污染場地土壤修復技術對比分析

王泓泉

（上海伊世特科技管理有限公司 上海 200001）

引言

隨著我國城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，出現(xiàn)大量因工業(yè)企業(yè)搬遷而遺留的污染場地。污染場地是指因從事生產(chǎn)、經(jīng)營、處理、貯存有毒有害物質(zhì)，以及從事礦山開采等活動造成的污染危害超過人體健康或生態(tài)環(huán)境可接受風險水平的地塊。我國土壤環(huán)境污染形勢十分嚴峻，土壤受到污染后，污染物容易進入水體、大氣和生物中，威脅生態(tài)環(huán)境和人體健康[1]。污染土壤修復技術的篩選是污染場地修復的重要環(huán)節(jié)，其適用性是影響場地修復效果的主要因素[2]。修復費用、能源消耗、治理效果和處理周期是污染場地修復實踐中重點考慮的問題。

1 污染場地修復技術篩選

污染場地修復技術根據(jù)修復工程位置分為原位技術和異位技術，根據(jù)修復原理主要分為物理技術、化學技術、熱處理技術和生物技術等[3]。污染土壤修復技術種類較多，不同修復技術的應用條件、環(huán)境需求均存在較大差異。我國多采用加權加和法（SAW）和層次分析法（AHP）等數(shù)值評分法進行污染場地修復技術篩選，有時難以區(qū)分不同修復技術之間的差別[4]。合理有效的修復技術是將污染場地中目標污染物對人體健康的風險降至可接受水平，而不是將目標污染物徹底清除[2]。如何通過成本效益分析篩選修復技術，并運用修復技術來解決污染、降低能耗和費用是場地修復成敗的關鍵因素。本文主要對污染土壤修復技術的原理、應用、能耗、費用等進行對比分析。

2 主要土壤修復技術分析

2.1 固化/穩(wěn)定化技術

固化/穩(wěn)定化技術是指向污染土壤中添加固化劑/穩(wěn)定劑（硅酸鹽水泥、石灰等），通過物理、化學作用將土壤中的有毒有害物質(zhì)固定起來，或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化成化學性質(zhì)不活潑的形態(tài)，降低污染物在環(huán)境中的遷移和擴散。該技術較多應用于重金屬污染土壤的快速治理，尤其是對多種重金屬復合污染土壤的治理具有顯著優(yōu)勢。

固化劑/穩(wěn)定劑成分及添加量、土壤與藥劑的混勻程度、污染物組成及濃度特征等因素是影響固化/穩(wěn)定化修復效果的關鍵指標，其中藥劑的成分及添加量對土壤污染物的穩(wěn)定效果起關鍵作用，需要通過試驗確定固化劑/穩(wěn)定劑的配方及添加量。目前國內(nèi)外應用的固化/穩(wěn)定劑添加量比例大多數(shù)低于20%。某鋼絲繩生產(chǎn)企業(yè)采用添加4%的固化/穩(wěn)定劑和8%水泥、石灰（水泥∶石灰=2∶1）處理鉛污染土壤，經(jīng)過一段時間養(yǎng)護后土壤鉛濃度低于修復目標值[5]。

固化/穩(wěn)定化技術的處理周期根據(jù)處理土壤體積、污染物化學性質(zhì)及濃度、土壤特性等因素而定。一般情況下，原位固化/穩(wěn)定化處理周期為3-6個月，異位固化/穩(wěn)定化每日處理量從100至1200m3不等。修復成本根據(jù)污染物類型、固化劑/穩(wěn)定劑的種類及添加量、土壤污染程度等因素綜合確定。原位固化/穩(wěn)定化對淺層污染場地的修復費用約50-80美元/m3，對深層污染場地的修復費用約為195-330美元/m3；異位固化/穩(wěn)定化對小型場處理成本約為160-245美元/m3，大型場地處理成本約為90-190美元/m3[6]。

2.2 化學氧化/還原技術

化學氧化/還原技術是指向污染土壤中添加氧化劑（Fenton試劑、過氧化氫等）或還原劑（二氧化硫、零價鐵等），通過氧化或還原作用，污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)或降低污染物的毒性。該技術對苯系物、多環(huán)芳烴、有機農(nóng)藥等有機物污染土壤處理效果較好，一般應用于土壤和地下水同時被有機物污染的聯(lián)合修復。

氧化/還原劑的添加量、污染物類型及污染程度、土壤性質(zhì)等參數(shù)是影響化學氧化/還原修復效果的關鍵指標，其中修復藥劑的添加量是影響修復效果及成本的主要因素。某特殊鋼生產(chǎn)場地采用主要成分為過硫酸鹽及專利活化的藥劑與多環(huán)芳烴污染土壤攪拌、充分混合及反應后達到修復目標的要求，其中修復藥劑的費用占總修復費用的40%-50%[6]。

化學氧化/還原技術的處理周期與污染物性質(zhì)、污染物濃度、藥劑與污染物的反應機理、污染深度及范圍相關。一般而言，原位化學氧化/還原修復通常需要3-24個月，異位化學氧化/還原治理在數(shù)周至數(shù)月內(nèi)可以完成。治理成本與工程規(guī)模、場地特性、污染物性質(zhì)、藥劑影響效果等因素相關。國外原位化學氧化/還原治理費用約為123美元/m3；異位化學氧化/還原處理成本在國內(nèi)介于500-1500元/m3之間，在國外約為200-660美元/m3[6]。

