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放射性污染土壤修复方法概述及评价

第37卷第1期 2018年2月四川环境SICHUAN ENVIRONMENTVol. 37,N〇. 1February 2018.综述.放射性污染土壤修复方法概述及评价谢广智,骆枫,林力,祝杰,李振臣,陈先林,李文钰(中国核动力研究设计院,成都610213)摘要:核工业发展带来的放射性污染土壤问题对生态环境质量、食品安全、人体健康和社会经济持续发展构成的严重威胁已引起人们的高度重视。

对现有放射性污染土壤修复方法做系统梳理,就原理、应用和主要优劣势作简要介绍和评述。

同时,建立综合评价矩阵进行系统对比,以期为放射性污染土壤修复相关工作提供参考。

关键词:放射性;土壤污染;修复;评价矩阵中图分类号:X53 文献标识码:A文章编号:1001-3644(2018)01^0164-05Summary and Evaluation of the Recovery Techniques of the Radioactive Contaminated SoilXIE G uang-zhi, LUO Feng, LIN L i,ZHU Jie, LI Z hen-chen, CHEN X ian-lin, LI W en-yu(Nuclear Power Institute of China, Chengdu610213 , China )Abstract :The development of nuclear industry brings problem of radioactive contaminated soil which has attracted highly attention due to the harm to the environment, food safety, human health and the threat to sustainable development of the economy. This paper summarized the existing recovery techniques of the radioactive contaminated soil, and briefly introduced and commented on their principles, applications, advantages and disadvantages, meanwhile, established synthetic evaluation matrix to compare, in order to provide guidance for the recovery works of radioactive contamination soil.Keywords :Radioactive;contaminated soil;recovery;evaluation matrix土壤是人类生活和生产活动所依赖的最基本、最广泛的自然资源之一,也是生态环境中90%污 染物的最终受体。

2013年,环保部调查显示我国 土壤总超标率高达16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染比例分别为11.2%、2.3%、1.5% 和1.1%。

2014年,据国土资源部公布的我国首部 《土地整治蓝皮书》显示,我国受到中度、重度污 染耕地达5 000万亩,约占总耕地面积的2.5%[1]。

在此严峻的形势下,国务院于2016年正式向社会 公开《土壤污染防治行动计划》,提出了在2020 年底前进一步查明土壤污染面积、分布及其影响,并掌握重点行业企业用地中污染地块分布及其环境 风险的核心任务。

目前基于土壤污染类型的调研和 修复工作重点为无机重金属污染和有机化合物污 染。

而在核工业发展初期,对放射性污染的管控尚未引起广泛重视,也没有相关的制度进行规范管 理,不可避免地产生了部分核设施周围的土壤受到 了不同程度的放射性污染的历史遗留问题。

现阶 段,国家在《核安全与放射性污染防治“十三五”规划及2025年远景目标》中对放射性污染的治理 提出了新的要求。

在此背景下,放射性污染土壤修 复工作基础研究和工程应用的全面推进具有十分重 要的战略意义和应用前景。

本文将对现有放射性污 染土壤修复方法做简要介绍和评述,并建立综合评 价矩阵进行系统对比。

1放射性污染土壤修复方法概述放射性污染土壤的修复方法主要借鉴无机重金 属污染土壤治理的技术经验,并结合其自身特殊性 进行了有针对性的调整和优化。

现有的修复方法一收稿日期=2017-11-13作者简介:谢广智(1973 -),男,四川新都人,毕业于厦门大学化学专业,副研究员,主要从事三废治理研究工作。

1期谢广智等:放射性污染土壤修复方法概述及评价165般可分为物理法、化学法和生物法3类,下面将分 别对各类方法做简要介绍和评述。

1.1放射性污染土壤修复的物理方法根据现有报道,物理法修复放射性污染土壤主 要分为固化/稳定化法、工程法和电动力法。

物理 法设计思路和原理各异,Xt特定放射性土壤污染情 况的处理有一定的效果。

1. 1. 1固化/稳定化法固化/稳定化法是一种防止或降低污染土壤释 放有害物质过程的一种技术,一般认为固化/稳定 化技术分别包含了两个概念,其中固化主要是强调 将污染土壤转化为固态形式,降低污染物暴露的表 面积,从而达到控制污染物迁移的目的。

而稳定化 主要是指将污染物转化为不易溶解、迁移或毒性较 小的形态,以实现其低危害化和低污染风险。

固化 /稳定化过程一般是将污染土壤挖掘出来,将其与 黏结剂或稳定剂结合,使其形成固体沉淀物,再投 放到适当形状的模具中或特定场地,从而达到污染 治理的目的。

在美国超基金项目的支持下,该技术 在全美得以较为广泛地应用,一度列在污控技术前 5名。

该方法具有修复时间较短,易操作等优点,美国国家环保局(Environment Protection Agency, E P A)以将其列为一种“最佳的示范性使用处理技术”(best demonstrated available treatment technolo-gy),是一种常用的污染土壤修复技术[2]。

