铬污染土壤原位修复技术试验研究

王廷涛，郭贝，赵志辉

（青岛新天地环境保护有限责任公司，山东 青岛 266000）

铬盐系列产品是化工、轻工、高级合金材料的重要基础原料，广泛应用于电镀、化工、陶瓷、皮革等行业[1]。我国先后建成铬盐厂60 多家，目前仍有十多家铬盐厂在运营。铬盐厂在生产过程中会产生大量铬渣，由于早期生产和管理的不规范以及铬渣的随意堆放，对地块土壤及地下水造成了严重的铬污染。随着城市化进程的加快以及国家“退二进三”政策的实施，很多铬盐企业从城区搬迁转移，遗留遗弃了一些铬污染地块，而铬污染地块会带来污染风险，对人类身体健康和生态环境造成严重威胁，因此亟须开展铬污染场地的相关修复工作。

铬污染场地修复常用的技术有淋洗技术和化学还原技术。淋洗技术原理是利用清水、化学溶剂或其他可能把污染物从土壤中淋洗出来的流体，淋洗土壤，通过交换、吸附、溶解、沉淀以及螯合等作用，把土壤固相中的污染物转移到土壤液相中，再把含污染物的淋洗液进一步提取出来，回收处理污染物，并循环淋洗液；原位化学还原技术是通过向污染区域的土壤注入还原剂，通过还原作用，使土层中的污染物转化为无毒或毒性相对较小的物质，达到修复的目的。目前，场地修复中最常用的原位淋洗是将淋洗液通过表面漫灌或钻井注入的方式进行注入，然后通过垂直井将含有污染物的淋洗液抽提出来进行处理。该处理方式最大的缺点是淋洗液的抽出效率低，容易造成污染物扩散，存在二次污染问题。为解决该问题，可将垂直抽提井设置成水平抽提井。本研究根据铬盐厂的客观情况，选用水平井原位联合修复技术，即原位淋洗技术和原位化学还原技术在地块进行中试试验研究。

1 试验地块和试验方法

1.1 试验地块

选择南方某铬盐厂的铬污染场地作为研究对象。前期地块调查发现，该地块存在着较为严重的铬污染，土壤总铬最大污染浓度为18 390mg/kg，平均总铬污染浓度为801mg/kg，其中六价铬最大污染浓度为15 400mg/kg，污染深度为3～12m。

选择铬盐厂地块内长15m、宽12m、深4m，土方量720m3的区域作为中试试验场地。参照国家有关土壤取样标准，通过网格法对污染场地进行分层取混合样，并按相关检测标准对土壤样品中的污染物进行分析，其污染物检测指标结果见表1[2]。

表1 中试地块土壤污染物检测结果

该地块规划开发为工商业用地。根据样品分析检测结果可知，中试区域土壤中六价铬和总铬含量均超过工商业用地的土壤筛选值[3,4]。其中总铬最高浓度为16 800mg/kg，六价铬最高浓度为15 400mg/kg。从污染分布来看，表层土壤污染最为严重，总铬、六价铬含量随着取样深度的增加而降低。

1.2 修复目标

根据地块的使用规划，由专业机构进行风险评估，确定地块土壤修复目标值，总铬为9000mg/kg，六价铬为30mg/kg。

1.3 试验方法

试验选用水平井原位联合修复技术，即原位淋洗技术和原位化学还原技术在地块进行中试试验研究，试验流程如图1 所示。

图1 中试试验流程

1.3.1 原位淋洗

土壤淋洗技术常用的淋洗液主要有清水、EDTA、草酸盐、盐酸、硫酸钠和柠檬酸，由于六价铬的水溶性较好，且添加其他的药剂会改变土壤的性质和功能，同时有些药剂的选用可能会造成二次污染，因此选用清水作为淋洗液。

试验修复土壤分上下两层，分别是0～2m 层和2～4m 层。上层土壤采用上部均匀喷淋+下部第一层水平井抽提方式，下层土壤采用上部第一层水平井淋洗+下层第二层水平井抽提方式，具体步骤为：地块表层沿试验区域四周砌筑高50cm 的砖块围堰，防止淋洗液体外流；土层中共设置两层水平井，第一层水平井设置在距离地面2m 处，第二层设置在距离地面4m 处。在第一层设置4 口水平井，间距为3m；在第二层设置3 口水平井，间距为3m，但与第一层水平井错开，剖面示意图见图2。井管采用DN100 的PVC滤管，一端堵塞密封，另一端管口与抽提收集处理一体化设备（以下简称“一体化设备”）相连。

