電鍍場(chǎng)地污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)藥劑的設(shè)計(jì)優(yōu)化

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:摘要: 以 Cu（銅） 和 Ni （鎳）等重金屬含量較高的污染土壤為研究對(duì)象，選取 Na2 S、鐵粉、FeS、高嶺土、nano-HAP、油菜秸稈生物 炭和石硫合劑對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定化研究，以重金屬浸出濃度下降率和單位成本的重金屬浸出濃度下降率綜合評(píng)價(jià)各材料 單獨(dú)添加時(shí)的修復(fù)效果，并進(jìn)一步選取鐵粉、FeS 和石硫合劑進(jìn)行混料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和添加量梯度實(shí)驗(yàn)，分析修復(fù)藥劑的 最佳配比和用量。研究結(jié)果表明: 1) 單一材料修復(fù)實(shí)驗(yàn)中，石硫合劑的修復(fù)效果最佳，綜合修復(fù)效果評(píng)價(jià)值順序?yàn)槭?硫合劑＞油菜秸稈生物炭＞鐵粉＞FeS＞高嶺土＞nano-HAP ＞Na2 S; 2) 混料實(shí)驗(yàn)中，使用高嶺土和石硫合劑按照質(zhì)量比為 0. 76 ∶ 1. 24配制穩(wěn)定化修復(fù)藥劑，藥劑添加量為土壤質(zhì)量的 2. 0%時(shí)，綜合修復(fù)效果最優(yōu)，污染土壤中 Cu 和 Ni 的浸出 濃度分別可由 7. 01，2. 06 mg /L 降至 0. 94，0. 47 mg /L。

關(guān)鍵詞: 土壤修復(fù); 穩(wěn)定化; 電鍍場(chǎng)地

引 言 受?chē)?guó)家“退二進(jìn)三”戰(zhàn)略的影響，大批電鍍廠需要搬遷、關(guān)閉或者停產(chǎn)，這些企業(yè)搬遷后遺留的場(chǎng)地將會(huì)被重新開(kāi)發(fā)利用。但由于常年使用大量含重金屬的溶液，電鍍廠場(chǎng)地土壤受重金屬污染嚴(yán)重，屬于 重污染行業(yè)污染場(chǎng)地［1］。目前，固化/穩(wěn)定化作為一 項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于不同污染程度、類(lèi)型的重金屬污染場(chǎng)地，根據(jù)場(chǎng)地土壤性質(zhì)和重金屬污染情況，選擇經(jīng)濟(jì)適用型的穩(wěn)定化藥劑是該項(xiàng)技術(shù)可行的關(guān)鍵［2］。 大量研究表明: 海泡石、蛭石、石灰石、生物炭、蒙 脫石、沸石、鐵錳氧化物、磷灰石、凹凸棒和鋼渣等可作為良好的穩(wěn)定劑應(yīng)用于重金屬土壤修復(fù)［3-5］。然 而，由于污染類(lèi)型復(fù)雜，僅靠單一的修復(fù)材料無(wú)法滿 足復(fù)合型重金屬污染土壤的穩(wěn)定化，還需要根據(jù)污染 類(lèi)型“對(duì)癥下藥”。本文以東莞某電鍍廠場(chǎng)地污染土 壤為研究對(duì)象，以重金屬浸出濃度下降率和單位成本 的重金屬浸出濃度下降率綜合評(píng)價(jià)各材料單獨(dú)添加 時(shí)的修復(fù)效果，然后進(jìn)一步選取鐵粉、FeS 和石硫合 劑進(jìn)行混料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并采用二維單純形－格子點(diǎn)設(shè) 計(jì)回歸模型計(jì)算修復(fù)藥劑最佳混料配比，最后通過(guò)添 加量的梯度實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化藥劑的添加量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1供試材料 

供試土壤采自東莞某電鍍廠場(chǎng)地表層土( 0 ～ 20 cm) ，多點(diǎn)采樣后均勻混合，樣品經(jīng)自然風(fēng)干、剔除樹(shù) 枝桿葉等殘?jiān)?，并研磨過(guò) 10 目篩后于聚乙烯自封袋中密封保存。 實(shí)驗(yàn)選用修復(fù)材料包括硫化鈉 ( Na2 S) 、鐵粉 ( 10 μm) 、硫化亞鐵( FeS) 、高嶺土、納米羥基磷灰石 ( nano-HAP) 、油菜秸稈生物炭、石硫合劑( LSSS) 。