2.3 熱脫附技術

熱脫附技術是指通過對污染土壤進行加熱，將溫度升高到目標污染物的沸點以上，通過控制溫度和停留時間使污染物氣化揮發(fā)，將污染物與土壤顆粒分離，再對氣態(tài)污染物進行凈化。該技術對高污染場地的機物污染土壤的修復具有明顯優(yōu)勢。土壤特性（土壤質(zhì)地、水分含量和土壤粒徑分布等）和污染物特性（污染物濃度、沸點范圍等）是影響熱脫附技術的關鍵指標。

原位熱脫附可以相對快速修復含氯有機物、多環(huán)芳烴等大部分有機物，特別適合高濃度、非水相的、游離的以及源頭的重污染土壤區(qū)域[7]。原位熱脫附在國內(nèi)做規(guī)模大的項目可能造成一次性投資過高，對電力或燃氣的負荷也很大，需要大量的時間和費用，應用較少[8]。異位熱脫附作為一種非燃燒技術，可以避免含氯有機物處置過程中二噁英的生成，以及具有污染物處理范圍寬、設備可移動、修復后土壤可再利用等優(yōu)勢，廣泛應用于高濃度有機物污染土壤的修復[9]。

熱脫附修復周期受設備處理能力、污染土壤及污染物性質(zhì)、污染土壤體積等因素影響。熱脫附處理能力一般在3-160噸/小時。熱脫附處置成本受治理規(guī)模、燃料類型、土壤性質(zhì)和污染物性質(zhì)等因素影響。國內(nèi)污染土壤熱脫附處置費用約為600-2000元/噸。國外對于中小型場地處理成本約為100-300美元/m3，對于大型場地處理成本約為50美元/m3[6]。

2.4 生物通風技術

生物通風技術是指通過向土壤中供給空氣或氧氣、營養(yǎng)液等措施，促進土壤中能夠降解目標污染物的土著微生物或外源微生物的生長，使土壤中的污染物降解成無毒或毒性較小的物質(zhì)。該技術適用于易生物降解的揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機物污染土壤。土壤理化性質(zhì)（pH值、溫度、含水率等），污染物特性（可生物降解性、濃度等），土壤微生物是影響生物通風修復效果的主要因素。

原位生物通風技術結(jié)合了原位土壤氣相抽提（SVE）和生物降解的特點，是生物增強式SVE技術，主要由生物通風系統(tǒng)、營養(yǎng)水分調(diào)配系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)組成。處置周期與微生物的可降解性相關，一般為6-24個月。處理成本與工程規(guī)模相關，在國外應用成本約為13-27美元/m3[6]。原位生物通風在我國尚處于中試階段，缺乏修復工程應用經(jīng)驗。

異位生物通風技術也稱為生物堆技術，主要由土壤堆體、抽氣系統(tǒng)、營養(yǎng)水分調(diào)配系統(tǒng)、滲濾液收集處理系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)組成。生物堆技術的處置周期和成本一般可以通過實驗室小試或現(xiàn)場中試進行估算，處置周期一般為1-6個月，處理成本約300-400元/m3[6]。生物堆技術在國內(nèi)發(fā)展已比較成熟，其修復成本相對低廉，相關配套設施已能夠成套化生產(chǎn)制造，并可以有效控制微生物，使它們在特定的環(huán)境條件下生存和生長[10]。

2.5 水泥窯協(xié)同處置技術

水泥窯協(xié)同處置是指將滿足或經(jīng)預處理后滿足入窯要求的污染土壤等固體廢物投入水泥回轉(zhuǎn)窯，在生產(chǎn)水泥熟料的同時，焚燒處理污染土壤，實現(xiàn)廢物無害化處置的過程。該技術主要利用水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的溫度高、氣體停留時間長、熱容量大、熱穩(wěn)定性好等特點，通過焚燒處理污染土壤，將有機污染物轉(zhuǎn)化為無機化合物或?qū)⒅亟饘俟潭ㄔ谒嗍炝现小?/p>

水泥窯協(xié)同處置周期與水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)配置和污染土壤添加量相關。污染土壤添加量需要根據(jù)水泥生產(chǎn)對進料中氯、硫等元素含量的限值要求，通過對污染土壤特性，包括堿性物質(zhì)、氯、氟、硫元素含量，以及污染物特性和污染程度進行分析來確定，一般低于水泥熟料的4%。處置成本主要包括運行過程中的燃料消耗和電消耗，在國內(nèi)的工程應用成本一般為800-1000元/m3[6]。水泥窯協(xié)同處置技術已入選2017年《國家先進污染防治技術目錄（固體廢物處理處置領域）》，可見水泥窯協(xié)同處置污染土壤等固體廢物在能源利用上具有顯著優(yōu)勢。

結(jié)語

本文從污染場地主要土壤修復技術的原理、適用介質(zhì)、應用條件、能源消耗、處置周期和成本進行了基本的對比分析。固化/穩(wěn)定化技術在治理重金屬污染土壤、生物通風在修復易降解有機污染土壤上具有成本優(yōu)勢、并占有較高的應用比例，化學氧化/還原技術適合有機物污染的水土聯(lián)合修復，熱脫附技術和水泥窯協(xié)同處置技術適合處理高濃度有機污染土壤。應從我國經(jīng)濟社會發(fā)展、污染場地特征、技術儲備等多方面綜合考慮，選擇適宜的修復技術。