某化工廠退役場(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù)分析

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摘要：某化工廠是以生產(chǎn)農(nóng)用化學(xué)肥料為主的國(guó)家大型化工企業(yè)，其前身是以磷肥和磷銨生產(chǎn)為主，已停產(chǎn)多年，目前城市總體規(guī)劃將該地塊規(guī)劃作為居住用地開(kāi)發(fā)利用。因長(zhǎng)期受到工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響，場(chǎng)地土壤中有氟化物、砷、鎘、鎳 4 種物質(zhì)濃度超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)控制值， 經(jīng)評(píng)估認(rèn)定對(duì)人體健康有嚴(yán)重影響的污染地塊，要 采取措施防止污染擴(kuò)散，治理達(dá)標(biāo)前不得用于住宅開(kāi)發(fā)。故須對(duì)該場(chǎng)地污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，確保土壤達(dá)到人體健康可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。

關(guān)鍵詞：化工 土壤修復(fù)

1、引言

根據(jù)《中華人民共和國(guó)土壤污染防治法》第五十九條第二款規(guī)定：用途變更為住宅、公共管理與公共服務(wù)用地的，變更前應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定進(jìn)行土壤污染狀況調(diào)查。該化工廠，首先委托相關(guān)單位編制了《場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告》，本次場(chǎng)地調(diào)查分兩次對(duì)該場(chǎng)地進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)采樣調(diào)查，通過(guò)初步采樣調(diào)查，場(chǎng)地土壤存在砷超篩選值的情況，可能存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，須在初步采樣分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步詳細(xì)調(diào)查，以確定場(chǎng)地污染程度和范圍。第二階段場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查-詳細(xì)采樣分析建議在砷超標(biāo)點(diǎn)位周圍加密布點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果顯示場(chǎng)地土壤存在砷、銅、鋅、鎳、鎘超篩選值的情況，土壤中氟化物含量異常，建議對(duì)超過(guò)人體健康可接受風(fēng)險(xiǎn)水平的區(qū)域開(kāi)展清理與修復(fù)工作，修復(fù)區(qū)域，土方量為 24713m3，最大修復(fù)深度為 4.2m。

2、土壤修復(fù)技術(shù)方案

2.1土壤修復(fù)目標(biāo)

根據(jù)前期對(duì)該場(chǎng)地開(kāi)展的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，篩選確定該場(chǎng)地土壤中修復(fù)目標(biāo)污染物，提出了敏感用地方式下的修復(fù)目標(biāo)值。當(dāng)土壤中重金屬含量高于修復(fù)目標(biāo)值時(shí)， 將該點(diǎn)位劃為修復(fù)區(qū)域，在修復(fù)工程實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行基坑開(kāi)挖。

污染土壤采用穩(wěn)定化/固化技術(shù)處置，處置后土壤內(nèi)污染物并不減少，因此土壤修復(fù)目標(biāo)值并不適合作為穩(wěn)定化/固化處置后的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。考慮到處置后土壤用作路基材料，穩(wěn)定化/固化處置后土壤浸出液濃度需達(dá)到《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB14848-2017）IV類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2常用重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)

該場(chǎng)地重金屬修復(fù)目標(biāo)污染物包括砷、鎘、鎳。土壤重金屬污染的治理途徑主要有兩種：一是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，使其固定，降低在環(huán)境中的遷移能力和生物可利用性，即穩(wěn)定化;二是從土壤中去除重金屬，使其存留濃度接近或達(dá)到背景值，即去污化?？v觀重金屬污染土壤的修復(fù)方法，主要有物理方法、化學(xué)方法和生物修復(fù)法三大類，具體修復(fù)技術(shù)包括：穩(wěn)定化/固化技術(shù)、化學(xué)淋洗技術(shù)、水泥窯共處置、植物和微生物修復(fù)技術(shù)等。各種修復(fù)方法存在各自的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)綜合考慮具體場(chǎng)地的現(xiàn)實(shí)狀況、修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果、修復(fù)時(shí)間、修復(fù)成本、修復(fù)工程的環(huán)境影響等因素。

（1）穩(wěn)定化/固化技術(shù)

