有機污染地塊的土壤修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用

李金洋，張俊杰，郭將偉，王 寧（上海建工五建集團有限公司， 上海 200063）

隨著工業(yè)化和城市化的不斷快速發(fā)展，大量位于城區(qū)的工業(yè)企業(yè)陸續(xù)關(guān)停、轉(zhuǎn)移、搬遷，遺留下大量的土壤重污染區(qū)和高風(fēng)險區(qū)。遺留遺棄的污染場地不僅危害周邊人們的身體健康，同時也影響了城市化建設(shè)進程，成了制約區(qū)域社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重大環(huán)境問題。場地土壤污染主要包括重金屬、揮發(fā)性有機物、半揮發(fā)性有機物、總石油烴以及農(nóng)藥等多種類型。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，近年來我國關(guān)停、搬遷的企業(yè)總數(shù)超過 10 萬個，對其中污染嚴重的場地進行修復(fù)已顯得尤為迫切[1-2]。

1 工程實例

1.1 工程概況

某工程項目場地共劃分為 5 個基坑，占地總面積約為7 萬 m2，其中 1 期 1 號、2 號和 3 號基坑平面面積分別為1.2 萬 m2、1.6 萬 m2和 1.3 萬 m2；2 期 1 號和 2 號基坑平面面積分別為 1.1 萬 m2和 0.8 萬 m2。根據(jù)該地塊的地勘報告可知，項目場地 30 m 范圍內(nèi)的地基土均為第四紀沉積物，地塊內(nèi)淺層地層以黏性土為主，從其結(jié)構(gòu)特征、土性不同和物理力學(xué)性質(zhì)上的差異可劃分為 5 個工程地質(zhì)層及若干亞層。各地基土的構(gòu)成與特征詳見表1。

表1 土層分布表

項目實施過程中，探明污染物成分及修復(fù)范圍。污染修復(fù)范圍依據(jù)地塊環(huán)境應(yīng)急調(diào)查及風(fēng)險評估確定的土壤風(fēng)險控制值來確定，污染物濃度超過風(fēng)險控制值的區(qū)域，即劃定為污染修復(fù)范圍。按照保守考慮的原則，場地內(nèi)土壤直接按照GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）》中的第二類用地篩選值作為風(fēng)險控制值劃分污染土壤范圍。地塊各基坑污染區(qū)域的土壤修復(fù)工程量匯總?cè)绫? 所示。

表2 污染土修復(fù)量匯總

1.2 場地污染特征

項目地塊屬于第二類用地，因此基坑清理目標值設(shè)定為 GB 36600—2018 中的第二類用地風(fēng)險篩選值。污染土壤采用異地修復(fù)模式，修復(fù)后的土壤經(jīng)效果評估達到修復(fù)目標后回填利用。根據(jù)風(fēng)險評估的結(jié)果，保守選擇 GB 36600—2018 中的第一類用地篩選值作為污染土壤的修復(fù)目標值。修復(fù)后的土壤可以當作清潔土壤處置。污染土壤的基坑清理目標值和污染土壤修復(fù)目標值如表3 所示。

表3 土壤中目標污染物的修復(fù)技術(shù)及修復(fù)目標值 單位：mg/kg

2 土壤修復(fù)方案篩選

土壤修復(fù)技術(shù)按照處理原理劃分，主要可分為生物修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及物理修復(fù)技術(shù)三大類。本項目地塊土壤污染物為氯苯、苯、1,4-二氯苯等有機污染物，其中氯苯和 1,4-二氯苯的可生物降解性較差，采用生物技術(shù)修復(fù)周期較長，并且處理效果不確定，故不予采用?？紤]項目地塊修復(fù)總體思路，以及地塊污染土壤中的有機物組成，選擇異位化學(xué)氧化、異位氣相抽提和異位熱脫附等 3 種修復(fù)技術(shù)納入比選范圍。

修復(fù)技術(shù)的選擇需要考慮技術(shù)成熟度、適用性、修復(fù)效果、修復(fù)時間、處置成本等客觀因素，在確保修復(fù)達標的首要前提下，從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境和安全等方面對以上修復(fù)技術(shù)進行比選。各修復(fù)技術(shù)指標對比如表4 所示。

