1.本發(fā)明涉及重金屬污染土壤的修復(fù)領(lǐng)域，具體說是一種通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法。

背景技術(shù)：

2.重金屬是一種典型的有毒有害污染物，由于其在土壤中的累積性、穩(wěn)定性、持久性，將會產(chǎn)生一系列生態(tài)環(huán)境問題，如破壞土壤生態(tài)與水體環(huán)境、降低農(nóng)作物品質(zhì)，進而危害生物體健康。近年來，土壤重金屬污染越來越被世界各國所重視，從而研發(fā)出多種修復(fù)技術(shù)，如穩(wěn)定化、電動修復(fù)、化學(xué)淋洗、化學(xué)氧化/還原法、植物富集等。

3.由于穩(wěn)定化具有原理簡單、操作方便等優(yōu)點，在實際修復(fù)工程中應(yīng)用廣泛。2020年epa發(fā)布的第十六版《superfund remedy report》給出，1982年到2017年之間的2633個污染場地修復(fù)項目中，有478個場地修復(fù)使用了穩(wěn)定化技術(shù)。因此，穩(wěn)定化研究較多，主要集中在穩(wěn)定化材料的研發(fā)(2021112191974，2021109588536，2021109867962，zl 2018102098248)、工藝設(shè)計(2020114446102，zl 2018111093192，zl 2020100844246)、裝置開發(fā)(zl 2020104987268)等方面。但是，穩(wěn)定化的效果受到多種因素的影響，材料、方法和裝置的單項研究仍舊缺乏系統(tǒng)性。而且，在工程水平上，穩(wěn)定化工程的效能如何評估還缺乏研究。

4.由此可見，如何基于重金屬在土壤污染的特性，從系統(tǒng)的角度出發(fā)，建立效能評估方法，明確主要影響指標(biāo)，評估單位成本穩(wěn)定化重金屬量，對污染土壤的修復(fù)具有重要的技術(shù)意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明目的在于提供一種通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法。

6.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：

7.一種通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置的方法，包括以下步驟：

8.(1)根據(jù)待修復(fù)重金屬污染土壤特征，獲取效能評估指標(biāo)，由效能評估指標(biāo)組成處置方案；

9.(2)通過效能評估指標(biāo)構(gòu)建基于單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能評估模型，進而得到不同處置方案的單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能；

10.(3)在穩(wěn)定化效果達標(biāo)的方案中，選擇效能最高的方案即為優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化的處置方案。

11.所述效能評估指標(biāo)包括化學(xué)反應(yīng)量指標(biāo)、機械混合率指標(biāo)和處置單價指標(biāo)。

12.所述化學(xué)反應(yīng)量指標(biāo)包括穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量(c

exc

，mg/kg)，藥劑有效反應(yīng)率(ka，％)，藥劑投加質(zhì)量比(da，％)；

13.所述機械混合率指標(biāo)包括穩(wěn)定化的污染土壤比例(p

sep

，％)，篩分次數(shù)(fs，次)，土壤與藥劑的混合均勻度變異系數(shù)(cv，％)，均混次數(shù)(fm，次)；

14.所述處置單價指標(biāo)包括藥劑單價(costa，元/t)，篩分單價(costs，元/t

·

次)，均混單價(costm，元/t

·

次)，以上單價為對至少三家以上承接過相關(guān)工程的設(shè)計或施工單位進行詢價，將最低價作為上述指標(biāo)單價。

15.所述效能評估模型為

16.ef(mg/元)＝c

exc

×

ka×

103/cost

???????

公式(1)

17.其中，c

exc

為穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，采用bcr分級方法檢測獲得，ka為藥劑有效反應(yīng)率，cost為處置費用。

18.所述處置費用模型為

19.cost＝costa×

da×

p

sep

+costs×fs

+costm×fm

??????