①技術(shù)介紹該技術(shù)是指防止或降低污染土壤釋放有害化學(xué)物質(zhì)過(guò)程的一組修復(fù)技術(shù)，通常用于重金屬和放射性物質(zhì)污染土壤的無(wú)害化處理。穩(wěn)定化/固化技術(shù)包含了兩個(gè)概念。①固化：利用水泥一類的物質(zhì)與土壤相混合將污染物包被起來(lái)，使之呈顆粒狀或大塊狀存在，進(jìn)而使污染物處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài);②穩(wěn)定化：利用磷酸鹽、硫化物和碳酸鹽等作為污染物穩(wěn)定化處理的反應(yīng)劑，將污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力或毒性變小的狀態(tài)和形式，即通過(guò)降低污染物的生物有效性，實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化或降低其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)危害性的風(fēng)險(xiǎn)。通常穩(wěn)定化/固化處理技術(shù)對(duì)重金屬污染土壤效果明顯，且不存在破壞性技術(shù)，As、Pb、Cr、Hg、Cd、Cu、Zn均可采用該方法。

重金屬穩(wěn)定化/固化的關(guān)鍵是選擇合適的具有穩(wěn)定化/固化作用的藥劑，藥劑的選擇一般要滿足以下幾個(gè)方面的要求：（1）藥劑本身不含重金屬或含量很低，不存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn);（2）藥劑獲得或制備成本較低;（3）藥劑對(duì)重金屬的穩(wěn)定化/固化顯著且持續(xù)性強(qiáng)。石灰、沸石、鐵錳氧化物、硅酸鹽、蒙脫石等可以有效地穩(wěn)定化/固化土壤中的重金屬，降低重金屬的生物有效性。

②應(yīng)用情況國(guó)外采用穩(wěn)定化/固化技術(shù)修復(fù)被汞和砷污染場(chǎng)地的工程應(yīng)用案例很多，該技術(shù)也是美國(guó)超級(jí)基金修復(fù)場(chǎng)地最常用的五種處理方法之一，自1982年以來(lái)，采用該技術(shù)已經(jīng)修復(fù)160多處場(chǎng)地。國(guó)內(nèi)也有采用穩(wěn)定化/固化技術(shù)作為重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)。

③優(yōu)缺點(diǎn)穩(wěn)定化/固化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于處理方法靈活方便，既可將污染土壤挖掘出來(lái)，在地面混合后投放到適當(dāng)形狀的模具中，或放置到空地進(jìn)行穩(wěn)定化處理，也可在污染土地原位穩(wěn)定處理?，F(xiàn)場(chǎng)原位穩(wěn)定處理的方法比較經(jīng)濟(jì)，并可處理深達(dá)30m處的污染物。缺點(diǎn)在于污染物仍留在原土壤中，隨外界條件的改變，穩(wěn)定化的污染物復(fù)合體有可能會(huì)解體，污染物可能更新活化，滲透到下層土壤，因此還需長(zhǎng)時(shí)間的土壤監(jiān)測(cè)和更長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境投入。

（2）化學(xué)淋洗技術(shù)

①技術(shù)介紹化學(xué)淋洗技術(shù)是指借助能促進(jìn)土壤環(huán)境中污染物溶解或遷移作用的溶劑，通過(guò)水力壓頭推動(dòng)淋洗液，將其注入被污染土層中，然后再將包含污染物的液體從土層中抽提出來(lái)，進(jìn)行分離和污水處理的技術(shù)，可分為原位和異位化學(xué)淋洗技術(shù)。淋洗液可能含有某種絡(luò)合劑（如EDTA、DTPA和NTA等），或者就是清水。原位化學(xué)淋洗技術(shù)就是在污染區(qū)域直接將淋洗液加入污染土壤中，經(jīng)過(guò)充分的混合，使土壤中的重金屬溶解進(jìn)入淋洗液，而后使淋洗液往下滲透或水平排出，最后將含污染物的廢液收集再處理的過(guò)程。異位化學(xué)淋洗技術(shù)則是將污染土壤挖掘出來(lái)后再進(jìn)行清洗處理的過(guò)程。

化學(xué)淋洗技術(shù)適用于水力傳導(dǎo)系數(shù)大于10-3cm/s的多孔隙、易滲透的土壤，及粘粒含量低于25%的土壤質(zhì)地，如沙土、砂礫土壤、沖積土和濱海土，不適用于紅壤、黃壤等質(zhì)地較細(xì)的土壤。

②應(yīng)用情況

化學(xué)淋洗技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已有30年的成熟使用經(jīng)驗(yàn)，可用于處置多種污染土壤，如果污染土壤的物理性質(zhì)符合要求，還可以處置復(fù)合污染的土壤。

