工业区遗留场地土壤健康风险评估及金属铍的修复试验研究

李 敏，文 方

(1.新疆维吾尔自治区环境保护科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；2.新疆环境污染监控与风险预警重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011)

经过科学调查研究和分析发现，老工业园区是城市重金属污染的重灾区，随着我国城市发展的规划不断改变，对很多地区的用地使用方向进行了重新划分，这是进行产业升级的必由之路，在这样的过程中很多的工业用地被转化为了居民住宅用地或者公共用地，为了确保这部分使用地的安全，就需要采取一定的措施，对这些工业区遗留土壤进行污染的分析并且做出科学的健康风险评估，这样才能确保用地的安全以及广大人们的切身安全与利益。

1 当下工业区土壤重金属污染现状分析

通过对大量工业地区土壤的分析，我们发现目前的工业区土壤中所含的重金属元素类型比较集中，这些重金属都是传统工业生产的必备金属元素。在这其中镉元素的含量最为高，其污染程度超过标准土壤标准指数7%，而且镉这种元素的半衰期较长，这就意味着其毒性扩散的持续周期长，会对大面积的土地造成长时间的重金属污染，对所在地的动物以及植物的生长带来很多负面的影响，前段时间爆出的毒大米事件归根究底就是因为镉元素超标造成的。镉元素的形成主要原因就是在电镀的环节中，电池会生产出一些含镉元素，这些重金属会以气溶胶的形式进入到大气中经过一段时间的沉降进入到土壤中去；锌污染也是当前土壤污染的一个重要部分，锌元素自身的移动性比较小，但是一定范围内的动植物可以吸收一定含量的锌元素，长时间的积累会导致动植物在生长的过程中造成负面影响。这也是土壤重金属污染的一大源头，大部分是由于工程的废气排放不当引起的，虽然说锌是人体必备的微量元素，但是过量的摄入是非常危险的，对人体的损伤将是不可逆的[1]。

2 工业遗留地土壤重金属污染健康风险评估

2.1 重金属污染形态分析

想要对工业区的土壤重金属污染进行分析，仅仅分析金属污染的浓度和含量是不够的，这样的测量和评估方案是片面的，难以对后期的健康评估做出好的判断，因为重金属可以以很多种形式存在，如果单一的检测其含量必然是不准确的，通常情况下我们将重金属元素的形态，科学上会按照 Tessier 法进行划分，一般分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态，而大多数情况下土壤受污染程度是通过交换态来进行判断的，pH值可影响碳酸盐结合态对环境造成潜在威胁[2]，有机结合态及残渣态则危害小。不同重金属形态在人体中的溶出特性是不同的。 所以说一定要对重金属的形态进行分析，这样才有利于后期进行健康风险管理[3]。

2.2 工业区土壤重金属健康风险的重要性

众所周知，重金属的污染危害非常的大，因为重金属的污染不像一般的污染物，当重金属沉降到土壤之后很难被去除，因为土壤中的微生物是无法将重金属降解的，动植物的生长发育在很大程度上都会受到影响，在这样的一个过程中就会产生生物界中最为常见的放大效应。重金属的大量积累也会使得土地的性质发生变化。如果人体长生活和暴露在重金属污染的环境中就会处于亚健康状态，现在最常见和运用最广泛的健康风险评估方法就是致癌风险与非致癌风险评估，这种方式可以很大程度的对工业区的土地进行健康风险评估，现在这套机制并不是非常完善，在对重金属的毒性评估时除了浓度含量外，还缺少考虑到重金属对不同人群的人体可给性，这是离不开一些其他科学公式以及评估方法的补充，才能使得健康风险评估更加科学准确[4]。

3 铍的性质

3.1 理化性质

铍的理化性质参数见表1。

表 1 铍的理化性质参数

3.2 毒理性质

急性毒性：引起急性或慢性铍中毒，与铍化合物的种类有关。

健康危害：铍为剧烈的原浆毒，动物由静脉注入硫酸铍溶液后，肝、脾、肾、骨髓等器官有广泛坏死性病灶，并有溶血和出血现象；存活动物的受损害器官组织逐渐出现纤维增殖反应。吸入大量金属铍或其化合物可引起肺炎或肺水肿。有全身性毒性作用。毒性的大小，取决于入体途径、不同铍化合物的理化性质及实验动物的种类。

