水泥窯協(xié)同處置、表層阻隔技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用修復(fù)砷污染場(chǎng)地

李衛(wèi)斌

（廣州市第一市政工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 場(chǎng)地概況

1.1 場(chǎng)地污染狀況

場(chǎng)地調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表明，本地塊土壤污染物為重金屬砷，砷的含量范圍為0.66～1.06×103mg/kg，最大超篩倍數(shù)為16.7，污染深度為0～18 m。淺層開(kāi)挖深度范圍內(nèi)砷修復(fù)量約9 511.931 m3；不開(kāi)挖區(qū)和深層不開(kāi)挖土壤中砷超修復(fù)目標(biāo)土壤需進(jìn)行地塊整體風(fēng)險(xiǎn)管控，即管控面積73 643 m2。

1.2 場(chǎng)地水文地質(zhì)情況

根據(jù)地塊的采樣調(diào)查的土壤剖面數(shù)據(jù)和記錄描述，土層結(jié)構(gòu)自上而下依次為：

①工填土層

雜填土：雜色、松散、潮，以碎石、砂、建筑石塊為主，含少量腐殖質(zhì)和植物根系，該層普遍分布，揭露厚度0.5～8.0 m，平均厚度3.5 m；

素填土：深棕色、暗棕色、深褐色、密實(shí)、濕，由小石子和粘性土組成，該層普遍分布，厚度為0.3～7.1 m，平均厚度2.1 m。

②殘積層

砂質(zhì)粘土：黃色、黃棕色、紅棕色、飽和、流塑，含砂等，該層部分分布；

粉質(zhì)粘土：黃色、黃棕色、紅棕色、棕色、灰黑色，密實(shí)，硬塑，部分含石英，該層普遍分布，厚度為0.5～9.0 m，平均厚度2.4 m；

砂土（中砂、細(xì)砂和粗砂）：黃色、白色，流塑，含少量粘性土，該層部分普遍。

③基巖

風(fēng)化層（泥質(zhì)粉砂巖、煤炭巖）：黃色、紅棕色、灰色、灰黑色，手捏易碎，片狀、塊狀，該層部分分布，厚度為0.4～9.4 m，平均厚度3.7 m。

地塊內(nèi)地下水類(lèi)型為孔隙水和基巖裂隙水，而基巖裂隙水的埋深和厚度不穩(wěn)定，水量貧乏，為微承壓水。淺層孔隙水賦存于填土層中，埋藏較淺，富水性一般，屬于上層滯水。主要接受大氣降水和地表水的滲透補(bǔ)給，季節(jié)性水位變化明顯，含水層無(wú)明顯界限，埋深和厚度不穩(wěn)定。枯水期地下水埋深2.5～4.3 m，豐水期0.9～4.2 m。

1.3 場(chǎng)地修復(fù)目標(biāo)值

根據(jù)目標(biāo)地塊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，本地塊污染物的修復(fù)/管控目標(biāo)值為60 mg/kg。

1.4 場(chǎng)地未來(lái)規(guī)劃

項(xiàng)目用地規(guī)劃為服務(wù)設(shè)施用地（R22）、商業(yè)用地兼容商務(wù)用地（B1/B2）、防護(hù)綠地（G2）、公園綠地（G1）、公共交通場(chǎng)站用地兼容二類(lèi)居住用地（S41/R2）和道路用地。

2 修復(fù)施工組織設(shè)計(jì)

2.1 總體修復(fù)技術(shù)路線

結(jié)合本地塊的污染情況、水文地質(zhì)條件及后期場(chǎng)地規(guī)劃開(kāi)發(fā)利用情況，砷污染土壤采用水泥窯協(xié)同處置、表層阻隔技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用修復(fù)治理。根據(jù)規(guī)劃，場(chǎng)地開(kāi)發(fā)建設(shè)前需平整土地，同時(shí)修建地下室、雨污管線等地下設(shè)施時(shí)，需對(duì)場(chǎng)地淺層砷污染土壤進(jìn)行開(kāi)挖水泥窯協(xié)同處置，深層砷污染土壤進(jìn)行表層阻隔。

圖1 總體修復(fù)技術(shù)路線

2.2 砷污染土壤預(yù)處理

根據(jù)一般水泥廠的預(yù)處理要求，污染土壤不能含超過(guò)5 cm的石塊和鐵制品。因此該項(xiàng)目對(duì)砷污染土壤的預(yù)處理使用人工和機(jī)械將鐵制品分選，對(duì)于大于40 cm的建筑垃圾和石塊使用采用挖掘機(jī)進(jìn)行分選，針對(duì)5～40 cm的渣塊采用篩分設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合篩分清洗。

如以上作業(yè)尚無(wú)法達(dá)到土壤修復(fù)處理階段要求的建筑垃圾或石塊，將集中收集至沖洗區(qū)進(jìn)行清洗，以去除附著在大粒徑渣塊上的污染物。清洗干凈的渣塊在檢測(cè)合格后作為場(chǎng)地路基材料，資源化利用或進(jìn)行基坑回填。沖洗后產(chǎn)生的污水進(jìn)入污水處理站進(jìn)行處理后，循環(huán)利用。

土壤預(yù)處理包括污染土壤篩分破碎、污染渣塊沖洗、污水處理等過(guò)程。污染土壤清挖運(yùn)輸?shù)教幹脜^(qū)域進(jìn)行篩分破碎，去除粒徑大于5 cm的粗顆粒，以保證后續(xù)土壤修復(fù)處理效果；篩分破碎后的渣塊進(jìn)行沖洗干凈、達(dá)標(biāo)后回填處置。

