污染场地修复技术效能比较

2014-03-10李晓光马建立马云鹏张航瑞陈益钟

中国环保产业 2014年10期

关键词：重金属污染物污染

李晓光，马建立，马云鹏，霍宁，刘畅，张航瑞，陈益钟

（1.天津市联合环保工程设计有限公司，天津 300191；2.天津市环境保护科学研究院，天津 300191；3.中交天航环保工程有限公司，天津 300461）

污染场地修复技术效能比较

李晓光1，马建立2，马云鹏1，霍宁1，刘畅1，张航瑞1，陈益钟3

（1.天津市联合环保工程设计有限公司，天津 300191；2.天津市环境保护科学研究院，天津 300191；3.中交天航环保工程有限公司，天津 300461）

日益严重的环境污染，造成大片污染场地亟待进行修复。通过分析污染场地的主要污染物及来源，综述了应用于污染场地土壤修复的主要技术及优缺点；通过对国内外主要污染场地土壤修复技术特点及其效能的比较，探讨了我国污染场地修复技术的发展趋势。

污染场地；土壤；修复技术

随着经济快速发展和城市化进程速度的加快，老工业企业在长期的生产过程中，遗留了大量的环境问题，其场地开发再利用过程中表现出来的环境污染问题日益突出。国内外经验表明，当污染场地被改变土地利用性质，作为居住、公园以及公用设施等用地加以开发利用时，如风险控制不当，污染物可能通过空气、皮肤等方式进入人体，日积月累，将威胁人体健康并可能引发一系列的社会问题。

本文介绍了应用于国内外污染场地土壤修复的主要技术及其效能对比，探讨了我国污染场地修复技术的发展趋势。

1 污染场地土壤修复技术

1.1 固化稳定化技术（Solidification/Stabilization，S/S）

固化稳定化技术是指将污染土壤与黏结剂混合形成凝固体将有害物质固定起来，或者将污染物转换成不活泼状态，从而大大降低污染物的毒性和迁移性，降低污染物对环境的威胁。在美国，固化稳定化技术是一种高效的污染土壤治理技术，其中25%的超级基金治理项目采用该治理技术[1]。固化稳定化技术分为基于无机类土壤黏结剂和有机类土壤黏结剂的固化稳定化技术（见表1）。

表1 各类固化稳定化技术性能对比

1.1.1 基于无机类土壤黏结剂的固化稳定化技术

无机类土壤黏结剂主要以粉煤灰、各类矿渣、煤矸石或水泥、沸石、石灰等为原料，一般为粉末状。添加无机类土壤黏结剂的固化土性能比较稳定，在正常条件下，其性能可保持30～50年基本不变[2]。由于原料主要以一些工业废料和较易取得的建筑材料为主，因而可降低工程造价。

1.1.2 基于有机类土壤黏结剂的固化稳定化技术

有机类土壤黏结剂主要以磺化油、沥青、树脂类和高分子材料类为主，一般为液体状。主要原理是通过离子交换或材料本身聚合加固土壤。由于此类土壤固化剂在使用时要严格控制土壤的含水量，因此有些有机类土壤固化剂在使用时要与水泥配合使用才能达到固化效果。有机类土壤固化剂的使用寿命随使用环境的不同而变化较大，一般约为30年[2]。

1.2 土壤淋洗技术（Soil Flushing）

土壤淋洗是指借助能够促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，注入被污染土壤中，将溶剂与污染土壤充分混合，然后再把包含有污染物的液体从土壤中抽提出来进行分离处理，达到对污染土壤进行治理的技术。土壤淋洗技术可用于处理重金属和有机污染物，尤其对烃、硝酸盐及重金属的重度污染具有较好的效果。该技术适用于均质的可渗透土壤，对于修复大粒径级别污染土壤更为有效，如砂砾、沙、细沙（渗透率大于10-4cm/s）等。由于黏土与污染物之间的吸附作用较强，因而该技术一般适用于修复黏土含量在30%以下的土壤[4]。根据不同的污染土壤性质要采用不同的溶剂进行淋洗（见表2）。

