1.本发明涉及重金属污染土壤的修复领域，具体说是一种通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法。
背景技术：
2.重金属是一种典型的有毒有害污染物，由于其在土壤中的累积性、稳定性、持久性，将会产生一系列生态环境问题，如破坏土壤生态与水体环境、降低农作物品质，进而危害生物体健康。近年来，土壤重金属污染越来越被世界各国所重视，从而研发出多种修复技术，如稳定化、电动修复、化学淋洗、化学氧化/还原法、植物富集等。
3.由于稳定化具有原理简单、操作方便等优点，在实际修复工程中应用广泛。2020年epa发布的第十六版《superfund remedy report》给出，1982年到2017年之间的2633个污染场地修复项目中，有478个场地修复使用了稳定化技术。因此，稳定化研究较多，主要集中在稳定化材料的研发(2021112191974，2021109588536，2021109867962，zl 2018102098248)、工艺设计(2020114446102，zl 2018111093192，zl 2020100844246)、装置开发(zl 2020104987268)等方面。但是，稳定化的效果受到多种因素的影响，材料、方法和装置的单项研究仍旧缺乏系统性。而且，在工程水平上，稳定化工程的效能如何评估还缺乏研究。
4.由此可见，如何基于重金属在土壤污染的特性，从系统的角度出发，建立效能评估方法，明确主要影响指标，评估单位成本稳定化重金属量，对污染土壤的修复具有重要的技术意义。
技术实现要素：
5.本发明目的在于提供一种通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法。
6.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：
7.一种通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置的方法，包括以下步骤：
8.(1)根据待修复重金属污染土壤特征，获取效能评估指标，由效能评估指标组成处置方案；
9.(2)通过效能评估指标构建基于单位成本稳定化重金属量的效能评估模型，进而得到不同处置方案的单位成本稳定化重金属量的效能；
10.(3)在稳定化效果达标的方案中，选择效能最高的方案即为优化重金属污染土壤异位稳定化的处置方案。
11.所述效能评估指标包括化学反应量指标、机械混合率指标和处置单价指标。
12.所述化学反应量指标包括稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量(c
exc
，mg/kg)，药剂有效反应率(ka，％)，药剂投加质量比(da，％)；
13.所述机械混合率指标包括稳定化的污染土壤比例(p
sep
，％)，筛分次数(fs，次)，土壤与药剂的混合均匀度变异系数(cv，％)，均混次数(fm，次)；
14.所述处置单价指标包括药剂单价(costa，元/t)，筛分单价(costs，元/t
·
次)，均混单价(costm，元/t
·
次)，以上单价为对至少三家以上承接过相关工程的设计或施工单位进行询价，将最低价作为上述指标单价。
15.所述效能评估模型为
16.ef(mg/元)＝c
exc
×
ka×
103/cost
???????
公式(1)
17.其中，c
exc
为稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量，采用bcr分级方法检测获得，ka为药剂有效反应率，cost为处置费用。
18.所述处置费用模型为
19.cost＝costa×
da×
p
sep
+costs×fs
+costm×fm
??????
公式(2)
20.其中，costa为药剂单价，da为药剂投加质量比，常规为0.5％～3％，p
sep
为稳定化的污染土壤比例，即经筛分粒径(s
sep
，cm)，过筛后土壤量占待修复土壤总量的比例，costs为筛分单价，fs为筛分次数，costm为均混单价，fm为均混次数。
21.所述药剂有效反应率ka，计算公式如下：
22.ka＝(c
exc
–cexc’)/c
exc
????????
公式(3)
23.其中：c
exc
为稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量，mg/kg；c
exc’为药剂投加稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量，mg/kg，土壤重金属弱酸可提取态含量采用bcr分级方法检测获得；
24.通过均混次数fm构建土壤与药剂的混合均匀度变异系数cv，为达到稳定化效果，混合均匀度变异系数应≤10％；
25.土壤与药剂的混合均匀度变异系数cv计算公式如下：
26.cv＝x/s
???????
