重金屬污染場地固化穩(wěn)定化修復(fù)工程案例

袁芳沁

（中鋁環(huán)保節(jié)能科技（湖南）有限公司，湖南 長沙 410019）

過去幾十年，我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，但同時由于我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、管理粗放、環(huán)保措施不健全等因素，使得大量礦冶、制造、化工等工業(yè)企業(yè)污水違規(guī)排放，工業(yè)廢渣隨意堆放，廢氣無組織或不達(dá)標(biāo)排放，直接或間接造成了土壤重金屬污染。我國首次全國土壤污染狀況調(diào)查表明，土壤中鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬污染尤為嚴(yán)重［1－2］。重金屬污染具有范圍廣、時間長、隱蔽性強(qiáng)、不可生物降解、易在生物體內(nèi)累積等特點［3－4］。

固化／穩(wěn)定化是通過形成晶格結(jié)構(gòu)或化學(xué)鍵，將有害物捕獲或者固定在固體結(jié)構(gòu)中，從而降低有害組分的移動性或浸出性。其中，固化是將廢物中的有害成分用惰性材料加以束縛的過程，而穩(wěn)定化是將廢物的有害成分進(jìn)行化學(xué)改性或?qū)⑵鋵?dǎo)入某種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)中的過程［5］。與其他修復(fù)技術(shù)相比，固化／穩(wěn)定技術(shù)有著成本相對較低、施工方便、處理后的地基土強(qiáng)度高以及對生物降解有良好阻礙的優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于污染場地及固體廢棄物填埋處理中，美國EPA曾將其列為有毒有害廢物的最佳處理技術(shù)［6］，而且已經(jīng)有180個超級基金項目涉及污染土壤的固化／穩(wěn)定化研究［7］。

通過以湖南某土壤重金屬污染地塊為案例，介紹了受重金屬As、Cd、Ni、Cr和Hg污染土壤的異位固化／穩(wěn)定化修復(fù)工藝以及達(dá)到的治理效果，從而為國內(nèi)類似污染地塊修復(fù)提供借鑒。

1 地塊簡介

項目內(nèi)容為某約20504m2工程紅線范圍內(nèi)受重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)治理，存在重金屬污染主要為As、Cd、Ni、Cr和Hg等，為降低污染物對人體健康及生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險，項目區(qū)域范圍內(nèi)需要清理修復(fù)的污染土壤總面積約20504m2，農(nóng)田污染土壤清理的面積為13381m2，深度為0.2～1m之間，修復(fù)土方量為10112.6m3；廢渣堆放區(qū)域清理的面積為7123m2，深度為0.5～7m之間，表層廢渣修復(fù)方量為16226m3，污染土壤修復(fù)方量為32453m3；總修復(fù)土壤量為58791.6m3；作為危險廢物處置的砷超標(biāo)土壤面積為278m2，土方量為556m3。

2 土壤重金屬污染物篩選值

根據(jù)湖南《重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB 43／T1165—2016）的居住用地標(biāo)準(zhǔn)［8］、《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）［9］、《場地土壤環(huán)境風(fēng)險評價篩選值》（北京市DB11／T811—2011）［10］規(guī)定，清挖后基坑土壤清理目標(biāo)見表1。

表1 土壤重金屬污染物的篩選值

清挖出的污染土壤及廢渣進(jìn)入填埋場進(jìn)行安全填埋。固化穩(wěn)定化修復(fù)后的土壤按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 翻轉(zhuǎn)法》（GB5086.1—1997）進(jìn)行浸出液檢測［11］，浸出液濃度達(dá)到進(jìn)場填埋濃度要求后，可進(jìn)行安全填埋，固化穩(wěn)定化浸出液控制值見表2。

表2 固化穩(wěn)定化浸出液控制值

3 修復(fù)工藝技術(shù)路線

本項目修復(fù)的主體工藝設(shè)計采用穩(wěn)定化處理技術(shù)。即首先根據(jù)土壤污染數(shù)據(jù)，將污染土壤區(qū)域進(jìn)行定位放線，劃分出需要開挖的土壤區(qū)域和深度，然后將土壤開挖運輸至土壤修復(fù)治理中心進(jìn)行處理，屬于危險廢物的污染土壤委外處置，修復(fù)治理達(dá)標(biāo)后的廢渣及土壤運送至填埋場進(jìn)行安全填埋。