图2 水平井剖面示意

第一层水平井兼有抽提和注入功能，当顶层喷淋时，第一层水平井通过一体化设备收集淋洗液，当上层土壤淋洗完成后，第一层水平井转换功能为注入井，向土层内注入淋洗液，第二层水平井作为抽提井。淋洗液分多批次加入，每次30m3，每批次循环淋洗时间不少于36h，最终的淋洗液经一体化设备处理后回收再利用。

1.3.2 原位化学还原

淋洗修复结束后，为处理残留土壤中的污染物，注入化学还原剂，对六价铬进行稳定，最终达到修复目标。应用于铬污染土壤修复的常用化学还原剂主要为铁屑、硫酸亚铁、多硫化钙等，根据药剂的适应性、对环境的危害性、修复费用以及修复环境的特性，同时根据场地修复经验，选用硫酸亚铁作为还原稳定剂。向土壤中加入10%的硫酸亚铁溶液，操作方式与水平井淋洗相同。

2 试验过程与试验结果

2.1 试验过程

第一层土壤淋洗，将淋洗液通过管道系统均匀喷淋到污染土壤表面，启动一体化设备，通过第一层水平井管道产生负压，加快淋洗液下渗的速度，并收集淋洗液（见图3、图4）。

第一层土壤淋洗15 批次，每次30m3，消耗淋洗液450m3；待第一层土壤淋洗完毕后，用第一层水平井注入淋洗液，第二层水平井收集，参照第一层土壤淋洗操作，第二层土壤淋洗10 批次，每次30m3，消耗淋洗液300m3。

淋洗完毕后，为控制土壤中残留的污染物，通过管道喷淋和水平井注入的方式向土层中加入一定量的还原剂，以减小可能产生的环境污染风险，共加入还原剂10.5t。

图3 表层喷淋系统

图4 水平井布置

2.2 试验结果

参照国家有关土壤取样标准，对污染场地进行取样，并按相关检测标准对土壤样品中污染物进行分析，其主要检测指标结果见表2、表3[1]。

表2 水平井联合修复六价铬含量变化

表3 水平井联合修复总铬含量变化

采用水平井联合修复后，土壤0～0.2m、0.6～1.0m、3～4m 取样层中，六价铬含量分别为29.0mg/kg、18.5mg/kg、17.4mg/kg，六价铬含量均低于30mg/kg，各层均达到修复目标值。修复后土壤0～0.2m 层、0.6～1.0m 层、3～4m 层中，总铬含量分别为12 500mg/kg、2030mg/kg、734mg/kg，其中0～0.2m 层土壤修复不达标，0.6～1.0m 层、3～4m 层土壤修复达到目标值要求。修复后土壤0～0.2m 层、0.6～1.0m 层、3～4m层中的总铬去除率分别为25.6%、21.6%和25.6%。

3 结语

根据试验结果，通过水平井原位联合修复的土壤，其六价铬可达到修复目标值要求。说明水平井原位联合修复技术，即原位淋洗技术和原位化学还原技术联合使用对土壤中的六价铬有良好的修复效果。但当污染土壤的总铬含量过高时，水平井原位联合修复技术达不到修复目标值的要求。例如，试验中土壤0～0.2m层中总铬含量高达16 800mg/kg，修复后为12 500mg/kg，达不到修复目标值9000mg/kg 的要求。经过水平井原位联合修复，土壤中总铬的去除率可达到20%以上。则当土壤中总铬含量小于11 250mg/kg 时，通过水平井原位联合修复后，土壤中的总铬含量可以小于9000mg/kg。因此，建议将铬盐厂地块中总铬含量大于12 500mg/kg的土壤采用异位技术进行修复，可以选用异位淋洗修复后原位回填，也可以选用异位化学还原技术修复后填埋。铬盐厂地块中总铬含量小于12 500mg/kg 的土壤则可以选用水平井原位联合修复技术进行修复。