汞污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)綜述

王朋超，張黎明，門曉燁，劉棟良

（天津渤化環(huán)境修復(fù)股份有限公司，天津 300000）

汞污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)綜述

王朋超，張黎明，門曉燁，劉棟良

（天津渤化環(huán)境修復(fù)股份有限公司，天津 300000）

重點(diǎn)關(guān)注氯堿行業(yè)產(chǎn)生的汞污染現(xiàn)狀，對(duì)適用于場(chǎng)地汞污染土壤的物理、化學(xué)及植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了綜述，分析了不同修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及其局限性，并指出在工程應(yīng)用中往往結(jié)合兩種或多種修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜合治理。

汞；場(chǎng)地污染；修復(fù)技術(shù)；氯堿行業(yè)

汞（Hg）具有毒性高、持續(xù)性強(qiáng)、可遷移性及生物富集性的特點(diǎn)。進(jìn)入到環(huán)境中的汞在一定條件下可轉(zhuǎn)化為劇毒的甲基汞，長(zhǎng)期暴露在此環(huán)境對(duì)人體具有較高的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)[1]。電石法聚氯乙烯行業(yè)屬高能耗、高污染、高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)業(yè)，其中乙炔法聚氯乙烯工業(yè)在中國(guó)占據(jù)主導(dǎo)地位，屬《水俁公約》重點(diǎn)治理的涉汞行業(yè)。因此，針對(duì)汞污染現(xiàn)狀，一方面要從源頭使用和回收控制出發(fā)，加快全行業(yè)低汞觸媒及無(wú)汞觸媒，推進(jìn)汞污染防治規(guī)劃落實(shí)；另一方面應(yīng)對(duì)現(xiàn)有汞污染場(chǎng)地進(jìn)行全面調(diào)查，并結(jié)合場(chǎng)地的污染程度和污染范圍、環(huán)境現(xiàn)狀及技術(shù)水平，提出具有針對(duì)性的場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)。本文旨在提出適用于氯堿行業(yè)中汞污染土壤的修復(fù)技術(shù)，為汞污染土壤后期修復(fù)治理提供科學(xué)合理的依據(jù)。

1 汞在土壤中的形態(tài)分布

汞在土壤中往往以多種形態(tài)存在，按化學(xué)形式可分為單質(zhì)汞、無(wú)機(jī)汞及有機(jī)汞。一般而言，土壤中無(wú)機(jī)汞占總汞的比例最大，單質(zhì)汞、有機(jī)汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足3%。此外，按照活性大小可將汞形態(tài)分為易揮發(fā)性[HgO 和（CH3）2Hg]、易溶性[HgCl2、Hg（OH）Cl]和[Hg（OH）2]、低遷移率[CH3Hg+]和[CH3HgS-]及穩(wěn)定態(tài)[HgS、Hg（CN）2]和 Hg2+絡(luò)合物 4 種[2]。

2 汞污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)

目前常用的土壤修復(fù)技術(shù)依據(jù)反應(yīng)原理的不同大體上可分為物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)及生物修復(fù)技術(shù)，其中物理修復(fù)技術(shù)主要包括換土/客土法、固化/穩(wěn)定化、熱解吸、阻隔/風(fēng)險(xiǎn)防控等、化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括淋洗法、電動(dòng)修復(fù)技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置措施等；生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)等，見(jiàn)圖1。

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

圖1 汞在土壤中的轉(zhuǎn)化模式[3]

物理修復(fù)技術(shù)主要應(yīng)用稀釋、加熱等物理方法將污染物從污染介質(zhì)中去除或降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的方法，此過(guò)程并未改變污染物的化學(xué)性質(zhì)。

2.1.1 換土/客土法

換土/客土法主要是通過(guò)引入新鮮的未受污染的土壤，全部或部分替換原有的污染土壤從而稀釋污染物的濃度，從而降低污染土壤對(duì)周圍環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。該方法原理簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)且在短時(shí)間內(nèi)可以將污染物濃度降低至控制水平以下，但此方法并未改變污染物在土壤中的遷移性和生物可利用性，因此工程施工中往往需要聯(lián)合其他修復(fù)技術(shù)、防控阻隔措施加以治理，此外，涉及轉(zhuǎn)移外運(yùn)的污染土壤也需要制定合理的處置方案，防止對(duì)環(huán)境造成二次污染。

2.1.2 熱解析修復(fù)技術(shù)

