廢棄遺留地重金屬污染土壤治理與修復(fù)案例研究

幸秋明

（中化環(huán)境修復(fù)（上海）有限公司，上海 200000）

1 土壤污染治理與修復(fù)技術(shù)概述

污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究起步于20 世紀(jì)70 年代后期，由于鎘污染土壤造成的“骨痛病”問題受到極大關(guān)注[1]。在過去的30 年期間，歐、美、日、澳等國家紛紛制定了土壤修復(fù)計劃，巨額投資研究了土壤修復(fù)技術(shù)與設(shè)備，積累了豐富的現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)與工程應(yīng)用經(jīng)驗，成立了許多土壤修復(fù)公司和網(wǎng)絡(luò)組織，使土壤修復(fù)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。中國的污染土壤修復(fù)技術(shù)研究起步較晚，在“十五”期間才得到重視，列入了高技術(shù)研究規(guī)劃發(fā)展計劃，其研發(fā)水平和應(yīng)用經(jīng)驗都與美、英、德、荷等發(fā)達(dá)國家存在相當(dāng)大的差距[2]。近年來，順應(yīng)土壤環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)實需求和土壤環(huán)境科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需求，科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、環(huán)境保護(hù)部等部門有計劃地部署了一些土壤修復(fù)研究項目和專題，有力地促進(jìn)和帶動了全國范圍的土壤污染控制與修復(fù)科學(xué)技術(shù)的研究與發(fā)展工作。其間，以土壤修復(fù)為主題的國內(nèi)一系列學(xué)術(shù)性活動也為中國污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究和發(fā)展起到了很好的引領(lǐng)性和推動性作用。

近年來，大量的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動致使土壤中的重金屬含量超標(biāo)，造成的土壤環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，對人體健康造成危害。造成土壤污染的重金屬元素主要有汞、鎘、鈀、鉻、砷、鋅、銅、鎳等元素[3]。重金屬污染物在土壤中移動性很小，不易被分解，易隨食物鏈進(jìn)入人體，造成對人體的潛在危害。

目前國內(nèi)外適應(yīng)重金屬污染土壤治理與修復(fù)技術(shù)主要有異位固化/穩(wěn)定化、異位土壤洗脫、水泥窯協(xié)同處置、原位固化/穩(wěn)定化、土壤植物修復(fù)等技術(shù)方法[4]。

2 項目概況

2.1 工程概況

某工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)于2011 年基本完成搬遷工作。工業(yè)園區(qū)廢棄遺留地塊被當(dāng)?shù)卣諆?，擬規(guī)劃為教育建設(shè)用地。工業(yè)企業(yè)關(guān)?；虬徇w，遺留下來大量可能存在的環(huán)境污染場地，若這些場地未經(jīng)環(huán)境調(diào)查評估或修復(fù)，場地的再利用可能存在潛在的健康風(fēng)險。本工業(yè)園區(qū)面積2×106m2，主要規(guī)劃產(chǎn)業(yè)為紡織、銅材加工、建材等。2009年8 月，省監(jiān)測站中心對某工業(yè)園附近的農(nóng)田土壤、雨水管網(wǎng)排口附近農(nóng)田底泥進(jìn)行了采樣和監(jiān)測分析。監(jiān)測結(jié)果表明，某工業(yè)園區(qū)輻射線八個方位距離200m 處的村莊土壤環(huán)境質(zhì)量尚好，而沿工業(yè)園區(qū)雨水排放管口靠近童家村側(cè)農(nóng)田土壤出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，最高超標(biāo)倍數(shù)銅8.2倍、鈀4.6 倍、鋅13.2 倍。初步判斷，農(nóng)田土壤污染的途徑主要是受涉重企業(yè)廠區(qū)堆場、沉降等造成的重金屬污染物隨雨水徑流進(jìn)入排水系統(tǒng)，最終進(jìn)入農(nóng)田。

