有機(jī)污染土壤原位修復(fù)的二次污染防治

王 翔 王治民 張景紅

（1 中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司 天津 300131 2 天津市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院 天津 300191）

引言

二十世紀(jì)九十年代以來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，大批工業(yè)企業(yè)從城市的主城區(qū)遷出。由于過去較為粗放的環(huán)境管理模式，造成部分場地土壤和地下水受到污染，限制了地塊的安全再利用[1]。有機(jī)物是污染場地中常見的污染類型，與重金屬污染物相比，由于有機(jī)污染物一般具有揮發(fā)性、累積性和高生物毒性等特點，土壤擾動時有機(jī)物揮發(fā)進(jìn)入環(huán)境，控制不當(dāng)極易引發(fā)環(huán)境風(fēng)險。近年來，隨著“土壤法”、“土壤污染防治行動計劃”等相關(guān)法律法規(guī)的頒布實施，對有機(jī)污染土壤修復(fù)過程的二次污染防治提出了更高的要求[2][3]。本文通過介紹國內(nèi)外使用頻率較高的有機(jī)污染土壤原位修復(fù)技術(shù)，分析原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)施工過程的大氣二次污染主要來源，并提出防治措施建議。

1 有機(jī)污染土壤原位修復(fù)技術(shù)符合我國國情

根據(jù)原生態(tài)環(huán)境部2014 年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出，全國土壤總的超標(biāo)率為16.1%，典型地塊中，重污染企業(yè)用地超標(biāo)點位占36.3%，工業(yè)廢棄地超標(biāo)點位占34.9%，工業(yè)園區(qū)超標(biāo)點位占29.4%，采油區(qū)超標(biāo)點位占23.6%。

美國環(huán)保署2020 年公布的第16 版超級基金修復(fù)報告，1981-2017 年間1494 個修復(fù)場地中有1327 個受到有機(jī)物污染，占88.8%。對2015-2017 年間175 個場地采用的修復(fù)技術(shù)統(tǒng)計表明，有35 個場地采用原位修復(fù)技術(shù)，50 個場地采用異位修復(fù)技術(shù)。

從目前我國污染場地修復(fù)現(xiàn)狀來看，城市主城區(qū)遺留的污染場地周圍分布有居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等大量環(huán)境敏感目標(biāo)，大氣環(huán)境二次污染問題極易引起糾紛和群眾舉報[4]，因此土壤擾動小、大氣二次污染可控的原位修復(fù)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。雖然與異位修復(fù)技術(shù)相比，原位修復(fù)技術(shù)土壤擾動較小，但由于施工設(shè)備等條件的限制，一般無法設(shè)置密閉大棚，對原位修復(fù)過程產(chǎn)生的大氣二次污染收集處理措施提出了新的挑戰(zhàn)[5]。

2 有機(jī)污染土壤常見原位修復(fù)技術(shù)

2.1 原位氣相抽提技術(shù)

原位氣相抽提技術(shù)采用真空方式，利用壓力梯度實現(xiàn)污染物從地下環(huán)境向地表以上的遷移，主要用于處理包氣帶中的有機(jī)污染土壤，實施時需在受污染土壤中設(shè)置一個或多個抽提井，通過連接在井上的真空泵產(chǎn)生真空，通過壓力的變化使土壤中的有機(jī)物進(jìn)入氣相，經(jīng)抽提井抽出處理。同時該技術(shù)還會向土壤中引入空氣，促進(jìn)土壤有機(jī)污染物的生物好氧降解。常規(guī)氣相抽提技術(shù)適用的污染物類型為易揮發(fā)、易流動的非水相液體（NAPL，如汽油、柴油、有機(jī)溶劑等），對污染物的去除效率約80%。該技術(shù)的實施需滿足土壤的質(zhì)地均勻、滲透性好、孔隙率大、濕度小且地下水位較低等條件，對于場地條件要求苛刻，這在一定程度上限制了該技術(shù)的應(yīng)用。

2.2 原位熱處理技術(shù)

