某冶煉廠重金屬污染土壤修復(fù)案例研究

李 楊，吳曉烽，梁吉哲

（1.遼寧省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，沈陽 100161；2.環(huán)壤（上海）環(huán)境工程有限公司，上海 200093；3.遼寧省環(huán)保集團(tuán)輻潔生態(tài)環(huán)境有限公司，沈陽 100161）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市迅速擴(kuò)張，大量工業(yè)場地會(huì)進(jìn)行遷移與重建，土壤污染問題開始逐漸顯露，我國土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，而在受污染土壤上種植農(nóng)作物，通過食物鏈作用進(jìn)入人體也同樣需要重視，日本的鎘米事件就是一個(gè)鮮明的例子。因此，土壤系統(tǒng)中的金屬（特別是有毒重金屬）污染、防治與修復(fù)一直是國際上的難點(diǎn)和熱點(diǎn)研究課題。

國外重金屬土壤修復(fù)工作開展較早，有大量成功修復(fù)案例。目前，土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)主要有工程措施、物理化學(xué)方法、化學(xué)修復(fù)方法和植物修復(fù)方法。工程措施主要以挖掘填埋方式為主，即所謂的客土法，但這并不是一個(gè)永久措施，只是把環(huán)境問題從高危害區(qū)轉(zhuǎn)移到低危害區(qū)，填埋法還存在占用土地、滲漏、污染周邊環(huán)境等負(fù)面影響，因此在當(dāng)今的土壤修復(fù)中使用較少。物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括化學(xué)固化、土壤淋洗、電動(dòng)修復(fù)；化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括化學(xué)改良、表面活性劑清洗和有機(jī)質(zhì)改良等；植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物穩(wěn)定、揮發(fā)及提取。此外，植物修復(fù)技術(shù)也逐漸得到人們的重視，特別是深入研究了一些植物修復(fù)技術(shù)的新方法和方式，推動(dòng)了重金屬污染土壤修復(fù)的發(fā)展。本案例主要采用“異位穩(wěn)定化/固化+阻隔填埋”技術(shù)對(duì)冶煉廠土壤進(jìn)行修復(fù)處理。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

本地塊土壤中主要污染物為鉛、錳及鋅，表層污染土壤采用“異位穩(wěn)定化/固化+阻隔填埋”技術(shù)處理，異位修復(fù)土壤面積40000m2，異位修復(fù)土方量130000m3，最大修復(fù)深度8.0 m；深層污染土壤則結(jié)合開挖土壤的阻隔填埋采取“黏土封頂阻隔”措施。工程工期為12個(gè)月。

1.2 場地條件分析

1.2.1 場地水文地質(zhì)條件

據(jù)詳細(xì)調(diào)查及地下水補(bǔ)充調(diào)查階段對(duì)該層地下水的水位測量，發(fā)現(xiàn)豐水期地塊內(nèi)各位置均有松散巖類孔隙水的分布，水量豐富，埋深較淺，測量地下水埋深為0.52～5.32 m；枯水期該層地下水埋深比豐水期低4.0～6.5 m，在部分區(qū)域如該地塊西部、東部等區(qū)域因水位下降未發(fā)現(xiàn)該層地下水，而該地塊中部、西部該層地下水相對(duì)較豐富，地下水埋深為6.585～11.39 m。

1.2.2 場地現(xiàn)狀

項(xiàng)目范圍內(nèi)設(shè)施已完成拆除，部分區(qū)域遺留有建筑垃圾。其中，該地塊北部已修建一條約3 m高的圍墻，將該地塊分為南北2個(gè)部分，圍墻以北區(qū)域與蓮花山莊相連接，大部分區(qū)域已完成綠化。

1.2.3 場地未來用地規(guī)劃

該地塊的未來規(guī)劃應(yīng)屬于GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中的第一類用地。地塊未來利用規(guī)劃為公園綠地。

1.3 場地污染情況

土壤中鉛、錳和鋅超過第一類用地篩選值，其最大超標(biāo)倍數(shù)分別為66.25倍、9.86倍和4.97倍，最大超標(biāo)深度為11.0 m。此外，地塊范圍內(nèi)存在鉛超過第一類用地管制值情況，說明地塊對(duì)人體健康存在不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，需采取風(fēng)險(xiǎn)管控或修復(fù)治理措施。

1.4 治理修復(fù)范圍及工程量

根據(jù)該地塊內(nèi)車間分布、地層分布及土壤重度污染主要分布在填土層和黏土層頂部的情況，將其分為西部區(qū)域、中部區(qū)域及東部區(qū)域。本項(xiàng)目對(duì)該地塊進(jìn)行分區(qū)確定表層土壤治理深度，其中西部表層深度確定為2.0m，中部表層深度確定為5.0 m，東部表層深度為8.0 m。共需清挖治理表層重度污染土壤約130000 m3。

