西北某市河道底泥污染修復(fù)工程

王奕文，景國瑞，段怡彤，耿 欣

［1.中城院（北京）環(huán)境科技有限公司，北京 100120；2.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120］

1 西北某市河道底泥重金屬污染狀況

西北某市河道底泥重金屬含量高、種類復(fù)雜、污染方量大，全河道底泥污染總方量為154.22萬m3，其中重度污染底泥總方量為74.54萬m3，輕度污染底泥總方量為79.68萬m3。若全部采用固化/穩(wěn)定化的方式進(jìn)行底泥修復(fù)，費(fèi)用需要4億元以上；若將所有的重度污染底泥進(jìn)行挖掘填埋處置，其方量超過了填埋場的容積，且剩余輕度污染底泥僅固化/穩(wěn)定化修復(fù)的費(fèi)用也需要2億元以上。同時(shí)，由于下游河道地下水廣泛分布，深層挖掘難度較大，降水費(fèi)用較高，對于河道底泥的擾動(dòng)會(huì)造成地表水質(zhì)的惡化。

2 河道底泥修復(fù)技術(shù)

目前，河道底泥的修復(fù)技術(shù)可以分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)，常用技術(shù)有物理、化學(xué)、生物和聯(lián)合修復(fù)等技術(shù)[1-3]。物理修復(fù)主要包括疏浚修復(fù)技術(shù)、掩蔽修復(fù)技術(shù)、電動(dòng)修復(fù)技術(shù)；化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)、化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)；生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)。

物理修復(fù)可以短時(shí)間內(nèi)大量減輕重金屬的污染，但一般工程量巨大；化學(xué)修復(fù)效果顯著，但成本較高，還可能會(huì)對環(huán)境造成二次污染；生物修復(fù)成本低，對環(huán)境無二次污染，但修復(fù)周期非常長。根據(jù)工程實(shí)際情況，常用的重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要有固化/穩(wěn)定化、土壤淋洗/洗滌、植物修復(fù)和挖掘-填埋等技術(shù)。

2.1 固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)

固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)是用物理/化學(xué)方法將污染物固定或包封在密實(shí)的惰性基材中，使其達(dá)到穩(wěn)定的一種過程[4-5]。固化是將污染物用惰性材料加以包容的過程；穩(wěn)定化是將污染物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變或引入某種穩(wěn)定晶格中的過程；固化/穩(wěn)定化兼有上述兩種過程。

2.2 土壤淋洗/洗滌技術(shù)

土壤淋洗/洗滌技術(shù)指將污染土壤挖掘出來后，與水或化學(xué)試劑混合，通過物理化學(xué)作用將土壤中的污染物轉(zhuǎn)移到液相中，將含有污染物的液相介質(zhì)進(jìn)行處理處置，從而獲得潔凈土壤的技術(shù)。淋洗和洗滌分別代表原位和異位處理技術(shù)。該技術(shù)對于大粒徑級(jí)別污染土壤的修復(fù)更為有效，砂礫、沙、細(xì)沙等土壤中的污染物更容易被清洗出來。當(dāng)土壤中黏土含量達(dá)到25%～30%時(shí)，不宜采用該技術(shù)。

2.3 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是通過植物對污染物的吸收、轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定及降解作用，實(shí)現(xiàn)土壤的凈化及生態(tài)恢復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)對于特定重金屬具有較好的效果，通常只能富集一種或兩種重金屬，對多種重金屬的復(fù)合污染修復(fù)效果一般。植物修復(fù)技術(shù)適宜處理淺層污染，濃度較高的污染物可能對植物有毒性。同時(shí)，植物修復(fù)技術(shù)的季節(jié)性和地域性較強(qiáng)，修復(fù)周期較長，經(jīng)植物修復(fù)作用后產(chǎn)物的毒性和生物有效性較難確定，需對收割的植物妥善處置。

2.4 挖掘-填埋技術(shù)

挖掘-填埋技術(shù)是將污染土壤挖掘-運(yùn)輸-掩埋-覆蓋，同時(shí)采用防滲、封頂?shù)扰涮状胧┓乐雇寥乐形廴疚飻U(kuò)散的技術(shù)。挖掘-填埋不能降低土壤中污染物本身的毒性和含量，但可以減少污染物的暴露及其遷移性。挖掘-填埋通常適用于低含水率的污染土壤，用來臨時(shí)存放或者最終處置各類污染土壤；有時(shí)也被用于處理規(guī)模過大且其他修復(fù)技術(shù)難以實(shí)施的污染區(qū)域。但該技術(shù)一般不應(yīng)用于處理埋深較大的污染土壤或高揮發(fā)性的有機(jī)污染土壤。

