巖土施工技術(shù)應(yīng)用于污染場地修復(fù)中的問題及研究

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.016

摘" 要：隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國土壤污染形勢十分嚴(yán)峻，在對生態(tài)環(huán)境造成污染的同時，也極大地威脅到人體健康。因此，對污染土壤的修復(fù)十分重要。在該次研究中，設(shè)計通過稱取一定量的污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉及水泥，養(yǎng)護(hù)后檢測其中含有的污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以分析污染場地修復(fù)效果。這一過程中，為改善修復(fù)效果，還積極地應(yīng)用高壓旋噴和深層攪拌技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，污染土地修復(fù)中可以將水泥作為氧化藥劑過硫酸鈉的堿激活劑和熱活化劑，以增強過硫酸鈉對污染土壤中有機物的氧化性能，提升對各種污染物的降解效果。污染場地原位修復(fù)中應(yīng)用高壓旋噴技術(shù)與深層攪拌技術(shù)可以促進(jìn)修復(fù)藥劑與污染物更為高效、快速的混合，在實際土地修復(fù)施工過程中，可以選擇將所添加水泥的比例控制為大約6%的水平。

關(guān)鍵詞：污染場地；修復(fù)；巖土施工技術(shù)；污染物；土壤樣品

中圖分類號：X53" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0062-04

Abstract： With the acceleration of urbanization and industrialization， the situation of soil pollution in China is very serious， which not only causes pollution to the ecological environment， but also poses a great threat to human health. Therefore， the remediation of contaminated soil is very important. In this study， the design weighed a certain amount of contaminated soil samples， added different proportions of sodium persulfate and cement， and tested the mass fraction of pollutants after maintenance， in order to analyze the remediation effect of the contaminated site. In this process， in order to improve the repair effect， high-pressure rotary spraying and deep mixing technology were actively applied. It is found that cement can be used as alkali activator and thermal activator of sodium persulfate in the remediation of contaminated land to enhance the oxidation performance of sodium persulfate on organic matter in contaminated soil and improve the degradation effect of various pollutants. The application of high-pressure rotary jet grouting technology and deep mixing technology in in-situ remediation of contaminated sites can promote the more efficient and rapid mixing of remediation agents and pollutants. In the actual construction process of land restoration， the proportion of cement added can be controlled to about 6%.

Keywords： contaminated site; remediation; geotechnical construction technology; pollutants; soil sample

目前，在我國很多城市和地區(qū)，都存在十分嚴(yán)重的土地污染問題，嚴(yán)重威脅到公眾的健康與生活，也對各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程等產(chǎn)生了一定的不利影響。因此，政府部門高度重視土壤的保護(hù)和修復(fù)工作，并采取了一系列保護(hù)和綜合治理措施。近年來，隨城市工業(yè)企業(yè)大量搬遷，遺留下的污染場地成為新的環(huán)境問題，并顯著影響周圍環(huán)境，制約其再利用。國家的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化蓬勃發(fā)展，但化工廢水無序排放、廢物簡單棄置、礦渣不當(dāng)處置等粗放的環(huán)境安全管理對土壤造成嚴(yán)重污染。20世紀(jì)50年代以來，中國工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程快速發(fā)展，但由于沒有及時重視污染物排放的監(jiān)管和治理，相應(yīng)環(huán)境保護(hù)措施缺失，導(dǎo)致各地普遍出現(xiàn)土壤、水體污染問題。隨著“退二進(jìn)三”政策的推進(jìn)，以及土地開發(fā)與再利用浪潮的到來，土壤污染問題與危害不斷暴露，污染場地修復(fù)技術(shù)類型多樣，涉及到熱脫附、土壤淋洗、常溫解吸、固化穩(wěn)定化、化學(xué)氧化、生物化學(xué)還原、氣相抽提和土壤深層攪拌等多種不同的技術(shù)，可滿足多種類型的復(fù)雜污染場地修復(fù)需求。目前，污染場地的修復(fù)可分為異位修復(fù)和原位修復(fù)2種。其中，原位修復(fù)方案的應(yīng)用較為廣泛?；谝陨媳尘?，本研究設(shè)計通過稱取一定量的污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉及水泥，養(yǎng)護(hù)后檢測其中含有的污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以分析污染場地修復(fù)效果。這一過程中，為改善修復(fù)效果，還積極地應(yīng)用了高壓旋噴和深層攪拌等巖土施工技術(shù)。通過觀察、分析實驗結(jié)果，總結(jié)相應(yīng)的實驗經(jīng)驗，為污染場地的修復(fù)工作提供一定的參考。

