重金属污染场地固化稳定化处理药剂的选择
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作者:籍春蕾 陈飞
摘要：本文首先对药剂固化稳定化处理技术的概念进行了简要阐释;其后，围绕碱性药剂、硫化物药剂、磷酸盐药剂等四个方面，分析了固化稳定化处理药剂的类型选择;再后，分酸碱度控制技术、污染物控制技术、重金属沉淀技术三个部分，研究了固化稳定化处理药剂的技术选择;最后，结合场地条件的差异，提出了直接喷洒法、空心叉搅拌法、螺旋钻进注射法三类固化稳定化处理药剂的可选应用方法。
关键词：重金属污染;硫化物药剂;土壤治理
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）03-00-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.023
Selection of chemicals for solidification and stabilization of heavy metal contaminated sites
Ji Chunlei，Chen Fei
（Jiangsu Chunyue Low Carbon Research Co.，Ltd.，Wuxi Jiangsu 214000，China）
Abstract：In this paper，firstly，the concept of curing and stabilizing treatment technology is briefly explained;secondly，the type selection of curing and stabilizing treatment chemicals is analyzed based on four aspects，such as alkaline agent，sulfide agent and phosphate agent;thirdly，the curing and stabilizing place is studied in three parts，acid-base control technology，pollutant control technology and heavy metal precipitation technology.Finally，combined with the difference of site conditions，three kinds of curing and stabilizing agents，direct spraying method，hollow fork stirring method and screw drilling injection method， are put forward.
Key words：Heavy metal pollution;Sulfide chemicals;Soil treatment
1 重金屬污染场地药剂固化稳定化处理技术的概述
所谓“药剂固化稳定化处理技术”，主要是在各类化学药剂的功能支持下，使污染场地内的有害物质经由物理化学反应转变为低毒性、低溶解性的物质，从而避免场地土壤及植物对有害物质的过度摄取和吸收，防止有害物质下渗迁移到深层土壤及地下水当中[1]。
2 重金属污染场地固化稳定化处理药剂的类型选择
2.1 碱性药剂
用于重金属污染处理的碱性药剂主要有熟石灰、生石灰、氧化镁、氢氧化镁等。将碱性药剂施用到污染场地当中，可大幅提高土壤的酸碱度，进而使重金属物质发生氧化反应，形成稳定化的金属氢氧化物沉淀。结合行业经验来看，碱性药剂适用于除砷酸根、亚砷酸根、六价铬以外的大多数重金属污染场地，并可在短时间内达成显著的污染治理效果。但在选择碱性药剂进行重金属污染场地处理时应注意，铅和锌属于两性金属，土壤环境中酸碱度过低或过高都会使其变为溶解态，进而强化金属污染的沉降作用。因此，在应用碱性药剂时，相关人员必须要控制好碱性药剂的施用量级，以免土壤酸碱度超过铅、锌的稳态区间，导致药剂处理的低效化甚至无效化。
2.2 硫化物药剂
用于重金属污染处理的硫化物药剂主要有硫化钠、硫化钾、硫酸氢钠等。当硫化物药剂与污染场地中的镉、汞、锌、铅等重金属物质发生反应时，会生成较难溶解的硫化物沉淀，从而降低重金属物质对地下水的侵袭，这一作用机理在汞污染处理中表现得尤为明显。在选择硫化物药剂进行重金属污染处理时，由于硫化物在酸性条件下会水解生成硫化氢，对人的健康存在较大威胁，所以相关人员必须要注重操作安全与身体防护[2]。