但这一 脱胎于重金属污染土壤修复的技术在应用到放射性 污染土壤的过程中却出现了很多问题。

由于放射性 核素的辐射特性,其稳定化难度明显增大,且其固 定化的产物也难以如重金属污染固定化产物般用于 建筑行业,因此,其修复成本难以控制。

同时,由于其并未破坏或减少土壤中放射性污染物质,其长 时间的安全性还有待考验。

1. 1.2 工程法与其他类型的污染土壤处理方法相比,工程法 是根据放射性污染土壤高危害性所开发的一种较为 特殊的处理方法。

其一般可分为铲土去污、深翻客 土和覆盖客土三类。

相应核心操作分别为利用工程 装置将受污染的表层土壤铲除、转移到地下和引入 外运土壤将受污染土壤覆盖。

据国际原子能机构 (IAE A)报告,切尔诺贝利事故和福岛核事故后,相关国家和地区都尝试应用铲土去污或深翻客土的 方式处理放射性污染的土壤,取得了一定的效果[3_4]。

该类方法简便易行,但并未从根本上消除 污染源,很难避免二次污染的隐患,考虑到后续需要进行的一系列处理,该方法的成本偏高。

因此一 般情况下,该方法仅对于小面积污染较重土壤的应 急处理有一定的应用价值。

此外,由于放射性核素 具有自然衰变的特性,利用工程法将受污染土壤转 移至偏僻的安全区域,在应对一些污染程度较低或 污染核素半衰期较短的污染土壤修复项目时也不失 为一种有效的策略。

1.1.3 电动力法电动力法最早是应用在土壤脱水和油类提取工 业中的一种技术,近年来才逐渐应用于污染土壤的 修复。

其原理类似于电池,利用插入土壤中的两个 电极在污染土壤两端加上低压直流电场,在低强度 直流电的作用下,发生土壤孔隙水和带电离子的迁 移,土壤孔隙水中或者吸附在土壤颗粒表层的污染 物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运 动,使污染物在电极区富集,进而进行集中处理或 分离,从而实现对土壤中污染物质的去除。

该方法 适用范围较广,且由于其主要为原位修复,Xt现有 建筑和结构影响最小。

但其在应用过程中极易受环 境中污染物存在形态,土壤理化性质等因素影响,加之成本偏高,限制了其进一步发展和运用。

1.2放射性污染土壤修复的化学方法化学法修复放射性污染土壤是利用加入到土壤 中的化学淋洗剂与污染物发生一定的化学反应将污 染物去除的修复技术。

化学淋洗法发展较早,也相 对成熟。

目前,一般按处理土壤的位置将化学修复 法分为原位和异位土壤淋洗法两类。

1.2. 1原位土壤淋洗法原位土壤淋洗是通过注射井等设备向土壤施加 淋洗剂,使其向下渗透,在渗透过程中淋洗剂与土 壤中污染物通过螯合、溶解或络合等机理相互作 用,继而形成可迁移的化合物,最后通过提取井等 装置收集含有污染物的溶液,实现对污染土壤的修 复。

作为一种主要的将土壤中污染物质去除的手 段,结合经济性的考量,土壤淋洗技术是少数准备 大规模推广的技术。

目前,在部分国家基于该技术 的污染土壤修复已进入实地应用阶段。

在美国俄勒 冈州土壤中重金属铬的治理工程和加拿大波尔顿基 地土壤中四氯乙烯的处理工程中,该方法都得以成 功应用并取得了一定的成效[5]。

但同时该方法也 存在一些局限性,其中较为的突出的是土壤的渗透 性对于该方法的成本高低甚至能否成功运用有着决 定性的影响,同时还存在着对地下水污染的隐患。

166四川环境37卷1.2.2异位土壤淋洗法和原位土壤淋洗法相比,异位土壤淋洗法主要 是增加了污染土壤的挖掘、筛分以及可能的回填操 作。

因此也带来了一系列相应的变化。

土壤的挖掘 和回填使得应用成本增加。

而土壤的筛分操作会对 清洗效率的提升有一定帮助。

通过将土壤分为粗料 和细料,结合其物理参数、受污染情况和处理需 求,可采用不同的方案将对应部分清洁到相应程 度,从而实现对污染土壤更有针对性更为高效的修 复。

据报道,美国Hanford Site使用异位土壤淋洗 法处理了被&,137C s,152E u,6°C〇等核素所污染的土 壤101. It,其工艺主要包括水冲洗,磨刷,化学萃 取,水处理等,通过取样分析,约85. 4%的土壤 被回填到挖掘除,其中&•含量降低率17.4%, 137C s核素降低率70. 6%,152 E u核素降低率87. 5%,®C〇核素降低率83. 2%。

此外,美国Oak Ridge实验室和Nevada Test Site也利用该方法处理 含有放射污染淤泥和土壤,取得了较好的效果[6_7]。

该方法具有处理效果好、适用范围广等优 势。

但针对不同放射性核素的去污需要以及不同土 壤的理化性质,需要进行有一定针对性的研发设 计,具有一定的实施难度。

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