公式(2)

20.其中，costa為藥劑單價，da為藥劑投加質(zhì)量比，常規(guī)為0.5％～3％，p

sep

為穩(wěn)定化的污染土壤比例，即經(jīng)篩分粒徑(s

sep

，cm)，過篩后土壤量占待修復(fù)土壤總量的比例，costs為篩分單價，fs為篩分次數(shù)，costm為均混單價，fm為均混次數(shù)。

21.所述藥劑有效反應(yīng)率ka，計算公式如下：

22.ka＝(c

exc

–cexc’)/c

exc

????????

公式(3)

23.其中：c

exc

為穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，mg/kg；c

exc’為藥劑投加穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，mg/kg，土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量采用bcr分級方法檢測獲得；

24.通過均混次數(shù)fm構(gòu)建土壤與藥劑的混合均勻度變異系數(shù)cv，為達到穩(wěn)定化效果，混合均勻度變異系數(shù)應(yīng)≤10％；

25.土壤與藥劑的混合均勻度變異系數(shù)cv計算公式如下：

26.cv＝x/s

???????

公式(4)

27.其中，x為土壤與藥劑混合fm次后，抽樣樣品穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量的平均值，mg/kg；s是土壤與藥劑混合fm次后，抽樣樣品穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量的標(biāo)準(zhǔn)差，mg/kg；隨機抽樣的樣品數(shù)量≥10個。

28.若穩(wěn)定化后土壤重金屬浸出濃度c

hm

≤bv

hm

，則穩(wěn)定化效果達標(biāo)，若穩(wěn)定化后土壤重金屬浸出濃度c

hm

＞bv

hm

，則穩(wěn)定化效果不達標(biāo)，穩(wěn)定化處置目標(biāo)值(bv

hm

)，參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb3838-2002)。

29.本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：

30.為系統(tǒng)評估工程水平穩(wěn)定化修復(fù)的效能，本發(fā)明圍繞單位成本穩(wěn)定化重金屬量，篩選效能評估指標(biāo)，構(gòu)建效能評估模型，在穩(wěn)定化目標(biāo)和效能雙重約束下，制定最佳穩(wěn)定化處置方案，從而保障重金屬污染土壤的工程修復(fù)效果，為重金屬污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)工程水平的方案制定提供指導(dǎo)。

附圖說明

31.圖1為本發(fā)明實施例的流程圖。

具體實施方式

32.以下結(jié)合實例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步說明，應(yīng)當(dāng)指出的是，此處所描述的具體實施方式只是為了說明和解釋本發(fā)明，并不局限于本發(fā)明。

33.本發(fā)明針對重金屬污染土壤的穩(wěn)定化修復(fù)方法，在工程水平上，考慮穩(wěn)定化的化學(xué)有效反應(yīng)情況，以及機械對藥劑與土壤的混合情況，評估單位成本穩(wěn)定化重金屬量，從而作為重金屬污染土壤穩(wěn)定化方案優(yōu)選的依據(jù)。

34.一種通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，

35.(1)根據(jù)待修復(fù)重金屬污染土壤特征，獲取效能評估指標(biāo)，由效能評估指標(biāo)組成處置方案；

36.(2)通過效能評估指標(biāo)構(gòu)建基于單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能評估模型，進而得到不同處置方案的單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能；

37.(3)在穩(wěn)定化效果達標(biāo)的方案中，選擇效能最高的方案即為重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化的處置方案。

38.所述效能評估指標(biāo)包括化學(xué)反應(yīng)量指標(biāo)、機械混合率指標(biāo)和處置單價指標(biāo)。

39.所述化學(xué)反應(yīng)量指標(biāo)包括穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量(c

exc

，mg/kg)，藥劑有效反應(yīng)率(ka，％)，藥劑投加質(zhì)量比(da，％)；

40.所述機械混合率指標(biāo)包括穩(wěn)定化的污染土壤比例(p

sep

，％)，篩分次數(shù)(fs，次)，土壤與藥劑的混合均勻度變異系數(shù)(cv，％)，均混次數(shù)(fm，次)；

41.所述處置單價指標(biāo)包括藥劑單價(costa，元/t)，篩分單價(costs，元/t

·

次)，均混單價(costm，元/t

·

次)。

42.所述效能評估模型為

43.ef(mg/元)＝c

exc

×

ka×

103/cost

????????

