有機污染地塊的土壤修復技術及應用

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）

隨著工業化和城市化的不斷快速發展，大量位于城區的工業企業陸續關停、轉移、搬遷，遺留下大量的土壤重污染區和高風險區。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進程，成了制約區域社會經濟持續發展的重大環境問題。場地土壤污染主要包括重金屬、揮發性有機物、半揮發性有機物、總石油烴以及農藥等多種類型。據相關統計數據，近年來我國關停、搬遷的企業總數超過 10 萬個，對其中污染嚴重的場地進行修復已顯得尤為迫切[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。根據該地塊的地勘報告可知，項目場地 30 m 范圍內的地基土均為第四紀沉積物，地塊內淺層地層以黏性土為主，從其結構特征、土性不同和物理力學性質上的差異可劃分為 5 個工程地質層及若干亞層。各地基土的構成與特征詳見表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范圍。污染修復范圍依據地塊環境應急調查及風險評估確定的土壤風險控制值來確定，污染物濃度超過風險控制值的區域，即劃定為污染修復范圍。按照保守考慮的原則，場地內土壤直接按照GB 36600—2018《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》中的第二類用地篩選值作為風險控制值劃分污染土壤范圍。地塊各基坑污染區域的土壤修復工程量匯總如表2 所示。

表2 污染土修復量匯總

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定為 GB 36600—2018 中的第二類用地風險篩選值。污染土壤采用異地修復模式，修復后的土壤經效果評估達到修復目標后回填利用。根據風險評估的結果，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目標值。修復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目標值如表3 所示。

表3 土壤中目標污染物的修復技術及修復目標值 單位：mg/kg

2 土壤修復方案篩選

土壤修復技術按照處理原理劃分，主要可分為生物修復技術、化學修復技術以及物理修復技術三大類。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，采用生物技術修復周期較長，并且處理效果不確定，故不予采用。考慮項目地塊修復總體思路，以及地塊污染土壤中的有機物組成，選擇異位化學氧化、異位氣相抽提和異位熱脫附等 3 種修復技術納入比選范圍。

修復技術的選擇需要考慮技術成熟度、適用性、修復效果、修復時間、處置成本等客觀因素，在確保修復達標的首要前提下，從技術、經濟、環境和安全等方面對以上修復技術進行比選。各修復技術指標對比如表4 所示。

表4 氯苯、苯、1,4-二氯苯污染土壤修復技術比選

根據表4 分析，采用異位熱脫附修復技術對項目地塊氯苯、苯、1,4-二氯苯污染土壤進行修復，可見修復效果好、修復周期短、二次污染較小且可控制，異地修復實施難度較低。此外，試驗小試和文獻調研的結果顯示[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氧化，其修復效果顯著，且成本較低。因此，本項目選取異位化學氧化與異位熱脫附技術修復污染土壤。土壤化學氧化修復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 土壤氧化修復試驗有機物去除率 單位：%

對異位化學氧化和異位熱脫附技術兩種工藝的選擇主要考慮修復效果和費用兩個因素。化學氧化修復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，化學氧化修復費用與熱脫附修復費用相同。因此，僅考慮費用因素，當土壤中氯苯濃度＜661 mg/kg 時采用異位化學氧化修復技術，當氯苯濃度＞661 mg/kg 時采用熱脫附修復技術。

通過試驗室小試，發現當土壤中氯苯濃度＜404 mg/kg時，投加 3% 生石灰和 4% 過硫酸鈉對土壤進行化學氧化技術，可滿足修復達標要求。根據相關文獻，土壤中污染物的濃度越高，化學氧化技術越難達到修復目標，并且也可能會產生更多未知毒性的中間產物[3]。綜合考慮，為確保修復施工一次性達標，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氧化修復技術，氯苯濃度＞400 mg/kg 范圍的污染土壤采用熱脫附修復技術。

3 污染土壤修復施工

3.1 異位化學氧化技術修復污染土壤

異位化學氧化施工流程包括土壤預處理、進料、篩分、加藥攪拌、出料等過程。根據不同土壤污染物濃度的進行污染土分區暫存堆放，根據修復進度，將污染土壤分批次短駁至密閉大棚中進行預處理和化學氧化修復治理。通過 ALLU Transformer 斗篩分出土壤中的石塊等雜物，加入質量濃度為 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，以便于后續修復機械操作。

污染土壤進入設備后，在設備的切削、錘擊等作用下，與頂部藥倉進入的化學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，養護 5～7 d，等待后續采樣檢測。修復后土壤短駁至修復后土壤暫存區，堆高≤1.5 m，便于后續修復效果評估單位采樣檢測。

3.2 異位熱脫附技術修復污染土壤

異位熱脫附土壤預處理于大棚內進行，工藝方法可采用熱轉窯式熱脫附或堆體式熱脫附技術。根據試驗小試，推薦工藝參數目標溫度為 150 ℃，設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，具體工藝參數可根據現場測試結果進行調整。

異位熱脫附產生的污染氣體經過噴淋冷卻降溫至 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，分別經廢水、廢氣處理系統處理達標后排放。廢水處理系統設置 pH 調節、芬頓試劑投加、混凝、沉淀等工藝段，以及活性炭吸附工藝；廢氣處理系統設置除霧器和活性炭吸附工藝，過濾后經引風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中進行處理，經過重力沉淀、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沉于裝置底部，通過污泥泵輸送到后續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。

4 污染地塊修復技術方案

4.1 污染土壤開挖及轉運施工方案

污染土壤開挖前，劃線確定污染范圍，經監理單位確認后進行開挖。開挖過程中若發現局部地區異味過重，應立即將排風管置于此處進行強排風，等待污染物濃度降低后再進行開挖。加強監測周邊地基沉降、開裂等情況，發現問題，及時與設計或建設單位協商采取防護措施。

各區域污染土壤在場地內運輸路線結合挖土專項方案中的各分區各層土方運輸交通流向進行設置。運輸中應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。污染土壤轉運至異位修復場地后，首先暫存于場地的“污染土壤暫存區”，根據修復進度，通過土方車將污染土壤分批駁運至密閉大棚內進行修復治理。修復完成后的土壤暫存于場地內的“修復暫存區”，隨后運至建設單位指定位置。

4.2 異位修復場地密閉大棚施工

考慮土壤異位修復過程中可能會產生一定的揚塵和部分污染物揮發，將污染土壤異位修復施工區設在密閉大棚，以減少土壤異位修復施工對周邊環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。其設計的技術要求包括如下幾個方面。

（1）鋼結構在定期涂漆維護下使用年限為 5 a。

（2）基本風壓：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。

密閉大棚內部的人工操作密閉空間必須首先滿足通風要求，使密閉大棚內部的空氣質量達到人工操作的許可程度。密閉大棚通過送風、排氣，使內部空氣質量控制在安全作業范圍內，密閉大棚排出的廢氣經廢氣處理設備進行處理，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 語

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

（2）采用異位化學氧化技術修復污染土壤，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 的污染土壤實現修復目標。

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