1" 材料與方法

1.1" 材料

從某污染場地中采集土壤樣品，該污染場地位于XX市XX有機污染場地，相關(guān)的污染物類型主要包括苯、氯苯、1，4-二氯苯等芳香烴等。土壤樣品采集過程中，采集深度控制在50～100 cm的范圍內(nèi)，對于采集獲得土壤樣品進(jìn)行初步處理，對其中的石子等建筑垃圾予以剔除。之后對土壤樣品進(jìn)行密封處理，并帶回實驗室妥善保存?zhèn)溆谩Ｑ芯渴褂玫乃巹檫^硫酸鈉，此種氧化劑購自蘇州市榮振精細(xì)化工有限公司。固化劑采用普通的硅酸鹽水泥，購自江門市新會區(qū)誠輝水泥有限公司。

1.2" 實驗設(shè)計

污染土壤修復(fù)過程中可以應(yīng)用多種不同的方法，其中原位修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。針對受到污染的場地，在應(yīng)用原位修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)處理的過程中，為了提高修復(fù)效率，并獲得理想的修復(fù)效果，需要對修復(fù)過程中藥劑的注入效率進(jìn)行嚴(yán)格控制。同時，對于藥劑注入后藥劑與污染土壤之間的混合程度，也應(yīng)予以合理的控制。為此，在此次研究中，選擇聯(lián)合應(yīng)用一定的水泥作為固化劑，以增強修復(fù)后土地的承載能力。但是，采用傳統(tǒng)施工方式進(jìn)行修復(fù)的過程中，往往無法很好地將溶劑準(zhǔn)確地注入到污染場地中的具體位置。尤其是一些污染場地存在污染面積偏大，污染深度較深的情況。在進(jìn)行修復(fù)處理的過程中，容易出現(xiàn)修復(fù)周期長、修復(fù)效率低、修復(fù)效果不夠理想的問題。為解決上述難題，可以積極地應(yīng)用一定的巖土施工技術(shù)，例如高壓旋噴技術(shù)與深層攪拌技術(shù)等。通過上述技術(shù)的應(yīng)用，可以更好地將修復(fù)藥劑與場地中受到污染的土壤快速、高效、均勻地混合在一起。尤其是針對污染深度較深的情況，可以實現(xiàn)修復(fù)藥劑與深層污染土壤的良好混合，以確保污染土壤中污染物的高效去除。在本文的研究過程中，在污染場地修復(fù)過程中，選擇使用一定的修復(fù)藥劑，并在其中添加一定比例的水泥，以獲得理想的修復(fù)效果，為提高修復(fù)后土體的承載力，滿足后期施工的需求。這一過程中，為改善修復(fù)效果，還積極地應(yīng)用了高壓旋噴和深層攪拌技術(shù)，實現(xiàn)修復(fù)藥劑與污染土壤的充分混合。

1.3" 實驗方法

原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要用到一定的氧化劑，目前，在實際土壤修復(fù)中可供選擇的氧化劑類型有很多，例如過氧化氫和高錳酸鹽、過硫酸鈉、芬頓試劑等等。在本次研究中，設(shè)計通過稱取一定量的污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉及水泥，養(yǎng)護(hù)后檢測其中含有的污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以分析污染場地修復(fù)效果。在具體的實驗中，分別稱取200 g污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉與水泥，對其予以充分的攪拌，待混合均勻之后，對其進(jìn)行為期7 d養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)結(jié)束對樣品進(jìn)行檢測，檢測污染土壤樣品中的有機污染物。在研究中一共設(shè)計了5個不同的實驗方案，在不同的方案中，分別設(shè)計添加不同比例的過硫酸鈉及一定量的水和水泥，具體的方案設(shè)計情況及所添加水與水泥和過硫酸鈉的比例見表1。

