引言我国土壤污染总超标率达16.1%[1-2]。其中，粉质黏土对污染物具有较强的吸附作用[3]，粉质黏土污染土壤现象主要集中于江浙沪、福建、湖北、湖南及东北等地区。粉质黏土具有低渗透性、强吸附性特性，洗脱修复难度较大。土壤修复方法主要有物理修复、化学修复及微生物修复等技术[4-5]。土壤淋洗具有彻底、快速移除和降低污染总量的特点[6-7]，但因高细粒含量土壤的渗透性差，阻碍淋洗剂的混合传质过程，导致土壤洗脱效果不佳[8]。处理粉质黏土类型污染土壤时，采用物理方法剥离细粒土，将细粒土进行机械填埋、电动力等操作，最终实现污染土壤减量化[9]。堆浸淋洗技术属于原地静态堆浸喷淋洗涤技术，借鉴于金矿堆浸工艺[10-11]，具有工艺流程简短、易于操作、规模灵活、运行成本低等特点，具有广泛的应用潜力[12]。堆浸淋洗过程先进行土壤筑堆，淋洗剂喷淋土壤堆场下渗，下渗过程中淋溶出的污染物被液体带离堆体。国内外大量学者研究堆淋工艺[12-15]，并将堆淋工艺应用于工程。土壤堆淋技术的适用条件主要取决于淋洗剂和堆体渗透性能[16]。针对粉质黏土低渗流土壤，需采取增渗措施，以提高污染物的浸出率。研究粉质黏土的堆浸淋洗技术，开展粉质黏土污染土壤的造粒堆浸试验，确定堆浸淋洗技术在粉质黏土中的淋洗修复成效，研究造粒堆浸技术的可实施性、修复效果等内容，最后制定可行的淋洗工艺方案，为后续淋洗施工提供参考。1材料与方法1.1试验设备与材料1.1.1供试土壤供试土壤取自福建龙岩某铅污染场地，利用电位法[17]测定土壤pH值，利用重铬酸钾容量法[18]测定有机质含量，利用EDTA-铵盐快速法[19]测定阳离子交换量(CEC)，利用火焰原子吸收分光光度计测定铅全量[20]，利用筛分法和密度计法联用测定土壤颗粒组分[21]，利用土壤土工试验法[22]测试土壤干密度、天然孔隙比、垂直渗透系数、最大渗流速率等。供试土壤的基本理化性质如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.T001表1供试土壤的基本理化性质项目数值pH值5.71有机质含量/(g/kg)29.2CEC/(cmol/kg)6.39干密度/(g/cm3)1.15天然孔隙比1.069垂直渗透系数/(cm/s)9.85×10-6最大渗流速率/[L/(m2·h)]1.23土壤颗粒组成成分/%粉黏粒54.56砂粒35.21石砾/块11.23Pb全量/(mg/kg)979.41.1.2主要试验材料一水柠檬酸(CA)、无水氯化铁(FeCl3)为分析纯；无患子皂苷（纯度80%）、聚丙烯酰胺（PAM，非离子型，固含量99%）；聚合氯化铝(PAC)、重金属捕捉剂、活性炭为工业级；石英砂（粒径4~8 mm）；去离子水。1.1.3主要试验设备试验设备包括圆盘造粒机(ZL50)、中试试验装置（实验室自制）。中试试验装置主要由反应槽、蠕动泵、浅盆、吨桶、流量计、立式方桶、便携式pH计、登高梯、硅胶管、PE管、纱布等组成。中试试验装置（0.5 m3）工艺流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.F001图1中试试验装置（0.5 m3）工艺流程1.2试验方法1.2.1堆浸试验方法（1）制粒。将土壤倒入圆盘造粒机，取0.06%无患子皂苷作为黏结剂混合，转速为45 r/min、倾斜角度为55°、喷水量为25%，团聚成微球状，固化24 h备用。制粒结束后检测球团各粒径的占比含量，同时采用压力机（10 kN，速度10 mm/min下压）测定球团的抗压强度。（2）淋洗剂配置。淋洗药剂选用FeCl3和CA，淋洗液的质量分数(w/v%)为2.67% FeCl3和3.33% CA。配置好的750 L淋洗液在1 m3注液箱中暂存。