談污染場地土壤與地下水防治修復(fù)

張 旭

(山西省地質(zhì)工程勘察院，山西 太原 030024)

1 概述

隨著我國城市化規(guī)模的不斷擴大，同時伴隨著人類的經(jīng)濟活動，全國各地土壤和地下水污染日益嚴(yán)重，尤其是進入21世紀(jì)以來污染事件頻發(fā)，70%的案例與污染場地有關(guān)，影響人類生產(chǎn)、生活、生態(tài)平衡的各種環(huán)境問題日益突出，制約著人類社會的進一步發(fā)展。城市化進程的加快和“退二進三”，大批工業(yè)企業(yè)從城市區(qū)域陸續(xù)搬遷，搬遷后的場地數(shù)量較多，且土地污染嚴(yán)重，工業(yè)用地性質(zhì)發(fā)生變化，原有土壤和地下水的污染問題亟待解決。土壤和地下水被污染流程見圖1。

環(huán)境保護和資源的可持續(xù)利用，已成為當(dāng)今世界面臨的主要任務(wù)之一。繼大氣污染防治后，土壤與地下水污染防治修復(fù)已經(jīng)成為我國下一步環(huán)境保護的重中之重。

2 工程概況

浙江某五金有限公司退役場地，是一家專業(yè)從事五金工具電鍍加工為主的企業(yè)，該公司占地面積約6 500 m2，建筑面積2 500 m2。該廠于2017年全面停產(chǎn)退役，土地使用權(quán)將于2018年回交政府，由政府進行再次開發(fā)利用。按照生態(tài)環(huán)境部相關(guān)規(guī)定，工業(yè)企業(yè)再開發(fā)利用時，場地責(zé)任方需要委托相關(guān)單位按照國家和本市相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，開展場地環(huán)境調(diào)查評估及場地環(huán)境健康風(fēng)險評估工作。結(jié)果表明，金屬元素污染物Ni，Cu，Pb超過了篩選值，通過風(fēng)險評估計算，污染物Ni，Cu，Pb需要進行修復(fù)治理，修復(fù)深度為地表以下4 m，修復(fù)總面積3 744 m2，修復(fù)總土方量約為9 572 m3。該場地未來規(guī)劃為居住用地。

根據(jù)調(diào)查報告總結(jié)的修復(fù)點位和劃定的修復(fù)范圍，本場地不同深度范圍的土壤修復(fù)量，如表1所示。

表1 修復(fù)土壤量估算表

3 技術(shù)方案設(shè)計

本項目修復(fù)區(qū)域面積約3 744 m2(以0 m～1 m深度范圍，所覆蓋的最大面積)，修復(fù)厚度為地表以下4 m，修復(fù)土方量約9 572 m3。主要污染物為Ni，Cu，Pb。

針對污染區(qū)域土壤的類型，結(jié)合管理部門及業(yè)主方的相關(guān)要求，該退役場地污染土壤中重金屬污染物采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)進行處理。

4 工作流程

一般工作程序包括：適用性評價、設(shè)計、施工、修復(fù)效果評估等(見圖2)。

具體工作步驟：

適用性評價→方案設(shè)計(設(shè)備優(yōu)選、藥劑用量種類、工期)→施工前部署→施工→修復(fù)結(jié)束二次效果評估→處置再利用。

5 固化/穩(wěn)定化技術(shù)適用性評估

目前，固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)已成為我國重金屬污染土壤修復(fù)的最常用技術(shù)，在我國北京、上海、蘇州、石家莊等多個城市均有大規(guī)模的應(yīng)用。尤其自上海世博會使用固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)重金屬得到成功后，該技術(shù)在工程上的應(yīng)用快速增長，已成為重金屬污染土壤修復(fù)的主要技術(shù)方法之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)實施土壤固化/穩(wěn)定化修復(fù)的工程案例已超過50項，說明固化/穩(wěn)定化技術(shù)用于重金屬處置是合適的(見表2)。

表2 采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤的案例場地

6 固化/穩(wěn)定化方案設(shè)計要點

1)固化/穩(wěn)定化實施方式(原位或者異位，原地或異地)；

2)固化/穩(wěn)定化施工工藝(異位施工工藝、原位施工工藝)；

3)修復(fù)藥劑設(shè)計(種類與用量)；

4)產(chǎn)物后期處置再利用。

6.1 實施方式設(shè)計

按是否運輸至場地外進行處置，固化/穩(wěn)定化技術(shù)可分為原地處置和異地處置兩種方式，異地處置需要在場地外落實處置場地，涉及污染土壤外運施工，容易造成二次污染風(fēng)險，不建議采用。

