鉻渣場污染現(xiàn)狀評估及綜合修復(fù)新方法

劉寶剛，曹陽

（1.湖北省環(huán)境科學(xué)研究院，武漢 430072；2.黃石環(huán)境監(jiān)測站，湖北 黃石 435000）

1 某渣場鉻渣及污染土壤治理概述

1.1 鉻渣治理

鉻渣是鉻鐵礦與純堿及其它鈣質(zhì)填料經(jīng)過焙燒，用水浸取其中鉻酸鈉以后殘留的廢渣。由于鉻鹽企業(yè)普遍采用鈣焙燒工藝，在生產(chǎn)中加入了大量的白云石、石灰石等鈣質(zhì)填料，使鉻渣的產(chǎn)生量加大。傳統(tǒng)工藝每生產(chǎn)1噸紅礬鈉就會產(chǎn)生2.5～3噸的鉻渣[1]。某公司排放的鉻渣主要成分如表1。

表1 某公司排放的鉻渣主要成分

堆存的鉻渣選擇采用干法解毒作水泥混合料的方法進行鉻渣無害化資源化處理。鉻渣干法解毒是利用鉻渣與煤炭按一定比例混合煅燒，通過控制溫度和其他條件，使炭生成一氧化碳，利用高溫下一氧化碳的強還原性還原渣中的六價鉻化合物，生成穩(wěn)定無毒的三氧化二鉻，可較徹底解毒鉻渣，且長期堆放后無明顯回升。主要反應(yīng)式如下[2]：

1.2 鉻渣干法解毒[3]

對于鉻渣選擇采用干法解毒作水泥混合料的方法進行鉻渣無害化資源化處理。鉻渣干法解毒是利用鉻渣與煤炭按一定比例混合煅燒，通過控制溫度和其他條件，使炭生成一氧化碳，利用高溫下一氧化碳的強還原性還原渣中的六價鉻化合物，生成穩(wěn)定無毒的三氧化二鉻，可較徹底解毒鉻渣，且長期堆放后無明顯回升。鉻渣干法解毒工藝流程見下圖。

鉻渣干法解毒工藝流程圖

（1）鉻渣破碎

鉻渣采用一級破碎系統(tǒng)。鉻渣由封閉汽車運輸至廠內(nèi)封閉防滲鉻渣周轉(zhuǎn)渣堆棚。鉻渣由裝載機送入破碎機喂料斗，再由板喂機送入破碎機內(nèi)進行破碎，經(jīng)直線振動篩過篩，破碎機選用PC-Φ800×600重型錘式破碎機。破碎后的合格物料由皮帶輸送機送至配料工段。還原用煤由汽車運進廠后入堆棚，再由鏟車鏟運卸入破碎機受料斗，破碎機選用PC-400×300錘式破碎機。破碎后的原煤由皮帶輸送機送至配料倉。

破碎系統(tǒng)除塵系統(tǒng)采用布袋收塵器。

（2）燃煤的破碎

燃煤由汽車運輸進廠入堆棚，再由鏟車鏟運卸入破碎機受料斗，破碎機選用PE-500/750鄂式破碎機，能力為30t/h。破碎后的燃煤進入球磨機，磨細至180目的煤粉后皮帶輸送機送至煤粉倉。

（3）配料及輸送

設(shè)置2個Φ6×18m圓庫，分別儲存鉻渣、原煤，每個倉頂分別設(shè)置1臺袋收塵器。倉底分別設(shè)置1臺電子皮帶秤進行配料，在輸送中進行混合，經(jīng)計量的物料有控地卸入轉(zhuǎn)窯入料口。計量皮帶秤的控制系統(tǒng)采用微機集中自動控制，保證了配料的準確性和可靠性。

（4）回轉(zhuǎn)窯煅燒解毒

經(jīng)計量的鉻渣及還原用煤經(jīng)下料輸送機送至轉(zhuǎn)窯尾端入料口，燃煤粉由鼓風機噴入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒，提供反應(yīng)所需的熱量，窯頭盡可能與空氣隔離。窯內(nèi)尾氣經(jīng)沉降室、旋風除塵、高壓靜電除塵后排空。

進入回轉(zhuǎn)窯的鉻渣和煤炭與高溫氣流逆流，經(jīng)干燥、預(yù)熱進入高溫段時被加熱至900℃左右，六價鉻大部分被還原為三價鉻，繼續(xù)保持還原氣氛，經(jīng)窯頭下料口落入冷卻螺旋，水淬冷卻后的還原渣由裝載機運送到解毒后渣場暫存，然后由專用運輸車送至各用戶。

