劉安富張修磊喬雄彪劉慧芳

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038；2.濰坊市水利建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,山東濰坊 261205)

0 前言

目前污染場(chǎng)地[1]治理模式主要有場(chǎng)地修復(fù)、風(fēng)險(xiǎn)管控及兩者的組合。場(chǎng)地修復(fù)是指徹底清除場(chǎng)地內(nèi)的污染源，消除污染源對(duì)外界環(huán)境的影響；風(fēng)險(xiǎn)管控是通過工程措施將污染對(duì)外界環(huán)境的影響控制在安全范圍內(nèi)，并輔以長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)。原位處置技術(shù)是污染場(chǎng)地治理中應(yīng)用較廣泛的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，主要應(yīng)用于不宜大范圍開挖的污染土壤或固廢、老舊垃圾填埋場(chǎng)整治、尾礦庫(kù)防治、煤矸石山治理等領(lǐng)域。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，總結(jié)了原位阻隔技術(shù)在污染場(chǎng)地治理中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以期為同類工程實(shí)施提供借鑒參考。

1 項(xiàng)目概況

南方某冶煉廠位于章江上游河畔，距離河岸直線距離200 m，占地面積約12 萬m2，場(chǎng)地現(xiàn)狀如圖1 所示。該冶煉廠始建于20 世紀(jì)50 年代，于2009年廢棄，采用火法冶煉工藝，主要產(chǎn)品為三氧化二砷、鈷系產(chǎn)品、金錠、銀錠，副產(chǎn)品為鎳、銅等。由于冶煉工藝水平落后，環(huán)保意識(shí)薄弱，冶煉廢渣在廠區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期無組織堆棄，加之冶煉廠廢棄后無人管理，雨水長(zhǎng)期沖刷，廠區(qū)土壤及地下水受到大范圍污染，嚴(yán)重威脅周邊居民健康，影響章江下游水質(zhì)安全。

圖1 場(chǎng)地現(xiàn)狀圖

經(jīng)前期場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查，場(chǎng)地的污染包括遺留危廢和第Ⅱ類一般工業(yè)固廢，主要污染因子為重金屬砷、鎘、鎳和鉛。遺留危險(xiǎn)固廢方量約180 m3，主要是砷灰、煙道灰及污水池沉積多年的底泥；第Ⅱ類一般工業(yè)固廢為冶煉廢渣，方量約4 000 m3。污染土壤約40 萬m3，主要分布在地表下1～3 m，局部深8 m，污染土壤的砷含量最高達(dá)37 800 mg/kg。

為了防控場(chǎng)地污染擴(kuò)散，保障周邊居民身體健康以及章江下游水質(zhì)安全，針對(duì)該冶煉廠搬遷遺留污染場(chǎng)地開展治理工作十分必要緊迫。

2 項(xiàng)目修復(fù)目標(biāo)

2.1 土壤及廢渣修復(fù)目標(biāo)

場(chǎng)地土地利用的規(guī)劃為景觀綠化用地，治理項(xiàng)目將其修復(fù)后開發(fā)為郊野公園。按照《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018) 規(guī)定，本場(chǎng)地屬于第二類建設(shè)用地[2]。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確定場(chǎng)地的目標(biāo)污染物[2]為砷、鎘、鎳和鉛。基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值并綜合考慮當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境狀況、土地利用規(guī)劃、施工成本及實(shí)施周期等因素，最終確定的項(xiàng)目修復(fù)目標(biāo)見表1。

表1 污染土壤及廢渣修復(fù)目標(biāo)值 mg/kg

GB 36600—2018 要求當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值小于篩選值時(shí)，修復(fù)目標(biāo)取篩選值，但本項(xiàng)目是2015 年完成的技術(shù)方案，而GB 36600—2018 于2018 年才發(fā)布，不過即使如此，項(xiàng)目修復(fù)目標(biāo)值也是符合GB 36600—2018 的規(guī)定。

2.2 危險(xiǎn)固廢處置目標(biāo)

本場(chǎng)地遺留的危險(xiǎn)固廢采用專用危廢噸袋打包后在場(chǎng)地內(nèi)安全暫存，防滲標(biāo)準(zhǔn)參照《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18597—2001)[3]執(zhí)行，待贛州市危廢中心建成后再外運(yùn)進(jìn)行安全處置。

2.3 地下水控制目標(biāo)

