孫紅松

（湖南湘江新區(qū)管理委員會(huì)，湖南 長沙 410000）

隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，以及“退城進(jìn)園、退二進(jìn)三、退市進(jìn)郊”等一系列管理政策的發(fā)布，出現(xiàn)了大量的污染場地[1-3]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國受重金屬污染土地達(dá)2000萬hm2，其中嚴(yán)重污染土地超過70萬hm2。引起重金屬污染的原因很多，其中有色金屬采選冶造成的污染尤為嚴(yán)重[4-5]。

湖南某鎮(zhèn)曾是化工冶煉生產(chǎn)集中區(qū)，近年來當(dāng)?shù)卣畬^(qū)域冶煉化工企業(yè)實(shí)施并完成了整體退出。該區(qū)域內(nèi)某冶煉化工企業(yè)曾進(jìn)行氧化鋅、立德粉等產(chǎn)品的生產(chǎn)，退出后，場地內(nèi)遺留有較多的冶煉廢渣，土壤存在較為嚴(yán)重的重金屬污染，場內(nèi)積水重金屬超標(biāo)。同時(shí)，該場地位于某江附近，距江岸約100m，位于城市飲用水水源地上游，屬于環(huán)境敏感區(qū)。因此，為消除環(huán)境安全隱患、改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，地方政府投資約6500萬元，對場地進(jìn)行綜合治理。

1 工程概況

1.1 場地污染狀況

遺留場地總面積約20hm2，前期對場地進(jìn)行了詳細(xì)的污染調(diào)查，總共設(shè)置取樣點(diǎn)位249個(gè)，取樣深度為0～10m，最終確定污染面積約21300m2，最大污染深度為6m。污染物包括重金屬污染土壤、含重金屬廢渣及地表水。土壤污染方量約4.1萬m3，遺留廢渣9000m3，重金屬污染廢水1400m3。其典型監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1～表4所示。

1.2 綜合治理目標(biāo)

治理目標(biāo)參考湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)《重金屬污染場地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB43/T 1165—2016）要求，清運(yùn)目標(biāo)參考項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評估確定的目標(biāo)值。污染土壤經(jīng)修復(fù)后，污染土壤參考《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》（HJ 557—2009）制備浸出液，要求浸出液中重金屬濃度低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類水質(zhì)要求。修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)級界面清理目標(biāo)如表5、表6所示。

場地修復(fù)完成后，對場地表層覆蓋50cm凈土進(jìn)行阻隔，凈土中重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)如表7所示。

重金屬廢水經(jīng)處理后，要求治理后水體中重金屬濃度達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類水質(zhì)要求，標(biāo)準(zhǔn)如表8所示。底部沉積物處理目標(biāo)與污染土壤目標(biāo)一致。

表1 典型的污染土壤中重金屬含量情況 單位：mg/kg

表2 典型污染土壤中重金屬浸出濃度情況（HJ 557—2009） 單位：mg/L

表3 場內(nèi)典型的重金屬廢水水質(zhì)情況 單位：mg/L

表4 場內(nèi)典型的遺留廢渣重金屬含量情況 單位：mg/kg

表5 污染因子修復(fù)目標(biāo)值 單位：mg/L

1.3 項(xiàng)目治理技術(shù)路線

場地規(guī)劃為景觀綠化用地，在綜合考慮場地的污染狀況和修復(fù)目標(biāo)后，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)情況，確定項(xiàng)目的治理工期為1年，就污染土壤、遺留廢渣及污染水體分別進(jìn)行治理。

表6 界面清理目標(biāo)值 單位：mg/kg

表7 凈土回填質(zhì)量重金屬含量標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/kg

表8 重金屬廢水處理標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

項(xiàng)目治理前，系統(tǒng)對場內(nèi)污染物進(jìn)行調(diào)查及分析，然后綜合運(yùn)輸、安全、水電設(shè)施等情況，劃分作業(yè)單元，針對各作業(yè)單元內(nèi)的不同污染物類別分別開展治理。該項(xiàng)目場內(nèi)遺留廢渣鋅含量較高，具有一定的綜合利用價(jià)值，參考類似處置經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)試生產(chǎn)確定可行后，確定采用回轉(zhuǎn)窯回收次氧化鋅系統(tǒng)對此廢渣進(jìn)行綜合利用，可實(shí)現(xiàn)資源化、無害化的治理目標(biāo)[6]。該項(xiàng)目緊靠某江，位于周邊飲用水水源地的上游，為進(jìn)一步降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，土壤經(jīng)修復(fù)后將進(jìn)入阻隔堆存場集中填埋，采用HDPE防滲材料可使其與周邊環(huán)境較好隔離[7]。場內(nèi)重金屬廢水不得外排，經(jīng)深度處理后回用至修復(fù)生產(chǎn)線。治理技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目治理技術(shù)路線圖