③優(yōu)缺點(diǎn)化學(xué)淋洗技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，工藝較為簡(jiǎn)單。但是化學(xué)淋洗的總體效率既與淋洗液和污染物之間的作用有關(guān)，又與土壤本身的物理性質(zhì)，即其對(duì)污染物和化學(xué)淋洗劑的吸附作用有關(guān)，當(dāng)土壤中粘粒含量高于25%時(shí)，不建議采用此方法。另外，選用的化學(xué)淋洗劑在工程實(shí)施過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含重金屬的廢水，容易造成土壤二次污染，也會(huì)對(duì)地下水污染構(gòu)成一定風(fēng)險(xiǎn)性。

（3）水泥窯共處置

①技術(shù)介紹水泥的生產(chǎn)過(guò)程是利用含碳酸鈣、二氧化硅以及鐵、鋁氧化物的原料（主要為石灰石和粘土）經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)并調(diào)配為成分合適、質(zhì)量均勻的生料，在1400℃以上的水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融，生成具有水硬特性的以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，再加入適量石膏、混合材料、添加劑共同磨細(xì)成為水泥產(chǎn)品。水泥生產(chǎn)的原料以鈣、硅化合物為主，同時(shí)需要少量的鐵、鋁元素，允許少量的其他雜質(zhì)（非活性物質(zhì)）存在。而污染土壤除了含少量的污染物之外，其主要成分與水泥原料相似，因此可成為水泥生產(chǎn)的部分替代原料。

水泥窯內(nèi)氣體和物料溫度分別可以達(dá)到1750℃和1450℃，這種獨(dú)具高溫的工藝特點(diǎn)可以將大部分的重金屬固定在水泥熟料中，水泥窯氣固相混合充分，增加了對(duì)揮發(fā)性重金屬的捕獲吸附，使得水泥窯中重金屬濃度滿足排放要求。

②應(yīng)用情況水泥窯共處置技術(shù)是發(fā)達(dá)國(guó)家處置危險(xiǎn)廢物的主要技術(shù)之一，我國(guó)從20世紀(jì)90年代也開(kāi)始廣泛開(kāi)展利用水泥窯處置危險(xiǎn)廢棄物和城市生活垃圾的研究工作，相關(guān)的國(guó)際合作項(xiàng)目為我國(guó)開(kāi)展水泥窯共處置技術(shù)提供了嘗試。水泥窯共處置技術(shù)對(duì)于土壤中有機(jī)污染物的焚燒去除效果已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，但是其對(duì)于不易焚毀去除的重金屬類污染物的固定效果，目前我國(guó)學(xué)術(shù)界及管理部門尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

③優(yōu)缺點(diǎn)水泥窯共處置技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于處置量大，處置成本較低。缺點(diǎn)在于為了使水泥窯共處置污染土壤過(guò)程不影響水泥產(chǎn)品質(zhì)量，并保持水泥窯的正常運(yùn)行工況，共處置前需要對(duì)土壤樣品進(jìn)行含量分析，包括：土壤主要成分、堿性物質(zhì)、氯含量、重金屬含量。CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3含量大于40%的土壤才能在水泥窯進(jìn)行共處置，且污染土壤在長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)運(yùn)至水泥窯的過(guò)程中，存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)管問(wèn)題。

（4）生物修復(fù)技術(shù)

①技術(shù)介紹生物修復(fù)指利用微生物、植物或動(dòng)物的生命代謝活動(dòng)，將土壤中的重金屬降解、吸收或富集的生物工程技術(shù)系統(tǒng)。由于動(dòng)物（如蚯蚓）的生命代謝活動(dòng)對(duì)外界依賴程度很高，不適宜用來(lái)去除土壤重金屬。這里的生物修復(fù)主要包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)，對(duì)土壤重金屬的凈化作用原理為：（1）通過(guò)生物作用改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動(dòng)性和生物可利用性;（2）通過(guò)生物吸收、代謝達(dá)到對(duì)重金屬的削減、凈化與固定作用。

植物修復(fù)是利用植物去除和消滅污染物的環(huán)境治理技術(shù)，也可以說(shuō)是以植物忍耐和超量積累某種或某些污染物的理論為基礎(chǔ)，利用植物及其共存微生物體系清除環(huán)境中的污染物的一門環(huán)境污染治理技術(shù)。微生物修復(fù)是通過(guò)工程手段強(qiáng)化有益的土著微生物菌落，或是通過(guò)引進(jìn)外來(lái)菌來(lái)增強(qiáng)微生物降解能力以實(shí)現(xiàn)污染土壤修復(fù)的目的。此外還有通過(guò)基因工程技術(shù)將多種降解基因轉(zhuǎn)入同一微生物中，使之獲得廣普降解能力。

