鋅廠土壤污染綜合治理工程實(shí)例分析

肖 瀟，紀(jì)智慧，劉向榮，周 旋

（湖南新九方科技有限公司，湖南 株洲 412007）

本鋅廠位于湖南省株洲市清水塘工業(yè)區(qū)，該工業(yè)區(qū)是國家“一五”時(shí)期和“二五”期間重點(diǎn)投資建設(shè)的老工業(yè)基地，聚集了株洲冶煉集團(tuán)、中鹽湖南株洲化工集團(tuán)等以冶煉、化工為主的多家企業(yè)。由于長期粗放式發(fā)展，其基礎(chǔ)設(shè)施老化，落后產(chǎn)能集中，環(huán)境污染嚴(yán)重，安全隱患突出。鋅廠占地面積為18 380 m，以生產(chǎn)次氧化鋅、粗銦、硫酸鋅為主，于2011年12月停產(chǎn)。由于環(huán)保措施不到位、雨水淋溶等原因，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物、堆放的原料和半成品等出現(xiàn)擴(kuò)散，對湘江水環(huán)境及區(qū)域空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。據(jù)場地環(huán)境調(diào)查，廠界內(nèi)重金屬污染物主要有鉛（Pb）、鎘（Cd）、鋅（Zn）和砷（As）。本工程采取異位和原位修復(fù)措施，對該場地受重金屬污染的土壤進(jìn)行治理，2020年3月開始施工，2021年6月竣工。

1 場地污染情況

1.1 土壤污染情況

根據(jù)場地環(huán)境調(diào)查，共布設(shè)土壤采樣點(diǎn)位18 個(gè)，采集樣品175 個(gè)。以湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)《重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB43/T 1165—2016）為參照，場地內(nèi)上層（0.0 ～0.5 m）土壤樣品中重金屬總量超標(biāo)的元素有鉛、鎘、鋅和砷。以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)為參照，廠界范圍內(nèi)重金屬浸出濃度超標(biāo)的元素主要有鉛、鎘、鋅和砷，最大污染深度為9 m。土壤污染情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 土壤污染情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

1.2 地下水污染情況

根據(jù)場地環(huán)境調(diào)查，共布設(shè)地下水采樣點(diǎn)位3 個(gè)，采集樣品3 個(gè)。場地所在的株洲市清水塘工業(yè)區(qū)執(zhí)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，場地范圍內(nèi)地下水中鎘、鋅、砷、硫酸鹽、氨氮和亞硝酸鹽氮的最大超標(biāo)倍數(shù)分別為18 倍、0.5 倍、0.52 倍、4.53 倍、11.8 倍、0.5 倍。pH 不進(jìn)行超標(biāo)分析。

本場地位于株洲市清水塘工業(yè)區(qū)的核心區(qū)，單個(gè)場地地下水修復(fù)對區(qū)域地下水的擾動(dòng)較大。目前，株洲市政府已對該區(qū)重新規(guī)劃，主要為商業(yè)、港口用地，治理后污染源基本得到消除，且區(qū)域內(nèi)地下水不作為飲用水。因此，不單獨(dú)對該場地地下水進(jìn)行修復(fù)，而是開展地下水長期監(jiān)測。

1.3 工程量

總污染面積為18 380 m，污染土方量為76 936 m。 其中，上層（0.0 ～0.5 m）污染土壤量為8 144 m（重金屬總量和浸出濃度均超標(biāo)6 132 m，僅重金屬總量超標(biāo)2 012 m），下層（0.5 ～9.0 m）僅重金屬浸出濃度超標(biāo)的土壤量為68 792 m。

2 修復(fù)技術(shù)路線

本場地包括上層（0.0 ～0.5 m）重金屬總量和浸出濃度均超標(biāo)的土壤、上層（0.0 ～0.5 m）僅重金屬總量超標(biāo)的土壤、下層（0.5 ～9.0 m）僅重金屬浸出濃度超標(biāo)的土壤等。采用單一修復(fù)技術(shù)很難滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境均可行的要求。本工程根據(jù)不同的污染濃度、類型及分布范圍，選擇具有最佳修復(fù)效果和成本優(yōu)勢的綜合治理方案。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

