粒径分离+药剂淋洗组合技术对砷污染土壤的修复效果评估

王 满

（广州中德环境技术研究院有限公司，广州 510700）

作为常见的砷污染土壤修复手段，土壤淋洗可分为物理法和化学法[1]。目前，大多数研究都集中在寻找用于砷解吸的有效萃取剂或有效处理工艺，以去除土壤中的砷[2]。技术难点在于寻求高效、环保的萃取剂，降低砷毒性。本文以广州市某砷污染场地的土壤为研究对象，对砷污染土壤进行模拟修复工程试验，探寻一种砷污染土壤修复的新方法。其间分别探究药剂淋洗、粒径分离对不同程度砷污染土壤的处理效果和机理，考察药剂、砷浓度等因子对修复效果差异的贡献，并从修复效果和经济上对小试结果进行对比分析，以期为砷污染场地修复实践提供数据支持及理论指导。

1 材料与方法

供试砷污染土壤样品分为低含量（567 mg/kg）、高含量（1 290 mg/kg），供试药剂为草酸、磷酸。试验设计2 个大组，具体方案如表1所示。

表1 淋洗试验设计方案

考虑到淋洗去除率与砷在土壤中的赋存形式相关，针对土壤物性设计单独的粒径分离试验，探究粒径分离强化淋洗法的砷去除率，同时降低药剂消耗。经实地调查取样，现场污染土壤分为粗砂土、中砂土和细砂土。采集不同粒径的污染土壤，称取1 000 g样品，挑拣粒径大于50 mm 的大块石后，取1 000 g超标土壤样品，过10 目筛，筛上物为粒径大于20 mm的砾石，称重，试验编号为3-1。按照现场土壤分类分别设计淋洗试验，使用不同的淋洗策略进行对比试验，如表2所示。

表2 粒径分离+药剂淋洗组合试验方案

2 结果与分析

2.1 低含量、高含量砷污染土壤淋洗效果

如图1所示，所有土壤淋洗样品均未达到居住用地的修复目标值（60 mg/kg）。由低含量土壤样品处理组结果可知，随着草酸淋洗液的浓度增加，砷去除率由39.86%提升至53.97%，由同浓度的单一淋洗液（0.2 mol/L 草酸）和复合淋洗液（0.1 mol/L 草酸+0.1 mol/L 磷酸）对比可以看出，复合淋洗液对低含量砷污染土壤的砷去除效果高出单一淋洗液5.12%。在高含量污染土壤样品处理组中，蒸馏水对砷污染土壤的淋洗效果明显，去除率达到40.62%。加入单一淋洗剂草酸，随着浓度的升高，当浓度达到0.5 mol/L时，去除率仅比蒸馏水高19.85%。加入复合药剂时，浓度由0.1 mol/L 提升至0.2 mol/L，对去除率的影响不大，差异不显著，当两种成分同时提高至0.5 mol/L时，去除率可达76.51%。低浓度条件下，单一药剂和复合药剂的作用相差不大，淋洗液的浓度是决定砷去除率的重要因素。

图1 土壤淋洗效果对比

2.2 粒径分离+药剂淋洗组合技术对砷污染土壤的去除效果

粒径分离后产生不同粒径的土壤介质，分质分离后，不同粒径的样本通过蒸馏水+淋洗剂组合进行淋洗，如图2所示。蒸馏水有较好的淋洗效果，其物理分离土壤中的含砷介质特点明显。淋洗样品静置后，土壤样品的粒径分级比较明显，砂占2/3，土基质占1/3，而砷极少富集在砂中，多富集在土基质中[3]，因此淋洗后土壤砷总量的检测多为土基质的检测。试验证明，淋洗可以将污染土壤减量化，对淋洗后污染土壤进行粒径分级，将土基质进行固化/稳定化，将分离的砂作为清洁砂进行利用。

粒径分离后，粗砂土的砷含量为330.74 mg/kg，中、细砂土的砷含量为440.62 mg/kg。在粗砂土中，蒸馏水淋洗的物理分离对砷的去除率为22%～25%，草酸+磷酸组合的去除率达到75%，与浓度7%的磷酸二氢钾相比，磷酸二氢钾（浓度7%）的最终去除率为87%，效果更加显著。中、细砂土同样采用浓度7%的磷酸二氢钾淋洗，而且处理时间降低一半，去除率也达到87%。砷含量300～450 mg/kg 的污染土壤样品经泥沙分离后，体积减少三分之一。高含量砷污染土壤可以采用浓度7%的磷酸二氢钾进行淋洗，液固比分别为2∶1 和3∶1 时，淋洗4 h，处理后砷含量均可低于60 mg/kg。

3 结论

淋洗药剂选择中，低浓度单一药剂（草酸）和复合药剂（草酸+磷酸）的作用相差不大，淋洗液的浓度是决定砷去除率的重要因素。高含量砷污染土壤可以采用浓度7%的磷酸二氢钾进行淋洗，液固比分别为2∶1 和3∶1 时，处理后砷含量均可低于60 mg/kg。工程实践中，建议将高低含量砷污染土壤混合后再进行粒径分离+药剂淋洗，最终实现土壤修复目标。