2" 結(jié)果分析

2.1" 不同含量過硫酸鈉對氯苯降解率的影響

在不同的實驗方案中，對固化劑（水泥）的添加情況進(jìn)行了不同的設(shè)計，通過對添加水泥與未添加水泥情況下不同含量過硫酸鈉對氯苯降解率的影響效果進(jìn)行統(tǒng)計，得出了如圖1所示的研究結(jié)果。

通過對圖1 中的實驗結(jié)果進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，在實驗中，隨著過硫酸鈉含量的不斷增大，其對污染土壤樣品中氯苯的降解率也在不斷地產(chǎn)生著影響，導(dǎo)致相應(yīng)的降解率呈現(xiàn)出不斷增大的變化趨勢。同時，實驗結(jié)果還顯示，在所添加的過硫酸鈉含量大約達(dá)到7%水平之后，過硫酸鈉對氯苯的降解率可以達(dá)到90%以上的水平。同時，隨著氧化劑添加量的繼續(xù)增加，過硫酸鈉含量雖然不斷增加，但相應(yīng)的氯苯降解率并不會出現(xiàn)明顯的改變。為此，綜合考慮修復(fù)相關(guān)成本問題，將過硫酸鈉的添加含量控制在7%的水平較為適宜。通過對圖1中2條曲線的整體變化情況和變化趨勢及位置關(guān)系等進(jìn)行觀察還可以發(fā)現(xiàn)，在保持相同過硫酸鈉添加量的情況下，如果添加一定量的水泥，對應(yīng)的氯苯降解率變化曲線始終高于單純應(yīng)用過硫酸鈉的氯苯降解率變化曲線。該結(jié)果也證明，應(yīng)用過硫酸鈉對氯苯實施降解的過程中，單純應(yīng)用過硫酸鈉可以獲得一定的降解效果，但通過添加一定的水泥，可以改善相應(yīng)的降解效果。對出現(xiàn)這一結(jié)果的原因進(jìn)行分析，可能是因為所添加的水泥在酸堿度方面呈堿性，而過硫酸鈉的最佳反應(yīng)環(huán)境為弱堿性。因此，在具體的反應(yīng)過程中，過硫酸鈉氧化有機物的時候會產(chǎn)生H+，影響到溶液的酸堿度，導(dǎo)致溶液pH的下降。而通過添加一定的水泥，可以一定程度改善上述情況，促進(jìn)過硫酸鈉發(fā)揮更為有效的氧化作用。另外，過硫酸鈉對氯苯進(jìn)行降解的過程中，會受到溫度條件的一定影響。適當(dāng)?shù)靥岣邷囟人剑梢詫φ麄€降解過程產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用。在水泥與過硫酸鈉發(fā)生混合的過程中，通過反應(yīng)可以釋放出一些熱量，這些熱量會產(chǎn)生熱激活效應(yīng)，對過硫酸鈉降解氯苯的過程產(chǎn)生影響，進(jìn)而提高過硫酸鈉降解氯苯的效果。

2.2" 不同含量過硫酸鈉對1，4-二氯苯降解率的影響

在該場地的修復(fù)過程中，1，4-二氯苯也是一種十分重要的污染物。通過應(yīng)用一定的過硫酸鈉可以對其進(jìn)行有效的降解。這一過程中，可以添加適量的水泥，以達(dá)到改善降解效果的目的，具體的實驗結(jié)果如圖2所示。

觀察圖2 中的實驗結(jié)果可知，修復(fù)實驗過程中，所添加過硫酸鈉的含量與相應(yīng)的1，4-二氯苯降解效果之間存在著一定的關(guān)系。其中，隨著過硫酸鈉添加含量的不斷增加，1，4-二氯苯降解率也會隨之呈現(xiàn)出不斷增大的變化趨勢。通過觀察圖中的數(shù)據(jù)及2條曲線的位置關(guān)系還發(fā)現(xiàn)，在保持相同過硫酸鈉含量的情況下，添加一定量水泥之后，相應(yīng)的降解率曲線位置整體較高，且始終高于未添加水泥的降解率變化曲線。這一結(jié)果提示，通過添加一定量的水泥可以從一定程度上促進(jìn)過硫酸鈉對1，4-二氯苯的降解。分析其中原因，可能是本次實驗中所使用的水泥屬于硅酸鹽水泥，其酸堿度整體偏堿性，因此可以作為過硫酸鈉的堿激活劑。受到水泥的影響，過硫酸鈉可以活化并分解出硫酸根自由基。這些硫酸根自由基具有很強的氧化性，其氧化還原電位很高，遠(yuǎn)大于硫酸鈉在沒有活化劑參與情況下的氧化還原電位，因此對1，4-二氯苯等有機污染可以產(chǎn)生更為顯著的降解效果。