公式(4)
27.其中，x为土壤与药剂混合fm次后，抽样样品稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量的平均值，mg/kg；s是土壤与药剂混合fm次后，抽样样品稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量的标准差，mg/kg；随机抽样的样品数量≥10个。
28.若稳定化后土壤重金属浸出浓度c
hm
≤bv
hm
，则稳定化效果达标，若稳定化后土壤重金属浸出浓度c
hm
＞bv
hm
，则稳定化效果不达标，稳定化处置目标值(bv
hm
)，参照《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)。
29.本发明具有以下优点及有益效果：
30.为系统评估工程水平稳定化修复的效能，本发明围绕单位成本稳定化重金属量，筛选效能评估指标，构建效能评估模型，在稳定化目标和效能双重约束下，制定最佳稳定化处置方案，从而保障重金属污染土壤的工程修复效果，为重金属污染土壤稳定化修复工程水平的方案制定提供指导。
附图说明
31.图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
32.以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
33.本发明针对重金属污染土壤的稳定化修复方法，在工程水平上，考虑稳定化的化学有效反应情况，以及机械对药剂与土壤的混合情况，评估单位成本稳定化重金属量，从而作为重金属污染土壤稳定化方案优选的依据。
34.一种通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，
35.(1)根据待修复重金属污染土壤特征，获取效能评估指标，由效能评估指标组成处置方案；
36.(2)通过效能评估指标构建基于单位成本稳定化重金属量的效能评估模型，进而得到不同处置方案的单位成本稳定化重金属量的效能；
37.(3)在稳定化效果达标的方案中，选择效能最高的方案即为重金属污染土壤异位稳定化的处置方案。
38.所述效能评估指标包括化学反应量指标、机械混合率指标和处置单价指标。
39.所述化学反应量指标包括稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量(c
exc
，mg/kg)，药剂有效反应率(ka，％)，药剂投加质量比(da，％)；
40.所述机械混合率指标包括稳定化的污染土壤比例(p
sep
，％)，筛分次数(fs，次)，土壤与药剂的混合均匀度变异系数(cv，％)，均混次数(fm，次)；
41.所述处置单价指标包括药剂单价(costa，元/t)，筛分单价(costs，元/t
·
次)，均混单价(costm，元/t
·
次)。
42.所述效能评估模型为
43.ef(mg/元)＝c
exc
×
ka×
103/cost
????????
公式(1)
44.其中，c
exc
为稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量，ka为药剂有效反应率，cost为处置费用。
45.所述处置费用模型为
46.cost＝costa×
da×
p
sep
+costs×fs
+costm×fm
??????
公式(2)
47.其中，costa为药剂单价，da为药剂投加质量比，p
sep
为稳定化的污染土壤比例，costs为筛分单价，fs为筛分次数，costm为均混单价，fm为均混次数。
48.药剂有效反应率ka，计算公式如下：
49.ka＝(c
exc
–cexc’)/c
exc
????????
公式(3)
50.其中：c
exc
为稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量，mg/kg；c
exc’为药剂投加稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量，mg/kg；
51.通过均混次数fm构建土壤与药剂的混合均匀度变异系数cv，并控制cv≤10％，计算公式如下：
52.cv＝x/s
???????