按是否進行土壤開挖，原地固化/穩(wěn)定化又可分為原位和異位兩種處置方式，具體介紹和對比分析如下所述。

6.1.1異位固化/穩(wěn)定化特點

異位固化/穩(wěn)定化操作流程：平整場地→轉(zhuǎn)運污染土壤分類→篩分土壤→修復(fù)藥劑混合→養(yǎng)護。

尤其是注重有毒物質(zhì)的揮發(fā)性影響，必要時還需對廢氣進行處理與收集工作。地質(zhì)情況特殊還要考慮先行進行降低地下水位的工作。

操作步驟繁瑣復(fù)雜，重點是篩分土壤顆粒，之后是要充分考慮其壓實系數(shù)等相關(guān)規(guī)定。

6.1.2原位固化/穩(wěn)定化特點

原位固化/穩(wěn)定化操作流程：平整場地→鉆探成孔→壓力灌漿(修復(fù)藥劑)。

修復(fù)藥劑通過強壓與地下土層、地下水直接接觸混合。尤其適合于大范圍且污染程度較深的土層。噪聲上，工期短。土方外排量小。

6.1.3本場地施工特點及處置方式選擇

本項目施工存在以下幾個特點：

1)本項目場地面積小，約6 500 m2，其中污染區(qū)域面積3 744 m2，可用場地面積非常小，不足3 000 m2。

2)本項目修復(fù)土壤量9 572 m3，若采用異位方式處置，需處置前暫存堆場、處置場地以及處置后土壤暫存堆場共約6 000 m2，場地內(nèi)面積不足，需在場地外找臨時場地用于土壤暫存和處置，或在場地內(nèi)采取分批處置和驗收的方式。

3)本項目施工周期短，要求在60 d內(nèi)完成場地修復(fù)施工。若采用異位技術(shù)進行處置，需進行污染區(qū)域降水、施工場地硬化等準(zhǔn)備工作，難以在工期內(nèi)完成處置施工。且因為場地內(nèi)可用面積不足，需在場地外落實臨時處置和暫存場地，時間上更不可控。

綜上所述，綜合考慮場地實際情況(尤其是可用面積)以及項目工期要求，本項目設(shè)計采用原位固化/穩(wěn)定化方式進行處置。固化/穩(wěn)定化原位和異位原理分析見表3，固化/穩(wěn)定化修復(fù)前后模型見圖3。

表3 固化/穩(wěn)定化原位和異位原理分析

6.2 施工工藝設(shè)計

常用的原位固化/穩(wěn)定化施工工藝包括灌漿法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法等，具體如下所述。

6.2.1灌漿法

灌漿法的實質(zhì)就是利用強壓把漿液注入土層裂縫或孔隙，改善其介質(zhì)原有的性質(zhì)。灌漿能夠降低土(巖)層的滲透性，減少滲流量，提高抗?jié)B能力，降低孔隙壓力。灌漿的主要對象是：砂、砂礫石及粉細砂；軟黏土、雜填土及淤泥；裂隙和破碎巖石；巖石中的大型洞穴如巖溶洞穴等。

6.2.2水泥土攪拌法

水泥土攪拌法是加固飽和軟黏土地基的一種成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基中就地將軟土和固化劑(漿液狀或粉體狀)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、素填土、黏性土、飽和黃土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。

6.2.3高壓旋噴注漿法

高壓旋噴注漿法：注漿管調(diào)整至設(shè)計深度，以一定壓力將水泥漿液噴入土體中，使?jié){液與土體相混合，形成加固體，稱為高壓旋噴注漿。因其噪聲低，施工平臺占地面積少，市場廣泛應(yīng)用。弊端為污染環(huán)境，費用高且有些地層不適宜此方法。

特點：1)適用于大部分地層，如人工填土、黃土、淤泥質(zhì)土、黏性土等。2)采用高壓旋噴注漿方式，藥劑與土壤攪拌均勻充分，施工質(zhì)量高。3)施工工藝簡易靈活，成樁效果較好?？砂丛O(shè)計要求隨意選取深度段噴射藥劑。特別適用于復(fù)雜場地(污染程度不均勻、污染深度不一)。