2.2.1 砷污染土壤篩分

清挖后污染土壤運(yùn)入處置區(qū)域進(jìn)行粗篩，粗篩后的污染土壤進(jìn)行精篩處理，兩種類(lèi)型污染土壤分開(kāi)處理。精篩采用專業(yè)篩分設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，篩分分級(jí)產(chǎn)生的粒徑≥5 cm的污染渣塊和粒徑<5 cm的污染土壤分開(kāi)堆置。篩分后的污染土壤進(jìn)入后續(xù)修復(fù)處理單元依次處理，篩分出的大粒徑渣塊進(jìn)行后續(xù)沖洗處理。

2.2.2 篩上物沖洗

表層大塊混凝土（>40 cm）由卡車(chē)運(yùn)至污染渣塊暫存區(qū)堆置、沖洗。污染土壤篩分預(yù)處理后的渣塊（5～40 cm）由篩分沖洗聯(lián)合設(shè)備進(jìn)行沖洗，沖洗完成后的渣塊倒運(yùn)至待檢區(qū)域進(jìn)行堆置待檢。表層大塊厚度為單層堆料，采用挖掘機(jī)攪動(dòng)，平鋪，然后用高壓水槍進(jìn)行沖洗，沖洗水和大塊混凝土比例按照1:0.2進(jìn)行。沖洗過(guò)后的清潔渣塊，由轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)物料倒運(yùn)，每批次清洗渣塊量約5～8 m3左右，沖洗時(shí)間不少于15 min。沖洗水和渣塊比例按照1:1進(jìn)行，細(xì)渣塊由待篩分設(shè)備上層布料達(dá)到一定厚度后暫停篩分，啟動(dòng)沖洗工序。沖洗后的干凈渣塊直接運(yùn)輸至渣塊待檢場(chǎng)堆置，待采樣驗(yàn)收合格后回填處置。

2.2.3 沖洗污水、污泥處理

沖洗污水：渣塊沖洗過(guò)程中產(chǎn)生的污水由沖洗區(qū)四周擋水墻匯集至洗石廢水沉淀池中。經(jīng)沉淀后上清液可回用至渣塊沖洗，如沉淀出水水質(zhì)不適用于渣塊沖洗，則進(jìn)入污水處理站統(tǒng)一處理。處理后符合城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)的作為灑水降塵使用。

污泥處理：污水處理站及沉淀池產(chǎn)生的污泥，砷污染渣塊沖洗產(chǎn)生的污泥與砷污染土壤一起運(yùn)輸至水泥廠進(jìn)行水泥窯協(xié)同處置。

2.3 砷污染土壤水泥窯協(xié)同處置

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)充分利用了水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫、氣體停留時(shí)間長(zhǎng)、大的熱容量、無(wú)廢渣排放、較好的熱穩(wěn)定性、堿性氣氛等特點(diǎn)，把污染土壤作為水泥生料的一小部分制成水泥，在生產(chǎn)水泥熟料的同時(shí)，煅燒固化處置污染土壤[1]。首先對(duì)砷污染土壤進(jìn)行預(yù)處理，保證土壤顆粒破碎小于50 mm的土塊，并且含水率≤20%，然后將滿足要求的砷污染土壤運(yùn)至水泥廠喂料倉(cāng)，利用水泥廠新型干法水泥窯及原有水泥工藝，將砷污染土壤與其余生料平攤混合，砷污染土壤以1～3%的添加比例與生料進(jìn)行配伍及烘干后喂入生料磨處，經(jīng)窯高溫焚燒處理受污染土壤，降低污染物活性，最終成為成品水泥。

2.4 表層阻隔管控面施工工藝

覆蓋阻隔技術(shù)是指為了阻止污染物以固態(tài)或氣態(tài)的形式與周?chē)h(huán)境接觸、控制其暴露或遷移的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，在地面或污染土壤層上構(gòu)筑地面阻隔系統(tǒng)[2]。水平覆蓋系統(tǒng)或水平覆蓋層被稱之為表層阻隔。整個(gè)地塊深層污染區(qū)域均需采用表層阻隔的方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，整個(gè)地塊主要分為表面部分和地下部分，表面部分包含路面、綠化帶和建筑底板；地下部分包含管道、承臺(tái)等。具體各區(qū)域類(lèi)型管控面施工方式如下：

表1 管控面施工方式

3 結(jié)論

本地塊砷污染特征呈現(xiàn)污染面積大、污染深度深（0～18 m）但污染遷移性弱的特征。若采用異位挖出修復(fù)技術(shù)，施工工期、費(fèi)用、難度將大大增加，施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患也難以掌控。因此本地塊深層砷污染土壤后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)管控采用原位表層阻隔的方式進(jìn)行管控，而場(chǎng)地后期開(kāi)發(fā)利用涉及開(kāi)挖擾動(dòng)的淺層砷污染土壤采用異位水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。

針對(duì)本地塊的砷污染情況、水文地質(zhì)條件及后期場(chǎng)地規(guī)劃開(kāi)發(fā)利用情況，砷污染土壤采用水泥窯協(xié)同處置、表層阻隔技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用修復(fù)治理。水泥窯協(xié)同處置、表層阻隔技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用修復(fù)技術(shù)可大大地縮短工期、減少修復(fù)費(fèi)用、降低施工風(fēng)險(xiǎn)，是一種現(xiàn)實(shí)工程實(shí)施中可行的、高效的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，值得類(lèi)似的工程推廣實(shí)施。