含汞土壤处置新技术解析
来源：未知
发布日期：2019-09-20 09:51【大 中 小】
目前，土壤污染防治技术是我国的研究热点，各类 新技术层出不穷，它们主要集中在土壤淋洗、生物修 复、固化稳定化及钝化材料等方面，这些技术分别 代表了各自的应用领域和发展方向。由于这些技术种 类较多、效果各不相同且没有明确的适用范围，使人无 法准确选择和应用。因此，本文旨在基于我国土壤污染的特点，对这些新技术分别从技术原理、优缺点适用范围等方面进行系统分析与评估，为我国含汞土壤 修复和治理提供参考依据。
1 我国含汞土壤污染特征及汞迁移响因素
1.1 我国含汞土壤来源及污染特点
我国含汞土壤主要来源于化工厂、有色冶炼厂、燃 煤电厂、水泥厂等的场地污染土和周边农田污染土，其 中场地污染土具有汞含量高、污染复杂的特点，相关 资料表明，某电石法 PVC 生产企业退役场地厂区内 0.8 ~ 1.0 m 深度土壤汞含量为 31 ~ 2100 mg kg-1。 农田污染土分布范围广泛，汞污染浓度差异较大，相关 资料表明我国万山地区的农田中汞含量在 0.33 ~ 850 mg kg-1，某煤矿区周边农田土壤中汞浓度为 0.09 ~ 0.40 mg kg-1，是当地背景值的 13 ~ 25 倍。 文章分别以某涉汞污染场地和万山地区农田污染 土为例，深入剖析含汞土壤的汞污染特征，为含汞土壤 修复技术的筛选与评估提供参考依据。
（1）某电石法 PVC 生产企业退役场地
某电石法 PVC 生产企业占地约 43.4 亩，实际生产时 间为 16 年，主要采用电石法生产 PVC，涉汞工段包括 汞触媒生产、氯乙烯合成等，由于废汞触媒的堆放、氯 化汞蒸汽的暴露等导致场地汞含量超标。该调查区的 地表水系发育不全，没有常年性河流，只有短暂的地表 降雨径流，地下水主要为上层滞水，地下水贫乏，水位 受地形及地表径流条件制约，水位埋深 0.5 ~ 2.8 m，水 量极小。
研究者对厂区内场地污染土选取 33 个采样点，垂 直深度最大 4.5 m，共计 76 个土壤样品，研究结果表 明：该区域汞主要集中在 0.8 ~ 1.0 m 深度内，其汞含 量为 31 ~ 2100 mg kg-1，高浓度区域（> 50 mg kg-1）主 要集中在氯乙烯合成工段，其面积小，远离该工段区域 的土壤汞含量较低，土壤中汞的水平迁移扩散能力不 明显。同时，土壤深度越深，汞含量越低，但到土层 4.5 m 深度处，汞浓度仍有 0.81 ~ 3.7 mg kg-1，说明该区域汞 在土壤垂直方向上扩散不明显，大多积聚在土壤上层 表面，但由于降雨及工艺废水渗漏等导致少部分可溶 性 Hg 向下迁移。
（2）万山地区汞污染农田
万山汞矿区是该区土壤汞污染较严重的区域，该 区域岩溶不发育，以浅表裂隙为主，不存在区域性岩溶 管道、暗河，地下水水量较小，径流途径短、就近排泄。 该区域地层以寒武系碳酸盐岩地层出露面积最大，境 内以喀斯特岩溶地貌为主，目前构造运动表现为地壳 抬升及间歇性掀斜隆升，受新构造运动的侵蚀、剥蚀作 用，形成有多级夷平面及岩溶地貌的低中山区。
综上所述，我国含汞土壤中汞含量差异性大，场地 污染土的汞污染受土地利用影响较大，汞浓度较高，大 多富集于土壤表层，同时土壤垂直剖面分布特征也 与土壤的水文地质特征及土层类型（粘土 / 回填土）有 关，对于地下水较少，以粘土为主的土壤，汞不易下沉。 农田污染土的汞污染受污染源距离、土壤理化性质等 影响较大，由于农田土中有机质含量较高，并且含有多 种物质包括矿物质、离子及微生物、植物根系等，汞的 迁移影响因素极为复杂，一般来说汞大多富集于表层 土壤，对于酸性土壤则可能发生汞向下迁移。
