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重金属污染土壤处理技术与工艺阐释

更新时间:2009-03-28

建设生态文明切实维护国家生态安全必须是在保证土地环保的基础上进行的。土壤污染的防治工作关系到人民的身体健康,关系到经济的可持续发展,对于未来中国的长久发展有不可取代的作用。针对此问题于2016年5月国务院特意印发通过了土壤污染防治行动计划的条文。该条文针对我国目前整体土壤环境质量下降的问题作出了明确的整改指导和规定,为建设全面小康社会提供了土壤环境的法律支持,对建立健全我国的土壤保护机制作出了巨大的推动作用。

因此,解决和改善部分地区的土壤环境问题和人民的切身利益,彻底解决环境问题带来的潜在威胁有重要的意义,改善土壤质量已成为建设环境友好型社会,加强自然生态环境保护必须着力解决的首要问题[2]

1 受重金属污染土壤处理适用技术简介

衡阳某受重金属污染场地污染元素主要有砷、铅、镉、锌等,土壤重金属污染物含量超过《重金属污染场地土壤修复标准》(DB43/T1165-2016)居住用地限值。重金属污染土壤修复是一项系统工程,因此在处理技术的选择上需充分考虑技术可行性、治理周期和处理经济性等多种限制因素。

1.1 稳定化技术

稳定化土壤修复技术通常是指对于含有较高有害污染的土壤利用生物化学或物理的专业技术,对性态活泼易转移的污染物进行处理,进而转换为较为稳定的物质。这种技术可以将污染物的毒性消解,使污染物不易吸附,最终达到在自然环境中不传播、不扩散、不污染的目的[3]

1.处理范围:重金属、石棉、污染性的有机物,如:各类苯、烃等;该技术对各类氰化物等也有很好地处理效果。

2.使用的条件:该项技术的使用对于部分易挥发的污染物有很大的局限性。在处理过程中当需要大量的稳定添加剂时会引发增容效应,如此以来对于处理的成本要求就会大大超出预算。

在治疗组36例患者中,显效22例,有效10例,无效4例,总效率为88.89%。对照组36例患者中。显效13例,有效9例,无效14例,总效率为61.11%。两组比较有明显差异,治疗组效果明显优于对照组,差异有统计学意义(P<0.01)

淋洗过程的不同,将此技术分为原位淋洗和异位淋洗两种方式:原位土壤淋洗一般是指将冲洗液由注射井注入或渗透至土壤污染区域,携带污染物质到达地下水后用泵抽取污染的地下水,并于地面上去除污染物的过程;异位淋洗法区别于前者,需要对被污染土壤进行挖掘然后以污染物溶剂冲洗土壤,达到去除污染物的目的。经过冲洗后的溶液含有的大量污染物再进一步深化处理最终使污染物无害化。清洗后的土壤实现净洁后可进行回填进行环保化操作[4]

药剂的使用种类和使用数量都对不同污染性质的土壤的处理量有着很大的影响,这就需要对使用的药剂进行精准的判断。

在土壤污染物处理的过程中还涉及到污染物的定位、挖掘清理、运输等等问题。经过查阅资料,由EPA数据显示结果表明:小型处理厂的处理成本在160~245美元/m3,大型场地处理成本为0~190美元/m3;国内一般为500~1 500元/m3

1.2 土壤洗脱技术

1.处理类型:该技术对污染物的净化类型局限性较大,针对部分半挥发或不易挥发的有机物质及重金属有很好的处理效果。

3.修复周期及参考成本:一般根据施工的具体状况,除了要考虑水泥基的固化时间,还要对稳定的修复时间进行合理的规划。土壤的稳定修复体积在施工机械班台等不同设置的情况下,每日处理量有很宽的选择余地,效率可达到从100~1 200 m3/d。

3.修复周期及参考成本:水泥窑的协同处理技术的处理效率主要跟水泥窑的产出效率及被污染土壤投入量有关。决定污染土壤投放数量的因素有很多,除了被污染程度,还与污染物的种类及土壤的特性有关。所以在对被污染土壤进行处理之前,污染土壤的投放量首先要经过计算。计算标准为添加量需低于水泥熟料量的4%。处理成本在我国约为800~1 000元/m3

传统洗脱技术依旧是依赖于药剂对土壤中的污染物进行混合、溶解达到吸附的作用。其作法是使用一定的溶剂与受污染土壤混合,溶解后的土壤溶液再用冲淋法将污染物和土壤进行分离,基本实现洗脱后的土壤无污染化。

