废弃铁合金厂土壤重金属污染修复效果评估

刘宇娟，陈建华，陈 姣，周建良，彭宗良

(1.中南林业科技大学,湖南 长沙 410004;2.湖南省益佳建设监理有限公司,湖南 长沙 410004;3.湖南省和清环境科技有限公司,湖南 湘潭 411400)

1 引言

近年来金属冶炼、采矿、化工等行业发展迅速，大量重金属伴随废液及废弃物被排放到了环境中，土壤被严重污染[1～5]。如果过量的重金属元素进入土壤不仅直接影响了土壤质量，对农业用地与农产品质量造成严重威胁，而且会伴随食物链进入人体而引发疾病[6～9]。汞、铜、镉、铅、铬、锌、镍等是土壤中主要的重金属污染元素，其中有些重金属还具有较强的毒性, 并且不可生物降解[10,11]。在全国污染分布中，不同区域间的污染类型和程度有所差别，东南和西南地区相比西北和东北地区，镉、汞、砷、铅4种无机污染物的含量较高[12]。针对土壤重金属污染问题，通常采取物理、化学、生物等一系列有效治理方法去修复被污染的土壤[13～15]。换土、客土和深耕翻土是应用最为广泛的几种物理修复方法，主要原理是减少单位土体中重金属的含量或通过减少动植物与重金属的接触以达到安全标准[16,17]。化学固定和化学还原是常用的化学修复方法，化学固定技术主要是利用固化剂对重金属的吸附、共沉淀或离子交换等作用来降低其可移动性和溶解性[18,19]。化学还原技术是指使用零价铁、二价铁等具有强还原性的化学试剂将土壤中重金属价态降低，以降低其毒性[20,21]。植物修复和微生物修复是常用的生物修复方法，生物修复技术是一种成本低、环境友好、公众接受度高的重金属污染土壤修复技术[22～24]。本文以湖南某废弃铁合金厂为例，探讨各种修复技术在土壤重金属污染区的综合运用，并对其修复效果做出评估[25～28]。

2 材料与方法

2.1 场地概况

该废弃铁合金厂位于湘乡市某地，厂区面积约100 亩。因为历史原因，原金属铬湿法冶炼生产线(2006 年停产)的厂房、渣场及周边地区均受到六价铬的污染。 雨季造成大量地表水污染，六价铬通过地表水输送到深层土壤， 造成土壤污染。目前该厂现已全面搬迁，但由于长期的生产及以往铬渣的随意堆放，已经造成厂区土壤污染严重。

2.2 研究方法

2.2.1 样品采集

此次对该场地及周边土壤进行检测，首先采集修复前的土壤样品，其中污染土壤清挖效果评估检测工作与清挖工程同步进行；清洁客土的检测在客土入场回填前进行；场地土壤修复效果评估检测在土壤修复工程完成，清洁客土覆盖后进行。对清挖范围基坑内部和边缘的原址土取样，主要是采集表层(0～20 cm)土样，采样点的位置在基坑底部和侧壁。在进行采样前，需要先对场地进行布点，基坑侧壁采用的布点方法是等距离布点法，基坑底部采用的布点方法是系统布点法。2019年5月21日至22日开始布点，按照20 m×20 m的方式进行系统布点，四周侧面按照40 m分段采样检测，共采集土壤样品190 个。本项目主要污染物为重金属，以采样网格和间隔来收集混合样品(均匀采集9个表层土壤样品制成混合样)。2019年6月21号，根据《土壤环境监测技术规范》的标准，该场地土壤污染程度较深，所以对修复后的场地选取0～50 cm的上层土壤进行采样，采用系统布点法，以38.5 m×38.5 m的方式进行系统布点，共采集45 个土壤样品。土壤样品运送期间需要进行密封保存，将其置于4 ℃环境中运往实验室进行分析。采样点分布见图1、2所示。

图1 场地污染土壤清挖效果检测点位示意

图2 修复后场地土壤评估检测点位示意

2.2.2 样品分析

对样品进行检测，土壤样品分析及测试方法如表1所示。

表1 主要重金属分析检测方法

2.2.3.1 原位注入阻隔技术

原位注入阻隔技术是通过设置阻隔层来达到将污染物阻隔在土壤中的效果，防止其在土壤中迁移扩散。该项目按危险废物填埋场标准建设一座阻隔堆存场，对表层(0～50 cm)土壤(渣土混合物)阻隔填埋处置。六价铬浸出毒性浓度未超过《铬渣污染治理环境保护技术规范》(HJ/T301-2007)中铬渣进入一般固废场要求的该场地表层土壤，直接运送至阻隔堆存场。

2.2.3.2 化学固定技术

化学固定技术主要是将各种固定试剂用于被污染的土壤，使土壤的理化性质发生改变，通过重金属的吸附、沉淀、络合等作用固定土壤中的重金属，降低其在环境中的流动性和生物可利用性，有效地避免了污染的进一步扩散。化学固定技术的适用对象是低浓度、大面积重金属污染的土壤。六价铬浸出毒性浓度超《铬渣污染治理环境保护技术规》 (HJ/T301-2007)中铬渣进入一般固废场要求的该场地污染土壤，采取该技术进行治理，达到进入一般固废场要求后，填埋至阻隔。

2.2.3.3 客土回填法

客土回填法是指对表层污染严重的土壤进行清挖后，从别处移来质地好的壤土用于置换原本污染严重的土壤。清挖评估区域的污染土壤，将污染土壤暂存于临时堆场，对清挖后的评估区域场地采用清洁客土回填，回填的厚度为50 cm。