（3）建堆。反应槽中加入4~8 mm石英砂层，10 cm摊平，铺设8层纱布，倒入造粒土壤（土层高1.3 m，微球粒径主要在2~6 mm），最后铺设8层纱布。土壤量为0.5 m3。（4）堆浸。土液质量比为1.0∶1.5，采用淋洗剂(4%FeCl3-5%CA)进行堆浸。将淋洗液通过蠕动泵喷洒至反应槽土堆表层，控制注液速率，将渗出液收集至集水槽内。（5）废液处理。将渗出液通过蠕动泵抽取至集水箱内，采用简单沉淀-凝聚法，药剂选用重金属捕捉剂（14 g/L）+PAC（12 g/L）+PAM（3 g/L），搅拌沉淀凝聚自然沉淀，取上清液回用。1.2.2堆浸渗透淋洗规律性研究堆浸过程中，注液速率为10 L/(m2·h)，渗出液，淋洗剂注液750 L。每日检测渗出速率，并抽取集液箱水样，检测渗出液中的铅含量。1.2.3堆浸注液速率优化堆浸过程的注液速率分别为10 L/(m2·h)、25 L/(m2·h)、50 L/(m2·h)，各注液速率下的注液量为200 L。每日检测渗出速率，抽取集液箱水样，检测渗出液中的铅含量。1.2.4堆浸工艺优化采用淋洗剂堆浸完成，增设“水洗”工艺。注入水，注液量为750 L（土液质量比为1.0∶1.5），注液速率为50 L/(m2·h)，堆浸后抽取集液箱水样，检测渗出液中的铅含量。1.2.5金属BCR形态分析取堆浸前后土壤样品，采用tessier法测定土壤重金属的赋存形态[23]，分析堆浸淋洗对重金属的去除机理。2结果与分析2.1土壤造粒物相特征供试土壤采用无患子皂苷黏结剂造粒。造粒土样物相特征如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.T002表2造粒土样物相特征项目参数值成球效果颗粒分明粒径大小/mm2~6孔隙度/%13堆密度/(g/cm3)1.23安息角/(°)35~40抗压强度/N64.282.2堆浸渗透淋洗分析堆浸过程中渗透速率与实时下渗液Pb浓度趋势如图2所示，堆浸淋洗的注液速率为10 L/(m2·h)，渗出速率与注入速率持平，造粒堆浸对堆体具有增渗作用，解决了低渗透性土壤堆浸难题。随堆浸时间增加，土壤中的重金属污染物在淋洗的作用下由固相转移至液相排出。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.F002图2堆浸过程中渗透速率与实时下渗液Pb浓度趋势堆浸过程中实时下渗液Pb浓度与Pb总去除率趋势如图3所示，Pb的总去除率呈线性上升趋势，堆浸7 d后的Pb去除率为53.18%，每日对重金属Pb的去除成效一定。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.F003图3堆浸过程中实时下渗液Pb浓度与Pb总去除率趋势2.3堆浸渗透实时动态分析采用一级动力学方程(S1)、二级动力学方程(S2)、双常数方程(S3)、Elovich方程(S4)和粒子扩散方程(S5)进行拟合，通过拟合相关系数值(R2)判断拟合程度。堆浸动态淋洗动力学模型拟合度分析如表3所示。其中，t表示堆浸时间，M表示t时刻渗液重金属浓度。“FeCl3+CA”复配造粒堆浸对土壤中重金属Pb的解析符合一级扩散模型，为非均相扩散过程。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.T003表3堆浸动态淋洗动力学模型拟合度分析项目一级动力学方程(S1)二级动力学方程(S2)双常数模型(S3)Elovich模型(S4)粒子扩散方程(S5)方程lnM=lnM+DtM-1=C+Dt-1lnM=C+DlntM=C+DlntM=Dt0.5+CR20.993 160.468 760.885 520.978 840.993 352.4堆浸注液速率分析不同注液速率对堆浸渗透性与Pb淋洗成效分析如表4所示。