西北某市河道底泥污染修復(fù)工程

王奕文，景國瑞，段怡彤，耿 欣

［1.中城院（北京）環(huán)境科技有限公司，北京 100120；2.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120］

1 西北某市河道底泥重金屬污染狀況

西北某市河道底泥重金屬含量高、種類復(fù)雜、污染方量大，全河道底泥污染總方量為154.22萬m3，其中重度污染底泥總方量為74.54萬m3，輕度污染底泥總方量為79.68萬m3。若全部采用固化/穩(wěn)定化的方式進行底泥修復(fù)，費用需要4億元以上；若將所有的重度污染底泥進行挖掘填埋處置，其方量超過了填埋場的容積，且剩余輕度污染底泥僅固化/穩(wěn)定化修復(fù)的費用也需要2億元以上。同時，由于下游河道地下水廣泛分布，深層挖掘難度較大，降水費用較高，對于河道底泥的擾動會造成地表水質(zhì)的惡化。

2 河道底泥修復(fù)技術(shù)

目前，河道底泥的修復(fù)技術(shù)可以分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)，常用技術(shù)有物理、化學(xué)、生物和聯(lián)合修復(fù)等技術(shù)[1-3]。物理修復(fù)主要包括疏浚修復(fù)技術(shù)、掩蔽修復(fù)技術(shù)、電動修復(fù)技術(shù)；化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)、化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)；生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、動物修復(fù)技術(shù)。

物理修復(fù)可以短時間內(nèi)大量減輕重金屬的污染，但一般工程量巨大；化學(xué)修復(fù)效果顯著，但成本較高，還可能會對環(huán)境造成二次污染；生物修復(fù)成本低，對環(huán)境無二次污染，但修復(fù)周期非常長。根據(jù)工程實際情況，常用的重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要有固化/穩(wěn)定化、土壤淋洗/洗滌、植物修復(fù)和挖掘-填埋等技術(shù)。

2.1 固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)

固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)是用物理/化學(xué)方法將污染物固定或包封在密實的惰性基材中，使其達到穩(wěn)定的一種過程[4-5]。固化是將污染物用惰性材料加以包容的過程；穩(wěn)定化是將污染物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變或引入某種穩(wěn)定晶格中的過程；固化/穩(wěn)定化兼有上述兩種過程。

2.2 土壤淋洗/洗滌技術(shù)

土壤淋洗/洗滌技術(shù)指將污染土壤挖掘出來后，與水或化學(xué)試劑混合，通過物理化學(xué)作用將土壤中的污染物轉(zhuǎn)移到液相中，將含有污染物的液相介質(zhì)進行處理處置，從而獲得潔凈土壤的技術(shù)。淋洗和洗滌分別代表原位和異位處理技術(shù)。該技術(shù)對于大粒徑級別污染土壤的修復(fù)更為有效，砂礫、沙、細沙等土壤中的污染物更容易被清洗出來。當(dāng)土壤中黏土含量達到25%～30%時，不宜采用該技術(shù)。

2.3 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是通過植物對污染物的吸收、轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定及降解作用，實現(xiàn)土壤的凈化及生態(tài)恢復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)對于特定重金屬具有較好的效果，通常只能富集一種或兩種重金屬，對多種重金屬的復(fù)合污染修復(fù)效果一般。植物修復(fù)技術(shù)適宜處理淺層污染，濃度較高的污染物可能對植物有毒性。同時，植物修復(fù)技術(shù)的季節(jié)性和地域性較強，修復(fù)周期較長，經(jīng)植物修復(fù)作用后產(chǎn)物的毒性和生物有效性較難確定，需對收割的植物妥善處置。

2.4 挖掘-填埋技術(shù)

挖掘-填埋技術(shù)是將污染土壤挖掘-運輸-掩埋-覆蓋，同時采用防滲、封頂?shù)扰涮状胧┓乐雇寥乐形廴疚飻U散的技術(shù)。挖掘-填埋不能降低土壤中污染物本身的毒性和含量，但可以減少污染物的暴露及其遷移性。挖掘-填埋通常適用于低含水率的污染土壤，用來臨時存放或者最終處置各類污染土壤；有時也被用于處理規(guī)模過大且其他修復(fù)技術(shù)難以實施的污染區(qū)域。但該技術(shù)一般不應(yīng)用于處理埋深較大的污染土壤或高揮發(fā)性的有機污染土壤。