慢性毒性：含铍的荧光粉及高温炼制的氧化铍则多引起慢性铍中毒。

致癌性：铍为一类致癌物。铍能诱发某些动物的恶性肿瘤[5]。

4 试验部分

4.1 固化/稳定化技术

固定化/稳定化(Solidification/Stabilization)该技术是指将污染土壤与黏结剂混合形成凝固体而达到物理封锁(如降低孔隙率等)或发生化学反应形成固体沉淀物(如形成氢氧化物或硫化物沉淀等)，从而达到降低污染物活性的目的。运用物理或化学的方法将土壤中的有害污染物固定起来，阻止其在环境中迁移、扩散等过程的修复技术。与其它修复技术不同，固定化/稳定化技术是将污染物在污染的介质中固定，而不是通过物理或化学的处理将它们转移。固化/稳定化技术工艺流程详见图1。

其所针对的土壤污染物质主要为无机物(包括放射性物质)，一般不适于处理有机物和农药污染，不能保证污染物的长期稳定性，且处理过程会显著增加产物体积。实践表明，有许多因素可能影响异位固定化/稳定化技术的实际应用和效果。如最终处理时的环境条件可能会影响污染物的长期稳定性；一些工艺可能会导致污染土壤或固废体积显著增大；有机物质的存在可能会影响黏结剂作用的发挥；该技术属于非常成熟的土壤修复技术之一。固定化/稳定化方法可单独使用，也可与其它处理和处置方法结合使用。污染物的埋藏深度可能会影响、限制一些具体的应用过程。必须控制好黏结剂的注射和混合过程，防止污染物扩散进入清洁土壤区域。与水的接触或者结冰/解冻循环过程会降低污染物的固定化效果[6-7]。

图1 土壤固化/稳定化土壤修复技术工艺流程图

4.2 金属Be的固化/稳定化实验室小试

4.2.1 原土含量与浸出

图2 实验过程图片

表2 土壤中铍含量及浸出毒性测定结果

测定土壤中铍含量的测定和土壤中铍的浸出毒性的测定，使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)进行测定。土壤中铍含量及浸出毒性测定结果详见表2，小试试验过程见图2。土壤中金属铍浸出浓度较低，未超过《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)标准，加标之后土壤浸出浓度超过《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)标准。

4.2.2 铍污染土壤固化/稳定化实验

取适量的土壤样品，加入固化/稳定化药剂，固化/稳定化药剂的加入量分别为1号加标土壤加药量5%；2号加标土壤加药量7.5%；3号加标土壤加药量10%，水泥添加量为2.5%，固化图片如图3所示。

药剂配比：碱石灰35%～45%；高岭土5%～10%；氧化镁15%～20%；硅酸盐水泥20%～35%。固化养护8天后，进行抗压强度的测试，打碎均匀混合进行土壤中含量、浸出毒性的测试。

图3 固化块图片(从左至右分别为原土加药量5%；加标加药量7.5%；加标加药量10%)

固化块经过破碎后进行毒性浸出实验，污染土壤固化/稳定化前、后铍浸出浓度测定结果详见表3。

表3 污染土壤固化/稳定化前、后铍浸出浓度测定结果

对加标后的土壤利用固化/稳定化剂进行处理，通过浸出浓度表征处理效果，对比固化/稳定化剂添加量为5%、7.5%和10%时稳定效果的差异。结果显示固化/稳定后浸出浓度明显降低，药剂添加量为10%时效果较显著[8-9]。该固化稳定化药剂成本低、制备方法和使用方法简单，利于推广应用。

5 结束语

现在我国正处于高速发展的时期，很多的城市用地规划都和老工业区有关，但是很多地区由于技术和管理方面的缺陷，不能够很好地解决好老工业地区土地污染的问题，这些重金属的危害是不容小觑的，这对于土壤中微生物以及动植物的生长都有着密不可分的关系，只有治理好这些重金属的问题，对工业区土壤进行健康风险评估合格后，才能更加科学有效地利用好土地资源，减少后期不必要的麻烦。