依據(jù)項目總體設(shè)計，并結(jié)合項目現(xiàn)場實際情況，本土壤修復(fù)項目的實施包含幾個主要部分：（1）污染土壤區(qū)域的定位與清理；（2）穩(wěn)定化治理；（3）鑒定為危險廢物的土壤的安全處置；（4）修復(fù)后土壤的監(jiān)測及填埋。

修復(fù)工藝技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 修復(fù)工藝技術(shù)路線

4 工程實施過程

4.1 污染土壤區(qū)域的定位與清理

土壤清理工藝流程：資料分析→現(xiàn)場勘察→確定開挖區(qū)域及開挖深度→開挖區(qū)域劃線定位→開挖施工準(zhǔn)備→開挖清理→運輸→修復(fù)治理中心。

本項目采用挖掘機(jī)開挖，自卸車封閉式運輸，土壤清理施工的重點是開挖區(qū)域的定位及檢測，以保證污染土壤清理的徹底性。

根據(jù)污染土壤檢測結(jié)果，對污染土壤區(qū)域進(jìn)行定位劃線，確定開挖面積和深度，施工時以場地調(diào)查報告以及施工圖上標(biāo)注的準(zhǔn)確控制點坐標(biāo)值，建立閉全導(dǎo)線虛擬控制網(wǎng)，再根據(jù)施工控制網(wǎng)測設(shè)污染土壤分布各拐點坐標(biāo)。并根據(jù)高程基準(zhǔn)點實時監(jiān)控開挖深度直至開挖達(dá)到設(shè)計要求。

工程開挖前，需計算好土壤清理區(qū)域現(xiàn)場機(jī)械配置數(shù)量、土壤修復(fù)治理中心機(jī)械用量、土壤治理后運輸機(jī)械配置數(shù)量，并現(xiàn)場配置推土機(jī)、挖掘機(jī)等輔助設(shè)備。

根據(jù)場地調(diào)查所確定不同地層滲透系數(shù)和含水量，選擇合適的降水方式。同時，在場地內(nèi)設(shè)置臨時廢水收集池和廢水處理裝置。

在土壤清理過程中注意保護(hù)好邊坡的安全穩(wěn)固，開挖4m以內(nèi)區(qū)域在施工過程中按照1∶1的比例進(jìn)行放坡及夯實處理，4m以下未放坡處開挖采用鋼板樁支護(hù)，結(jié)合場地地層結(jié)構(gòu)特性，可適當(dāng)調(diào)整放坡比例，以避免雨水沖刷導(dǎo)致基坑側(cè)面滑坡、水土流失。

土壤開挖工程量見表3。

表3 土壤開挖工程量

4.2 污染土壤、廢渣及危險廢物處理

4.2.1 處理車間設(shè)置

土壤修復(fù)主廠房：包含土壤暫存區(qū)、修復(fù)治理區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)、土壤轉(zhuǎn)運通道及設(shè)備通道等，土壤治理的全過程均在主廠房內(nèi)進(jìn)行，土壤治理合格后方可運至填埋場填埋。

項目設(shè)計的土壤暫存區(qū)，設(shè)計平均堆體高度為1.5～2m，設(shè)計長×寬為21m×15m。

土壤修復(fù)治理區(qū)域分為三個部分：預(yù)處理區(qū)、土壤修復(fù)設(shè)備工作區(qū)、藥劑投加區(qū)。土壤修復(fù)治理區(qū)域的總面積為294m2，設(shè)計長×寬為21m×14m。

養(yǎng)護(hù)區(qū)土壤存量為500～1000m3，設(shè)計平均堆體高度為2m，土壤養(yǎng)護(hù)區(qū)所需面積為493.5m2，設(shè)計長×寬為21m×23.5m。