2.2 場地條件分析

（1）場地水文地質(zhì)條件。調(diào)查場地地下水主要為第四系松散堆積物孔隙潛水，地下水補給來源主要為大氣降水，地下水較貧乏。勘察期間于勘探深度范圍內(nèi)揭露的地下水水位埋藏深度為2.9m～4.5m，高程為-1.22m～-5.58m。（2）場地現(xiàn)狀。近期對施工現(xiàn)場進(jìn)行踏勘發(fā)現(xiàn)，確定土壤處理暫存及處理場地安排在某空閑場地。土壤修復(fù)區(qū)域被某單位占用作為其施工辦公及住宿的區(qū)域，其他區(qū)域原鋼架結(jié)構(gòu)廠房、工棚、磚砌結(jié)構(gòu)及其他建筑物均已拆除。廠區(qū)北面、西面及南面均有道路，出入口位于北面。進(jìn)場寬7.0m～10.0m，目前道路條件較好，可滿足運輸要求。（3）場地未來用地規(guī)劃。根據(jù)《某縣城市總體規(guī)劃（2015-2035 年）》，本項目涉及的規(guī)劃目標(biāo)為教育科研用地、二類居住用地和商用設(shè)施用地。本項目場地，目前規(guī)劃為二類居住用地和商用設(shè)施用地。

2.3 場地污染情況

場地調(diào)查結(jié)果表明，場地內(nèi)土壤污染為重金屬污染。A 地塊，超過篩選值的主要為砷、鎘、銅、鉛、鎳、鋅，其最大濃度分別為砷195mg/kg，超標(biāo)4.8 倍；鎘487mg/kg，超標(biāo)24.35 倍；銅2360mg/kg，超標(biāo)1.2 倍；鉛3560mg/kg，超標(biāo)8.9 倍；鎳222mg/kg，超標(biāo)1.485 倍；鋅24000mg/kg，超標(biāo)4.88 倍。鎘超標(biāo)嚴(yán)重，其最大超標(biāo)倍數(shù)為24.35 倍。

2.4 治理修復(fù)范圍及工程量

場地土壤中主要超標(biāo)污染物是砷、鎘、銅、鉛、鎳、鋅，修復(fù)區(qū)塊共8 塊，污染深度為1m～5m，污染土壤施工場地總面積為6249m2，需修復(fù)的污染土壤總土方量為13827m3。土壤污染修復(fù)點位及深度修復(fù)量估算見表1。

表1 土壤污染修復(fù)點位及深度修復(fù)量估算表

2.5 場地修復(fù)目標(biāo)

地塊調(diào)整作為二類居住用地和商用設(shè)施用地，按照《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600-2018）篩選值作為修復(fù)目標(biāo)值，土壤浸出濃度執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996），見表2。

表2 土壤浸出濃度修復(fù)目標(biāo)

3 方案設(shè)計

3.1 技術(shù)路線

以重金屬污染土壤治理與修復(fù)技術(shù)為指導(dǎo)，以污染土壤治理與修復(fù)為依據(jù)，在場地環(huán)境調(diào)查與風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)收集、整理項目場地內(nèi)環(huán)境、水文地質(zhì)、分析測試等資料，采用固化/穩(wěn)定化方法手段，通過污染土壤清挖、轉(zhuǎn)運、處理、養(yǎng)護(hù)、檢驗、路基填埋等一系列步驟，達(dá)到項目場地重金屬污染土壤治理與修復(fù)的目的。

3.2 工藝流程

本項目工程修復(fù)技術(shù)路線及工藝流程圖如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)路線