1.5 場地修復(fù)目標(biāo)

本地塊內(nèi)土壤采用風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)管控目標(biāo)值驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 土壤修復(fù)目標(biāo)值

2 工程設(shè)計(jì)方案

2.1 技術(shù)路線

以重金屬土壤污染治理與現(xiàn)有主流修復(fù)技術(shù)為指導(dǎo)，以現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范為依據(jù)，在場地初步、詳細(xì)調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，采用穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)，通過污染土壤清挖、轉(zhuǎn)運(yùn)、穩(wěn)定化/固化、養(yǎng)護(hù)、自檢、阻隔填埋或外運(yùn)處置、資源化利用等一系列步驟，以達(dá)到重金屬污染土壤修復(fù)治理的最終目的。

2.2 工藝流程

本項(xiàng)目重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)路線和工藝流程如圖1所示。

圖1 總技術(shù)路線

1）將污染土壤挖掘裝車運(yùn)輸至土壤穩(wěn)定化/固化處理區(qū)的堆場等待處理。

2）根據(jù)土壤的水分含量，進(jìn)行土壤預(yù)處理，用少量石灰調(diào)節(jié)土壤含水率。將待處理土壤采用MT320-H75破碎篩分斗進(jìn)行初篩，將土壤中大石塊、雜質(zhì)和建筑垃圾等進(jìn)行有效分離，分離出來的固體物質(zhì)應(yīng)進(jìn)行集中堆放，沖洗后用作回填或臨時(shí)道路路基回填料。

3）重金屬污染土壤與修復(fù)藥劑混合的均勻程度是決定穩(wěn)定化/固化修復(fù)效果的關(guān)鍵因素。將污染土在修復(fù)區(qū)堆置成條狀或塊狀，將修復(fù)藥劑均勻鋪撒于污染土壤上方，利用MT320-H75破碎篩分斗對(duì)污染土壤和藥劑進(jìn)行混合攪拌。

4）經(jīng)攪拌均勻含穩(wěn)定化/固化劑處理后的土壤轉(zhuǎn)運(yùn)至土壤養(yǎng)護(hù)區(qū)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)養(yǎng)護(hù)情況一般為3～7 d，需要保證穩(wěn)定化/固化反應(yīng)完成徹底。

養(yǎng)護(hù)完成的穩(wěn)定化/固化土壤經(jīng)過浸出毒性試驗(yàn)進(jìn)行分析，未達(dá)標(biāo)的土壤重新進(jìn)行穩(wěn)定化/固化處理直至處理達(dá)標(biāo)。

2.3 主要工藝、設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

修復(fù)藥劑選用是穩(wěn)定化/固化劑，主要成分為水泥、氫氧化鈉、磷酸鹽。可初步對(duì)穩(wěn)定化/固化階段藥劑的選用、規(guī)格、藥劑投加比進(jìn)行確定。異位穩(wěn)定化/固化修復(fù)的關(guān)鍵工藝參數(shù)見表2。

表2 異穩(wěn)定化/固化技術(shù)參數(shù)

2.4 總體施工

2.4.1 施工順序

1）場內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)。開挖后的土壤轉(zhuǎn)運(yùn)至?xí)捍鎱^(qū)進(jìn)行暫存，并及時(shí)苫蓋，防止揚(yáng)塵。根據(jù)修復(fù)進(jìn)程轉(zhuǎn)運(yùn)至修復(fù)區(qū)，土壤轉(zhuǎn)運(yùn)須合理安排轉(zhuǎn)運(yùn)順序，避免二次污染。污染土、修復(fù)后的待檢土分別單獨(dú)設(shè)置標(biāo)記，防止錯(cuò)運(yùn)。

2）初步篩分破碎。采用專業(yè)施工機(jī)械MT320—H75篩分破碎攪拌斗進(jìn)行污染土壤的初步篩分及破碎。篩分破碎時(shí)能將石塊、建筑垃圾等雜物剔除，同時(shí)對(duì)污染土壤進(jìn)行破碎。

本項(xiàng)目采用MT320-H75設(shè)備，處理效率高，斗內(nèi)滾軸可朝2個(gè)內(nèi)外方向切換轉(zhuǎn)向并持續(xù)旋轉(zhuǎn)，確保高效的力矩傳輸保障啟動(dòng)和運(yùn)行，每小時(shí)可篩分破碎污染土300～500 m3。

