设想

土壤中的铬和铜两种重金属含量高，现阶段的固化稳定化主要属于末端处理，改变重金属元素在土壤中的存在状态，不能彻底解决土壤中重金属存在的问题。故若能将土壤中的重金属与有机质(如绿化修剪废物、餐厨垃圾)混合，模拟填埋场条件，以废制废，填埋产生的渗滤液用泵循环，监测渗滤液的重金属含量作为依据判断土壤中重金属的稳定程度。

参考文献

[1]陈 静，鲍立婷.土壤重金属污染的来源和修复[J].河南科技,2013(17):164-165.

[2]赵 铭.土壤重金属污染现状、原因、危害及修复研究[J].资源节约与环保,2016(4):181.

[3]谢博文，王 艺，赵晟雯，等.土壤重金属污染研究综述[J].广州化工,2016(1):21-23.

[4]张 帆，蒋宁俊.土壤重金属污染的工程危害及修复方法[J].环境监测管理与技术,2010,22(4):58-60.

[5]颜蒙蒙，王 济，胡丰青，等.贵阳郊区菜地土壤重金属 Zn、Cd、Pb、Cu污染及潜在生态危害评价[J].四川农业大学学报,2016,34(3):336-341.

[6]崔邢涛，栾文楼，牛彦斌，等.唐山城市土壤重金属污染及潜在生态危害评价[J].中国地质,2011,38(5):1379-1386.

[7]陆清萍.重庆市某厂含铬废渣稳定化处理技术研究[D].重庆:西南大学,2012：17-18.