公式(1)

44.其中，c

exc

為穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，ka為藥劑有效反應(yīng)率，cost為處置費用。

45.所述處置費用模型為

46.cost＝costa×

da×

p

sep

+costs×fs

+costm×fm

??????

公式(2)

47.其中，costa為藥劑單價，da為藥劑投加質(zhì)量比，p

sep

為穩(wěn)定化的污染土壤比例，costs為篩分單價，fs為篩分次數(shù)，costm為均混單價，fm為均混次數(shù)。

48.藥劑有效反應(yīng)率ka，計算公式如下：

49.ka＝(c

exc

–cexc’)/c

exc

????????

公式(3)

50.其中：c

exc

為穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，mg/kg；c

exc’為藥劑投加穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，mg/kg；

51.通過均混次數(shù)fm構(gòu)建土壤與藥劑的混合均勻度變異系數(shù)cv，并控制cv≤10％，計算公式如下：

52.cv＝x/s

???????

公式(4)

53.其中，x為土壤與藥劑混合fm次后，抽樣樣品穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量的平均值，mg/kg；s是土壤與藥劑混合fm次后，抽樣樣品穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量的標(biāo)準(zhǔn)差，mg/kg；隨機抽樣的樣品數(shù)量≥10個。

54.若穩(wěn)定化后土壤重金屬浸出濃度c

hm

≤bv

hm

(穩(wěn)定化處置目標(biāo)值)，則穩(wěn)定化效果達

標(biāo)。

55.實施例

56.本實施例所修復(fù)的是緊鄰遼寧省某有色冶煉場地的鎘(cd)污染土壤，地勘結(jié)果表明，污染土層主要是素填土。工程設(shè)計該場地應(yīng)采用異位穩(wěn)定化的修復(fù)方法。參數(shù)測試試驗的土壤樣品室內(nèi)自然風(fēng)干待用。

57.本實施例中重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置的效能評估方法，具體實施步驟(參見圖1)：

58.(1)根據(jù)待修復(fù)重金屬污染土壤特征，獲取效能評估指標(biāo)，由效能評估指標(biāo)組成處置方案；

59.(2)通過效能評估指標(biāo)構(gòu)建基于單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能評估模型，進而得到不同處置方案的單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能；

60.(3)在穩(wěn)定化效果達標(biāo)的方案中，選擇效能最高的方案即為優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化的處置方案。

61.具體為：

62.步驟一、獲取效能評估指標(biāo)，包括化學(xué)反應(yīng)量指標(biāo)、機械混合率指標(biāo)和處置單價指標(biāo)，具體如下：

63.(1)采用bcr形態(tài)分級方法，土壤cd的弱酸可提取態(tài)含量(c

exc

)，檢測結(jié)果c

exc

為0.87mg/kg；

64.(2)本實施例采用磷酸二氫鈣作為穩(wěn)定化藥劑，藥劑投加質(zhì)量比(da)分別設(shè)為0.5％、1％和1.5％，作為制定穩(wěn)定化方案的參數(shù)；

65.(3)添加藥劑穩(wěn)定化后，土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量分別變?yōu)?.70mg/kg、0.53mg/kg、0.36mg/kg，通過公式(3)計算可得，即藥劑有效反應(yīng)率ka分別為20％、39％、59％，作為制定穩(wěn)定化方案的參數(shù)；

66.(4)由于污染土層是素填土，因此，設(shè)定單次處置的篩分次數(shù)(fs)為1，作為制定穩(wěn)定化方案的參數(shù)；

67.(5)由于污染土層是素填土，因此，設(shè)置篩分粒徑(s

sep

，cm)為3cm或5cm，作為制定穩(wěn)定化方案的參數(shù)；通過干篩試驗可知，兩個篩分粒徑尺寸對應(yīng)的污染土篩分的分離比例(p

sep

)分別為84.2％和90.7％，兩者均作為制定穩(wěn)定化方案的參數(shù)；

68.(6)為了評估土壤與藥劑的混合均勻度，采用混合均勻度變異系數(shù)(cv，％)進行表征，本實施例采1000g污染土壤，搖混后，再與穩(wěn)定化藥劑(磷酸二氫鈣)混合，混合次數(shù)fm分別設(shè)定為1次、2次、3次?；旌虾蟛捎秒S機抽樣的方法，取10個樣品，每個樣品5g，測定穩(wěn)定化后的cd弱酸可提取態(tài)含量，分別計算平均值(x，mg/kg)和標(biāo)準(zhǔn)差(s，mg/kg)，通過公式(4)計算得到變異系數(shù)cv見表1。

