商南縣縣河及周邊鉻污染防治技術

許祥斌,王 淥

(1.商南縣水資源管理辦公室，陜西 商洛 7263000；2商南縣水土保持工作站，陜西 商洛 7263000)

商南縣水資源豐富，流域面積在100 km2以上的河流有8條。境內礦藏較為豐富，已查明的礦種32種，礦床(點)52處。商南縣東正化工有限責任公司是陜西省唯一一家鉻鹽生產企業，年產能力2.3×104t，在生產過程中有大量的鉻渣產生。雖然在2015年9月已完成對鉻渣堆放區及周邊重度干擾區土壤修復工作，但渣場鉻渣長期的露天堆放造成土壤表層污染和附近支線渠、縣河段水體以及縣河的河道底泥等污染。為徹底整治區域重金屬污染，維護區域飲用水安全，保護居民身體健康，須對區域污染防治技術進行探析。

1 污染分析評價

1.1 水質污染情況調查與分析

根據項目實際情況，通過現場采樣分析法，在治理范圍內的縣河和支線渠布設了10個采樣點，使用手持式快速檢測儀采集底泥樣品10個，分析項目為pH、總鉻和總砷。分析結果見表1。

從底泥樣品總量檢測分析結果表可以看出，縣河流域是以鉻、砷為主的重金屬污染嚴重。

1.2 底泥污染程度評估

本次采用單因子和內梅羅污染指數相結合的評價方法[1]，對工程范圍內的底泥和土壤進行潛在環境風險評價，單因子指數計算公式為：

Pi=Ci/Si

(1)

式中:Pi為底泥沉積物污染物i的環境質量指數；Ci為底泥沉積物污染物i的實測值，mg/kg；Si為底泥沉積物污染物i的評價標準，mg/kg。

《全國土壤污染狀況評價技術規定》[2]中重點區域土壤污染評價Cr為380 mg/kg，As為55 mg/kg。分別計算目標污染物Pi值。依據《全國土壤污染狀況評價技術規定》中重點區域土壤污染評價參考值，底泥中的Cr存在不同程度的污染現象，其中Cr最高達到5.24倍。

采用內梅羅指數法綜合指數法計算公式:

(2)

式中：P為第i個樣點的綜合指數；Pimax為第i個樣點中所有評價污染物中單項污染指數的最大值；Piave為第i個樣點中所評價污染物單項污染指數的平均值。計算10個樣泥，結果見表2。

當P<1時為無污染，當1≤P<2.5時為輕污染，當2.5≤P<7時為中污染。由表2可以確定縣河和支線渠不同程度的污染，主要為中污染，且污染主要集中在0～1.0 m的深度。

表1 底泥樣品總量檢測分析結果

表2 內梅羅指數計算結果

1.3 修復范圍

根據《土壤環境質量標準》，當pH>7.5時，砷(水田)標準值為20 mg/kg，鉻(水田)標準值為350 mg/kg[3]。對本項目中10個采樣點位不同深度的污染物濃度數據進行分析。結果顯示：該河段底泥0～0.5 m深度鉻超標倍數為2.6倍，0.5～1 m深度鉻超標倍數為1.9倍，鉻的遷移途徑為在底泥中自上而下遷移，濃度隨深度增加而降低，在1 m深處仍超標接近2倍，考慮到鉻具有較強的溶解性、遷移性及生物毒性，為保證將超標底泥全部清除，建議清淤深度設為2 m。砷在1#點位0.5～1 m、5#點位1～2 m處有輕微的超標，清淤2 m深可徹底清除砷超標的底泥。同時，對河道邊坡土壤也進行開挖處理，避免重金屬由河道邊坡土壤中向河道釋放，控制河道修復后支流的用水安全。

縣河及支渠河道中鉻污染為鉻渣堆場中污染物隨風遷移導致。現河道中鉻已檢測超標，故由鉻渣堆場至河道遷移路徑區域也存在不同程度的污染，該區域表層土壤也列為修復對象。修復深度根據現場檢測數據確定。項目前期僅對河道底泥中重金屬鉻和砷含量進行檢測，河水中重金屬鉻含量未采樣監測，其超標情況未知，為確保沿岸居民農田灌溉用水安全，建議本項目實施過程中增加對縣河及支線渠河水水質在線監測及處理系統。

2 污染防治方案

按工程類別區分，防治工藝主要分為河道底泥及邊坡清挖工程、底泥脫水工程、固化穩定化處理工程、河道生態整治工程、干擾區土壤原位固化穩定化及生態恢復工程。縣河河道長4178 m，平均寬度20 m，規劃修整面積83 560 m2。支線渠1110 m，平均寬度2 m，規劃修整面積2220 m2。

2.1 河道清挖

對受污染的縣河河道4178 m(河寬20 m，污染深度為2 m)和支線渠1110 m(河寬2 m，污染深度為2 m)的底泥及河道邊坡土壤進行疏浚清淤。經估算擬開挖修復土壤方量約為2×105m3。施工應選在枯水期進行。首先去除河道周邊的植被、雜草；將等地勢的河道拐角做引流處理后，挖出底泥；平坦地段采用圍堰方式抽去河水后清除污泥。由于河道沿線距離長，設計擬分段進行清淤，分段長度擬按1000 m考慮。各分段采用在河道上游和下游設置橫貫河道的沙袋圍堰。清淤從上游分段向下游分段依次進行，一個分段清淤完成后，拆除上游圍堰，原下游圍堰作為下一個分段的上游圍堰。圍堰高2.0 m，底寬4.5 m，頂寬0.5 m，圍堰臨水面設置防滲襯墊，以減少圍堰滲水。上游圍堰將隔斷上游河水，在圍堰上游形成積水。在圍堰上游開挖2.0 m×2.0 m×1.5 m的集水坑，集水坑內設置軸流泵，通過DN200管道將上游河水抽排至清淤河段的下游河道。圍堰施工完成后，對圍堰間河段采用挖掘機機械開挖的方式進行底泥清淤，清挖出的底泥采用密閉式運輸車運至底泥脫水場。