供試土壤 pH 值為 8. 2，呈弱堿性，土壤重金屬總 量和浸出濃度見(jiàn)表 1。另外，參照 GB 15618—1995 《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［6］ Ⅱ 級(jí) 標(biāo) 準(zhǔn) ( pH ＞ 7. 5 ) 、 GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［7］ Ⅲ 級(jí)和 GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》［8］Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè) 定了修復(fù)目標(biāo)值如表 1 所示。可知: 供試土壤中 Cu、 Ni 總量較高且浸出濃度均超出 GB 3838—2002［7］Ⅲ 級(jí)和 GB 8978—1996［8］ Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn); 供試土壤中 Zn、 Cd、Cr 和 Mn 總量都超過(guò)了 GB 15618—1995 Ⅱ級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)( pH＞7. 5) 規(guī)定的限值，但 Zn、Cd、Cr 和 Mn 浸出 濃度都未超標(biāo)。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1) 單一材料修復(fù)效果對(duì)比。 準(zhǔn)確稱(chēng) 取( 100. 0 ± 0. 2) g 土壤樣品于一系列 250 mL燒杯中，然后按土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 2. 0% 稱(chēng)取修 復(fù)材料并添加至對(duì)應(yīng)編號(hào)的燒杯中，加超純水均勻攪 拌后用錫紙封口，使含水率維持在約 40%。于室溫下 靜置養(yǎng)護(hù) 5 d 后取樣，測(cè)定樣品重金屬浸出濃度并評(píng) 價(jià)各單一材料的綜合修復(fù)效果。每個(gè)處理重復(fù) 3 次。

2) 混料設(shè)計(jì)優(yōu)化藥劑復(fù)配。 選取鐵粉、石硫合劑、高嶺土進(jìn)行混料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。 修復(fù)材料添加總量和養(yǎng)護(hù)條件如實(shí)驗(yàn) 1) 所述，5 d 后 取樣測(cè)定樣品重金屬浸出濃度，分析各處理的綜合修 復(fù)效果并使用二維單純形－格子點(diǎn)設(shè)計(jì)回歸模型計(jì) 算最佳配比。

3) 復(fù)配藥劑用量梯度實(shí)驗(yàn)。 根據(jù)混料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)獲得的修復(fù)藥劑最佳配比復(fù) 配修復(fù)藥劑，設(shè)計(jì) 5 組添加量的梯度試驗(yàn)，分別為土 壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 0. 5%、1. 0%、2. 0%、4. 0%、8. 0%。養(yǎng) 護(hù)條件如實(shí)驗(yàn) 1) 所述，5 d 后取樣測(cè)定樣品重金屬浸出濃度。

1.3重金屬全量及浸出毒性分析

重金屬全量分析方法參照 HJ 803—2016《土壤 和沉積物 12 種金屬元素的測(cè)定 王水提?。姼旭詈?等離子體質(zhì)譜法》，重金屬浸出濃度分析參照 HJ /T 299—2007《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸 法》，使用 Optima 8000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜 儀( PerkinElmer Inc． USA) 進(jìn)行測(cè)定。

1.4評(píng)價(jià)方法

根據(jù)修復(fù)材料對(duì)土壤體積、重金屬浸出濃度影響 等計(jì)算綜合修復(fù)效果評(píng)價(jià)值，使用修復(fù)效果評(píng)價(jià)值判 斷單一修復(fù)材料/穩(wěn)定化修復(fù)藥劑對(duì)重金屬污染土壤 的修復(fù)效果，評(píng)價(jià)值越高則說(shuō)明修復(fù)效果越好，具體 計(jì)算如下: 1) 對(duì)于單一重金屬污染，按照式( 1) 計(jì)算修復(fù)材 料的修復(fù)效果評(píng)價(jià)值:

式中: Ea 為修復(fù)材料對(duì)重金屬 a 的修復(fù)效果評(píng)價(jià)值; Ea1為重金屬 a 的浸出濃度下降百分?jǐn)?shù)，降低為正值，上升為負(fù)值; na1為 Ea1權(quán)重，賦值 na1 = 0. 4; Ea2為重金 屬 a 的單位成本浸出濃度下降百分?jǐn)?shù)( 以 100 元/m3 計(jì)，降低為正值，上升為負(fù)值) ; na2 為 Ea2 權(quán)重，賦值 na2 = 0. 6。

2) 對(duì)于多種重金屬?gòu)?fù)合污染，按照式( 2) 計(jì)算修 復(fù)材料的修復(fù)效果評(píng)價(jià)值。

式中: Na 為 Ea 所占權(quán)重，Na ∶ Nb ∶ … = ca ca標(biāo) ∶ cb cb標(biāo) ∶ …， ∑( Na+Nb+…) = 1; E 為修復(fù)材料對(duì)土壤中存在的各 類(lèi)重金屬污染的綜合修復(fù)效果評(píng)價(jià)值; Ea 為修復(fù)材 料對(duì)重金屬 a 的修復(fù)效果評(píng)價(jià)值，權(quán)重賦值 A，依此 類(lèi)推; ca 為對(duì)照組土壤重金屬 a 的浸出濃度，mg /L; ca標(biāo) 為土壤重金屬 a 的浸出濃度修復(fù)目標(biāo)值，mg /L。

1.5數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理使用 Excel 2016; 制圖使用 Origin 8. 6; 數(shù)據(jù)分析使用 SPSS 20 進(jìn)行 LSD 檢驗(yàn)( P = 0. 05) 。

2 結(jié)果與分析

2.1單一材料修復(fù)效果對(duì)比

重金屬浸出濃度變化