2 工程實(shí)施

2.1 污染土壤修復(fù)

該項(xiàng)目為鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）、鋅（Zn）復(fù)合污染土壤，土壤中As和Cd、Pb、Zn的化學(xué)行為截然不同，單一穩(wěn)定劑難以實(shí)現(xiàn)Cd、Pb、Zn、As協(xié)同穩(wěn)定化，同時(shí)As（Ⅲ）的遷移性更強(qiáng)、穩(wěn)定化固化難度更大[8]。項(xiàng)目采用了湖南省內(nèi)某環(huán)保企業(yè)生產(chǎn)的修復(fù)藥劑，該企業(yè)的修復(fù)技術(shù)獲得中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，修復(fù)效果在大量場地修復(fù)工程中得到驗(yàn)證。其通過將硫基、鐵基與鈣基工業(yè)固廢經(jīng)雙層改性處理，制備得到富含多功能團(tuán)的新型高比表面積重金屬穩(wěn)定劑，經(jīng)絡(luò)合和共沉淀作用降低其環(huán)境活性；通過高鐵離子與類金屬As（Ⅲ）離子發(fā)生氧化反應(yīng)，將活性較強(qiáng)的類金屬三價(jià)砷氧化成低活性五價(jià)砷，并與鐵離子和鈣離子形成穩(wěn)定的鈣、鐵和砷的螯合物沉淀，從而實(shí)現(xiàn)多種重金屬離子同步穩(wěn)定化。項(xiàng)目大規(guī)模修復(fù)前開展了小試及中試。

（1）穩(wěn)定化固化修復(fù)場設(shè)置。為便于土壤開挖、修復(fù)及轉(zhuǎn)運(yùn)，在場地內(nèi)中部位置選擇一空地作為穩(wěn)定化固化場。需修復(fù)土壤方量較多，修復(fù)場設(shè)置養(yǎng)護(hù)、修復(fù)兩個(gè)區(qū)域，交替使用。養(yǎng)護(hù)區(qū)、修復(fù)區(qū)采用200mm水泥硬化，底部防滲層為1.0mm厚HDPE防滲膜。修復(fù)場內(nèi)設(shè)置臨時(shí)板房、洗車平臺、儲水池等設(shè)施，周邊建設(shè)截排水溝，導(dǎo)排降水。修復(fù)場處理能力為500m3/d，總面積為4000m2，其中養(yǎng)護(hù)區(qū)和修復(fù)區(qū)面積為2800m2。

（2）異位穩(wěn)定化固化。土壤異位穩(wěn)定化固化設(shè)備采用破碎篩分設(shè)備，首先進(jìn)行預(yù)處理，破碎、篩分土壤，將石塊、建筑垃圾、樹根等雜物剔除，再根據(jù)小試、中試確定的藥劑投加比加入藥劑篩分、攪拌，修復(fù)后灑水保持適當(dāng)濕度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，覆蓋防水氈布，養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后進(jìn)行采樣自檢，自檢合格后報(bào)第三方檢測及驗(yàn)收。對自檢或第三方檢測不合格土壤進(jìn)行二次修復(fù)，直至達(dá)標(biāo)。

結(jié)合項(xiàng)目污染情況，同時(shí)借鑒國內(nèi)類似的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，確定異位穩(wěn)定化固化的主要參數(shù)如下：破碎土壤粒徑不大于2cm，土壤破碎、篩分、拌合次數(shù)不少于2次；藥劑投加分批加入，固化劑、穩(wěn)定劑投加量為5%（質(zhì)量比）；土壤養(yǎng)護(hù)含水率控制在60%～80%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為36～72h；土壤密度約為1.5t/m3。異位穩(wěn)定化固化總方量為4.1萬m3，修復(fù)后增容系數(shù)約為1.2。

2.2 阻隔堆存場建設(shè)

阻隔堆存場參照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2001）建設(shè)，采用水平防滲結(jié)構(gòu)，防滲材料使用1.5mm厚HDPE防滲膜，防滲系數(shù)小于1.0-10cm/s。阻隔堆存場的建設(shè)，結(jié)合了場地規(guī)劃及景觀造景需求，封場后作為假山公園及停車坪。