原位熱處理技術(shù)是通過土壤在直接或間接熱交換（如加熱棒熱輻射）作用下升溫至目標(biāo)溫度，以使有機(jī)污染物從污染介質(zhì)上得以揮發(fā)或分離，通過負(fù)壓抽提井抽出處理，從而實現(xiàn)對污染土壤的修復(fù)。根據(jù)污染物不同，加熱溫度范圍在100-800℃，工程施工時，加熱井可采用六邊形或三角形布設(shè)，中心布設(shè)抽提井。該技術(shù)的處理成本受溫度、土壤水分和滲透性等因素影響較大，且熱處理會破壞土壤結(jié)構(gòu)，對場地的后續(xù)開發(fā)利用造成限制，通常只適用于長期不開發(fā)利用的場地。

2.3 原位土壤淋洗技術(shù)

由于污染物主要集中分布于較小的土壤顆粒上，原位土壤淋洗技術(shù)將水或含增效助劑的水溶液引入待修復(fù)的污染土壤，或注入該區(qū)域地下水中，使地下水位抬升以浸沒待修復(fù)的污染土壤，使污染物從土壤相轉(zhuǎn)移到液相的技術(shù)[6]。該技術(shù)對土壤性質(zhì)要求較高，需要所處理的土壤具有較高的滲透性，同時質(zhì)地較粗，對污染物的吸附作用弱，才能減少處理周期，達(dá)到較好的效果。淋洗液通常在待修復(fù)的污染土壤上游注入，在下游通過抽提井或可滲透反應(yīng)墻處理控制淋洗廢液污染羽，以達(dá)到去除土壤污染物的目的。由于地下水文地質(zhì)情況復(fù)雜，淋洗廢液污染羽的預(yù)測模型與實際存在一定偏差，若工程實施時監(jiān)控不當(dāng)，未能及時捕捉淋洗廢液污染羽，可能導(dǎo)致污染羽從控制區(qū)擴(kuò)散，造成二次污染，極大增加修復(fù)周期和投資成本。

2.4 阻隔技術(shù)

阻隔技術(shù)是指通過阻隔材料阻斷土壤中污染物遷移擴(kuò)散的技術(shù)。阻隔能夠阻斷污染物暴露途徑，阻止污染物擴(kuò)散，但污染物并未從土壤中去除，地塊上的污染物濃度也未降低，因此阻隔技術(shù)不是真正意義上的修復(fù)技術(shù)，而是一種風(fēng)險管控措施。應(yīng)用阻隔技術(shù)的場地污染物存在潛在滲漏及移動風(fēng)險，后期需要數(shù)年或更長時間的長期跟蹤監(jiān)測，修復(fù)周期較長，這也限制了地塊的后續(xù)開發(fā)利用。

2.5 原位化學(xué)氧化技術(shù)

原位化學(xué)氧化技術(shù)是化學(xué)處理技術(shù)的一種，該技術(shù)采用高壓旋噴等方式向土壤污染區(qū)域注入氧化藥劑（如高錳酸鹽、過氧化氫、芬頓試劑、過硫酸鹽和臭氧等），使土壤或地下水中的污染物被氧化分解為無毒或相對毒性較小的物質(zhì)（如二氧化碳、水等）。該技術(shù)可處理苯系物、多環(huán)芳烴、石油烴等多種有機(jī)污染物，去除率為75%-99%，處理效果好，施工效率高。原位化學(xué)氧化技術(shù)是一種治理效果穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理可行的土壤修復(fù)技術(shù)，是經(jīng)工程實踐證明了的成熟技術(shù)，國外已廣泛應(yīng)用，國內(nèi)也已有眾多工程應(yīng)用案例，被列入2020 年《國家先進(jìn)污染防治技術(shù)目錄（固體廢物和土壤污染防治領(lǐng)域）》（公示稿）的推廣技術(shù)，鼓勵推廣應(yīng)用。

3 原位化學(xué)氧化施工過程的二次污染防治

原位化學(xué)氧化施工過程主要包括藥劑配置、注入、養(yǎng)護(hù)反應(yīng)等，在工程實施中，藥劑注入方式主要包含淺層攪拌、注入井、直壓式高壓注射和高壓旋噴。其中高壓旋噴因具有修復(fù)速度快、適用面廣等特點，應(yīng)用最為廣泛[7]。本文以原位淺層攪拌和原位高壓旋噴化學(xué)氧化為例，分析施工過程的二次污染來源，并提出二次污染防治措施建議。

