高压旋喷技术在铬污染场地的应用研究

刘建生

摘要：我司使用复合高效还原药剂焦亚硫酸钠和固化剂水泥，采用原位高压旋喷技术实现药剂与污染土壤、地下水的反应，有效降低了土壤和地下水中的六价铬浓度，实施过程中严格落实各项防止污染扩散措施和其他环境保护措施。

关键词：高压旋喷、六价铬、修复目标

0引言

福州某公司，厂区占地面积约32280m2。依据项目的专家评审意见，厂区部分区域土壤和地下水六价铬的含量引起的人体健康风险水平处于不可接受范围，根据人体健康风险制定的修复目标值为土壤30 mg/kg，地下水0.1 mg/L。

异位淋洗修复Cr6+污染土壤已有很多工程实例，例如李丹丹等[1]对铬渣污染场地用柠檬酸进行淋洗修复，发现当柠檬酸酸浓度为0.5 mol/L、固液比为1：20、反应24h淋洗2次的条件下，可以达到最佳的淋洗效果，Cr6+的去除率可达82.8%;美国一家电镀公司在现场工程中用水做洗脫剂，洗脱土壤中的Cr6+，使铬含量从2000 mg/L降到18 mg/L[2]。甚至有研究表示2%～8%的HCI可以去除污染土壤中全部的Cr6+和Pb，只是该方法会使土壤一半的基质流失[3];马琳娜等选用KHPO4、NaHCO3、NazCO，和KCI四种盐溶液提取土壤中六价铬发现，使用0.4 molL 的KCI提取液以电磁搅拌方式提取土壤中Cr6+的最高效率可达80%以上[4];洗脱修复技术在Cr6+污染土壤的修复有良好的应用背景，但本项目Cr6+污染场地在厂房中，且污染深度在4m以上，厂房中所有设备均不撤离行，只能考虑原位修复Cr6+污染场地。因此，本次使用原位高压旋喷还原药剂和固化药剂对Cr6+污染场地进行修复。

1原理

（1）六价铬的存在形式

在自然界里没有简单的六价铬存在，而是以Cr2O2-或CrO2-存在于溶液中，这两者可以根据溶液的酸度不同而进行相互转化：

一般六价铬在溶液中以CrO42-形式存在，当溶液的PH值小于4.24时，六价铬以Cr2O72-形式存在。

（2）常用还原剂

目前，经常使用到的液体还原药剂有硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）、亚硫酸氢钠（NaHSO3）、焦亚硫酸钠（Na2S2O5）以及水合肼（N2H4·H2O）等。常用到的固体还原药剂有亚硫酸钠、硫代硫酸钠以及连二亚硫酸钠等。目前为了购买使用方便，本项目将采用焦亚硫酸钠。

2材料与方法

（1）污染场地概况

福州某场地原先是电镀铬车间，对于场地污染区域划分为A、B、C、D四个区域。对于每个划分区域实施不同的方法：A区首先进行杂草清除，封堵排水沟，进行药剂回灌;B区首先进行地坪破除之后进行高压旋喷药剂回灌;C区在A、B区域撒入药剂后，通过地下水的流动对C区进行修复;D区在开孔之后进行药剂回填。修复施工区域如下图所示。各区域药剂的添加量根据小试以及中试试验结果来确定。其中B区某点土壤中Cr6+含量最高浓度为7174 mg/kg，污染最深深度为4m。

（2）高压旋喷设备

XP- 30B高压旋喷钻机（30 kw），XPB - 100E注浆泵（100 kw），DSR - 60AZ空压机 （50 kw）。

（3）实验室小试

取现场三个浓度梯度的土壤，实测含量分别为：326mg/kg、667 mg/kg和1255 mg/kg，分为三组。称取每组20 g污染土于烧杯中，称取不同质量的焦亚硫酸钠溶解于水中，以理论需求量的不同倍数添加到土中搅拌，再添加不同比例的水泥，设置3个平行样，养护7天后检测其Cr6+的剩余含量及固化后的浸出浓度。

由上表结果显示，土壤中Cr6+在养护7天后有所下降，说明Cr6+在环境中不稳定，易发生变性。在不添加焦亚硫酸钠的情况下，水泥的添加都使得土壤中Cr6+的含量有所降低，在三个浓度组下，水泥的添加比例为0%，还原剂添加比例为2倍，处理后土壤中剩余Cr6+浓度都大于30 mg/kg，分别为30 mg/kg、63.9 mg/kg和82.7 mg/kg，但随着水泥添加比例的增加为5%、10%和20%，326 mg/kg和667 mg/kg组，Cr6+剩余含量均能够下降至30 mgkg 以下，实现达标，而对于浓度稍高的1255 mg/kg组，还原剂添加比例为2倍时增加水泥的比例不能实现到达标的效果;还原剂添加比例为4倍时，无论是否添加水泥，剩余Cr6+含量均能达标，这也与前面的实验结果相符，但添加水泥后的效果明显比不添加的效果更好。随着水泥比例的增加，土壤中剩余Cr6+浓度开始降低后有反增的趋势，原因可能是如果一开始添加过多的水泥会使Cr6+被水泥包裹无法与还原药剂进行充分的接触反应，导致其去除率下降。