69.表1不同混合次數(shù)fm的混合均勻度變異系數(shù)

70.指標(biāo)混合1次混合2次混合3次平均值x，mg/kg0.530.520.5標(biāo)準(zhǔn)差s，mg/kg0.090.050.04變異系數(shù)cv，％17108

71.(7)為達到穩(wěn)定化效果，混合均勻度變異系數(shù)應(yīng)≤10％，因此選擇混合次數(shù)fm為2

次、3次；

72.(8)本實施例采用磷酸二氫鈣作為穩(wěn)定化藥劑，對三家承接過重金屬污染土壤穩(wěn)定化工程的設(shè)計或施工單位進行詢價，藥劑單價分別為630元/t、580元/t、550元/t，將最低價作為上述指標(biāo)單價，即藥劑單價(costa)為550元/t；

73.(9)本實施例采用阿魯斗進行篩分，對上述三家承接過重金屬污染土壤穩(wěn)定化工程的單位進行詢價，將最低價作為上述指標(biāo)單價，若篩分粒徑尺寸為3cm，單次篩分單價(costs)市場價為12元/t

·

次；若篩分粒徑尺寸為5cm，單次篩分單價(costs)市場價為10元/t

·

次；

74.(10)本實施例采用阿魯斗進行均混，對上述三家承接過重金屬污染土壤穩(wěn)定化工程的單位進行詢價，將最低價作為上述指標(biāo)單價，若機械設(shè)備調(diào)整的尺寸為3cm，單次均混單價(costm)市場價為12元/t

·

次；若機械設(shè)備調(diào)整的尺寸為5cm，單次均混單價(costm)市場價為10元/t

·

次。

75.步驟二、構(gòu)建基于單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能評估模型，具體如下：

76.(1)效能評估(ef，mg/元)

77.ef＝c

exc

×

ka×

103/cost

78.(2)處置單價(cost，元/t)

79.cost＝costa×

da×

p

sep

+costs×fs

+costm×fm

80.步驟三、在穩(wěn)定化目標(biāo)和效能雙重約束下，制定最佳穩(wěn)定化處置方案，具體為：

81.(1)根據(jù)異位穩(wěn)定化處置后土壤去向，本實施例穩(wěn)定化目標(biāo)可參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb3838-2002)iv類水標(biāo)準(zhǔn)，污染土壤cd穩(wěn)定化后浸出濃度應(yīng)不高于0.005mg/l，即bv

hm

＝0.005mg/l；

82.(2)評估不同效能評估組成的穩(wěn)定化方案效能(ef)，評價結(jié)果見表2。

83.表2不同穩(wěn)定化方案參數(shù)集效能

84.85.(3)與穩(wěn)定化目標(biāo)相比，方案5～方案12均達到穩(wěn)定化目標(biāo)；

86.(4)在效果達標(biāo)的方案中，方案11的效能最高，因此，選擇方案11作為本實施例的最佳處置方案。

87.以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)先實施案例對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于此。在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。技術(shù)特征：