3）土壤預(yù)處理。采用MT320-H75破碎篩分斗將預(yù)處理藥劑與土壤混合攪拌，充分接觸，將預(yù)處理藥劑與土壤混合，同時(shí)進(jìn)一步對(duì)于土壤進(jìn)行破碎。破碎次數(shù)根據(jù)土壤粒徑確定，破碎工藝完成后控制土壤粒徑小于20mm的比例大于90%。篩分破碎時(shí)，MT320-H75斗離土堆高度不超過50 cm，以減少揚(yáng)塵；污染土壤預(yù)處理后，粒徑小于20 mm污染土壤轉(zhuǎn)運(yùn)至穩(wěn)定化處理區(qū)進(jìn)行處置。

4）穩(wěn)定化/固化藥劑撒布。根據(jù)小試中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)場檢測結(jié)果，根據(jù)污染情況，最終確定藥劑的添加量。推薦添加質(zhì)量比約為2%的藥劑，現(xiàn)場施工時(shí)根據(jù)實(shí)際情況可進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)待處理的土方量，計(jì)算藥劑的用量，本地塊土壤容重平均值為1.77 t/m3，經(jīng)估算本地塊污染土壤穩(wěn)定化/固化處理大約需要3540 t。用普通挖機(jī)將噸袋中的穩(wěn)定化/固化藥劑均勻地鋪灑于土壤上方。

5）穩(wěn)定化/固化施工。采用MT320-H75破碎篩分鏟斗將預(yù)處理藥劑與土壤混合攪拌，充分接觸，同時(shí)噴灑清水，控制含水率在30%左右，讓藥劑與土壤充分接觸，每小時(shí)可篩分破碎污染土300～500 m3。根據(jù)土壤與藥劑的混合情況進(jìn)行多次篩分破碎，預(yù)計(jì)篩分1～2遍，確?；旌暇鶆颉?/p>

6）土壤養(yǎng)護(hù)。對(duì)混合后的土壤需噴灑一定量的水，保證養(yǎng)護(hù)土壤中的含水率在25%。然后由裝載機(jī)將土壤轉(zhuǎn)運(yùn)至養(yǎng)護(hù)區(qū)域進(jìn)行堆放養(yǎng)護(hù)。在修復(fù)區(qū)設(shè)置土壤養(yǎng)護(hù)暫存區(qū)，按照批次依次堆置成長條土剁，封閉養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)區(qū)地面作硬化處理。養(yǎng)護(hù)區(qū)堆存高度為3 m，堆好的土壤表面覆蓋薄膜進(jìn)行保水處理，需要養(yǎng)護(hù)5～7 d時(shí)間來保證穩(wěn)定化/固化反應(yīng)的效果。

為保證藥劑與污染土壤中的重金屬發(fā)生有效的反應(yīng)，修復(fù)土養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)至少為5～7 d。

養(yǎng)護(hù)期間土壤避免陽光直射及雨水淋洗，同時(shí)避免大風(fēng)時(shí)出現(xiàn)揚(yáng)塵。

7）土壤自檢。修復(fù)過程及驗(yàn)收自檢過程中計(jì)劃采樣頻率為每500 m3修復(fù)土采集一個(gè)樣品。采集過程嚴(yán)格依照采樣技術(shù)規(guī)范布置采樣點(diǎn)，使用采樣工具在預(yù)定深度采集土壤樣品。將采集到的所有修復(fù)后的土壤樣品送至具有相關(guān)CMA檢測資質(zhì)的第三方檢測單位進(jìn)行分析檢測。

8）土壤回填。檢測合格的土壤由封閉式運(yùn)輸車場內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至阻隔填埋區(qū)原地回填。

2.4.2 施工計(jì)劃

本場地修復(fù)工程，包括以下分部分項(xiàng)工程：地表清理、土壤開挖轉(zhuǎn)運(yùn)工程、降水作業(yè)工程、土壤異位穩(wěn)定化/固化修復(fù)工程和廢水處理工程等。項(xiàng)目部計(jì)劃在10個(gè)月內(nèi)完成本項(xiàng)目全部工作。

3 修復(fù)自檢

為確保項(xiàng)目施工正常進(jìn)行，成立項(xiàng)目自檢小組，項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)人兼任環(huán)境自檢負(fù)責(zé)人，擔(dān)任小組組長，配備自檢人員，負(fù)責(zé)自檢整個(gè)運(yùn)輸過程中的污染情況。確保污染土無遺漏、運(yùn)輸過程中無空氣污染和水體污染等。本項(xiàng)目自檢工作流程主要如下。

3.1 基坑驗(yàn)收自檢流程

1）單個(gè)基坑清挖至邊界紅線和設(shè)計(jì)深度后，基坑自檢驗(yàn)收正式開始。

2）基坑清挖至邊界紅線和設(shè)計(jì)深度后，對(duì)顏色異常、氣味較重的地方立即檢測，檢測采樣需要監(jiān)理在場旁站巡視，所有樣品送第三方檢測單位進(jìn)行檢測分析。