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按照国内乙肝病毒性肝炎的相关诊断标准,对酶联免疫法测试结果进行统计分析,具体的评价类型及其指标为:大三阳:HBe Ag、HBc Ab和HB-s Ag三项且均为阳性,其它指标为阴性。小三阳:HBc Ab、HBs Ag和HBe Ag三项指标检测结果为阳性,其它指标的检测结果为阴性。

3.修复周期及参考成本:该技术的处理时间较长,一般为三个月到一年的时间不等;在不同污染物的类型及修复目标的差异下,修复周期有很大的不确定性;工程规模和工程的工作效率也是影响处理修复周期长短的关键因素。

1.处理类型:重金属和部分有机污染物。

1.3 水泥窑协同处置

水泥窑协同处置是指经过预处理后,将满足入窑要求的固体废物进行装填,利用水泥窑内部的高温条件使气体实现长久停留的目的,实现对固体废物的无害化处置过程。污染土壤中重金属在水泥窑协同处置过程中,能进入水泥熟料的晶格,这对重金属污染物起到了很好的固定作用[5]

(1)内部审计评价与监督不力。《内部控制规范》第六十一条明确规定,内部审计部门或岗位应当定期或不定期检查单位内部管理制度和机制的建立与执行情况,以及内部控制关键岗位及人员的设置情况。这说明内审部门应侧重评价相关控制活动在评价期内的运行情况,实施控制的人员是否有必要的权限和能力。但是在内部审计时,审计重点是在经费指标、审批权限、发票或财务收支等业务上,而没有注重在评价期内实施控制人员的资质审查,不相容岗位分离是否实质分离等等,对内控的监督力度远远不够。

水泥窑协同处置过程中,污染土壤在回转窑高温通过时间10 min以上,而炉内焚烧温度高(气相温度达1 800~2 000℃,固相温度达1 450℃),各种有害有机污染物可以被彻底分解破坏。重金属污染土壤通常可以作为水泥生产中硅质原料,直接通过原有原料投加流程进行协同处置;而挥发性有机物污染土壤处置过程需从高温区投料,同时要对水泥窑进行相应的改造。水泥生产厂需增加相应的尾气处置设施,获得水泥窑协同处置固废资质,才能进行固废的水泥窑协同处置。

1.处理类型:本技术的处理物主要包含有机污染物及重金属。

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2.限制条件:由于水泥窑的环境状况对于汞、砷、铅等重金属污染物的处理过程中可能会造成金属的气化而导致二次污染,除此之外水泥的生产过程不宜过量添加污染土壤。

世界上绝大多数发达国家如英国、美国、德国等早已将儿童阅读上升到国家战略高度[32](P112-116),也许正因如此,才造就了各国的繁荣稳定和经济社会的持续性发展。在已具备客观条件和能力的前提下,中国政府也应提供强有力的资源投入和政策保障以便有效地支持并促进图书馆未成年人服务工作。我国民众在这方面的欠缺和薄弱的现况,也提示我们应尽快将其提升为国家战略,以免贻误时代赋予的宝贵发展机会。同时推广未成年人阅读,加强图书馆未成年人服务工作本身能紧扣教育目标和各阶段培养方案,是缓解甚至是解决目前基础教育中学生负担愈发沉重,心理健康日益凸显等问题的对症良药。

1.4 土壤阻隔填埋技术

土壤阻隔填埋技术是指将污染土壤挖掘后运输至相对安全的场所进行填埋的过程。阻隔填埋的优点是敏感区内的污染物能在短期内得到去除、技术要求不高且公众的可接受程度高。因此填埋在污染土壤修复发展前期得到大量应用,但填埋只是简单的污染源的转移,需要专用的填埋场。

2.净化条件:对于土壤成分细粒含量超过四分之一的土壤不易达到处理效果。在处理挥发性的污染物时保障施工的安全性和环保性,需要在开始清理之前进行有害气体的收集或处理。

1.处理类型:该方法主要适用于重金属、有机物及二者复合污染土壤。

2.限制条件:该种方法由于主要运用掩埋,一旦土壤类型较为活跃渗透性较高就会失去掩埋效果,对地下水造成二次污染。对于掩埋的场所而言,地质活动需要稳定,一旦出现地质活动,污染物会再度出现。