②應(yīng)用情況植物修復(fù)目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。微生物修復(fù)技術(shù)在污染土壤的修復(fù)領(lǐng)域使用非常廣泛，該技術(shù)適用于大面積的污染場(chǎng)地修復(fù)。近年來(lái)在美國(guó)修復(fù)市場(chǎng)占有的比例在10%左右，在國(guó)內(nèi)也有一定的應(yīng)用。

③優(yōu)缺點(diǎn)生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于修復(fù)效果好、投資小、費(fèi)用低、易于管理與操作、不產(chǎn)生二次污染，因而日益受到人們的重視，成為重金屬污染土壤修復(fù)的研究熱點(diǎn)。其存在的缺點(diǎn)為：微生物種類的選擇和培養(yǎng)過(guò)程比較復(fù)雜，不同的微生物只適用于分解不同的污染物。生物反應(yīng)必須控制反應(yīng)條件，對(duì)技術(shù)實(shí)施的要求較高。因?yàn)槲⑸锖椭参锵奈廴疚锏乃俣群苈瑢?dǎo)致修復(fù)時(shí)間很長(zhǎng)，因此這種技術(shù)只適用于對(duì)土地修復(fù)時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格限制的工程。

2.3土壤修復(fù)技術(shù)可行性評(píng)估

由于現(xiàn)有的污染物修復(fù)技術(shù)較多，對(duì)于修復(fù)目標(biāo)值有多種技術(shù)方法可供選擇，同時(shí)每種修復(fù)技術(shù)又可能有多種工藝參數(shù)選項(xiàng)，因此在滿足降低污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)至可接受范圍內(nèi)的前提下，對(duì)重金屬污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)的類型、工藝參數(shù)進(jìn)行了歸納和比較，考慮到企業(yè)的現(xiàn)狀和居住用地的實(shí)際開(kāi)發(fā)要求，需要選擇工藝成熟、修復(fù)時(shí)間短、修復(fù)效果好、修復(fù)成本較低的土壤修復(fù)技術(shù)。將表1中修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用成熟性、適合的土壤類型、治理成本、污染物的去除效果和修復(fù)時(shí)間等作為初篩條件，對(duì)現(xiàn)有的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行比較得出：

（1）生物修復(fù)技術(shù)作為一種新興的修復(fù)技術(shù)，雖然具備環(huán)境友好和成本低廉的優(yōu)勢(shì)，但是其目前在我國(guó)尚停留在試驗(yàn)階段，尚未有對(duì)處理鉻渣污染土壤的工程應(yīng)用報(bào)道。同時(shí)，生物修復(fù)所需的時(shí)間漫長(zhǎng)，因此不適用于本場(chǎng)地的土壤修復(fù)。

（2）采用化學(xué)淋洗技術(shù)處理重金屬污染土壤時(shí)，需考慮該場(chǎng)地土壤本身的物理性質(zhì)，該方法適用于砂質(zhì)粘土、砂土等粒徑大、滲透性好的土壤，不適合較細(xì)的土壤，當(dāng)土壤中粘粒含量高于25%時(shí)，不建議采用此方法。根據(jù)本次現(xiàn)場(chǎng)鉆探及土工試驗(yàn)成果，本場(chǎng)地土壤質(zhì)地以粉質(zhì)粘土為主，因此不適合本場(chǎng)地的土壤修復(fù)。

（3）采用水泥窯共處置技術(shù)需將污染土壤挖掘運(yùn)輸至水泥廠，和水泥生料一起進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯高溫處置，該方法處置量大，成本較低。但是場(chǎng)地附近不具備處置能力的水泥廠，如長(zhǎng)距離運(yùn)輸則運(yùn)輸過(guò)程中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大且運(yùn)輸成本高，因此不建議采用。

因此，只有穩(wěn)定化/固化在理論上適用于該企業(yè)場(chǎng)地修復(fù)。采用穩(wěn)定化/固化方法能夠有效將重金屬穩(wěn)定在土壤中，其向環(huán)境再次釋放的風(fēng)險(xiǎn)較低，也是重金屬污染土壤常用的處理技術(shù)，其不受土壤成分含量和所在地的限制，在時(shí)間、成本、處置條件上具有綜合優(yōu)勢(shì)，因此推薦應(yīng)用于本場(chǎng)地修復(fù)工程實(shí)踐。