2.3 磷酸盐药剂
用于重金属污染处理的磷酸盐药剂主要有磷酸、磷酸钙、磷酸氢钙、含磷污泥、钙镁磷肥等，此类药剂可与重金属物质反应生成磷酸盐金属沉淀，在铅污染的治理中具有优秀表现，对铜、铬、镉等污染场地也有一定的治理修复能力。需要强调的是，磷在具备重金属固化稳定化处理能力的同时，也是地下水污染与地表水富氧化的主要元凶。
2.4 黏土矿物
用于重金属污染处理的黏土矿物类药剂主要有蒙脱石、海泡石、膨润土、硅藻泥等，此类药剂材料可通过吸附、共沉淀、配位等反应方式，降低污染场地内重金属物质的浓度和活性，从而达到固化稳定化处理的效果。基于分布广泛、价格低廉、基本无害、不破坏土壤结构、操作便捷等应用优点，黏土矿物类药剂在重金属污染治理领域中保有极高的应用普遍性。现阶段，相关人员在选择应用黏土矿物类药剂时，多将其作为混合药剂的主要成分[3]。
3 重金属污染场地固化稳定化处理药剂的技术选择
第一，酸碱度控制技术。当污染场地土壤环境的酸碱度达到合理水平时，其表面的可变负电荷将持续上升，进而使得土壤上层吸附力显著增强，并能对土壤中重金属物质的物理化学状态产生影响。据有关研究显示，当土壤酸碱度因药剂处理而产生变化时，其内部可交换态的锌、镉浓度显著降低，即表明处理有效。同时，我国学者还发现，在高酸碱度的土壤环境中，水溶性和交换态的铬、钯浓度显著降低，有助于两种重金属物质的固化稳定。目前，相关人员可选择生石灰、氢氧化钠等药剂实现土壤酸碱度的控制。但应注意的是，由于土壤酸碱度会随着外部环境的变化而变化，因此在自然天气不稳定尤其是酸雨侵袭的情况下，酸碱度控制技术的应用效果会被削弱。 第二，污染物吸附技术。污染物吸附技术主要通过药剂材料对游离态、可溶态重金属离子的吸附作用，实现场地内污染物质的浓度降低和固化稳定。现阶段，用于污染物吸附技术的药剂以黏土矿物为主，如蒙脱石、活性炭、羟基磷灰石、沸石等。有国外学者应用天然沸石进行了镉污染土壤的吸附实验，结果表明稳定后被测土壤中镉金属浸出物的降低率达到97%以上。此外，我国学者在运用膨润土进行吸附实验时得出，膨润土对镉、镍两种金属具有良好的稳定吸附效果。由此可见，吸附技术在重金属污染处理中具有高度的运用价值。但从缺点来讲，大部门黏土矿物材料仅能实现一种或几种重金属物质的吸附，普适性相对较低。
第三，重金属沉淀技术。重金属沉淀技术是一种化学类技术，其主要通过药剂与重金属物质间的化学反应，生成氢氧化物、硫化物、络合物、磷酸盐等沉淀物，从而有效降低重金属的溶解度与活性，降低土壤及水体的受污染风险。在重金属沉淀技术的视域下，磷酸盐、硫化物等药剂类型的应用表现各具特点，如无机硫适用所有酸碱度下的重金属浓度降低要求、磷酸盐可实现同时沉淀、吸附、诱导等多种处理效果。
4 重金屬污染场地固化稳定化处理药剂的方式选择
现阶段，常用的药剂施用方式主要有直接喷洒法、空心叉搅拌法、螺旋钻进注射法等。其中，直接喷洒方式的应用最为广泛，其主要是在翻抛机、挖掘机等土壤整理设备的辅助下，直接运用撒料机将药剂播撒在污染场地的土壤当中，进而使土壤在翻动过程中实现与药剂的充分融合。目前，这一方式多用于土壤表层20～30cm的污染物处理;从某种程度上讲，空心叉搅拌法是直接喷洒法的“升级”类型，其以在挖掘机前端改配空心叉的方式，实现3m深度内土壤的搅拌翻动，并在这一过程中以喷洒形式实现药剂的施用;螺旋钻进注射法以钻机设备为主要工具，对污染场地的土壤进行深度钻进，并通过特定的管道对土壤内部进行药剂注射。在进行重金属物质沉降程度较高的污染场地治理时，可选择这一药剂处理方法。
5 总结
综上所述，药剂固化稳定化处理技术具有操作简单、类型多样、治理高效、针对性强等诸多优点，已形成了相对成熟的材料和技术体系，在重金属污染修复领域保有良好的应用价值与发展前景。
参考文献
[1]宋言，张雪，刘梦瑾，李红林，董昊云，王佩玉，丁伟哲，刘培.垃圾焚烧飞灰中重金属的固化/稳定化处理研究[J].广东化工，2019，46（14）：24-25.
[2]于慧鑫，张广鑫，李杰，卢喜来，吴丹.铬污染土壤的形态特征及药剂稳定化研究[J].环境保护科学，2019，45（01）：116-121.
[3]卢建京，刘瀚和，肖慧.稳定化技术在土壤修复工程中的实践与优化[J].有色冶金设计与研究，2018，39（05）：25-28.
收稿日期：2020-01-20
作者简介：籍春蕾（1985-），女，满族，硕士学历，中级工程师，研究方向为环境治理与评价。
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