摘 要：介绍了利用水泥固化技术处理汞污染土壤。其中，弱碱性的Na2S溶液用作固汞剂，混凝成型的固化体破碎 后进行浸出毒性实验检测含汞浓度。探究了pH、Na2S理论添加量、水泥添加量对固汞效果的影响。实验结果表明，水泥添加量为4倍，固汞液pH=8、Na2S添加量为理论反应量的6倍时，浸出液含汞浓度低于1ng/L。关键词：汞;pH;Na2S;水泥固化;浸出液
某氯碱化工厂采用汞法制造烧碱产生了含汞污泥，汞泥集中堆放于场区，后转运用于炼汞，堆放过程中汞泥在降水淋溶和地表水的溶解作用下迁移，堆放场地的土壤被污染，经取样检测，土壤汞浓度高达135.08mg/kg，污染指数高达90.05(执行土壤环境质量三级标准1.5mg/kg)。汞污染土壤显著影响水环境和农产品的质量，进入土壤的无机汞在硫酸 盐还原菌或化学作用下， 转化为毒性更大、能通过食物链产生生物放大效应的甲基汞(Me-Hg)，产生 生物累计效应，危害人类及动物健康[1] 。
据报道 [2] 固化/稳定化技术是国际上处理有毒有害废物的主要方法之一，而水泥基材料是近20年 来美国及德国、 法国、比利时等欧洲发达国家应用最广也是最重要的胶结料，美国环保局将此技术称为处理有毒有害废物的最佳技术。目前水泥固化/稳定化技术是处理土壤重金属污染的重要手段，已经开展了水泥固化处理铬渣、焚烧垃圾飞灰等研究，而水泥固化处理汞污染土壤鲜有报道，限制了该方法在实际工程的推广。
在实际工程应用中，通过水泥固化处理汞污染土壤的主要影响因素包括pH、固汞液添加量、水泥与汞污染土壤质量比。本文以堆放场地的汞污染土壤为样品进行水泥固化处理实验，通过浸出毒性试验确定最佳固化条件。
1测量方法、试剂及设备
总汞含量测量采用冷原子吸收分光光度法，参照 《土壤质量总汞的测定冷原子吸收分光光度法》(GB/T17136-1997)。 祁连山牌425# 水泥、 NaOH、Na2S(分析纯)、pH试纸.搅拌器、SK-2003双道原子荧光分析仪(西安索坤公司)、震荡仪。
2实验过程
在含汞量最大的探坑剖面线上先用竹片剥离探坑表面，然后取样，收集至塑料样品袋。取样品20kg，完全混匀后，测量其平均含汞量为130mg/kg。
用橡皮锤将土样碾碎后经过2mm尼龙筛筛选，将筛选后的样品混匀储备使用。
称量32份样品(250g)，分别置于2L塑料容器中。配制过量的硫化钠溶液，硫化钠的理论加入量为总汞含量的0～18倍，加入蒸馏水调节溶液定容至用NaOH调节溶液的pH(6～10)。
称量制备好的土壤样品放入塑料容器中，将土样和水泥(干粉末)按照质量比(1～8)混合;然后加入硫化钠溶液;加入适量的自来水，放在搅拌器中搅拌，搅拌速度为60r/min，时间为5min。将搅拌好的水泥浆倒入模板中，经过混凝成型后破碎成粒径0.5～3cm的块体，按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》 (HJ/T299-2007)进行浸出毒性实验。具体实验过程如图1所示。
图1汞污染土壤水泥固化实验
冯新斌等 [3] 报道人为Hg污染的土壤Hg主要 以难氧化降解有机质结合态形式存在，而由地质作 用引起的土壤中Hg主要以残渣态形式存在，本实验主要测量汞污染土壤中的总汞和处理后的样品中浸出液含汞浓度作为判断指标。
原理：汞污染土壤与水泥以一定比例均匀混合后， 添加弱碱性的Na2S溶液，汞污染土壤中游离的Hg2+与S2-反应生成难溶的HgS(溶解度为4×10-53)，然后添加一定水量使混合物混凝，在水泥的水合和水硬胶凝作用下形成坚硬的固化体，降低汞在“废物—水泥”固化体基质中的迁移率，从而达到降低废物中总汞浸出的目的。
本实验采用硫化钠溶液加入土壤固汞后进行水泥固化汞污染土壤，确定固化工艺最佳的pH、水泥与污染土壤质量比例、硫化钠投加量。
黄鸣荣等[4] 报道，去除含汞废水中的汞离子最佳pH为7-9， pH>9后随着pH的增大，pH>10后汞离子去除效率急剧下降，本实验pH变量范围确定为6～10。
按照反应量确定Na2S的投加量为理论倍数为 0～8。水泥/汞污染土壤的比例为1～8，进行实验。
3实验结果及分析
3.1 pH值对固汞效果的影响 反应条件：水泥∶汞污染土壤=2∶1(质量 比)，加入Na2S溶液的含量为12、 15、18倍。浸出液含汞浓度与pH的关系如图2所示。
图2pH值与浸出液中含汞量的关系
由图2可知，pH值从6～10增大时，浸出液含 汞浓度逐渐降低，在pH=8时达到最小值后又逐渐增大。固汞液的pH为8时除汞效果达到最佳，12、15、18倍的固汞液处理后的水泥块的浸出液浓度分分别为0.0845mg/L、0.0561mg/L、0.0075mg/L，均低于国家《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中Hg浓度标准限值0.1mg/L。因此可确定固汞液的最佳pH为8。3.2 水泥添加量对固汞效果的影响反应条件：pH为8，固汞液理论添加量为15 倍，浸出液含汞浓度与水泥添加倍数的关系如图3 所示。
图3 水泥添加倍数和浸出液含汞浓度的关系
由图3可知，随着水泥添加量的增大，浸出液汞 浓度降低，水泥添加量为3倍时，浸出液含汞浓度为0.0012mg/L，添加倍数大于4后，浸出液含汞浓度低于1ng/L。因此无害化最佳水泥添加倍数为4。
3.3 Na2S添加量对固汞效果的影响
反应条件：pH为8，水泥添加倍数为4时，浸出液含汞浓度与固汞液的添加量的关系如图4所示。 图4Na2S理论添加倍数和浸出液含汞浓度的关系由图4可知，浸出液含汞浓度在Na2S理论添加倍数0～6之间时急剧降低，在固汞液添加6倍之后浸出液含汞浓度低于1ng/L。 综上，水泥固化处理含汞土壤的最佳条件为pH=8，水泥添加量为4倍，Na2S的理论添加倍数为6倍，可以使浸出液含汞浓度低于1ng/L。
4结论
1)水泥固化处理汞污染土壤有良好的处理效果，
实验结果表明pH调节至8左右时，水泥添加倍数为4，Na2S的理论添加倍数为6倍，经过浸出毒性 试验检测的固化块体的浸出液含汞浓度低于1ng/L，达到了汞污染土壤的无害化处理。
2)根据实际条件，建议汞污染土壤无害化最佳 条件为：水泥∶汞泥=2∶1，pH为8，固汞液添加倍 数为18倍时， 水泥块浸出液浓度为0.0075mg/L，达到国家《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中Hg浓度标准限值0.1mg/L， 满足无害化堆放要求。
原标题：汞污染土壤水泥固化处理方法探究