在某一恒定速度下,测量系统在一定的离地高度处,匀速通过单株茎秆作物,获取的回弹力T与作物茎秆本身的粘弹性、作物茎秆的各向异性、茎秆在弯曲过程中截面发生椭圆化和单株小麦的茎秆数等有关,那么通过测量茎秆的回弹力T可以定量地描述茎秆作物的总的机械强度,通过分析测量值与理论值的关系,验证模型的可靠性。

3.修复周期及参考成本:此项技术的处理周期相对于以上几种类型而言,相对较短。对掩埋场所进行优化选择之后就能达到处理的效果,因此处理的成本也相对较低。统计结果显示:土壤阻隔覆盖和掩埋技术成本分别在500~800元/m2、300~800元 /m3

1.5 植物修复技术

植物修复技术是利用自然生长或遗传培育能耐受或超累积重金属的植物,修复重金属污染土壤的技术的总称。该技术主要原理为利用植物进行稳定、挥发、提取,来实现对污染物的消除目的。该技术成本低环保无害,受到各个国家的青睐,但是由于其修复周期长,治理效果缓慢,植物修复技术多作为辅助修复技术使用。[6]

经过调查统计,目前国际上的处理成本有着很大的差别,美国 50~423美元/m3,欧洲 15~432欧元/m3,平均为126欧元/m3。国内的工程应用成本约为600~3 125元/m3

2.限制条件:需要有良好植物生长环境,对于自然环境较为恶劣的地区此方法失效。对未明确能被植物处理的重金属等污染物不易使用。

3.修复周期及参考成本:此项技术虽然环保绿色,但是依赖植物的自然代谢来完成对污染物的降解,处理周期较长。一般需要3~8 a的时间,处理的成本取决于植物的类型。美国和国内的处理成本分别为25~100美元/t、100~400元/t。

高校创新创业教育应该将工匠精神融入人才培养方案,并在学科建设、专业发展、课程实施等方面加以落实。但是,多数高校创新创业教育的课程体系缺乏综合性、系统性和应用性,融汇工匠精神的创新创业类通识教育课程设置较少且针对性不强,存在创新创业教育课程体系与行业发展衔接不紧密、与其他多个学科交叉发展不同步的问题。

2 重金属污染场地治理方案选择

经方案比选,稳定化/固化技术具有经济性好,处理周期短等特点,且国内外均有大量工程实例可以借鉴,工艺可操作性强。场地可作为建设或绿化用地,符合当地对于场地的利用规划。因此确定采用稳定化/固化作为衡阳某受重金属污染场地的处理技术。

针对本馆近十五年来典藏的中文图书,笔者按图书品种提取出版单位开展分析,结果显示共有170家出版单位的803种图书被读者预约。表4显示了读者预约图书品种前10名的出版单位,这些出版单位的470种图书被预约,占被预约品种的58.5%;这些图书总计被读者预约了1004次,占所有图书被预约次数的67.83%。综上所述,笔者以这10家出版单位为研究主体开展研究分析。

其处理工艺流程如图1所示。

  

图1 受重金属污染土壤处理工艺流程

处理后的场地内土壤浸出值须低于《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)I类标准限值。考虑污染土壤特点,并参考类似工程实例,拟选用以黏土矿物、硫基、磷基、pH控制为主无机复合的高效环境专用稳定剂,具体药剂种类见表1。

“公民记者”的概念是伴随新媒体时代的到来而被大家熟知的,单从字面上来看,“公民记者”这个词的中心语是“记者”,而“公民”只是一个修饰语。一般地,人们把非专业化新闻传播者或公民新闻的提供者称‘公民记者”。公民记者同我们之前所熟知的专业记者有所不同,它指的是在一个新闻事件的报道和传播过程中,可能发挥着记者在某一方面的作用,但并不是专业的新闻传播者,只是普通社会公众。“公民记者”的背后所体现的是“参与式新闻”的理念,因为他不是专业的记者,而是出于民间,因此也被称为“民间记者”。

 

表1 项目拟采用的稳定化药剂

  

注:HPSS系列水剂和DCM系列粉剂为本项目在方案研究阶段参考国内外类似工程技术进行重金属污染土壤现场试验时,在符合国家相关标准的药剂中随机选取的一种稳定化药剂,仅作为工艺试验结果的参考,在下阶段项目实施之前应委托有资质的实验室进行中试以明确具体的药剂及参数。