表4 氯苯、苯、1,4-二氯苯污染土壤修復(fù)技術(shù)比選

根據(jù)表4 分析，采用異位熱脫附修復(fù)技術(shù)對項目地塊氯苯、苯、1,4-二氯苯污染土壤進行修復(fù)，可見修復(fù)效果好、修復(fù)周期短、二次污染較小且可控制，異地修復(fù)實施難度較低。此外，試驗小試和文獻調(diào)研的結(jié)果顯示[3]，對于較低濃度的苯、氯苯和 1,4-二氯苯污染土壤，使用氧化鈣和過硫酸鈉作為氧化劑對土壤進行化學(xué)氧化，其修復(fù)效果顯著，且成本較低。因此，本項目選取異位化學(xué)氧化與異位熱脫附技術(shù)修復(fù)污染土壤。土壤化學(xué)氧化修復(fù)試驗小試中有機物的測試濃度與去除率分別如表5 和表6 所示。

表5 土壤氧化修復(fù)試驗測試濃度 單位：mg/kg（每 kg 污染土中加藥量）

表6 土壤氧化修復(fù)試驗有機物去除率 單位：%

對異位化學(xué)氧化和異位熱脫附技術(shù)兩種工藝的選擇主要考慮修復(fù)效果和費用兩個因素?；瘜W(xué)氧化修復(fù)費用隨污染物濃度升高而升高，通過實驗小試計算得出，當濃度為661 mg/kg 時，化學(xué)氧化修復(fù)費用與熱脫附修復(fù)費用相同。因此，僅考慮費用因素，當土壤中氯苯濃度＜661 mg/kg 時采用異位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)，當氯苯濃度＞661 mg/kg 時采用熱脫附修復(fù)技術(shù)。

通過試驗室小試，發(fā)現(xiàn)當土壤中氯苯濃度＜404 mg/kg時，投加 3% 生石灰和 4% 過硫酸鈉對土壤進行化學(xué)氧化技術(shù)，可滿足修復(fù)達標要求。根據(jù)相關(guān)文獻，土壤中污染物的濃度越高，化學(xué)氧化技術(shù)越難達到修復(fù)目標，并且也可能會產(chǎn)生更多未知毒性的中間產(chǎn)物[3]。綜合考慮，為確保修復(fù)施工一次性達標，以氯苯濃度 400 mg/kg 為界線，氯苯濃度＜400 mg/kg 范圍的污染土壤采用化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)，氯苯濃度＞400 mg/kg 范圍的污染土壤采用熱脫附修復(fù)技術(shù)。

3 污染土壤修復(fù)施工

3.1 異位化學(xué)氧化技術(shù)修復(fù)污染土壤

異位化學(xué)氧化施工流程包括土壤預(yù)處理、進料、篩分、加藥攪拌、出料等過程。根據(jù)不同土壤污染物濃度的進行污染土分區(qū)暫存堆放，根據(jù)修復(fù)進度，將污染土壤分批次短駁至密閉大棚中進行預(yù)處理和化學(xué)氧化修復(fù)治理。通過 ALLU Transformer 斗篩分出土壤中的石塊等雜物，加入質(zhì)量濃度為 3% 的氧化鈣兼做干化藥劑和激活劑。若污染土壤含水率超過 50%，通過均勻加熱和機械翻攪的方式降低土壤中含水率。干化后的土壤利用振動篩進行細篩，以便于后續(xù)修復(fù)機械操作。

污染土壤進入設(shè)備后，在設(shè)備的切削、錘擊等作用下，與頂部藥倉進入的化學(xué)氧化藥劑充分混合均勻，氧化劑投加濃度為 4%。土壤與藥劑攪拌均勻后，利用機械將土壤平整為條跺狀，覆蓋防雨布，養(yǎng)護 5～7 d，等待后續(xù)采樣檢測。修復(fù)后土壤短駁至修復(fù)后土壤暫存區(qū)，堆高≤1.5 m，便于后續(xù)修復(fù)效果評估單位采樣檢測。

3.2 異位熱脫附技術(shù)修復(fù)污染土壤

異位熱脫附土壤預(yù)處理于大棚內(nèi)進行，工藝方法可采用熱轉(zhuǎn)窯式熱脫附或堆體式熱脫附技術(shù)。根據(jù)試驗小試，推薦工藝參數(shù)目標溫度為 150 ℃，設(shè)計達到目標溫度的加熱運行時間≥40 min，處理能力≥10 m3/h 或 240 m3/d，具體工藝參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果進行調(diào)整。

異位熱脫附產(chǎn)生的污染氣體經(jīng)過噴淋冷卻降溫至 60 ℃后進入冷凝裝置，氣體通過冷凝裝置冷凝至 5 ℃，液化為有機物含量較高的液體和極少量不凝尾氣，分別經(jīng)廢水、廢氣處理系統(tǒng)處理達標后排放。廢水處理系統(tǒng)設(shè)置 pH 調(diào)節(jié)、芬頓試劑投加、混凝、沉淀等工藝段，以及活性炭吸附工藝；廢氣處理系統(tǒng)設(shè)置除霧器和活性炭吸附工藝，過濾后經(jīng)引風(fēng)機抽提輸送到燃燒室，借助燃燒器的高溫火焰進行焚燒，達到無害化處理。