注液速率与渗出速率一致，且各注液速率对Pb的去除成效无明显差异性，为了提升淋洗效率，缩短柱浸时间成本，采用50 L/(m2·h)注液速率最优。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.T004表4不同注液速率对堆浸渗透性与Pb淋洗成效分析项目注液速率/[L/(m2·h)]102550渗流速率/[L/(m2·h)]11.2324.9649.92下渗液Pb浓度/(mg/L)3493673682.5堆浸工艺优化淋洗剂堆浸的Pb去除率为52.81%，淋洗剂堆浸后增加水洗的Pb去除率为58.62%。药剂淋洗结束后增加水洗工序，将残留在土壤表面的污染物进一步去除，Pb的去除率可提升5.81%。2.6堆浸Pb重金属BCR形态分析去除率=(1-柱浸后土壤的Pb形态分布含量/原土中的Pb形态分布含量)×100% (1)堆浸前后Pb重金属的BCR形态分布如图4所示。经过“FeCl3+CA”造粒堆浸淋洗处理，Pb铁锰氧化态的去除率最高，为87.94%；其次为有机结合态（去除率为70.61%）、残渣态的去除（去除率为15.95%）；可交换态含量上升，可能由其他形态转化而来，淋洗完毕进一步水洗可以提高Pb去除率。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.F004图4堆浸前后Pb重金属的BCR形态分布3工程应用实践3.1工程简介福建漳州某废弃工业场地的土壤中部分土层为粉质黏土，石油烃（C10-C40）指标超过第一类建设用地筛选值和管制值，超标土壤深度约0~4.5 m，污染浓度为1 041~22 906 mg/kg。3.2造粒堆浸工艺造粒-堆浸淋溶工艺简易流程如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.F005图5造粒-堆浸淋溶工艺简易流程3.3造粒堆浸工艺主要参数（1）处理量：45 t/d；（2）造粒参数：喷水量25%，0.06%无患子皂苷黏结剂；（3）堆浸参数：造粒粒径2~8 mm，堆体高度2.5 m，水土比1.5∶1.0，注液速率20 L/(m2·h)；（4）淋洗药剂：主要为吐温-80药剂；（5）水处理参数：用于废水处理的药剂，包括聚氯化铝、硫酸氢钠、硫酸亚铁、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、过硫酸钠。3.4造粒堆浸修复效果地块存在有机物污染土壤，污染物为石油烃（C10-C40）。进行土壤堆浸淋洗之后，洁净土壤内的石油烃（C10-C40）含量达到第一类用地筛选值标准（石油类标准限值为826 mg/kg）。修复后土壤检测结果如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.021.T005表5修复后土壤检测结果土壤类型污染物污染浓度/(mg/kg)堆浸渗透速率/[L/(m2·h)]修复目标值/(mg/kg)原始土壤石油烃（C10-C40）1 041~22 9061.34826造粒堆浸修复后土壤98~38319.874结语土壤造粒建堆淋洗技术具有处理量大、操作简单、助渗等优点。中试研究表明，造粒堆浸技术对粉质黏土有助渗效果，且对重金属铅粉质黏土污染土具有良好的修复效果，增加水洗工艺可以提升污染物的去除率。依照试验结果，针对实际工程项目设计了造粒建堆淋洗修复方案，解决了粉质黏土堆浸时低渗流的限制问题，结合土壤淋洗、废液处理等环节，成功将石油烃（C10-C40）污染土壤洗脱至修复目标值以下。