 

药剂名称 形态 主要类型 针对性效果HPSS-P100水剂 硫基复合药剂 针对含 Pb、Cd的废弃物,产生惰性沉淀物HPSS-S100水剂 磷基复合药剂 针对含 Zn、Cd的废弃物,产生惰性沉淀物DCMI 粉剂 复合氯化物 针对As产生惰性沉淀物DCML 粉剂 人工合成矿物基质 使沉淀物产生类矿物结构,强化固定化效果强度DCMC 粉剂 水泥,炉渣等 固化剂,强化物理抗压

本项目针对药剂的功能与目标污染物差异,对不同的污染物组合实施不同的药剂搭配,并经过实验室试验确定最终的药剂配比和用量。

首先,根据现有的调查数据,选择具有代表性的7个样品,进行稳定化/固化试验,选取的样品情况见表2。

 

表2 稳定化/固化试验样品情况表

  

编号 潜在酸碱性问题与超标重金属种类 超标情况(相对清理目标值)1 pH偏低,镉 镉约4倍2砷约2倍3 pH偏低,镉,砷 镉约16倍,砷约6倍4 pH偏高,镉,砷 镉约3倍,砷约2倍5 pH偏低,砷 砷约11倍6砷铅,镉,砷 铅约4倍,镉约3倍,砷约6倍7铅,镉,砷 铅约13倍,镉约5倍,砷约9倍

接着针对每个样品设计一系列稳定化/固化药剂投加方案,进行人工混合,并检测处理后样品中的重金属浸出浓度,试验结果见表3。

由初步试验可知,土壤稳定化/固化处理的最佳运行条件为粉剂投加量2%~3%,水剂投加量为4%~6%,调节土壤水分含量40%~50%,搅拌时间为3~5 min,养护时间为36 h,养护后水分含量10%~15%,增容比约为4%~10%;最佳运行条件下,可有效减少样品中镉、砷和铅的浸出浓度,能够满足浸出浓度修复标准。

 

表3 稳定化/固化试验结果汇总表

  

/%TR-1 粉剂3% 镉0.121 镉编号 药剂最优添加比例 处理前浸出浓度/mg·L-1 处理后浸出浓度/mg·L-1 稳定率0.045 62.8 TR-2 粉剂2.5%+水剂4% 砷0.682 砷0.265 61.1 TR-3 粉剂3%+水剂6% 镉0.337砷0.744 83.38 51.3 TR-4 粉剂2.7%+水剂5.5% 镉0.17砷0.705镉0.056砷0.362 71.76 56 TR-5 粉剂2.2%+水剂5% 砷0.823 砷0.308 62.6镉0.048砷0.31 TR-6 粉剂2%+水剂5%TR-7 粉剂2%+水剂5.5%铅0.986镉0.142砷0.714铅0.769镉0.217砷0.805铅0.408镉0.039砷0.276铅0.32镉0.065砷0.314 58.62 72.5 61.3 58.39 70.05 61

3 结 语

1.稳定化/固化技术可有效降低土壤重金属活度,控制污染地区重金属迁移,且稳定化/固化后土壤可作为项目区域规划建设用土。

2.重金属稳定化/固化工程的成功与否,其关键在于稳定剂的选择与投加,必须根据不同的土壤特性选择适合的稳定剂,从而确保经济高效地实现污染场地的综合治理。

参考文献:

[1] 中国环境保护产业协会重金属污染防治与土壤修复专业委员会.重金属污染防治与土壤修复行业2016年发展综述[J].中国环保产业,2017,(11):17-22.

[2] 梅桂友.把环境风险防治摆在“十二五”规划落实突出位置[J].环境与可持续发展,2012,37(3):48-51.

[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[J].应用生态学报,2011,22(3):816-824.

[4] 环境保护部环境规划院.中国环境保护产业发展报告[R].北京:中国环境保护产业协会,2015.253-255.

[5] 蒋小红,喻文熙,江家华,等.污染土壤的物理/化学修复[J].环境污染与防治,2006,28(3):210-214.

[6] 莫小荣,王芸,胡晓熙,等.土壤重金属污染修复技术的研究进展[J].广东化工,2016,43(4):58-60.

 
胡遥
《湖南有色金属》 2018年第02期
《湖南有色金属》2018年第02期文献

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