地下水污染源于地表污染廢渣和土壤[4]，根據(jù)環(huán)保規(guī)范處置污染廢渣和土壤，隔離地下水與污染廢渣和土壤的水力聯(lián)系，間接控制和減輕地下水污染，并開展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)預(yù)警。

2.4 場(chǎng)地生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)

按照土地利用規(guī)劃，本場(chǎng)地為景觀綠化用地，本項(xiàng)目將其修復(fù)后開發(fā)為郊野公園，重構(gòu)生態(tài)景觀，美化環(huán)境防治水土流失的同時(shí)，也娛樂周邊居民。

3 項(xiàng)目技術(shù)路線

本項(xiàng)目技術(shù)路線的選取以場(chǎng)地調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)修復(fù)目標(biāo)為宗旨，本著“無害化、減量化、資源化”的基本原則，結(jié)合污染場(chǎng)地特征條件、目標(biāo)污染物污染狀況和遷移特性，并綜合考慮場(chǎng)地空間、實(shí)施周期、施工成本等因素。

經(jīng)方案比選(表2)，最終確定方案3——場(chǎng)地內(nèi)原位封存阻隔為項(xiàng)目總體技術(shù)路線，其技術(shù)流程如圖2 所示，典型工程做法如圖3 所示。該技術(shù)路線的核心是垂直隔離墻的底部要進(jìn)入相對(duì)不透水層，形成垂向防滲，頂部則規(guī)范化封場(chǎng)，形成水平防滲，將污染土壤與外界環(huán)境隔離，最終實(shí)現(xiàn)污染場(chǎng)地管控目的。

圖2 原位封存阻隔工藝技術(shù)流程圖

圖3 原位封存阻隔工程典型做法

表2 總體技術(shù)路線方案比選

4 工程技術(shù)方案

4.1 水文地質(zhì)概況

4.1.1 地形地貌

冶煉廠主廠區(qū)建在走向約70°的山梁上，山梁南側(cè)與北側(cè)均為溝谷，東側(cè)(下部)寬大，西側(cè)(上部)狹??；山梁自然坡度為15°～20°，山梁至兩側(cè)溝谷自然坡度為25°～30°，兩側(cè)溝谷均為U 型谷，坡降度不大；山梁最低高程處與東側(cè)章江的平均高差為10 m。

4.1.2 地表水

地表水的補(bǔ)給方式主要為大氣降水，雨季時(shí)雨水沿著場(chǎng)地兩側(cè)山溝向東匯入章江。

4.1.3 地下水

地下水主要為第四系松散巖類的孔隙水及基巖裂隙水，巖層本身不富水，主要靠大氣降水及地表水入滲補(bǔ)給。

4.1.4 垂直防滲墻軸線下臥巖土層滲透性

垂直防滲墻軸線下臥巖土層滲透性見表3。

表3 垂直防滲墻走向軸線下臥巖土層滲透性

4.2 環(huán)保隔離區(qū)范圍

環(huán)保隔離區(qū)范圍的確定主要考慮以下幾點(diǎn)：1)隔離區(qū)應(yīng)覆蓋大部分被污染的土壤，特別是重度、中度污染土壤；2)隔離區(qū)內(nèi)能夠形成一定的庫(kù)容，用以堆存隔離區(qū)外開挖的污染物；3)不影響南側(cè)溝谷的行洪要求；4)便于施工。

結(jié)合以上幾點(diǎn)，綜合考慮場(chǎng)地調(diào)查報(bào)告中污染土壤的空間分布情況，以砷的污染分布范圍確定隔離區(qū)邊界(圖4)，最終確定的環(huán)保隔離區(qū)面積為42 455 m2，周長(zhǎng)為852 m，可直接封存污染土壤約30 萬m3，占污染土壤總方量的3/4，最大限度地減少污染土壤開挖，防控二次污染擴(kuò)散，節(jié)省工程投資。

圖4 生態(tài)隔離區(qū)邊界范圍

4.3 垂直防滲系統(tǒng)

垂直防滲系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮場(chǎng)地水文、工程地質(zhì)等條件，利用場(chǎng)地下方的不透水或弱透水層和相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元等條件，在場(chǎng)地四周或上游使用防滲、防污性能良好的材料施工，形成垂向的帷幕或墻體將污染源封閉，使污染源與外界環(huán)境隔離，以阻止污染物進(jìn)入周圍土壤和水體，并防止地下水和地表水進(jìn)入場(chǎng)地內(nèi)，從而達(dá)到控制污染物擴(kuò)散的效果[5]。