4.2.2 廢渣及土壤處理施工

1.穩(wěn)定化處理施工：本項目土壤采用異位治理模式，清挖后進(jìn)行重金屬穩(wěn)定技術(shù)，治理工藝如圖2所示。

圖2 固化穩(wěn)定化工藝技術(shù)路線

2.固化穩(wěn)定化藥劑選擇：在重金屬污染土壤的穩(wěn)定化治理工程中，選擇穩(wěn)定化藥劑配方和添加量需考慮以下影響因子：土壤性質(zhì)（如pH、顆粒組成、土壤黏性等）、污染物含量、以及處理效果（驗收標(biāo)準(zhǔn)）等。同時，還需考慮項目的投資因素，確保藥劑有效且添加量經(jīng)濟(jì)可行。因此，需結(jié)合項目土壤污染的特性，開展實驗室小試試驗及現(xiàn)場中試試驗，最終確認(rèn)穩(wěn)定化藥劑的配方以及添加量，同時也從實際出發(fā)驗證該技術(shù)的有效性。

3.治理后廢渣及土壤的安全填埋：土壤修復(fù)治理合格后，其浸出液達(dá)到一般Ⅰ類固體廢物進(jìn)入填埋場的浸出標(biāo)準(zhǔn)要求，將其運至填埋場進(jìn)行安全填埋，填埋工藝流程如圖3所示。（1）場內(nèi)運輸：土壤運輸車輛經(jīng)進(jìn)場道路進(jìn)入填埋場內(nèi)，經(jīng)門衛(wèi)后直接進(jìn)填埋區(qū)卸料。填埋攔截壩標(biāo)高以下的作業(yè)區(qū)域時，運輸車輛經(jīng)臨時作業(yè)道路至庫區(qū)底部，臨時作業(yè)道路隨著填埋堆體的堆高，重新調(diào)整布置臨時作業(yè)道路；（2）攤鋪壓實：攤鋪及壓實作業(yè)可以由推土機(jī)單獨整場，也可增加壓實機(jī)對堆體進(jìn)一步壓實。采用推土機(jī)將修復(fù)后的污染土壤及廢渣攤鋪一定厚度，采用壓實機(jī)把松散廢渣逐層壓實，每層攤鋪厚度為0.4～0.6m，碾壓過程壓實系數(shù)應(yīng)≥0.92；（3）填埋作業(yè)方式及設(shè)備：采用“填坑法”作業(yè)自上而下進(jìn)行，設(shè)備采用推土機(jī)，填埋主要設(shè)備包括1臺JCB挖掘裝載機(jī)（3CX）和1臺BW219DH～4單鋼壓碾機(jī)；（4）填埋作業(yè)實行分區(qū)填埋，將修復(fù)后的土壤及廢渣進(jìn)行分區(qū)填埋，按入場填埋場的統(tǒng)一調(diào)度，進(jìn)入不同填埋區(qū)指定作業(yè)點卸載，然后通過機(jī)械依次進(jìn)行分層攤鋪、壓實作業(yè)。

圖3 填埋工藝流程圖

4.2.3 危險廢物處置

1.臨時堆存：根據(jù)處置廢物的特性及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置安全臨時應(yīng)急堆存區(qū)。對于危險廢物臨時堆存區(qū)不但要滿足一般建筑物的構(gòu)造要求，還要滿足危險廢物臨時堆存的特殊要求：防風(fēng)、防雨、防曬和防滲。在堆土附近設(shè)置臨時堆存區(qū)，采用C30混凝土進(jìn)行地面硬化防滲處理，硬化厚度0.3m，鋪設(shè)600g／m2土工布一層，2mm厚HDPE膜一層，防止危險廢物中的水分下滲造成二次污染。堆存區(qū)場地上架設(shè)簡易彩鋼防雨棚，構(gòu)筑物面積100m2，長20 m，寬5m，高2.8m，堆存廢渣采用薄膜進(jìn)行覆蓋。

2.運輸及安全處置：分批監(jiān)測過程中一旦確定屬于危險廢物的土壤，應(yīng)立即從堆場運出。危險廢物在運輸過程中有一定的風(fēng)險，車輛運輸中必須執(zhí)行《危險廢物轉(zhuǎn)移聯(lián)單管理辦法》的要求。對于本項目檢測出來的危險廢物，運至具有專業(yè)資質(zhì)的危廢處理中心進(jìn)行安全處置，運距約為160km，處置單位應(yīng)根據(jù)《危險廢廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》［12］，制定嚴(yán)格的操作規(guī)程和管理制度，并按照危險廢物轉(zhuǎn)移聯(lián)單的有關(guān)規(guī)定，保管需要存檔的轉(zhuǎn)移聯(lián)單。