3）對(duì)于基坑土壤基底和邊界的異常值，報(bào)監(jiān)理和業(yè)主審批是否繼續(xù)清挖。

4）如判定需要繼續(xù)清挖，按0.5～1 m深度或邊界距離在異常值的區(qū)域或點(diǎn)位繼續(xù)開挖。

5）基坑清挖完畢后，包括特別區(qū)域或點(diǎn)位的清挖，再進(jìn)行全面布點(diǎn)的基坑自檢檢測，直至全部合格為止。

3.2 土壤（建筑垃圾）修復(fù)驗(yàn)收自檢流程

1）土壤修復(fù)完成后即開始驗(yàn)收自檢。

2）按照修復(fù)深度和邊界，對(duì)修復(fù)后土壤采取每500 m3取1個(gè)土壤樣品進(jìn)行分析檢測，進(jìn)行采樣檢測分析。

3）若檢測合格，則暫存后進(jìn)行原址回填，若檢測不達(dá)標(biāo)，則繼續(xù)進(jìn)行修復(fù)。

自檢合格后，即可以申請(qǐng)修復(fù)效果評(píng)估。

4 修復(fù)效果評(píng)估

4.1 污染土壤清挖驗(yàn)收

本項(xiàng)目對(duì)表層重度污染土壤進(jìn)行清理修復(fù)，以清除填土層和黏土層頂部的重度污染為目標(biāo)。基坑底部以清理到設(shè)計(jì)范圍和深度為目標(biāo)，也可對(duì)基坑底部采樣進(jìn)行檢測；基坑側(cè)壁的清理目標(biāo)以土壤風(fēng)險(xiǎn)管控與修復(fù)目標(biāo)值為驗(yàn)收依據(jù)。

參照HJ 25.5—2018《污染地塊風(fēng)險(xiǎn)管控與土壤修復(fù)效果評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，基坑底部采用系統(tǒng)布點(diǎn)法，一般隨機(jī)布置第一個(gè)采樣點(diǎn)，構(gòu)建通過此點(diǎn)的網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格交叉點(diǎn)采樣，網(wǎng)格大小不超過40 m×40 m。

基坑側(cè)壁采用等距離布點(diǎn)法，將基坑側(cè)壁等距分為若干段，每段不大于40 m，在縱向上，當(dāng)側(cè)壁開挖深度小于等于1 m時(shí)，側(cè)壁不進(jìn)行垂向分層采樣，當(dāng)開挖深度大于1 m時(shí)，側(cè)壁應(yīng)進(jìn)行垂向分層采樣，其下一定距離進(jìn)行分層，分層的距離不小于1 m且不大于3 m。每段內(nèi)每層取9個(gè)表層樣品混合成一個(gè)樣品。具體根據(jù)實(shí)際情況確定。

4.2 污染土壤修復(fù)驗(yàn)收

穩(wěn)定化/固化處理后的土壤原則上每個(gè)采樣單元（每個(gè)樣品代表的土方量）不應(yīng)超過500 m3；也可根據(jù)修復(fù)后土壤中污染物濃度分布特征參數(shù)計(jì)算修復(fù)差變系數(shù)，根據(jù)不同差變系數(shù)查詢計(jì)算對(duì)應(yīng)的推薦采樣數(shù)量。固化/穩(wěn)定化處理后的土壤一般采用系統(tǒng)布點(diǎn)法設(shè)置采樣點(diǎn)；同時(shí)應(yīng)考慮處理效果空間差異，在處理效果薄弱區(qū)增設(shè)采樣點(diǎn)。

將處理后的土壤進(jìn)行分堆堆放，按照堆體方量大小采用網(wǎng)格布點(diǎn)法，每個(gè)網(wǎng)格設(shè)1個(gè)土壤采樣點(diǎn)，每個(gè)樣品代表堆體不超過500 m3。每個(gè)堆體分上下、內(nèi)外采集9個(gè)點(diǎn)形成混合樣，采用洛陽鏟、挖機(jī)或人工挖掘的方式進(jìn)行取樣。

污染土壤經(jīng)穩(wěn)定化/固化修復(fù)后需達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)管控目標(biāo)值，即GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求。

4.3 修復(fù)效果評(píng)估總結(jié)

本項(xiàng)目基坑驗(yàn)收共采集基坑坑底和側(cè)壁污染土壤樣品共156個(gè)，通過第三方檢測單位的檢測分析，采集基坑土壤的重金屬濃度均達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值（篩選值）。修復(fù)后的土壤樣品共328個(gè)，經(jīng)穩(wěn)定化/固化處理后，土壤中鉛、錳及鋅的浸出率顯著下降，均能滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，本項(xiàng)目最終達(dá)到穩(wěn)定化/固化修復(fù)治理的目標(biāo)。