水淬用水采用鍋爐脫硫除塵廢水，鍋爐脫硫除塵廢水因含有亞硫酸，亞硫酸具有強還原性，焙燒后的鉻渣水淬時六價鉻進一步得到還原，同時避免還原后的三價鉻氧化為六價鉻。利用廢水治廢可降低鉻渣處理費用。

（5）空壓機站

考慮到一些車間的設(shè)備需要用壓縮空氣，尤其是一些布袋收塵器需要壓縮空氣，從有利于工廠的環(huán)境狀況和生產(chǎn)管理出發(fā)，壓縮空氣供給采用集中設(shè)立空壓機站的方案，選用1臺10m3/h空壓機。渣場渣樣監(jiān)測結(jié)果見表2，解毒渣樣監(jiān)測結(jié)果見表3。

表2 渣場渣樣監(jiān)測結(jié)果

表3 解毒渣樣監(jiān)測結(jié)果

由表3可知，該解毒渣的總鉻、六價鉻浸出濃度均低于《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007）的相關(guān)標準限值。

1.3 污染土壤修復(fù)

某渣場面積約為5000m2，采用植物提取的方式進行修復(fù)，即利用重金屬超積累植物從土壤中吸取金屬污染物，隨后收割地上作物并進行集中處理，連續(xù)種植該植物，達到降低或去除土壤重金屬污染的目的。目前已發(fā)現(xiàn)有700多種超積累重金屬植物，積累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的量一般在0.1%以上。該場地主要種植結(jié)縷草（又名錐子草、延地青等，禾本科，屬多年生草本，具橫走根莖，須根細弱，高14～20cm，基部常有宿存枯萎的葉鞘）。該作物對Cr等多種重金屬元素具有較強的吸取能力，通過種植結(jié)縷草吸取某鉻渣場剩下土壤和回填土壤中殘余Cr元素；此外，還種植了欒樹、刺槐樹、艾高、紫苑等植物，以達到徹底凈化土壤的目的。

1.4 某渣場鉻渣及污染土壤治理項目實施的績效

治理規(guī)模共2.526萬噸堆存的鉻渣及污染土壤、石塊。項目建成后主要污染物減排、地下水及地表生態(tài)環(huán)境污染風險減小，治理了歷史遺留的鉻渣問題。經(jīng)改造后減少Cr6+排入環(huán)境137t。

減排量計算說明：浸出實驗取10g土浸泡在100mL水中，其浸出濃度為721mg/L，則每kg渣土可浸出六價鉻7210mg。該鉻渣場處理被污染土壤1.912萬t，計算過程為：7210mg/kg×19,120×103mg=137t[4]。

對鉻渣堆場進行清理，同時對已污染的土壤進行剝離到符合土壤質(zhì)量標準后，再回填土壤，回填土壤約6000m3，開展土壤生態(tài)修復(fù)綜合治理，綠化修復(fù)面積近5000m2。施工前的渣樣監(jiān)測結(jié)果為：總鉻750mg/L；污染土壤剝離后的土壤監(jiān)測結(jié)果為：總鉻34.3～291mg/kg。由此可見污染土壤剝離后的土壤監(jiān)測結(jié)果可滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618-1995）中三級標準。

2 某鉻渣場污染土壤修復(fù)治理效果評價

2.1 樣品采集[5]

2.1.1 土壤樣品采集

根據(jù)鉻渣場污染土壤環(huán)境調(diào)查，采用GPS網(wǎng)格布點法（東經(jīng)115°08′58″，北緯30°11′10″，海拔高度250.7米，渣場上下高程梯度約20米），將該場地分成面積相等的9塊地塊，從中隨機抽取2塊地，在每塊地內(nèi)布設(shè)一個取樣點，編號分別為1#、2#取樣點。分兩層采樣，上層（0～30cm）可能是回填土或受人為影響大的部分，下層（30～60cm）為人為影響相對較小部分，每層樣品采集 2kg左右（濕樣），并用塑料袋封裝。

2.1.2 植物樣品采集

鉻渣場污染土壤于2013年初進行了植物修復(fù)，為了評價植物對土壤中鉻的修復(fù)效果，植物組織樣品的采集選定結(jié)縷草、欒樹、刺槐樹三種量大的植物，采樣點與土壤樣品取樣點一致，結(jié)縷草樣品的根、莖、葉一起采集，欒樹和刺槐樹樣品的根、莖、葉分別采集，并用塑料袋封裝。用自來水洗凈結(jié)縷草樣品、欒樹和刺槐樹根部樣品上的土壤，然后用蒸餾水或去離子水淋洗1～2次即可。植物樣品的干燥分為兩步：先將鮮樣在80℃～90℃烘箱中鼓風烘15～30min（松軟組織烘15min，致密堅實的組織烘30min），然后降溫至60℃～70℃，逐盡水分。