綜上所述，本方案主要采用高壓旋噴注漿工藝進行本項目原位固化/穩(wěn)定化施工。同時，對于高壓旋噴注射不容易處置的表層(0 m～1 m)污染土壤，設(shè)計采用強力攪拌工藝進行處置。

強力攪拌法利用原位攪拌設(shè)備進行施工，該設(shè)備的核心是PMX強力攪拌頭，它是一種安裝于液壓挖掘機上的多功能攪拌裝置，將其安裝于通用挖掘機，可將普通挖掘機轉(zhuǎn)變成為一臺機動性強，高效率的混合攪拌設(shè)備(見圖4)。

6.3 修復(fù)藥劑選擇

6.3.1藥劑選擇

制約固化/穩(wěn)定化修復(fù)重金屬污染土壤的因素主要有成本和效果兩點，因此，尋找到一種或多種高效、穩(wěn)定、易得、環(huán)境友好的修復(fù)藥劑是項目成功處置的重點。

目前市場常用的修復(fù)藥劑主要有以下四類：

1)玻璃質(zhì);2)有機材料：如聚乙烯、瀝青等；3)無機材料：如粉煤灰、水泥、石灰等(廣泛應(yīng)用)；4)熱硬化有機聚合物，如環(huán)氧化物、尿素等。

6.3.2處置效果試驗

1)試驗樣品初始濃度。

在現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果基礎(chǔ)上，選擇場地內(nèi)Cu，Ni，Pb污染土壤進行固化/穩(wěn)定化試驗，共采集3個混合樣品，3個樣品重金屬總量和浸出濃度如表4所示。

表4 土壤重金屬初始濃度 mg/kg

2)試驗設(shè)計。

將天平放入通風(fēng)櫥中，打開通風(fēng)櫥開關(guān)，每個樣品均分成3組，每組2 kg。每組樣品按2%，4%，6%的比例(W/W)添加修復(fù)藥劑，混合攪拌均勻，土壤樣品含水量控制在25%左右，常溫中養(yǎng)護7 d后取樣檢測土樣中重金屬浸出變化情況。試驗組別設(shè)計如表5所示。

表5 試驗設(shè)計

3)試驗結(jié)果。

考慮到地下水與周邊地表河流的補給作用，參照場地周邊地表水功能區(qū)劃分，本場地地下水執(zhí)行GB/T 14848—2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，主要適用于集中式生活飲用水源及工農(nóng)業(yè)用水。

因而，本次試驗以GB/T 14848—2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)處置后樣品浸出液濃度判別標(biāo)準(zhǔn)，浸出方法參考HJ/T 299—2007固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法。各重金屬浸出濃度見表6。

表6 各重金屬浸出濃度表 mg/L

試驗結(jié)果表明，在藥劑投加比例為2%和4%的情況下，土樣S01鎳略微超標(biāo)，S02和S03達到修復(fù)目標(biāo)。在藥劑投加比例為6%的情況下，所有樣品均達到修復(fù)目標(biāo)。

根據(jù)試驗結(jié)果，確定堿性石灰藥劑與專業(yè)穩(wěn)定化藥劑組合可有效處置本項目重金屬污染土壤，能達到修復(fù)目標(biāo)值，藥劑添加比例在2%～6%之間比較合適，具體需根據(jù)不同區(qū)域污染情況，結(jié)合中試結(jié)果進行調(diào)整。

6.4 修復(fù)技術(shù)工藝參數(shù)

綜上所述，本項目原位固化/穩(wěn)定化施工工藝參數(shù)見表7。

表7 固化/穩(wěn)定化處置主要技術(shù)參數(shù)

7 結(jié)論

1)本方案主要采用高壓旋噴注漿工藝進行本項目原位固化/穩(wěn)定化施工。2)根據(jù)試驗情況，若后續(xù)場地開發(fā)利用需對處置區(qū)域土壤進行挖掘，在上述藥劑添加比例情況下，修復(fù)藥劑與土壤形成的穩(wěn)定化體不會影響挖掘施工。3)修復(fù)達標(biāo)的污染土壤，可根據(jù)實際情況在后期進行妥善處置或資源化利用。