公式(4)
53.其中，x为土壤与药剂混合fm次后，抽样样品稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量的平均值，mg/kg；s是土壤与药剂混合fm次后，抽样样品稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量的标准差，mg/kg；随机抽样的样品数量≥10个。
54.若稳定化后土壤重金属浸出浓度c
hm
≤bv
hm
(稳定化处置目标值)，则稳定化效果达
标。
55.实施例
56.本实施例所修复的是紧邻辽宁省某
有色冶炼场地的镉(cd)污染土壤，地勘结果表明，污染土层主要是素填土。工程设计该场地应采用异位稳定化的修复方法。参数测试试验的土壤样品室内自然风干待用。
57.本实施例中重金属污染土壤异位稳定化处置的效能评估方法，具体实施步骤(参见图1)：
58.(1)根据待修复重金属污染土壤特征，获取效能评估指标，由效能评估指标组成处置方案；
59.(2)通过效能评估指标构建基于单位成本稳定化重金属量的效能评估模型，进而得到不同处置方案的单位成本稳定化重金属量的效能；
60.(3)在稳定化效果达标的方案中，选择效能最高的方案即为优化重金属污染土壤异位稳定化的处置方案。
61.具体为：
62.步骤一、获取效能评估指标，包括化学反应量指标、机械混合率指标和处置单价指标，具体如下：
63.(1)采用bcr形态分级方法，土壤cd的弱酸可提取态含量(c
exc
)，检测结果c
exc
为0.87mg/kg；
64.(2)本实施例采用磷酸二氢钙作为稳定化药剂，药剂投加质量比(da)分别设为0.5％、1％和1.5％，作为制定稳定化方案的参数；
65.(3)添加药剂稳定化后，土壤重金属弱酸可提取态含量分别变为0.70mg/kg、0.53mg/kg、0.36mg/kg，通过公式(3)计算可得，即药剂有效反应率ka分别为20％、39％、59％，作为制定稳定化方案的参数；
66.(4)由于污染土层是素填土，因此，设定单次处置的筛分次数(fs)为1，作为制定稳定化方案的参数；
67.(5)由于污染土层是素填土，因此，设置筛分粒径(s
sep
，cm)为3cm或5cm，作为制定稳定化方案的参数；通过干筛试验可知，两个筛分粒径尺寸对应的污染土筛分的分离比例(p
sep
)分别为84.2％和90.7％，两者均作为制定稳定化方案的参数；
68.(6)为了评估土壤与药剂的混合均匀度，采用混合均匀度变异系数(cv，％)进行表征，本实施例采1000g污染土壤，摇混后，再与稳定化药剂(磷酸二氢钙)混合，混合次数fm分别设定为1次、2次、3次。混合后采用随机抽样的方法，取10个样品，每个样品5g，测定稳定化后的cd弱酸可提取态含量，分别计算平均值(x，mg/kg)和标准差(s，mg/kg)，通过公式(4)计算得到变异系数cv见表1。
69.表1不同混合次数fm的混合均匀度变异系数
70.指标混合1次混合2次混合3次平均值x，mg/kg0.530.520.5标准差s，mg/kg0.090.050.04变异系数cv，％17108
71.(7)为达到稳定化效果，混合均匀度变异系数应≤10％，因此选择混合次数fm为2
次、3次；
72.(8)本实施例采用磷酸二氢钙作为稳定化药剂，对三家承接过重金属污染土壤稳定化工程的设计或施工单位进行询价，药剂单价分别为630元/t、580元/t、550元/t，将最低价作为上述指标单价，即药剂单价(costa)为550元/t；
73.(9)本实施例采用阿鲁斗进行筛分，对上述三家承接过重金属污染土壤稳定化工程的单位进行询价，将最低价作为上述指标单价，若筛分粒径尺寸为3cm，单次筛分单价(costs)市场价为12元/t
·
次；若筛分粒径尺寸为5cm，单次筛分单价(costs)市场价为10元/t
·
次；
74.(10)本实施例采用阿鲁斗进行均混，对上述三家承接过重金属污染土壤稳定化工程的单位进行询价，将最低价作为上述指标单价，若机械设备调整的尺寸为3cm，单次均混单价(costm)市场价为12元/t
·
次；若机械设备调整的尺寸为5cm，单次均混单价(costm)市场价为10元/t
·
次。
75.步骤二、构建基于单位成本稳定化重金属量的效能评估模型，具体如下：
76.(1)效能评估(ef，mg/元)
77.ef＝c
exc
×
ka×
103/cost
78.(2)处置单价(cost，元/t)
79.cost＝costa×
da×
p
sep
+costs×fs
+costm×fm
80.步骤三、在稳定化目标和效能双重约束下，制定最佳稳定化处置方案，具体为：
81.(1)根据异位稳定化处置后土壤去向，本实施例稳定化目标可参照《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)iv类水标准，污染土壤cd稳定化后浸出浓度应不高于0.005mg/l，即bv
hm
＝0.005mg/l；
82.(2)评估不同效能评估组成的稳定化方案效能(ef)，评价结果见表2。
83.表2不同稳定化方案参数集效能
84.85.(3)与稳定化目标相比，方案5～方案12均达到稳定化目标；
86.(4)在效果达标的方案中，方案11的效能最高，因此，选择方案11作为本实施例的最佳处置方案。
87.以上内容是结合具体的优先实施案例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于此。在不脱离本发明构思的前提下，还可做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。技术特征：