熱解吸修復(fù)技術(shù)是指以直接或者間接加熱污染土壤的方式，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，污染物從污染介質(zhì)中揮發(fā)和分離出來(lái)，工程應(yīng)用中根據(jù)處理的方式可分為原位熱解吸修復(fù)技術(shù)和異位熱解吸修復(fù)兩種[4]。當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，土壤中的元素汞和甲基汞可以從土壤中脫離，繼續(xù)升高到一定溫度時(shí)，其他形態(tài)的汞分解后從土壤中分離，因此該修復(fù)技術(shù)可以通過(guò)加熱將污染介質(zhì)中的汞變成氣態(tài)，分離出的氣體經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理，進(jìn)而降低污染土壤中汞的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。但該技術(shù)較為復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)成本高，需依據(jù)土壤質(zhì)地、含水率、污染物濃度確定進(jìn)料粒徑、加熱溫度等技術(shù)參數(shù)，另外在工程應(yīng)用中采用此項(xiàng)技術(shù)還需加強(qiáng)治理過(guò)程尾氣治理，防止揮發(fā)的汞蒸氣對(duì)環(huán)境造成二次污染。

2.1.3 阻隔/隔離風(fēng)險(xiǎn)防控措施

阻隔/隔離風(fēng)險(xiǎn)防控措施是在污染區(qū)或污染土壤四周建設(shè)阻隔層，通過(guò)阻隔隔離層防止污染物遷移擴(kuò)散，使之與四周環(huán)境隔離，避免污染與人體接觸，從而降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。阻隔隔離層材料往往具有防滲性能好、化學(xué)穩(wěn)定性及抗腐蝕性高等特點(diǎn)，如HDPE膜、膨潤(rùn)土等材料。阻隔/隔離風(fēng)險(xiǎn)防控措施在工程應(yīng)用修復(fù)中操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)合理及適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，但是主要針對(duì)污染性較低、污染物揮發(fā)性不強(qiáng)、水溶性和滲透性弱的土壤，另外對(duì)于地質(zhì)活動(dòng)頻繁和地下水位淺且豐富的地區(qū)也不適用。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)法注重通過(guò)向污染介質(zhì)（土壤、底泥或者沉積物）中添加一定的化學(xué)物質(zhì)和含汞污染物發(fā)生沉淀、離子交換等反應(yīng)，從而改變汞污染物的物理化學(xué)性質(zhì)、生物可遷移性及穩(wěn)定性，降低污染介質(zhì)中汞的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.1 固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)

固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)[5]主要用于防止污染物從污染的介質(zhì)（土壤、污泥或沉積物）中遷移和暴露，被廣泛應(yīng)用于污染土壤治理的工程中。固化技術(shù)指加入不同的基體材料（如水泥基）通過(guò)攪拌與污染土壤物理性結(jié)合。穩(wěn)定化技術(shù)指加入不同的穩(wěn)定化藥劑，與污染土壤中的Hg發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化成為毒性低、遷移性弱的物質(zhì)。晁波陽(yáng)等[6]在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水泥/土壤質(zhì)量比為 2，pH=8，Na2S/總汞摩爾比≥12時(shí)，為最佳工程應(yīng)用條件，此時(shí)浸出毒性實(shí)驗(yàn)得到總汞濃度低于0.1 mg/L。

2.2.2 淋洗修復(fù)技術(shù)

土壤淋洗技術(shù)是指利用淋洗劑或清水與土壤中的重金屬離子作用，將土壤中的重金屬溶解到淋洗液中，再通過(guò)一定的物理化學(xué)方法處理淋濾液中的重金屬的修復(fù)方法，其中針對(duì)土壤中Hg具有較好效果的淋洗劑主要有EDTA、硫代硫酸鹽化合物、表面活性劑的清水等。根據(jù)處理方式的不同也可分為原位土壤淋洗和異位土壤淋洗，而在工程應(yīng)用中因其會(huì)破壞土壤成分及其結(jié)構(gòu)，改變土壤生態(tài)環(huán)境，所以針對(duì)非農(nóng)業(yè)用地修復(fù)采用異位淋洗技術(shù)較為廣泛。