2.4土壤修復(fù)方案及實(shí)施方案

（1）場(chǎng)地修復(fù)方案總體設(shè)計(jì)

本次污染場(chǎng)地總修復(fù)土方量為24713m3，選擇原地異位穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)作為本場(chǎng)地土壤修復(fù)的主要技術(shù);對(duì)于修復(fù)不達(dá)標(biāo)的土壤重新進(jìn)行處置，修復(fù)達(dá)標(biāo)的土壤進(jìn)行資源化利用。

（2）實(shí)施方案

利用粘土礦物修復(fù)重金屬污染土壤，是一種有效的土壤修復(fù)技術(shù)。由于粘土礦物顆粒細(xì)微、帶有電荷、比表面積巨大和存在結(jié)構(gòu)層間域等，使之具有強(qiáng)大的離子交換能力和表面吸附能力，可以有效地吸附、固定土壤中的重金屬，降低重金屬在環(huán)境中的遷移，減少植物和人體對(duì)重金屬的吸收，是一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保型的土壤修復(fù)材料。

本場(chǎng)地中污染土壤采用穩(wěn)定化/固化技術(shù)處置，穩(wěn)定化/固化藥劑選擇目前常用的粘土礦物—膨潤(rùn)土作為本次場(chǎng)地污染土壤修復(fù)材料。本次修復(fù)工藝流程如下：

（1）使用ALLU篩分鏟斗對(duì)污染土壤進(jìn)行破碎篩分。篩分過(guò)的土壤，其90%（體積百分比）以上的土壤粒徑小于2cm;

（2）土壤分批處置，按比例計(jì)算藥劑投加量;

（3）將生石灰投加到待處置土壤中，用挖機(jī)攪拌均勻;

（4）向攪拌均勻的土壤中加水，再次攪拌，使得藥劑在土壤中充分溶解;

（5）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試土壤pH值，直至達(dá)到8.5-9.5;

（6）將膨潤(rùn)土投加到土壤中，再次利用挖機(jī)攪拌均勻;

（7）向攪拌均勻的土壤中加水，再次攪拌，使得藥劑與污染物充分反應(yīng);

（8）攪拌均勻的土壤陳化24小時(shí);

（9）將處置后的土壤運(yùn)輸至?xí)捍鎱^(qū)，待自檢和驗(yàn)收;

（10）自檢和驗(yàn)收不合格的土壤，繼續(xù)添加穩(wěn)定化/固化藥劑，重新處置，檢測(cè)合格的土壤，外運(yùn)作為道路建設(shè)路基材料使用。

3、土壤修復(fù)結(jié)果

場(chǎng)地土壤修復(fù)結(jié)束后，將穩(wěn)定化/固化處置后的土壤送實(shí)驗(yàn)室做浸出毒性分析，修復(fù)后土壤浸出試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

對(duì)比處置后土壤修復(fù)效果指標(biāo)，本次修復(fù)的土壤采樣結(jié)果全部滿足修復(fù)效果指標(biāo)，可直接外運(yùn)進(jìn)行資源化利用。

分別對(duì)修復(fù)場(chǎng)地的基坑坑底和側(cè)壁采樣，修復(fù)后土壤檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

對(duì)比處置后土壤修復(fù)目標(biāo)值，本次修復(fù)的土壤采樣結(jié)果全部滿足修復(fù)區(qū)土壤修復(fù)目標(biāo)值，該場(chǎng)地的土壤已經(jīng)達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，已基本消除風(fēng)險(xiǎn)隱患，風(fēng)險(xiǎn)可控。

4、結(jié)論

土壤修復(fù)技術(shù)分類很多，針對(duì)不同的場(chǎng)地和污染物類型應(yīng)用的修復(fù)技術(shù)各不相同，而不同修復(fù)技術(shù)都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些特點(diǎn)的存在對(duì)其技術(shù)本身的實(shí)際應(yīng)用也會(huì)造成一定限制?，F(xiàn)有的常用土壤修復(fù)技術(shù)都己經(jīng)比較成熟，可以修復(fù)絕大部分各種類型的污染場(chǎng)地，而隨著該領(lǐng)域研究工作的進(jìn)一步深入，更多更有效的修復(fù)技術(shù)也將呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。