（1）根據(jù)重金屬污染土壤的污染范圍進(jìn)行定位放線，按照污染范圍進(jìn)行開挖，挖掘后用封閉式運輸車運輸至工業(yè)園廠區(qū)廠房內(nèi)暫存。（2）根據(jù)施工需要轉(zhuǎn)運至匯鑫公司固化/穩(wěn)定化處理場，對污染土壤進(jìn)行預(yù)處理，篩選去除建筑垃圾以及大顆粒，清洗去除污染物，檢測合格后填埋或者進(jìn)一步利用。（3）篩選后的土壤要進(jìn)行精細(xì)化地篩分和破碎，方可保證后續(xù)的治理要求，然后進(jìn)行固化/穩(wěn)定化修復(fù)工序。對于含水率較高的土壤，需采用石灰減少土壤中的含水率，將土壤含水率控制至25%左右，方可進(jìn)行后續(xù)施工。（4）預(yù)處理后的土壤根據(jù)其污染物質(zhì)的濃度，以及小試結(jié)果，確定最終的加藥量。需穩(wěn)定化處理的污染土壤采用ALLU 篩分破碎鏟斗和穩(wěn)定化藥劑進(jìn)行充分混合。（5）修復(fù)處理后的金屬污染土壤按照不超過每500m3一個樣品進(jìn)行取樣檢測，按照《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》（HJ 557-2009）進(jìn)行浸出試驗而獲得的浸出液中，pH 值、鎳、銅、鋅、鉛、鎘、砷等污染物的濃度均未超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中最高允許排放濃度。（6）驗收合格后的土壤，外運作為路基、建筑填土。

3.3 技術(shù)參數(shù)及設(shè)備

污染場地修復(fù)技術(shù)最關(guān)鍵的節(jié)點在于修復(fù)工藝參數(shù)的確定，本項目污染土壤固化/穩(wěn)定化技術(shù)的工藝關(guān)鍵參數(shù)見表3。固化/穩(wěn)定化處理的具體參數(shù)如穩(wěn)定劑種類、投加量和投加方式、最佳土水比、最佳養(yǎng)護(hù)時間將通過小試和中試確定。

表3 污染土壤固化/穩(wěn)定化關(guān)鍵工藝參數(shù)

固化/穩(wěn)定化工藝處置技術(shù)選用的主要工藝設(shè)備包括：挖掘機、篩分破碎鏟斗設(shè)備。常用機械設(shè)備清單見表4。

表4 項目主要設(shè)備清單一覽表

3.4 總體施工

（1）施工順序。本項目污染土壤在不同地塊，主要為異位施工，通過對現(xiàn)場平面合理布置利用，同時滿足工期要求下，按照以下施工順序施工。進(jìn)場后進(jìn)行現(xiàn)場三通一平（包括污染范圍內(nèi)地面被破壞及建筑垃圾清理）、臨時設(shè)施建設(shè)以及設(shè)備進(jìn)場等施工準(zhǔn)備工作。交點現(xiàn)場控制點，進(jìn)行污染區(qū)域測量定位放線。該地塊包括B、C、D、E、F 五個區(qū)域，開挖后暫存于某工業(yè)園區(qū)A 公司1#場地空閑廠房內(nèi)和2#場地露天空置水泥場地暫存。表層清潔土（0～1m）進(jìn)行清挖，清挖后集中堆放，取樣檢測合格后方可用于道路墊土或者回填，如若檢測結(jié)果不合格則隨污染土一起處置；隨后再對1m～5m 污染土壤進(jìn)行清挖，清挖出的污染土壤轉(zhuǎn)運至臨時暫存區(qū)，暫存過程中按處理批次放置于固化/穩(wěn)定化處理臨近區(qū)域，方便分批次進(jìn)行固化/穩(wěn)定化處理。污染土壤修復(fù)完成后進(jìn)行自檢，自檢合格后申請驗收；驗收合格后外運作為路基、建筑填土所用。本工程總體施工順序為：現(xiàn)場三通一平、臨時設(shè)施建設(shè)→測量放線→固化/穩(wěn)定化修復(fù)、驗收→資源化利用→項目竣工驗收撤場。

（2）施工計劃。污染土壤固化/穩(wěn)定化處理方量為13827m3，擬采用ALLU 篩分破碎鏟斗對污染土壤進(jìn)行修復(fù)，該設(shè)備的運行能力設(shè)為300m3～500m3/臺班，日運行8h 為1 個臺班，每天可運行1 個臺班，本項目配2 臺設(shè)備，計劃80 天內(nèi)處理完（包含污染土壤開挖轉(zhuǎn)運、修復(fù)、養(yǎng)護(hù)時間）。