3 修復(fù)技術(shù)的選擇

目前，國內(nèi)外應(yīng)用于重金屬污染場地修復(fù)技術(shù)中，比較成熟的修復(fù)技術(shù)是以挖掘后的異位處理處置為主，包括異位淋洗、固化/穩(wěn)定化、填埋等技術(shù)。

從重金屬污染土壤和底泥修復(fù)技術(shù)對比（表1）可知，對于污染方量大、重金屬含量高、浸出量有限的污染土壤和底泥，采用淋洗/洗滌技術(shù)成本過高，且有過度修復(fù)的風(fēng)險。植物修復(fù)技術(shù)主要用于我國南方城市，北部城市存在干旱少雨、水資源短缺等區(qū)域特點，目前，西北某市該區(qū)域缺乏重金屬高富集植物篩選工作及相關(guān)成果應(yīng)用，無法保證本項目土壤的有效修復(fù)。綜上所述，考慮到西北某市的氣候特征、河道污染特征、河道地形地貌特征、修復(fù)周期和資金等因素，最終選擇異位固化/穩(wěn)定化作為西北某市河道重金屬污染底泥的修復(fù)技術(shù)。

表1 重金屬污染土壤和底泥修復(fù)技術(shù)對比

4 總體方案設(shè)計

充分考慮技術(shù)可行、經(jīng)濟合理和資源節(jié)約等因素，針對本項目的特點，以“分類治理、分質(zhì)利用、安全處置”為原則，將河道污染底泥進行清挖和處理，對不同污染程度和不同深度的底泥進行分類治理，既達到了清理污染的目的，減少了運輸和處理過程中的環(huán)境風(fēng)險，維護了兩岸護坡的安全穩(wěn)定性，也降低了底泥運輸和處理成本。總體技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)方案

由于下游河道水流的沖刷和沉積作用及人為擾動等原因，導(dǎo)致部分河段需要修復(fù)的污染底泥厚度較大。河道底泥重金屬污染的調(diào)查結(jié)果顯示，70%以上的重度污染底泥集中在2 m以內(nèi)，考慮到深層挖掘的施工難度、降水難度、建設(shè)成本、施工安全性等因素，擬按照深淺層次分別對污染底泥進行處置。重度污染底泥重金屬含量較高，具有較大的環(huán)境風(fēng)險，因此對淺層（2 m以內(nèi)）的重度污染底泥進行挖掘，經(jīng)異位處理后送至填埋場進行填埋；輕度污染底泥采用原地異位固化/穩(wěn)定化的處置方式進行處理，通過翻耕機添加藥劑在表層形成固化/穩(wěn)定化層，并覆蓋在河道中未污染底泥上，避免因降雨沖刷等環(huán)境要素的變化造成環(huán)境風(fēng)險?？紤]到河道河水對地下潛水的補給作用，在河水過水?dāng)嗝嫣庍M行深層原位固化/穩(wěn)定化。一方面保證與河水直接接觸的底泥重金屬的浸出符合要求；另一方面降低深層污染底泥重金屬的浸出風(fēng)險，以保護河道水質(zhì)。

由于該河段兩側(cè)大部分區(qū)域已修建水泥硬質(zhì)護坡，深層挖掘可能會對已建工程的安全性造成一定影響，因此對水泥護坡周邊1.5～2 m內(nèi)的底泥進行原位固化/穩(wěn)定化，既可避免損壞護坡工程，也可節(jié)約運輸、治理、回填材料等的經(jīng)濟成本。

4.1 底泥處置方案

修復(fù)工程應(yīng)根據(jù)修復(fù)目標(biāo)值界定底泥的污染范圍，通過精確定位確定修復(fù)邊界坐標(biāo)及深度標(biāo)高；底泥清理邊界的重金屬含量需要達到修復(fù)目標(biāo)值的要求，重度污染底泥清理范圍要達到重金屬含量的相應(yīng)要求（5倍修復(fù)目標(biāo)值），如表2所示。

表2 修復(fù)目標(biāo)值 單位：mg/kg

需要處理的重度污染底泥在挖掘后可運至臨時處置場，經(jīng)干燥、篩分后外運至填埋場進行填埋，篩分出的石塊清洗后用于河道平整。臨時處置場的選擇需要滿足場地平整、交通方便、遠離敏感受體及農(nóng)業(yè)用地等要求，場地大小應(yīng)滿足暫存量的需求，并做好防滲和其他防護措施。用于填埋的底泥，其重金屬的浸出濃度需要滿足《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2021）中第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物的相關(guān)要求。