底部及邊坡防滲結(jié)構(gòu)自下而上分別為壓實(shí)基礎(chǔ)層、無紡?fù)凉げ迹?00g/m2）、HDPE防滲膜、無紡?fù)凉げ迹?00g/m2）保護(hù)層。底部建設(shè)有地下水導(dǎo)排層。

封場的防滲結(jié)構(gòu)自下而上分別為GCL膨潤土墊（6.3mm）、HDPE防滲膜、600g/m2無紡?fù)凉げ急Ｗo(hù)層。頂部鋪設(shè)了復(fù)核排水網(wǎng)格，以導(dǎo)排滲水。

阻隔堆存場總占地面積6500m2，最大堆存高度16.3m，修復(fù)土壤方量約4.1萬m3，綜合考慮開挖松散及藥劑添加量導(dǎo)致的增容系數(shù)1.2，建設(shè)總庫容5萬m3。阻隔堆存有效阻止修復(fù)后土壤與周邊環(huán)境的水利聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對污染物長效的控制，適合本項(xiàng)目對修復(fù)效果要求高、環(huán)境敏感度高的區(qū)域。

2.3 遺留廢渣處置

該項(xiàng)目中遺留廢渣中鋅平均含量約3%，具有一定的綜合利用價(jià)值。為驗(yàn)證綜合利用的可行性，項(xiàng)目建設(shè)前期開展了工業(yè)化試驗(yàn)，將廢渣、煤粉按一定比例混合均勻，同生產(chǎn)原料混合進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行綜合利用。試驗(yàn)結(jié)論表明廢渣綜合利用符合本項(xiàng)目要求。

確定生產(chǎn)期間混合料百分配比為廢渣∶煤=2∶1，發(fā)熱值不低于1800大卡/kg。混合料經(jīng)上料皮帶送至回轉(zhuǎn)窯中。隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)，物料向前運(yùn)動(dòng)，經(jīng)干燥、預(yù)熱，進(jìn)入高溫反應(yīng)區(qū)，Zn、Pb元素被還原再氧化，以塵狀隨煙氣進(jìn)入冷卻收塵系統(tǒng)，在表面冷卻器段捕集得到管道灰，在布袋收塵器段得到布袋灰產(chǎn)品；渣由窯頭排出，進(jìn)入水淬池。為了強(qiáng)化爐料的還原反應(yīng)，從窯頭輔以高壓風(fēng)量，以撬動(dòng)爐渣，加速反應(yīng)，降低渣含鋅，提高煙化回收率，爐內(nèi)的爐氣最高溫度可達(dá)1200℃。

該項(xiàng)目廢渣鋅以鐵酸鋅（ZnO·Fe2O3）、硫化鋅（ZnS）、硫酸鋅（ZnSO4）、氧化鋅（ZnO）及硅酸鋅（ZnO·SiO2）等形式存在，鋅可在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫氧化還原為次氧化鋅，從渣中分離出來成次氧化鋅煙塵進(jìn)入布袋除塵器收集[9]。鉛在渣中大部分以PbSO4形式存在，硫酸鉛在窯內(nèi)被還原成硫化鉛，氧化鉛被還原成硫酸鉛，氧化鉛和硫化鉛也可能進(jìn)行相互反應(yīng)形成金屬鉛。反應(yīng)所得的金屬鉛液進(jìn)入冰銅內(nèi)或料層的下部收集。渣中的鎘、砷易揮發(fā)進(jìn)入氧化鋅煙塵中，從而使稀散金屬得到富集[10]。原廢渣經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯焙燒后產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)窯渣浸出毒性低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）規(guī)定的相關(guān)值，屬于一般固廢。

2.4 重金屬廢水治理

因該工程廢水治理量不大，廢水主要污染物為鉛、鋅、鎘等重金屬，項(xiàng)目建設(shè)期間采用重金屬廢水處理一體化設(shè)備進(jìn)行處理，處理規(guī)模為10m3/h，設(shè)備采用湖南省內(nèi)某環(huán)保企業(yè)裝備及技術(shù)，處理達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中IV類標(biāo)準(zhǔn)后回用至場內(nèi)用作養(yǎng)護(hù)用水。