1.一種通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：(1)根據(jù)待修復(fù)重金屬污染土壤特征，獲取效能評估指標(biāo)，由效能評估指標(biāo)組成處置方案；(2)通過效能評估指標(biāo)構(gòu)建基于單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能評估模型，進而得到不同處置方案的單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能；(3)在穩(wěn)定化效果達標(biāo)的方案中，選擇效能最高的方案即為重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化的處置方案。2.按權(quán)利要求1所述的通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：所述效能評估指標(biāo)包括化學(xué)反應(yīng)量指標(biāo)、機械混合率指標(biāo)和處置單價指標(biāo)。3.按權(quán)利要求2所述的通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：所述化學(xué)反應(yīng)量指標(biāo)包括穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量(c

exc

，mg/kg)，藥劑有效反應(yīng)率(k

a

，％)，藥劑投加質(zhì)量比(d

a

，％)；所述機械混合率指標(biāo)包括穩(wěn)定化的污染土壤比例(p

sep

，％)，篩分次數(shù)(f

s

，次)，土壤與藥劑的混合均勻度變異系數(shù)(cv，％)，均混次數(shù)(f

m

，次)；所述處置單價指標(biāo)包括藥劑單價(cost

a

，元/t)，篩分單價(cost

s

，元/t

·

次)，均混單價(cost

m

，元/t

·

次)。4.按權(quán)利要求1所述的通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：所述效能評估模型為ef(mg/元)＝c

exc

×

k

a

×

103/cost

???????

公式(1)其中，c

exc

為穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，k

a

為藥劑有效反應(yīng)率，cost為處置費用。5.按權(quán)利要求4所述的通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：所述處置費用模型為cost＝cost

a

×

d

a

×

p

sep

+cost

s

×

f

s

+cost

m

×

f

m

??????

公式(2)其中，cost

a

為藥劑單價，d

a

為藥劑投加質(zhì)量比，p

sep

為穩(wěn)定化的污染土壤比例，cost

s

為篩分單價，f

s

為篩分次數(shù)，cost

m

為均混單價，f

m

為均混次數(shù)。6.按權(quán)利要求4所述的通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：藥劑有效反應(yīng)率k

a

，計算公式如下：k

a

＝(c

exc

–

c

exc’)/c

exc

????????

公式(3)其中：c

exc

為穩(wěn)定化前土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，mg/kg；c

exc’為藥劑投加穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量，mg/kg。7.按權(quán)利要求2所述的通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：

通過均混次數(shù)f

m

構(gòu)建土壤與藥劑的混合均勻度變異系數(shù)cv，并控制cv≤10％，計算公式如下：cv＝x/s

???????

公式(4)其中，x為土壤與藥劑混合f

m

次后，抽樣樣品穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量的平均值，mg/kg；s是土壤與藥劑混合f

m

次后，抽樣樣品穩(wěn)定化后土壤重金屬弱酸可提取態(tài)含量的標(biāo)準(zhǔn)差，mg/kg；隨機抽樣的樣品數(shù)量≥10個。8.按權(quán)利要求1所述的通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置方案的方法，其特征在于：若穩(wěn)定化后土壤重金屬浸出濃度c

hm

≤bv

hm

(穩(wěn)定化處置目標(biāo)值)，則穩(wěn)定化效果達標(biāo)。

技術(shù)總結(jié)

一種通過效能評估方式優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化處置的方法，包括以下步驟：(1)根據(jù)待修復(fù)重金屬污染土壤特征，獲取效能評估指標(biāo)，由效能評估指標(biāo)組成處置方案；(2)通過效能評估指標(biāo)構(gòu)建基于單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能評估模型，進而得到不同處置方案的單位成本穩(wěn)定化重金屬量的效能；(3)在穩(wěn)定化效果達標(biāo)的方案中，選擇效能最高的方案即為優(yōu)化重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化的處置方案。本發(fā)明圍繞單位成本穩(wěn)定化重金屬量，篩選效能評估指標(biāo)，構(gòu)建效能評估模型，在穩(wěn)定化目標(biāo)和效能雙重約束下，制定最佳穩(wěn)定化處置方案，從而保障重金屬污染土壤的工程修復(fù)效果，為重金屬污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)工程水平的方案制定提供指導(dǎo)。穩(wěn)定化修復(fù)工程水平的方案制定提供指導(dǎo)。穩(wěn)定化修復(fù)工程水平的方案制定提供指導(dǎo)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳波 郭書海 張云龍 程鳳蓮 張猛

受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所

技術(shù)研發(fā)日：2022.03.02

技術(shù)公布日：2022/6/24