2.2 底泥脫水

清挖出的底泥中，40%含水量較低，60%的為泥漿狀態，須脫水，須脫水底泥1.02×105m3。底泥脫水主要有自然干化法、機械脫水法和土工管袋法。經過比較，土工管袋脫水周期較短，并且比重力脫水法脫水處理后的底泥具備更低的含水率，故采用此法進行脫水。土工管袋脫水步驟主要有充填、脫水和固結3個階段。由于脫水場地是臨時工程，治理完成后需將所有構筑物及設備拆除。因此，場地應采取租賃方式，水電接入使用臨時設施，以降低建設成本。本方案租用受重金屬污染的旱地1000 m2作為底泥脫水處理場，平均運距2.0 km。為縮短底泥脫水周期，本方案擬采用投加PAM絮凝劑。絮凝劑PAM加藥量為1～2 mg/L，投加濃度為1‰。投加方式為底泥進入土工管袋前，管道混合投加絮凝劑。本項目擬選用的單個土工管袋尺寸為 L×B×H=50 m×5.5 m×2 m，有效容積為500 m3。根據計算，共需配置204個土工管袋，每批次設置3個土工管袋同時進行脫水作業，將脫水1.7×105m3。本工程脫水產生的廢水將采用一體化處理設備進行處理。

2.3 底泥及土壤治理

目前，國內對重金屬污泥的處理方法主要包括固化穩定化技術、資源化利用、原位掩蔽技術。因為固化穩定化技術具有有效性、長期性、高效性等特點，經過方案對比，對縣河污染底泥及邊坡土壤治理采用固化穩定化技術，使底泥中含有的重金屬離子經過固化，降低其浸出毒性，再進行填埋。固化穩定化修復技術效果取決于修復藥劑及混合程度兩個方面，本方案擬選擇國內具有較多應用案例的專業修復藥劑，可以添加液體和固體藥劑，且連續自動可調添加配比為0.5%～30%，確保其長期穩定化作用，采用專業修復設備，針對本項目中含水率高的底泥具有較強的混合作用。

本項目重點超標污染因子為重金屬鉻，其中六價鉻的毒性遠高于三價鉻，通過投加固化穩定化藥劑，實現將高毒性、高溶解性、高遷移性六價鉻向低毒性、低溶解度、低遷移性三價鉻的高效轉化(六價鉻毒性一般為三價鉻毒性的100多倍)，大大降低其毒性和遷移性，再通過吸附、沉淀、晶化等技術，降低底泥和土壤中鉻的生物有效性和生態風險。

2.4 河道生態整治

結合項目的實際情況和治理目的，本工程采用碎石鋪底河道修復方案。底池清挖脫水完成后，采用機械加人工方式對河道進行修整，使河床碎石大小10～30 cm，均勻地鋪放于河底，平均厚度約20 cm，用挖掘機碾壓。平均運距按2 km計算。堤防工程采用結構穩定、行洪順暢、符合河道生態護岸理念的復合型生態砌塊護坡，選用梯形斷面，頂平均寬度1.5 m，堤身平均高2.5 m，迎水面坡度比1∶1，背水面坡度1∶0.6，基礎埋深1.0 m，基礎寬3 m，迎水坡面采用預制六角空心磚護坡，防洪標準為50 a一遇。河堤寬1.5 m，總長度8356 m，路面采用六角實心磚，與護坡施工同時進行。堤面綠化采用喬木與灌木交替的形式，單行，喬木栽植穴為1.0 m×1.0 m×0.8 m，灌木栽植穴為穴徑0.6 m、穴深0.5 m，預開穴深度、寬度>苗木根幅和根長。平均株間距按20 m計。

2.5 干擾區原位修復

針對老渣場至縣河的干擾區域，考慮其污染深度較淺，擬采用原位固化穩定化修復技術，避免開挖工程施工。首先，對土壤進行破碎，使用翻耕等設備將土壤顆粒破碎至2 cm以內，破碎及混合深度覆蓋整個污染深度。使用液體投加方式，進行干粉撒播或配成溶液噴灑。藥劑可使用噴霧式或者灑水方式，與翻耕等混合設備同步進行，做好藥劑的計量工作，采用多次混合，保證混合效果，土壤含水量控制在20%～30%。加藥后的土壤養護3～5 d，然后根據項目驗收方案取樣檢測其中六價鉻、總鉻含量及浸出數據，并與修復目標進行比較，達標后進行生態恢復工程，擬修復土方1.49×105m3。

3 結 論

通過對區域污染量的分析，采用原位穩定化技術等五項工程措施，對土壤和水域進行防治。通過整治，使得縣河河水水質恢復到農田灌溉水質標準的二類水質標準。項目建設有利于發揮工程示范作用，達到國家和地區開展試點工作的要求和目的。

[1] 羅芳, 伍國榮, 王沖,等. 內梅羅污染指數法和單因子評價法在水質評價中的應用[J]. 環境與可持續發展, 2016, 41(5):87-89.

[2] 林玉鎖. 全國土壤污染狀況評價技術規定[R].南京：環境保護部南京環境科學研究所,2008.

[3] 國家環境保護局，國家技術監督局. 土壤環境質量標準：GB 15618—1995[S]. 北京:中國標準出版社, 2006.