4.2.4 清挖基坑回填

該污染場地修復(fù)后將用于公園綠地，因此，污染場地土壤開挖后的基坑，將外運新土進(jìn)行回填。

5 修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)測方案

為了給項目實施提供有效依據(jù)、保證項目實施的有效性、控制項目施工環(huán)境質(zhì)量，且防止環(huán)境二次污染事故，實施項目環(huán)境監(jiān)測方案。主要監(jiān)測內(nèi)容是土壤中重金屬含量及浸出液重金屬濃度的監(jiān)測。主要包括以下內(nèi)容：

1.土壤清理區(qū)域基坑側(cè)壁及底部的土壤重金屬含量監(jiān)測：判斷土壤開挖清理后，其他部分土壤是否達(dá)到了清理目標(biāo)值要求，作為場地調(diào)查報告的現(xiàn)場補(bǔ)充監(jiān)測，以指導(dǎo)污染土壤開挖面積和工程量，避免超挖或者少挖。

2.暫存區(qū)土壤重金屬含量監(jiān)測：判斷該批次土壤的重金屬含量特征及總量范圍，判斷是否需要調(diào)整藥劑配方或添加量，作為土壤修復(fù)治理效果的保證以及控制藥劑成本的依據(jù)。

3.治理后土壤浸出液重金屬濃度監(jiān)測：判斷該批次土壤的穩(wěn)定化處理效果是否達(dá)到了治理目標(biāo)要求，是作為土壤修復(fù)治理效果驗收的重要依據(jù)。

4.填埋場土壤及地下水環(huán)境監(jiān)測：為評價污染區(qū)域的長期修復(fù)效果，保證生物體直接或間接接觸修復(fù)后場地的安全性，需對修復(fù)場地進(jìn)行長期監(jiān)測。依據(jù)修復(fù)后土壤的填埋區(qū)安排及場地的用地規(guī)劃，在修復(fù)后土壤填埋區(qū)及場地的其他區(qū)域布設(shè)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測點位，對場地的土壤及廢水進(jìn)行長期監(jiān)測。

6 修復(fù)效果

工程實施后清挖基坑土壤達(dá)到設(shè)計修復(fù)目標(biāo)值，即基坑土壤濃度符合標(biāo)準(zhǔn)要求Pb≤280mg／kg，Cr≤400mg／kg，Cd≤7mg／kg，As≤50mg／kg，Hg≤4mg／kg，Ni≤80mg／kg，Cu≤300mg／kg，Mn≤2000 mg／kg，達(dá)到修復(fù)目標(biāo)要求。

固化穩(wěn)定化修復(fù)后，按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 翻轉(zhuǎn)法》（GB5086.1—1997）制備土壤浸出液，浸出濃度達(dá)到一般Ⅰ類固體廢物填埋進(jìn)場浸出標(biāo)準(zhǔn)：Pb＜1.0mg／L，Cr（Ⅵ）＜0.5mg／L，Cr＜1.5 mg／L，As＜0.5 mg／L，Cd＜0.1 mg／L，Ni＜1.0 mg／L，Hg＜0.05mg／L，即《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》［13］第一類污染物標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到修復(fù)目標(biāo)要求。

7 結(jié) 論

工程根據(jù)場地污染狀況和修復(fù)目標(biāo)采用異位固化／穩(wěn)定化工藝對重金屬污染土壤進(jìn)行了處理，后轉(zhuǎn)入填埋場填埋。土壤經(jīng)清挖后基坑達(dá)到清理目標(biāo)，固化／穩(wěn)定化后的土壤重金屬浸出濃度均達(dá)到了修復(fù)目標(biāo)值，并實現(xiàn)安全填埋。工程實踐證明，固化／穩(wěn)定化處理技術(shù)能有效降低土壤中重金屬的浸出濃度。該技術(shù)處理具有處理效率高、工藝簡單、成本低廉、效果良好的優(yōu)勢，值得推廣使用，對今后類似工程實施具有借鑒意義。