2.3" 不同含量過硫酸鈉對污染物氧化效果的評估

本節(jié)通過實驗研究了不同投加量的氧化劑對苯降解率的影響，實驗結(jié)果如圖3所示。

觀察圖3 中的實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著過硫酸鈉含量的不斷增大，其對污染土壤中苯的降解率也在不斷變化，并總體呈現(xiàn)出不斷增加的變化趨勢。同時，在保持相同過硫酸鈉添加量的前提下，添加氧化劑水泥之后，會對污染物苯的降解率曲線產(chǎn)生一定影響，使其始終高于使用單一過硫酸鈉對苯的降解率相關(guān)曲線。該結(jié)果表明，通過添加一定的水泥，可以從一定程度上促進(jìn)過硫酸鈉對苯的降解。另外，結(jié)合實際情況，在對本污染場地進(jìn)行修復(fù)處理的工程中，在苯修復(fù)目標(biāo)方面，所設(shè)定的修復(fù)目標(biāo)值為0.9 mg/kg。通過對圖3中不同曲線的觀察也可以發(fā)現(xiàn)，不論是單一使用過硫酸鈉，還是過硫酸鈉添加水泥進(jìn)行修復(fù)，在對苯的降解效果方面，均達(dá)到了目標(biāo)值，即獲得了理想的修復(fù)效果。

2.4" 不同投加量的固化劑（水泥）對污染物氧化效果的影響

本次實驗中，在應(yīng)用過硫酸鈉對各種污染物進(jìn)行降解處理的過程中，還對添加水泥之后的降解效果進(jìn)行了觀察。研究中設(shè)計了不同的水泥添加比例，并與3%的過硫酸鈉進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，相應(yīng)的1，4-二氯苯與苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況如圖4所示。

觀察圖4中1，4-二氯苯與苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，隨著所添加水泥與氧化劑含量的不斷增加，污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體呈現(xiàn)出先下降，達(dá)到最低點之后再上升的變化趨勢。其中，在污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降階段，相應(yīng)的下降速度很快。在達(dá)到最低質(zhì)量分?jǐn)?shù)之后，會呈現(xiàn)出一定的上升趨勢，但整體變化較為平緩。通過對圖4中的2條曲線變化情況的觀察還了解到，當(dāng)所添加的水泥比例在0～3%階段，2種污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出十分明顯的下降情況；當(dāng)水泥的添加比例達(dá)到3%～6%之后，污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降速度變慢；當(dāng)所添加的水泥比例達(dá)到6%～13%之后，2種污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降趨勢則慢慢趨于平緩。綜合分析，在所添加的水泥比例達(dá)到6%之后，對各種污染物的去除效果不再出現(xiàn)明顯的改變，因此認(rèn)為，在實際土地修復(fù)施工過程中，可以選擇將所添加水泥的比例控制為大約6%的水平。

3" 結(jié)束語

近年來，我國的工業(yè)化水平大幅提高，粗放式的工業(yè)發(fā)展帶來了較為嚴(yán)重的污染物排放，導(dǎo)致空氣、土壤、水體質(zhì)量受到破壞性影響，為此，還需要積極地針對污染場地進(jìn)行修復(fù)處理，以解除環(huán)境風(fēng)險，保障周邊居民身體健康。本次研究可以得出如下結(jié)論：

1）污染土地修復(fù)中，添加適量的水泥可以增強過硫酸鈉對污染土壤中有機物的氧化性能，提升對各種污染物的降解效果。

2）污染場地原位修復(fù)中應(yīng)用高壓旋噴技術(shù)與深層攪拌技術(shù)可以促進(jìn)修復(fù)藥劑與污染物更為高效、快速的混合，在實際土地修復(fù)施工過程中，可以選擇將所添加水泥的比例控制為大約6%的水平。

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作者簡介：譚云龍（1989-），男，工程師。研究方向為巖土勘察與工程管理。