本場地修復(fù)后，未來土地利用規(guī)劃為港口、加油加氣站、綠地（非社區(qū)公園或兒童公園用地）和公路用地，土壤重金屬總量與浸出濃度的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值如表2 所示。土壤重金屬鉛、鎘、鋅、砷的總量執(zhí)行《重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB43/T 1165—2016）的工業(yè)用地標(biāo)準(zhǔn)；場地邊界2 km 范圍內(nèi)不存在水環(huán)境敏感點(diǎn)，重金屬浸出濃度執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)限值。

表2 土壤重金屬總量與浸出濃度的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值

3 工程實(shí)施

3.1 上層（0.0 ～0.5 m）污染土壤治理

對于場地內(nèi)上層（0.0 ～0.5 m）重金屬總量和浸出濃度均超標(biāo)的土壤，破碎篩分預(yù)處理后進(jìn)行異位固化/穩(wěn)定化處理，固化/穩(wěn)定化藥劑為自主研發(fā)的硫基、磷基復(fù)合鹽類，投加比例（質(zhì)量比）為4%～6%，處理達(dá)標(biāo)后運(yùn)至Ⅱ類一般工業(yè)固廢填埋場安全填埋處置。對于區(qū)域內(nèi)上層（0.0 ～0.5 m）僅重金屬總量超標(biāo)的土壤，清挖轉(zhuǎn)運(yùn)至Ⅰ類一般工業(yè)固廢填埋場填埋處置。

3.2 下層（0.5 ～9.0 m）污染土壤原位固化/穩(wěn)定化處理

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，場地0.0 ～9.0 m 深度主要為人工填土層，松散、稍密、黏度較小，有利于藥劑向下滲透，可采用高壓旋噴注漿法對下層（0.5 ～9.0 m） 污染土壤（僅重金屬浸出濃度超標(biāo)）進(jìn)行原位固化/穩(wěn)定化處理。高壓旋噴注漿法是將高壓水力噴射切割和化學(xué)注漿相結(jié)合的一種巖土施工技術(shù)，可用于污染場地的止水帷幕、固化/穩(wěn)定化、化學(xué)還原、化學(xué)氧化等修復(fù)治理。

本工程采用三重管高壓旋噴注漿法，利用高壓管道將藥劑注射到待處理下層（-0.5 ～9.0 m）污染土壤的空隙中，有效阻斷土壤中污染物的遷移，降低地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.1 原位固化/穩(wěn)定化分區(qū)

考慮到本場地的未來土地利用規(guī)劃為港口、加油加氣站等，可能需要對治理達(dá)標(biāo)后的土壤進(jìn)行開挖并開展地下工程建設(shè)，本工程原位固化/穩(wěn)定化分區(qū)涉及3 個(gè)方面。一是對場地內(nèi)部區(qū)域（除規(guī)劃道路區(qū)域外）的污染土壤采用噴注穩(wěn)定化藥劑的方式進(jìn)行修復(fù)，噴注深度根據(jù)各層污染情況確定，穩(wěn)定化藥劑噴注量為80 kg/m土壤。二是在規(guī)劃道路區(qū)域噴注水泥+穩(wěn)定化藥劑混合漿液，水泥噴注量為100 kg/m土壤，穩(wěn)定化藥劑噴注量為50 kg/m土壤，噴注深度根據(jù)各層污染情況確定。三是臨近場地邊界內(nèi)側(cè)布置雙排咬合止水樁，噴注水泥+穩(wěn)定化藥劑混合漿液，水泥噴注量為100 kg/m土壤，穩(wěn)定化藥劑噴注量為50 kg/m土壤，噴注至地面以下9 m。水泥與污染土混合固結(jié)后，其在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體，既能夠有效防止場地內(nèi)噴注的穩(wěn)定化藥劑流失，也能夠有效阻隔場地內(nèi)污染源的擴(kuò)散。