噴淋水、冷凝水及除霧器出水在廢水處理系統(tǒng)中進行處理，經(jīng)過重力沉淀、物理阻隔后，使有機物浮渣浮于污水上，再定期進行清理。密度重于水的泥漿及其他固體雜質(zhì)沉于裝置底部，通過污泥泵輸送到后續(xù)的污泥脫水疊螺機進行脫水。隔油沉淀池出水及污泥脫水則通過芬頓氧化、氣浮沉淀、石英砂過濾等系統(tǒng)進行深度處理。深度處理后的水進入潔凈水池中，檢測合格后排入市政污水管網(wǎng)。

4 污染地塊修復(fù)技術(shù)方案

4.1 污染土壤開挖及轉(zhuǎn)運施工方案

污染土壤開挖前，劃線確定污染范圍，經(jīng)監(jiān)理單位確認后進行開挖。開挖過程中若發(fā)現(xiàn)局部地區(qū)異味過重，應(yīng)立即將排風(fēng)管置于此處進行強排風(fēng)，等待污染物濃度降低后再進行開挖。加強監(jiān)測周邊地基沉降、開裂等情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時與設(shè)計或建設(shè)單位協(xié)商采取防護措施。

各區(qū)域污染土壤在場地內(nèi)運輸路線結(jié)合挖土專項方案中的各分區(qū)各層土方運輸交通流向進行設(shè)置。運輸中應(yīng)注意避免開挖的污染土和非污染土運輸車輛相互交叉造成混亂。污染土壤轉(zhuǎn)運至異位修復(fù)場地后，首先暫存于場地的“污染土壤暫存區(qū)”，根據(jù)修復(fù)進度，通過土方車將污染土壤分批駁運至密閉大棚內(nèi)進行修復(fù)治理。修復(fù)完成后的土壤暫存于場地內(nèi)的“修復(fù)暫存區(qū)”，隨后運至建設(shè)單位指定位置。

4.2 異位修復(fù)場地密閉大棚施工

考慮土壤異位修復(fù)過程中可能會產(chǎn)生一定的揚塵和部分污染物揮發(fā)，將污染土壤異位修復(fù)施工區(qū)設(shè)在密閉大棚，以減少土壤異位修復(fù)施工對周邊環(huán)境和人員造成的擾動。密閉大棚采用兩跨門式鋼架，每跨 30 m，大棚平均高度 10 m。其設(shè)計的技術(shù)要求包括如下幾個方面。

（1）鋼結(jié)構(gòu)在定期涂漆維護下使用年限為 5 a。

（2）基本風(fēng)壓：0.3 kN/m2，基本雪壓：0.3 kN/m2。

（3）屋面活荷載：對鋼架 0.3 kN2/m，對檁條 0.5 kN2/m。

密閉大棚內(nèi)部的人工操作密閉空間必須首先滿足通風(fēng)要求，使密閉大棚內(nèi)部的空氣質(zhì)量達到人工操作的許可程度。密閉大棚通過送風(fēng)、排氣，使內(nèi)部空氣質(zhì)量控制在安全作業(yè)范圍內(nèi)，密閉大棚排出的廢氣經(jīng)廢氣處理設(shè)備進行處理，處理后的氣體達到排放要求后，按照排放要求進行排放。

5 結(jié) 語

（1）異位化學(xué)氧化和熱脫附技術(shù)均可實現(xiàn)有機污染土壤修復(fù)，需依據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)條件、污染物類型、濃度以及污染范圍和深度，綜合考慮修復(fù)的費用、周期、技術(shù)的可行性以及工程的可實施性，選取合理適宜的修復(fù)技術(shù)，制定合理的修復(fù)目標。

（2）采用異位化學(xué)氧化技術(shù)修復(fù)污染土壤，可有效降解土壤中的低濃度有機污染物。試驗小試結(jié)果表明，向污染土中投加 3% 生石灰和 4% 過硫酸鈉的氧化劑，可對氯苯濃度＜400 mg/kg 的污染土壤實現(xiàn)修復(fù)目標。

（3）采用異位熱脫附技術(shù)對氯苯濃度＞400 mg/kg的污染土壤進行修復(fù)。該技術(shù)修復(fù)效果明顯、修復(fù)周期較短、二次污染較小并且修復(fù)過程可控制，異地修復(fù)實施難度較低。