4 修復(fù)效果評估

4.1 污染土壤清挖驗收

對于大面積開挖區(qū)，采集場地土壤開挖清理后新鮮的表層土壤（0～1m）；對于開挖后的土坑，同時采集坑壁土壤樣品?？紤]到本場地不同污染區(qū)以及同一污染區(qū)不同深度土壤中污染物種類、濃度變異較大，驗收土壤采樣采用系統(tǒng)網(wǎng)格布點，參照《場地環(huán)境調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.1-2014）中技術(shù)規(guī)范，采樣密度為20m×20m?；铀谋诜謨蓪硬蓸?。

本項目開挖產(chǎn)生的基坑，即污染修復(fù)區(qū)域，基坑驗收為對基坑遺留土壤進(jìn)行采樣檢測，從而綜合分析修復(fù)區(qū)域是否還存在污染。

（1）監(jiān)測項目。場地修復(fù)驗收的監(jiān)測項目為需要修復(fù)的污染因子，基坑驗收的監(jiān)測項目同土壤修復(fù)因子。

（2）基坑驗收流程。a. 單個基坑挖完后即開始基坑驗收自檢。b. 基坑按照設(shè)計深度和邊界挖到后，基坑特定的自檢首先是對顏色異常、氣味重的區(qū)域進(jìn)行立即檢測，檢測采樣需要監(jiān)理在場，所有樣品送至第三方進(jìn)行檢測分析。c. 對于異常值，報監(jiān)理和業(yè)主審定是否繼續(xù)清挖。如清挖，則確定邊界后繼續(xù)挖異常值的點。d. 基坑清挖完畢，再進(jìn)行全面布點的自檢檢測。

（3）布點方案。對完成污染土壤清挖后界面的監(jiān)測，包括界面的四周側(cè)壁和底部。如需采集土壤混合樣，可根據(jù)每個監(jiān)測地塊的污染程度和地塊面積，將其分成1～9 個均等面積的網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格中心進(jìn)行采樣，將同層的土樣制成混合樣。

4.2 污染土壤修復(fù)驗收

為確保污染土壤的修復(fù)效果和工期要求，《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控和修復(fù)監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.2-2019）的要求，對修復(fù)完成后的土壤進(jìn)行自檢采樣，并委托有資質(zhì)的第三方檢測公司進(jìn)行樣品檢測，如發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的樣品，就要對該區(qū)域土壤進(jìn)行二次修復(fù)，直至自檢結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)為止。

（1）檢測項目。場地修復(fù)驗收的監(jiān)測項目為需要修復(fù)的污染因子，主要為重金屬砷、鎘、銅、鉛、鎳、鋅。

（2）布點方案。修復(fù)效果驗收過程的環(huán)境監(jiān)測對象包含修復(fù)后土壤堆存。按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對修復(fù)效果驗收過程中各環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行定時、合理地監(jiān)測安排，有利于避免二次污染的發(fā)生，保證修復(fù)質(zhì)量，確保施工人員及場地周邊居民的健康安全。對于異位修復(fù)后的土壤，采用隨機布點法布設(shè)采樣點，原則上每個樣品代表的土壤體積不應(yīng)超過500m3，布點數(shù)量應(yīng)根據(jù)修復(fù)技術(shù)修復(fù)效果、土壤的均勻性等實際情況進(jìn)行調(diào)整。

4.3 修復(fù)效果評估總結(jié)

在驗收階段需對清挖后基坑和修復(fù)后土壤進(jìn)行采樣檢測?；油寥拦膊杉拥撞亢突觽?cè)壁土壤樣品25個，通過檢測分析，基坑土壤的重金屬濃度均達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）篩選值。修復(fù)后土壤共采集30 個，與修復(fù)前相比較，土壤中砷、鎘、銅、鉛、鎳、鋅的浸出濃度大幅下降，滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996），達(dá)到修復(fù)治理目標(biāo)。