1.一种通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：(1)根据待修复重金属污染土壤特征，获取效能评估指标，由效能评估指标组成处置方案；(2)通过效能评估指标构建基于单位成本稳定化重金属量的效能评估模型，进而得到不同处置方案的单位成本稳定化重金属量的效能；(3)在稳定化效果达标的方案中，选择效能最高的方案即为重金属污染土壤异位稳定化的处置方案。2.按权利要求1所述的通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：所述效能评估指标包括化学反应量指标、机械混合率指标和处置单价指标。3.按权利要求2所述的通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：所述化学反应量指标包括稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量(c
exc
，mg/kg)，药剂有效反应率(k
a
，％)，药剂投加质量比(d
a
，％)；所述机械混合率指标包括稳定化的污染土壤比例(p
sep
，％)，筛分次数(f
s
，次)，土壤与药剂的混合均匀度变异系数(cv，％)，均混次数(f
m
，次)；所述处置单价指标包括药剂单价(cost
a
，元/t)，筛分单价(cost
s
，元/t
·
次)，均混单价(cost
m
，元/t
·
次)。4.按权利要求1所述的通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：所述效能评估模型为ef(mg/元)＝c
exc
×
k
a
×
103/cost
???????
公式(1)其中，c
exc
为稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量，k
a
为药剂有效反应率，cost为处置费用。5.按权利要求4所述的通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：所述处置费用模型为cost＝cost
a
×
d
a
×
p
sep
+cost
s
×
f
s
+cost
m
×
f
m
??????
公式(2)其中，cost
a
为药剂单价，d
a
为药剂投加质量比，p
sep
为稳定化的污染土壤比例，cost
s
为筛分单价，f
s
为筛分次数，cost
m
为均混单价，f
m
为均混次数。6.按权利要求4所述的通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：药剂有效反应率k
a
，计算公式如下：k
a
＝(c
exc
–
c
exc’)/c
exc
????????
公式(3)其中：c
exc
为稳定化前土壤重金属弱酸可提取态含量，mg/kg；c
exc’为药剂投加稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量，mg/kg。7.按权利要求2所述的通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：
通过均混次数f
m
构建土壤与药剂的混合均匀度变异系数cv，并控制cv≤10％，计算公式如下：cv＝x/s
???????
公式(4)其中，x为土壤与药剂混合f
m
次后，抽样样品稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量的平均值，mg/kg；s是土壤与药剂混合f
m
次后，抽样样品稳定化后土壤重金属弱酸可提取态含量的标准差，mg/kg；随机抽样的样品数量≥10个。8.按权利要求1所述的通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法，其特征在于：若稳定化后土壤重金属浸出浓度c
hm
≤bv
hm
(稳定化处置目标值)，则稳定化效果达标。
技术总结
一种通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置的方法，包括以下步骤：(1)根据待修复重金属污染土壤特征，获取效能评估指标，由效能评估指标组成处置方案；(2)通过效能评估指标构建基于单位成本稳定化重金属量的效能评估模型，进而得到不同处置方案的单位成本稳定化重金属量的效能；(3)在稳定化效果达标的方案中，选择效能最高的方案即为优化重金属污染土壤异位稳定化的处置方案。本发明围绕单位成本稳定化重金属量，筛选效能评估指标，构建效能评估模型，在稳定化目标和效能双重约束下，制定最佳稳定化处置方案，从而保障重金属污染土壤的工程修复效果，为重金属污染土壤稳定化修复工程水平的方案制定提供指导。稳定化修复工程水平的方案制定提供指导。稳定化修复工程水平的方案制定提供指导。
技术研发人员：吴波 郭书海 张云龙 程凤莲 张猛
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳应用生态研究所
技术研发日：2022.03.02
技术公布日：2022/6/24
声明：
“通过效能评估方式优化重金属污染土壤异位稳定化处置方案的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：中国科学院沈阳应用生态研究所
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