2.2.3 電動(dòng)修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)化學(xué)修復(fù)技術(shù)是指在污染土壤中設(shè)置一定數(shù)量的電極，形成穩(wěn)定的低壓直流電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下污染物的陰陽(yáng)離子遷移到電極兩端累積，沉積的污染物通過(guò)電鍍、沉淀/共沉淀、離子交換等方法去除，從而達(dá)到去除污染物的目的。污染物質(zhì)的溶解性和遷移性是影響電動(dòng)力學(xué)修復(fù)效果的關(guān)鍵因素，汞在土壤中主要以溶解性較低的穩(wěn)定態(tài)為主，導(dǎo)致傳統(tǒng)的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)存在一定困難。研究表明[7]，將I2和I-溶液加入到汞污染土壤溶液中，可與汞污染物發(fā)生作用轉(zhuǎn)化為HgI2-4，從而提高Hg的遷移性，去除土壤中的汞污染物。該項(xiàng)技術(shù)已有較多研究，但在工程應(yīng)用中還處于探索階段。

2.3 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)是指利用特定的植物將污染介質(zhì)中的重金屬吸收、轉(zhuǎn)化、富集，改變重金屬的生物可利用性和毒性，從而實(shí)現(xiàn)污染土壤凈化，恢復(fù)土壤生態(tài)圈的環(huán)境功能，根據(jù)反應(yīng)原理的差異可以分為植物穩(wěn)定技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)和植物提取技術(shù)，植物提取技術(shù)主要是利用植物對(duì)重金屬的富集能力，降低土壤中重金屬的含量，達(dá)到修復(fù)治理徹底的效果，而且并未改變土壤本身的性質(zhì)，因此在工程應(yīng)用及學(xué)者研究中涉及較多。張來(lái)[8]等研究了苔蘚植物對(duì)貴州萬(wàn)山汞礦區(qū)汞的吸附和富集效果，東亞褶葉蘚對(duì)Hg的吸附量采用Langmuir曲線擬合時(shí)，最大吸附量為356.24 mg/g，且隨著濃度的增加而增加。但因植物修復(fù)周期較長(zhǎng)，且不同植物對(duì)Hg的富集效果差異顯著，因此需要通過(guò)研究比選，篩選出富集能力強(qiáng)，生長(zhǎng)周期短的“超積累植物”以降低修復(fù)時(shí)間及提高修復(fù)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，汞污染土壤的治理仍然是環(huán)境領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而單一的修復(fù)治理技術(shù)往往達(dá)不到預(yù)期效果或經(jīng)濟(jì)成本較高，實(shí)際工程中往往需要依據(jù)污染場(chǎng)地水文地質(zhì)情況、污染物種類及濃度、環(huán)境條件、技術(shù)成熟性、修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)等因素綜合分析各修復(fù)技術(shù)的適用性，聯(lián)合兩種或多種修復(fù)技術(shù)以達(dá)到預(yù)期的修復(fù)效果。

［1］郎需霞，梁錫偉，李軍強(qiáng)．氯堿行業(yè)汞污染防治策略探討．聚氯乙烯，2013（10）：28－33．

［2］Kabata －Pendias A，Trace Elements in Soils and Plants，4th Ed．London： CRC Press，2010．

［3］唐永鑒，劉育民．環(huán)境學(xué)導(dǎo)論．北京：高等教育出版社，1987．

［4］何依琳．汞污染土壤熱解吸修復(fù)與強(qiáng)化技術(shù)研究．遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2013．

［5］盧光華，岳昌盛，彭 犇，等．汞污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展．北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39（1）：1－12．

［6］晁波陽(yáng)．汞污染土壤水泥固化／穩(wěn)定化處理方法探究．蘭州大學(xué)，2014．

［7］Cox C D， Shoesmith M A， Ghosh M M．Electrokinetic remediation of mercury －contaminated soils using iodine／iodide lixiviant．Environmental Science ＆ Technology， 1996， 30（6）： 1 933－1 938．

［8］張 來(lái)，張顯強(qiáng)，孫 敏．貴州萬(wàn)山汞礦區(qū)苔蘚植物對(duì)汞的吸附和富集特征．環(huán)境科學(xué)，2011，32（06）：1 734－1 739．

Study on remediation technology of mercury contaminated site

WANG Peng-chao，ZHANG Li-ming，MEN Xiao-Ye，LIU Dong-liang

（BCE R Environ mental remediation Co，Ltd.，Tianjin 300000，China）

This paper focuses on the status of mercury pollution in the chlor-alkali industry.It summarizes the physical，chemical and phytoremediation technologies applicable to mercury-contaminated soils in site，which were analyzed the advantages and limitations.Then it points out that two or more species of technologies are usually combined to remediate the contaminated soil in engineering applications.

mercury；contaminated site；remediation technology；chlor-alkali industry

X53

B

1009－1785(2017)11-0039-03

2017-10-23