3.2.2 鉆孔布置

本工程鉆孔點(diǎn)采用梅花形布置，橫向間距為1.5 m，縱向間距為1.0 m，鉆孔直徑為0.2 m。根據(jù)各污染深度的污染范圍，對場地進(jìn)行原位治理鉆孔分區(qū)，其分為18 個(gè)區(qū)塊，共設(shè)置12 430 個(gè)鉆孔樁位，總鉆孔長度為58 475 m。

3.2.3 三重管高壓旋噴注漿施工

三重管高壓旋噴注漿的主要施工步驟為：測放樁位→引孔鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→清孔→移鉆→插入高噴管→高噴作業(yè)→回灌→鉆機(jī)就位。旋噴注漿過程中，要對傳統(tǒng)的巖土工程高壓旋噴參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證固化/穩(wěn)定化藥劑的有效輸送和混合反應(yīng)均勻，同時(shí)又不會(huì)造成藥劑過量及大量返漿。施工中，壓縮空氣氣壓控制在0.5 ～0.7 MPa，氣量控制在0.5 ～ 2.0 m/min；水壓控制在20 ～30 MPa，流量控制在100 L/min，保證對土體的切割力，噴嘴直徑為2.0 ～ 3.2 mm，與鉆孔布置相協(xié)調(diào)，保證旋噴直徑；混合漿液壓力為4 MPa，流量為100 ～150 L/min；提升速度控制在10 ～25 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度控制在10 ～ 20 r/min，增大漿液與土體接觸面，確保藥劑在不同污染深度的停留時(shí)間。

3.3 覆土阻隔及生態(tài)恢復(fù)

本場地在治理完成后覆蓋30 cm 厚壓實(shí)黏土層及20 cm 厚植被土層，并混播高羊茅、黑麥草、狗牙根草籽進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。

4 治理效果

根據(jù)《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）》（HJ 25.5—2018）進(jìn)行分析，本場地上層（0.0 ～0.5 m）重金屬浸出濃度超標(biāo)的污染土壤采用異位固化/穩(wěn)定化處理后，重金屬全部修復(fù)達(dá)標(biāo)。下層（0.5 ～9.0 m）重金屬浸出濃度超標(biāo)的污染土壤采用三重管高壓旋噴注漿法進(jìn)行原位固化/穩(wěn)定化處理后，重金屬全部修復(fù)達(dá)標(biāo)。

沿地下水流動(dòng)方向，在場區(qū)周邊設(shè)置3 口地下水監(jiān)測井，開展回顧性評(píng)估監(jiān)測。工程竣工驗(yàn)收后3年內(nèi)每季度對監(jiān)測井取樣檢測一次，長期監(jiān)測地下水水質(zhì)情況。檢測結(jié)果表明，地下水中鉛、鎘、鋅、砷濃度較治理前有下降趨勢，說明本工程的實(shí)施有效削減了污染源，減少了場地污染向周邊水體環(huán)境的擴(kuò)散。

5 結(jié)論

本工程采用異位固化/穩(wěn)定化、填埋處置、原位固化/穩(wěn)定化等工藝實(shí)現(xiàn)對鋅廠重金屬污染土壤的綜合治理，共完成76 936 m污染土壤的修復(fù)治理，其中，異位固化/穩(wěn)定化處理土壤量為6 132 m，轉(zhuǎn)運(yùn)填埋土壤量為8 144 m，原位固化/穩(wěn)定化處理土壤量為68 792 m。本工程的實(shí)施徹底解決了本場地的土壤重金屬污染問題，對湘江流域水質(zhì)有改善作用，為后續(xù)土地再開發(fā)利用和周圍居民的健康生活提供保障。