需要進行原地異位/深層原位處理的污染底泥，可按照污染程度及污染類型添加不同配比的固化/穩(wěn)定化藥劑，根據(jù)深度利用改良翻耕機或長螺旋高壓噴射注漿攪拌樁將藥劑注入河道污染底泥中，經(jīng)攪拌混合及養(yǎng)護，降低重金屬的可移動性。河道中進行固化/穩(wěn)定化處理的輕度及重度污染底泥，其重金屬的浸出濃度需要滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；河道處理后底泥重金屬的浸出濃度所需達到的標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。表層固化/穩(wěn)定化盡量采用成分較天然的修復(fù)藥劑，使固化/穩(wěn)定化后的底泥上能夠生長植物，保護生態(tài)環(huán)境。水泥護坡周邊固化/穩(wěn)定化后的底泥需滿足重金屬浸出標(biāo)準(zhǔn)。

表3 污染底泥修復(fù)后去向及評估標(biāo)準(zhǔn)

4.2 護坡工程

護坡工程將生態(tài)學(xué)原理納入河岸生態(tài)治理工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可恢復(fù)河道基本功能。巖石懸坎、山體段以及巖層厚度較大、自然岸坡穩(wěn)定的溝段不需要治理；風(fēng)化巖層與土層、易造成坍塌和滑坡的懸坎段需要治理。

對于清挖后深度較深的河道采用碎石回填等方式，對不同深度河道進行平整和夯實，對處理后的河床過水?dāng)嗝娴牡撞夸佋O(shè)一層鵝卵石，使河道既美觀清潔，又能減少河水對河道底部的沖刷。

待治理河段兩岸邊坡較陡，地質(zhì)條件較差，易受凍融、雨水等物理化學(xué)風(fēng)化作用的影響，容易產(chǎn)生滑坡、崩岸的現(xiàn)象，給兩岸居民、農(nóng)田和工程設(shè)施安全帶來隱患，因此需要對河道進行一定的整治。堤身斷面需根據(jù)堤線兩側(cè)地形地貌及其他地質(zhì)災(zāi)害分布情況，盡可能利用有利地形，使堤線與河勢相適應(yīng)，力求將各堤道平緩連接。同時，分別采用硬質(zhì)堤岸等形式進行修整。

4.3 生態(tài)濕地

本項目為自然生態(tài)濕地修復(fù)工程，運行方式為表流式運行方式，濕地表面經(jīng)常保持均勻的薄水層，一般為0.1～0.6 m，處理單元具有較小坡度，可使水沿濕地床表面流動。濕地建設(shè)位置的選擇考慮了河道現(xiàn)有地形特點，也考慮到更好地利用河道內(nèi)現(xiàn)有植物和當(dāng)?shù)貎?yōu)勢物種，最終選擇3處地點建立生態(tài)濕地，既達到恢復(fù)河道生態(tài)環(huán)境的目的，也可截留含重金屬的底泥顆粒，能夠有效保障河道河水水質(zhì)。

4.4 填埋場封場

底泥填埋場封場按照《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2021）及《生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術(shù)規(guī)范》（CJJ 51220—2017）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。用以處置固化/穩(wěn)定化后的重度污染底泥的底泥填埋場，其有效庫容為51.42萬m3，總庫容為53.76萬m3。只有河道底泥清挖范圍及處理效果達到修復(fù)目標(biāo)，河道邊坡整治滿足預(yù)期要求后，才能進行底泥填埋場的封場及項目工程驗收工作。本期工程篩分石塊后的重度污染底泥約有46.8萬m3，已建填埋場可以滿足要求。

5 結(jié)語

經(jīng)前期論證，目前的方案在西北某市地表水和地下水水質(zhì)達到當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求的情況下，能夠解決河道70%的重度污染底泥，且對與河水直接接觸的輕度污染底泥進行了固化/穩(wěn)定化處理，使其重金屬的浸出能夠達到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；同時基于保守模擬條件下，河道深層污染底泥的遷移轉(zhuǎn)化及衰減情況顯示，重金屬浸出能夠滿足河道河水水質(zhì)及黃河水質(zhì)要求。但在外界環(huán)境發(fā)生變化或出現(xiàn)影響地表水/地下水水質(zhì)的突發(fā)事件時，如洪水、企業(yè)偷排、泄漏事故等，有可能會對底泥的修復(fù)效果產(chǎn)生影響。