3 監(jiān)測及治理效果

3.1 污染場地治理修復(fù)監(jiān)測

（1）污染土壤清挖效果監(jiān)測。對完成污染土壤清挖后界面的監(jiān)測，包括界面的四周側(cè)面和底部。根據(jù)地塊大小和污染的強(qiáng)度，應(yīng)將四周的側(cè)面等分成段，每段最大長度不應(yīng)超過40m，在每段均勻采集9個(gè)表層土壤樣品制成混合樣（測定揮發(fā)性有機(jī)物項(xiàng)目的樣品除外）；將底部均分成塊，單塊的最大面積不應(yīng)超過400m2，在每個(gè)地塊中均勻分布地采集9個(gè)表層土壤樣品制成混合樣，監(jiān)測指標(biāo)為鉛、鎘、鋅、砷。如監(jiān)測結(jié)果仍超過相應(yīng)的清理目標(biāo)值，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定二次清理的邊界和界面，二次清理后再次進(jìn)行監(jiān)測，直至清理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（2）污染土壤治理修復(fù)的監(jiān)測。對于采用異位穩(wěn)定化/固化處理的土壤和底泥，每處理500m3隨機(jī)取1個(gè)樣品進(jìn)行監(jiān)測。如監(jiān)測結(jié)果仍超過治理目標(biāo)值，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對未達(dá)標(biāo)的部分進(jìn)行再次治理，直至治理達(dá)標(biāo)。

（3）工程驗(yàn)收監(jiān)測過程中，若發(fā)現(xiàn)未達(dá)到治理目標(biāo)的區(qū)塊，需要在二次治理修復(fù)后再次進(jìn)行驗(yàn)收監(jiān)測。

（4）水體監(jiān)測取樣口設(shè)置在移動(dòng)式污水處理設(shè)備排放口，每天取樣監(jiān)測1次。

3.2 土壤修復(fù)效果

該項(xiàng)目異位穩(wěn)定化處理土壤量為4.1萬m3。根據(jù)布點(diǎn)原則及結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況修復(fù)批次共96批次，共采樣96個(gè)。異位治理土壤中鉛、鎘、砷、鋅重金屬中性浸出液濃度達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ級別標(biāo)準(zhǔn)，滿足修復(fù)目標(biāo)。代表檢測數(shù)據(jù)如表9所示。

表9 修復(fù)后浸出液檢測結(jié)果 單位：mg/L

所采樣品均先進(jìn)行自檢，自檢合格后由有檢測資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場取樣及實(shí)驗(yàn)室分析檢測。其中有5個(gè)批次為自檢合格后，第三方檢測出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，進(jìn)行了二次修復(fù)后檢測合格。檢測結(jié)果表明，經(jīng)固化穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)后的污染土壤目標(biāo)污染物浸出濃度值均達(dá)到修復(fù)目標(biāo)要求，修復(fù)效果良好。

3.3 凈土回填

場地污染土壤修復(fù)完成及驗(yàn)收合格后，對整個(gè)場地進(jìn)行凈土回填，結(jié)合后期造景的需求進(jìn)行填方，要求填土厚度不少于50cm。阻隔堆存場區(qū)域結(jié)合假山等地勢要求進(jìn)行回填。本場地回填土壤來自項(xiàng)目所在行政區(qū)域內(nèi)的開發(fā)所產(chǎn)生的挖方，所填土壤進(jìn)場前先開展監(jiān)測，確保進(jìn)場土壤滿足本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評估要求。

3.4 重金屬廢水處理

在一體化廢水處理設(shè)備排放口，每天取樣監(jiān)測1次，檢測指標(biāo)為Pb、Cd、As、Zn。同時(shí)，所有水體進(jìn)入儲水池留存，用作場內(nèi)修復(fù)后土壤養(yǎng)護(hù)用水。

4 結(jié)束語

該項(xiàng)目通過前期污染調(diào)查，確定了污染物類別和修復(fù)工程量。對場地內(nèi)重金屬污染土壤采用異位穩(wěn)定化固化、阻隔填埋方式進(jìn)行處理，遺留廢渣進(jìn)行綜合回收利用，廢水深度處理后回用至生產(chǎn)線，并對原場地采用凈土進(jìn)行阻隔及生態(tài)恢復(fù)。項(xiàng)目治理包括清運(yùn)目標(biāo)和浸出毒性目標(biāo)。通過第三方機(jī)構(gòu)采樣分析，所有樣品達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目采用的修復(fù)方式經(jīng)濟(jì)環(huán)保，取得了良好的環(huán)境效益，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值，為同類別冶煉污染場地的綜合治理提供了借鑒和參考。