2.1.3 監(jiān)測結(jié)果

土壤樣品監(jiān)測結(jié)果：1#取樣點和2#取樣點的監(jiān)測結(jié)果見表4、表5。

表4 1#取樣點土壤中鉻監(jiān)測結(jié)果及污染指數(shù) （單位：mg/kg）

表5 2#取樣點土壤中鉻監(jiān)測結(jié)果及污染指數(shù) （單位：mg/kg）

植物樣品監(jiān)測結(jié)果：1#取樣點和2#取樣點植物樣品監(jiān)測結(jié)果見表6、表7。

表6 1#取樣點植物中鉻監(jiān)測結(jié)果 （單位：mg/kg）

表7 2#取樣點植物中鉻監(jiān)測結(jié)果 （單位：mg/kg）

3 結(jié)論

某公司用干法解毒處理某鉻渣場鉻渣及被污染土壤1.912萬t、石塊0.614萬t，減排Cr6+達137t，解決了歷史遺留的鉻渣問題。在挖掘、運輸施工過程中的風險防范管理措施到位，沒有給鉻渣場附近的導(dǎo)流溝雨水、地下水造成污染。鉻渣場的污染土壤通過工程修復(fù)治理，從坡頂?shù)狡碌?，土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅰ～Ⅱ級，即從無污染至輕微污染，總體修復(fù)治理效果較好。

1#取樣點表層、下層土壤中的鉻含量均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618-1995）中三級標準，鉻污染指數(shù)分別為0.29、0.31，土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅰ級，即無污染。欒樹對土壤中鉻富集規(guī)律為：葉（9.08mg/kg）＞莖（1.15mg/kg）＞根（0.33mg/kg）；欒樹葉中鉻含量是根中鉻含量的27.5倍，是莖中鉻含量的7.9倍；欒樹轉(zhuǎn)運土壤中鉻的系數(shù)TF為31，說明欒樹地上部分（莖和葉）積累鉻能力相對較強。結(jié)縷草對土壤中的鉻有很好的吸附作用，鉻的含量為4.42mg/kg。

2#取樣點表層土中的鉻含量超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618-1995）中三級標準，超標倍數(shù)為0.87，下層土中的鉻含量未超標；表層土壤中的鉻污染指數(shù)Pjp為1.87，土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅱ級，即輕微污染；下層土壤中鉻污染指數(shù)Pjp為0.73，土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅰ級，即無污染。刺槐樹對土壤中鉻富集規(guī)律為：葉（6.56mg/kg）＞莖（1.14mg/kg）＞根（0.69mg/kg）；刺槐樹葉中鉻含量是根中鉻含量的9.5倍，是莖中鉻含量的5.8倍；刺槐樹轉(zhuǎn)運土壤中鉻的系數(shù)TF為11.2，說明刺槐樹地上部分（莖和葉）積累鉻能力相對較強。結(jié)縷草對土壤中的鉻有很好的吸附作用，鉻的含量為6.10mg/kg。

通過該室內(nèi)模擬試驗結(jié)合現(xiàn)場的示范應(yīng)用研究，為開展鉻污染場地綜合治理提供了相應(yīng)的理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

[1] 宋云.我國重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及選擇對策[J].環(huán)境保護，2014，42（9）：32-36.

[2] 崔德杰，張玉龍.土壤污染現(xiàn)狀和修復(fù)技術(shù)研究進展[J].土壤通報，2004，35（3）：366-370.

[3] 王小玻.重金屬復(fù)合污染農(nóng)田土壤植物修復(fù)的研究[D].昆明，昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 桂新安，楊海真，王少平，等.鉻在土壤中的吸附解吸研究進展[J].土壤通報，2007，38（5）：1007-1010.

[5] JULITA MARKIEWICZ-PATKOWSKA,ANDERW HURSTHOUSE, Hanna Przybyla-Kij.The interaction of heavy metals with urban soils: Sorption behavior of Cd, Cu, Cr, Pb and Zn with a typical mixed Brownfield deposit[J].Environment International，2005，31（4）: 513- 521.

*注：本文通訊作者為曹陽。