1.2.1 原位土壤淋洗技术

原位土壤淋洗一般是指将淋洗溶剂由注射井注入污染土壤中，淋洗剂携带污染物质到达地下水后用泵抽取被污染的地下水，并于地面上去除污染物的过程（见图1）。

图1 原位土壤淋洗修复示意图

表2 用于不同污染土壤的溶剂

1.2.2 异位土壤淋洗技术

异位土壤淋洗需要先将污染土壤挖掘出来，用水或淋洗剂溶液清洗土壤，将土壤与含污染物的废水或废液进行分离，处理后的土壤可就地处置或运至其他地点处置，废水与废液进行集中处理（见图2）。

图2 异位土壤淋洗修复示意图

在美国新泽西州Wins1ow镇的污染土壤修复工程中建立了一整套土壤清洗系统用于处理该污染场地内的重金属污染，处理前场地内铬、铜和镍的浓度均超过10,000mg/kg，经异位土壤淋洗基础处理后的清洁土壤中，镍的平均浓度为25mg/kg，铬为73mg/kg，铜为110mg/kg[3]。

1.3 土壤气相抽提与生物通风技术

1.3.1 气相抽提技术（Soil Vapor Extraction，SVE）

气相抽提技术是一种将洁净空气通过送气机通入污染区域土壤的孔隙中，将挥发性有机污染物从土壤中解吸出来至空气流中，并最终引致地上处理的原位土壤修复技术。多数情况下，污染土壤中需要安装若干空气注射井，通过真空泵引入可调节气流。此技术的可操作性强，处理污染物范围宽，可由标准设备操作，不会破坏土壤结构且可回收利用废物具有潜在价值，但土壤理化特性（有机质、温度和土壤空气渗透性等）对土壤气体抽提修复技术的处理效果影响较大，排出的气体需要进行处理。SVE对非黏质土壤中的挥发性有机污染物的修复效率可达90%以上[5]。

1.3.2 生物通风技术（Bioventing，BV）

生物通风技术是一种通过送风机通入低流速洁净空气至污染土壤中以刺激微生物活性、增强微生物对污染物的生物降解，同时将易挥发物质一起抽离土壤至地面进行最终处理的土壤修复技术（见图3）。这是一种生物增强式SVE技术，可修复不满足SVE修复要求的石油低渗透性、高含水率土壤，同时可通过给土壤注入纯氧气、升高土壤温度、添加表面活性剂或添加工程菌等方法将石油类物质从其所吸附的土壤颗粒上剥落下来，从而大大提高生物可利用性，生物通风技术是一项中期到长期的技术，所需时间从几个月到几年不等。

图3 SVE和BV修复技术示意图

1.4 热解吸修复技术（Thermal Desorption）

热解吸修复技术是指通过直接或间接加热的方式，将污染介质及其所含的污染物加热到足够的温度，使土壤中部分有机物在高温下分解，其余未能分解的污染物在负压条件下从土壤中分离出来，最终在地面处理设施中彻底消除的修复技术（见图4）。该技术特别适合处理有机类污染物，但对所处理土壤的粒径和含水量有一定要求，一般需要对土壤进行预处理。

图4 热解吸修复技术示意图

美国NBM农药污染热脱附修复项目中采用直接接触式干燥系统在672℃条件下处理农药污染的土壤，修复后土壤中的艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、林丹四种农药浓度均低于0.01mg/kg，去除效率大于99%。

1.5 电动力学修复技术

电动力学修复技术就是在土壤中插入两根电极，在电场力的作用下，以及电化学和电动力学的复合作用下，使土壤中的污染物定向移动并最终在电极附近富集或被回收利用从而达到清洁土壤的目的。电动力学的修复过程可分为四部分：电解、电泳、电渗、离子迁移[6]。该技术分为原位、异位两种修复方法，可有效处理重金属（包括铬、汞、镉、铅、锌、锰、铜、镍等）污染物及部分有机污染物，去除率可达90%[2]，且节省人工，成本低廉，对现有景观和建筑的影响较小，污染土壤本身的结构不会遭受破坏。该技术的不足之处就是必须在酸性条件下进行，必要时要加入酸性溶液，且需要处理的时间较长，如果使用的直流电压较高会使土壤温度上升，从而导致修复效率降低。1987年荷兰一家废弃的涂料厂采用电动修复技术处理重金属污染土壤，铅和铜的去除率分别为70%和80%。

1.6 土壤修复技术特性对比（见表3）