2.2.4 评估方法

采用逐个比对法进行土壤修复效果评估。

将修复目标值作为评估标准，当取样点的检测值小于或等于修复目标值时，达到标准；当取样点的检测值大于修复目标值时，未达到标准；只有当所有样品达到评估标准时，才能判断场地的修复效果。

2018年《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》《农业部关于大力实施乡村振兴战略加快推进农业转型升级的意见》《农业农村部 财政部关于深入推进农村一二三产业融合发展开展产业兴村强县示范行动的通知》先后发布。文件将农业产业化联合体视为重点培育的一种新型农业经营主体和产业生产经营市场主体。之所以将联合体视为推动农村产业融合的主体之一，是由于二者在驱动力、产业依托、联结要求、合作基础等方面高度契合。

(1)评估范围。污染土壤清挖效果评估监测范围：包括清挖基坑侧壁、基坑底部以及进行修复的污染土壤。

(2)评估对象和因子。本次效果评估的对象主要为评估范围内的土壤。评估因子包括pH值、总铅、总镉、总铬、六价铬、总锰和总锌。

(3)修复目标。本次评估区域土壤重金属总铬、六价铬、总铅和总锰等以湖南省地方标准《重金属污染场地土壤修复标准》(DB43/T1165-2016)中工业用地修复总量标准值作为修复目标值。修复治理后，上层土壤(0～0.5 m)污染物总量须符合《湖南省地方标准 重金属污染场地土壤修复标准》(DB43/T1165-2016)中规定的总量标准值。修复目标见表2。

表2 表层土壤修复目标

(4)修复后场地土壤评价标准。污染场地修复后，上层土壤重金属总量应符合《湖南省地方标准重金属污染场地土壤修复标准》(DB43/T1165-2016)中重金属污染场地土壤修复总量标准(工业用地)限值要求，水浸浓度应符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。标准限值详见表3和表4。

表3 修复后场地上层土壤污染物(总量)评价标准 pH值无量纲，其余为mg/kg

表4 修复后场地上层土壤污染物(水浸浓度)评价标准 pH值无量纲，其余为mg/L

3 结果

3.1 场调结果

场地环境调查过程中通过10 种重金属进行总量浓度检测：铬为最主要污染的重金属，超标率均为69.2%，其次为锰、锌；铬最高浓度5940 mg/kg(超标7.4倍)、锰最高浓度35500 mg/kg(超标3倍)、锌最高浓度 20200 mg/kg(超标28.8 倍)。根据土壤检测结果，场内土壤污染情况主要表现为总铬超标为主，超标率为48.3%，部分区域六价铬浸出毒性值超标，超标率为14.3%。

10种重金属总量检测结果见表5，评估区域污染情况见图3。

注：图中灰色区域为轻度污染，白色区域为中重度污染

表5 场地环境调查过程中 10 种重金属总量检测统计

3.2 检测结果

污染土壤清挖效果结果显示，第一次采集的场地清挖侧壁和底坑的190 个土壤样品中，有17 个超标，土壤样品超过了限值，超标污染物均为六价铬(同步进行了采样，检测结果基本一致)，超标最高值达到了1.386 mg/L。经二次清挖后，对场地清挖侧壁和底坑进行了补充检测，检测结果显示仍有5 个点位六价铬超标，之后再次对超标区域进行了清挖。一个月后第三次对场地曾检出超标的网格进行了采样检测，检测结果显示上述网格底坑和侧壁土壤样品污染物均满足限值。

经多次检测和二次清挖后，本次评估区域场地清挖效果最终达到了实施方案要求。场地修复后，对场地土壤进行了采样和检测，检测结果见表6、表7。

表6 修复后土壤样品(污染物水浸浓度)检测结果 pH值无量纲，其余均为mg/L

续表6

表7 修复后土壤样品(污染物总量)检测结果 pH值无量纲，其余均为mg/kg

续表7

3 结论与建议

3.1 结论

根据上述检测结果，本次评估采集的修复后场地土壤样品中污染物总量均符合《湖南省重金属污染场地土壤修复总量标准(工业用地)》的限值要求，土壤样品污染物水浸浓度均符合《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类限值。采集的修复后场地土壤中铅、镉等检测因子(总量)均符合土壤环境质量第二类用地筛选和管制值要求。

本次评估采集的修复后场地土壤有少量点位土壤中六价铬(总量)的含量超过了土壤环境质量筛选值要求，但未超过管制值要求。

由上可知：场地土壤修复后可同时满足《湖南省地方标准 重金属污染场地土壤修复标准》(DB43/T1165-2016)中重金属污染场地土壤修复总量标准(工业用地)限值要求和《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)要求，达到了治理修复目标。这一结果说明了综合运用客土回填法、原位注入阻隔技术和化学固定技术等多种土壤修复方法对重金属污染土壤的治理是可行的。

3.2 效果评估

根据检测结果，并结合实地调查和相关记录，评估认为修复区域污染土壤清挖效果和修复后的场地均满足实施方案和设计文件要求，场地修复工作达到了预期效果。本次铁合金厂重金属污染土壤修复效果评估合格可以为重金属土壤修复提供技术示范和宝贵的技术经验。

3.3 建议

为了更好地保护修复区域，建议对已经修复的区域内不进行过深的开挖施工作业。做好已修复区域与未修复区域的污染阻隔工作，避免修复好的区域被重新污染。

目前土壤重金属污染显现出了很多问题，人体健康受到极大威胁，修复与治理工作刻不容缓。因此，要了解多种修复技术，提高修复效率和质量，以达到优化土壤质量的目的。另外，还需加强污染源的控制，争取在最短的时间内获得最大的修复效果，加快生态系统良性循环。