1.2 土壤汞存在形态及迁移影响因素
土壤中汞的存在形态是汞迁移的直接影响因素， 通常将土壤重金属形态划分为可交换态、碳酸盐结合 态、铁 - 锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态五 种形态，其中残渣态以硫化物结合态为主[24]。由于土壤 的理化性质及汞污染特征不同，土壤中汞的存在形态 也有差异。如宁东工业园区周边土壤（距园区 1.5 km 范围内）中汞几乎以残渣态形式存在（土壤总汞含量为 0.13 ~ 0.21 mg kg-1）[25]，万山汞矿区土壤（附近河流沿 岸稻田土）中汞主要以残渣态形式存在，约为 79.65% （总汞含量为 9 ~ 22 mg kg-1）[26]，东南沿海某燃煤电厂 下风向土壤 （最大落地点处） 中残渣态汞平均为 79.91%（总汞含量为 0.017 ~ 0.153 mg kg-1、pH 值为 6.07 ~ 7.65）[27]，新疆某化工园区（燃煤、氯碱企业）周边 土壤中残渣态汞平均为 64.76%（总汞含量为 0.001 ~ 0.902 mg kg-1、pH 值为 7.85 ~ 8.12）。
土壤的理化性质影响汞的存在形态，从而间接影 响汞的迁移，主要包括土壤 pH 值、氧化还原电位（以 下称 Eh）、离子浓度、有机质及矿物含量等，另外微生 物对汞的甲基化与非甲基化作用也影响汞的迁移。一 般在酸性土壤中，有机质对汞的作用最明显，而在碱性土壤中，粘土矿物对汞的吸附起主要作用[29]。其中，有 机质对汞的吸附作用较强，土壤中的腐殖质含有羟基、 羧基、巯基等官能团，可强烈吸附汞，将其固定于土壤 中，另外，一些可溶性有机酸也可吸附汞，从而提高了 汞的迁移性。
综上，我国各地土壤中的汞主要以残渣态形式存 在，土壤中有机质、粘土矿物以吸附汞为主，土壤在酸 性、强还原或厌氧条件下汞溶解度增加，细菌主要在厌 氧条件下将汞转化为甲基汞。
2 我国含汞土壤修复新技术评估
目前，我国常用的土壤修复技术主要为淋洗、固化 稳定化、热解析、生物修复技术等，这些技术对土壤中 常规污染物（镉、铅等重金属和有机污染物）的去除具 有一定的效果，而对于含汞土壤的治理，由于汞的迁移 特性较为复杂，容易受到土壤中各种物质的作用，其修 复难度较大。
2.1 淋洗技术
淋洗技术由于具有效率高、见效快、工艺简单等优 点，被广泛应用于土壤修复中。近年来，针对汞在土壤 中的吸附迁移特性，我国相关人员开发了一系列土壤 淋洗技术，主要包括新型高效化学淋洗药剂、多种复合 淋洗药剂等。
2.2 固化稳定化技术
土壤固化稳定化技术适用范围广、技术成熟、工艺 简单，在我国重金属污染土壤修复领域经常被使用。鉴 于土壤中汞的迁移复杂特性，开发高效复合固化稳定化药剂是未来的主要方向。目前，我国相关人员也开发 了相关专利技术。
2.3 热解析技术
基于汞的挥发特性，中惠普热解析技术也是处理含汞土 壤常用的技术之一，但由于成本高、系统控制要求也较 高，其应用受到了限制。近年来，我国相关人员主要关 注低温热解技术，采用减压或加入药剂降低热解温度， 或先进行低温热解去除易挥发汞，再稳定化处理。可知，热解析技术脱汞效率较高，通过真空 + 氯化铁药剂或微波 + 活性炭的手段降低土壤热解析 温度（控制在 300 ℃左右），从而降低了能耗和成本。 其中第三种技术首次开发了低温热解析与稳定化联合修复技术，为含汞土壤修复提供了新的思路，实现了高 汞污染土壤的安全修复，具有较好的应用前景。