本項(xiàng)目下伏巖土層的滲透系數(shù)基本在10-4～10-5cm/s 量級(jí)，巖土層屬于弱透水巖層，不具備形成含水層的條件，為本項(xiàng)目采用垂直隔離技術(shù)控制污染源擴(kuò)散提供了有利條件。綜合考慮墻體滲透性要求、地層巖土性質(zhì)、施工成本等因素，經(jīng)方案比選(表4)，垂直防滲墻采用“塑性混凝土防滲墻+帷幕灌漿”方案，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖5 所示。其中塑性混凝土防滲墻平均深度為10 m，底部進(jìn)入相對(duì)不透水層的深度不小于2 m[6]；帷幕灌漿深度為5 m，可進(jìn)一步降低相對(duì)不透水層的滲透性。此外，為了避免地下水外溢，在隔離區(qū)下游垂直防滲墻內(nèi)側(cè)設(shè)置3 口滲濾液抽提井，其底部通過排滲盲溝相連通，在抽提井內(nèi)設(shè)置液位泵。當(dāng)隔離區(qū)內(nèi)部水位高于外部水位時(shí)，即啟動(dòng)抽提井液位泵降低隔離區(qū)的內(nèi)部水位，始終保持內(nèi)部水位低于外部水位。

圖5 “塑性混凝土防滲墻+帷幕灌漿”設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

表4 垂直防滲墻結(jié)構(gòu)形式方案比選

塑性混泥土防滲墻的設(shè)計(jì)厚度為60 cm，材料配比為水泥∶砂子∶石子∶粘土∶膨潤(rùn)土∶水=135 ∶640∶920∶145∶70∶280，施工前應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，要求成墻滲透系數(shù)達(dá)到10-7cm/s 數(shù)量級(jí)，密度達(dá)19～21 kN/m3，彈模值在200～1 000 MPa，28 d 抗壓強(qiáng)度大于2 MPa。

4.4 封場(chǎng)系統(tǒng)

場(chǎng)地拆除產(chǎn)生的建筑垃圾、穩(wěn)定化處理后的重度污染土壤，以及隔離區(qū)外部的中、輕度污染土壤合計(jì)約18 萬m3，全部運(yùn)往隔離區(qū)填埋，然后進(jìn)行規(guī)范化封場(chǎng)[7]，封場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖6 所示。隔離區(qū)外圍開挖造成的基坑回填潔凈土覆蓋。

圖6 封場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖

5 治理效果

目前項(xiàng)目已于2019 年完工，工程建設(shè)投資約5 000 萬元，地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果表明場(chǎng)地污染得到了有效控制。修復(fù)后的場(chǎng)地被建設(shè)為郊野公園(圖7)，恢復(fù)植被在防止水土流失的同時(shí)，重構(gòu)生態(tài)景觀，美化周邊環(huán)境，娛樂周邊居民。

圖7 郊野公園效果圖

6 結(jié)論

原位阻隔技術(shù)在污染場(chǎng)地治理修復(fù)中應(yīng)用廣泛，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，總結(jié)了相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，主要得到以下結(jié)論：

1)場(chǎng)地修復(fù)目標(biāo)的確定應(yīng)以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論為基礎(chǔ)，并綜合考慮土地利用規(guī)劃、修復(fù)時(shí)間、修復(fù)成本等因素。

2)生態(tài)阻隔區(qū)的劃定應(yīng)盡可能封存控制絕大部分污染土壤，減小污染土壤開挖量，防控開挖過程中二次污染。

3)垂直防滲墻結(jié)構(gòu)形式應(yīng)綜合考慮墻體滲透性要求、地層巖土性質(zhì)、施工成本、作業(yè)空間等因素綜合確定。垂直防滲墻作為環(huán)保工程地下水污染防控系統(tǒng)核心措施時(shí)，墻體滲透系數(shù)應(yīng)達(dá)到10-7cm/s數(shù)量級(jí)，可以同步采取地下水抽提措施進(jìn)一步加強(qiáng)防控效果。垂直防滲墻底部進(jìn)入相對(duì)不透水層的深度應(yīng)通過滲流計(jì)算確定，一般建議不小于2 m，可以通過帷幕灌漿方式進(jìn)一步降低相對(duì)不透水層的滲透性。

4)利用封場(chǎng)后的場(chǎng)地進(jìn)行景觀公園開發(fā)利用時(shí)，要確保防滲結(jié)構(gòu)層的安全而不被破壞。