针对添加4倍理论还原剂量后，Cr6+剩余含量均<30 mgkg，符合既定修复目标值，再对添加不同比例水泥的土壤进行Cr6+浸出毒性实验。根据实验结果可知，5%、10%、20%三个比例水泥的添加毒性浸出都符合《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）和《污水综合排放标准》（GB8978-1996），但是在添加比例在10%时，浸出浓度都要低于其他两个比例，添加水泥量为20%时浸出液中Cr6+反而最高，这说明水泥可能会激活土壤中Cr6+，增大其有效性和可提取性。

综上，添加了10%水泥的土壤，其土壤形态较优，利于操作，进行浸出验收也能合格，针对实际污染场地修复地拟采用4倍焦亚硫酸钠和10%水泥的添加方案。

（4）现场应用

在B区污染场地中将污染深度为4m的修复区域画出来并做好标识，设置注射点位，注射点采用间隔错位的方法来布设，相邻的点位之间按照边长为 3 m 的等边三角形进行排列，以保证药剂最大限度地停留在目标修复区域，并有充分时间释放压力。注射深度为地下4 m，注射压力为15 Mpa以上，注射时由下往上提升时进行高压旋喷注射，控制提升速度均匀（约5 cm/min），提升至地下约为l m深度注射完成。此时不急于将桩机拔出，停留约10 min释放压力，使药剂保留在目标修复区域中，与重金属发生反应，尽量避免药剂涌出。根据前期小试及中试的结果，药剂添加量均为理论需求量的4倍，现场根据实际需求来增加。每个点位注射作业完成后需要进行密封，防止其他点位注射时压力过大而返浆。注射作业结束完成，养护7d，取样送检。注射点位示意图如下所示。

（5）样品采集与分析测定

在两个注射点中间进行取样，在B区布设13个监测点位，将采集的土壤样品送至第三方具有CMA和CNAS检测单位进行土壤pH 、六价铬总量和相关指标浸出毒性的测定。土壤中六价铬总量采用碱消解法和比色法进行测定。土壤pH 值采用玻璃电极法测定。修复后土壤浸出液中六价铬浓度采用二苯碳酰二肼分光光度法进行测定。测定数据采用相关软件进行数据的统计分析

3结果与分析

药剂添加量：硅酸盐水泥的添加量为11.5%（包括1.5%的损耗量），还原药剂的添加量为理论需求量的4倍。监测结果如下表所示：

检测结果显示在B 区的 13个采样点土壤中均未超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中六价铬的标准限值（5 mg/L），且都未超过《地下水质量标准》（GB/T14848-2007）中的IV类标准（0.1 mg/L）。

4结论与建议

（1）现场实施结果显示，高压旋喷技术对于此类药剂的还原稳定化实施是可行的，足能够将药剂和土壤进行混合混匀。在全场实施过程中，旋喷钻头能够顺利钻至目标深度，是一种可靠且可以推广施工路线。

（2）对于污染深度较深的土壤，开挖难度大，而且开挖会对原始较老的建筑产生影响，同时也会带来一些环境二次污染问题，因此采用原位高压旋喷技术还是可行的。

（3）通过还原-固化水泥修复污染，处理后的土壤浸出液能够达到相关标准，但固化体的长期稳定效果是重要考虑因素，还原-固化修复技术应保证处理效果的长期有效性，因此有必要开展长期跟踪监测工作，例如通过观察植物生长状况以及测定植物组织中重金属浓度，可以确定经过修复后土壤中重金属毒性的变化，从而判断该技术的长期处理效果。

参考文献

[1]李丹丹，郝秀珍，周东美，等。淋洗法修复铬渣污染场地实验研究，农业环境科学学报，2011.

[2]梁金利，蔡焕兴，段雪梅，等。还原法修复六价铬污染土壤的研究，环境科学与管理，2013.

[3]郝汉舟，陈同斌，靳孟贵，等。重金属污染土壤稳定/固化修复技术研究进展，.应用生态学报，2011.

[4]马琳李改红张胜，等，土壤中六价铬提取方法试验研究，水文，2010.