2.4 钝化技术
土壤钝化技术是采用环境友好的生物化学药剂， 将土壤中汞等吸附、稳定化，降低土壤中汞的生物有效 性，从而使其生长的植物中汞含量满足标准要求的技 术方法。该技术主要适用于较低浓度含汞土壤的修复， 由于其成本低、没有二次污染，已经成为较受欢迎的技 术之一。近年来，我国土壤钝化专利技术的申请非常 多，涉及矿物质、化学钝化剂及多种复合钝化剂和新型 钝化剂等方面，选择其中具有代表性的技术进行比较 分析。
钝化技术对土壤中有效态汞的去除 率较高，一般采用有机酸盐、粘土矿物、生物质炭、化学 剂等复合钝化药剂或新型多种混合药剂，完成了将汞 从有效态转变为无效态（或残渣态）的过程，总体上这 些技术具有一定的钝化效果，成本低、环境友好等，应 用价值较高，但大都处于实验研究阶段，理论基础薄 弱，钝化后的重金属经农业生产过程存在汞再次活化 风险，仅适用于较低浓度污染的土壤。
2.5 植物修复技术
土壤植物修复一般是指利用超富集植物将土壤汞 富集进入植物中的过程，该技术具有成本低、环境友 好、可修复多种重金属污染土壤等优点，同时也存在修 复效率较低、修复时间长等问题。目前，发现的汞富集 植物很少，我国相关人员开发了利用金盏菊或乳浆大 戟及采用水稻、油菜、苎麻依次种植等植物修复技术， 具有一定的效果。
3 结论
由于我国含汞土壤类型复杂、汞含量差异大、土壤 汞存在形式复杂，高含汞区域汞活性较强，危害性较 大。我国含汞土壤的治理修复应当结合土壤特性，尽可 能将土壤中的元素汞、一价汞及有机结合汞、残渣汞等 脱除，提高汞修复效率，采用环境友好、经济性较好的 土壤修复技术。
（1）淋洗技术适宜处置较低浓度污染土壤，选用淋 洗效率高、环境友好的药剂是该技术的发展方向，其中 采用过硫酸盐溶液、有机酸溶液和硫化钠 / 氢氧化钠 溶液的组合淋洗药剂，具有较好的淋洗效果、土壤汞残 留率低、二次污染少等优点，发展前景较好。
（2）固化稳定化技术适宜处置高浓度污染土壤，其 中，采用过硫酸盐溶液、硫化盐溶液和粘土矿物及腐殖 质的复合药剂，具有高效、经济、环境友好的优点，该技 术具有较大的应用价值，但同时应注意对产物的定期 监测。
（3）北京中惠普热解析技术适宜处置高浓度污染土壤，目 前实现降低热解析温度的方法不是对设备要求高，就 是其效率较低。而采用低温热解析与固化稳定化联合 修复技术，为含汞土壤修复提供了新的思路，实现了高 汞污染土壤的安全修复，具有较好的应用前景。
（4）钝化技术适宜处置低浓度污染土壤，主要包括 复合钝化药剂或新型多种混合钝化药剂，完成了将汞 从有效态转变为无效态（或残渣态）的过程，总体上这 些技术具有一定的钝化效果，成本低、环境友好等，应 用前景好，是未来的发展方向之一。
（5） 植物修复技术适宜处置表层中低浓度污染土 壤，水稻 - 油菜 - 苎麻等植物轮作方式是处理较高浓 度污染土壤的技术之一，其他植物金盏菊、乳浆大戟等 也具有一定的修复效果，但总体上修复效率不高，修复 时间长，但其环境友好、成本较低、适应性较强，对于大 面积农田表层污染土壤的修复具有较高的应用价值。
（6） 微生物修复技术适宜处置表层较低浓度污染 土壤，其处置过程操作简单、成本低、环境友好，具有较 好的应用前景，但其理论需要进一步研究。应用植物 - 微生物联合修复技术具有汞去除效率较高，可将汞完 全脱除，环境友好、成本低等优点，发展潜力很大，是值 得开展示范和应用的重点技术之一。