3.1 原位淺層攪拌技術(shù)

原位淺層攪拌技術(shù)即通過特殊的鉆桿和鉆頭或帶特殊攪拌頭的挖掘機(jī)攪拌土壤同時添加化學(xué)氧化藥劑使藥劑和污染土壤混勻，適用深度0-3m。原位淺層攪拌技術(shù)施工過程的大氣二次污染主要來自于攪拌對土壤的劇烈擾動，土壤中的有機(jī)污染物以氣態(tài)、顆粒物等形式大量擴(kuò)散至空氣中造成二次污染；同時在藥劑反應(yīng)階段，由于氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，土壤溫度升高，土壤中的有機(jī)污染物的飽和蒸氣壓增大，加劇了有機(jī)污染物向空氣的遷移。施工現(xiàn)場對大氣二次污染防治應(yīng)重點關(guān)注“源”和“途徑”兩方面，減少因土壤擾動和藥劑反應(yīng)導(dǎo)致的有機(jī)污染物無組織散逸。

（1）分區(qū)作業(yè)，減少土壤暴露面積；

（2）對完成攪拌注藥的區(qū)域及時鋪設(shè)密封膜覆蓋，密封膜下設(shè)導(dǎo)氣裝置，將反應(yīng)過程產(chǎn)生的廢氣引入設(shè)在就近配藥平臺的活性炭吸附裝置，處理達(dá)標(biāo)后排放；

（3）遇到有機(jī)污染物濃度異常或異位明顯時，立即停止施工，噴灑氣味抑制劑；

（4）位于周圍居民區(qū)等環(huán)境敏感目標(biāo)集中的場地，應(yīng)設(shè)置微負(fù)壓密閉大棚，大棚采用集裝置，棚內(nèi)廢氣全部引入配套活性炭吸附裝置處理后達(dá)標(biāo)排放。

3.2 原位高壓旋噴技術(shù)

原位高壓旋噴技術(shù)在高壓旋噴樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種注藥方法，以氣、液二重管法應(yīng)用最為廣泛。高壓旋噴施工流程重要步驟主要包括測量放點、引孔施工、原位注入、表面覆膜、藥劑反應(yīng)等。

原位高壓旋噴施工過程的大氣二次污染主要來自引孔注藥階段對土壤的擾動，以及藥劑反應(yīng)階段的有機(jī)污染物揮發(fā)。

原位高壓旋噴施工過程受鉆機(jī)設(shè)備限制，一般無密閉大棚，對氣態(tài)污染物的有效收集是大氣二次污染防治的關(guān)鍵。

（1）引孔施工過程鉆桿處設(shè)集氣罩，收集鉆孔過程產(chǎn)生的廢氣，集氣罩下設(shè)泥漿泵回收返漿進(jìn)入泥漿反應(yīng)罐，鉆孔過程產(chǎn)生的廢氣和返漿廢氣引入活性炭吸附裝置處理后達(dá)標(biāo)排放；

（2）對完成注藥的反應(yīng)區(qū)域及時鋪設(shè)密封膜覆蓋，密封膜下設(shè)導(dǎo)氣裝置，將反應(yīng)過程產(chǎn)生的廢氣引入設(shè)在就近配藥平臺的活性炭吸附裝置，處理達(dá)標(biāo)后排放。

結(jié)語

隨著相關(guān)法律法規(guī)的頒布實施和人們環(huán)保意識的提高，對有機(jī)污染土壤修復(fù)過程的二次污染防治提出了更高的要求。本研究通過分析常見有機(jī)污染土壤國內(nèi)外常見的原位修復(fù)技術(shù)，討論了修復(fù)過程大氣二次污染來源和相關(guān)防治措施，提出原位修復(fù)技術(shù)的大氣二次污染防治應(yīng)重點關(guān)注“源”和“途徑”兩方面，減少因土壤擾動和藥劑反應(yīng)導(dǎo)致的有機(jī)污染物無組織散逸。對各施工階段部署有針對性的二次污染防治措施，做好污染物的有效收集處理，修復(fù)現(xiàn)場規(guī)范施工，加強(qiáng)監(jiān)管，避免二次污染。