3 修復(fù)技術(shù)的選擇

目前，國內(nèi)外應(yīng)用于重金屬污染場地修復(fù)技術(shù)中，比較成熟的修復(fù)技術(shù)是以挖掘后的異位處理處置為主，包括異位淋洗、固化/穩(wěn)定化、填埋等技術(shù)。

從重金屬污染土壤和底泥修復(fù)技術(shù)對比（表1）可知，對于污染方量大、重金屬含量高、浸出量有限的污染土壤和底泥，采用淋洗/洗滌技術(shù)成本過高，且有過度修復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)。植物修復(fù)技術(shù)主要用于我國南方城市，北部城市存在干旱少雨、水資源短缺等區(qū)域特點(diǎn)，目前，西北某市該區(qū)域缺乏重金屬高富集植物篩選工作及相關(guān)成果應(yīng)用，無法保證本項(xiàng)目土壤的有效修復(fù)。綜上所述，考慮到西北某市的氣候特征、河道污染特征、河道地形地貌特征、修復(fù)周期和資金等因素，最終選擇異位固化/穩(wěn)定化作為西北某市河道重金屬污染底泥的修復(fù)技術(shù)。

表1 重金屬污染土壤和底泥修復(fù)技術(shù)對比

4 總體方案設(shè)計(jì)

充分考慮技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理和資源節(jié)約等因素，針對本項(xiàng)目的特點(diǎn)，以“分類治理、分質(zhì)利用、安全處置”為原則，將河道污染底泥進(jìn)行清挖和處理，對不同污染程度和不同深度的底泥進(jìn)行分類治理，既達(dá)到了清理污染的目的，減少了運(yùn)輸和處理過程中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，維護(hù)了兩岸護(hù)坡的安全穩(wěn)定性，也降低了底泥運(yùn)輸和處理成本。總體技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)方案

由于下游河道水流的沖刷和沉積作用及人為擾動(dòng)等原因，導(dǎo)致部分河段需要修復(fù)的污染底泥厚度較大。河道底泥重金屬污染的調(diào)查結(jié)果顯示，70%以上的重度污染底泥集中在2 m以內(nèi)，考慮到深層挖掘的施工難度、降水難度、建設(shè)成本、施工安全性等因素，擬按照深淺層次分別對污染底泥進(jìn)行處置。重度污染底泥重金屬含量較高，具有較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，因此對淺層（2 m以內(nèi)）的重度污染底泥進(jìn)行挖掘，經(jīng)異位處理后送至填埋場進(jìn)行填埋；輕度污染底泥采用原地異位固化/穩(wěn)定化的處置方式進(jìn)行處理，通過翻耕機(jī)添加藥劑在表層形成固化/穩(wěn)定化層，并覆蓋在河道中未污染底泥上，避免因降雨沖刷等環(huán)境要素的變化造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。考慮到河道河水對地下潛水的補(bǔ)給作用，在河水過水?dāng)嗝嫣庍M(jìn)行深層原位固化/穩(wěn)定化。一方面保證與河水直接接觸的底泥重金屬的浸出符合要求；另一方面降低深層污染底泥重金屬的浸出風(fēng)險(xiǎn)，以保護(hù)河道水質(zhì)。

由于該河段兩側(cè)大部分區(qū)域已修建水泥硬質(zhì)護(hù)坡，深層挖掘可能會(huì)對已建工程的安全性造成一定影響，因此對水泥護(hù)坡周邊1.5～2 m內(nèi)的底泥進(jìn)行原位固化/穩(wěn)定化，既可避免損壞護(hù)坡工程，也可節(jié)約運(yùn)輸、治理、回填材料等的經(jīng)濟(jì)成本。

4.1 底泥處置方案

修復(fù)工程應(yīng)根據(jù)修復(fù)目標(biāo)值界定底泥的污染范圍，通過精確定位確定修復(fù)邊界坐標(biāo)及深度標(biāo)高；底泥清理邊界的重金屬含量需要達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值的要求，重度污染底泥清理范圍要達(dá)到重金屬含量的相應(yīng)要求（5倍修復(fù)目標(biāo)值），如表2所示。

表2 修復(fù)目標(biāo)值 單位：mg/kg

需要處理的重度污染底泥在挖掘后可運(yùn)至臨時(shí)處置場，經(jīng)干燥、篩分后外運(yùn)至填埋場進(jìn)行填埋，篩分出的石塊清洗后用于河道平整。臨時(shí)處置場的選擇需要滿足場地平整、交通方便、遠(yuǎn)離敏感受體及農(nóng)業(yè)用地等要求，場地大小應(yīng)滿足暫存量的需求，并做好防滲和其他防護(hù)措施。用于填埋的底泥，其重金屬的浸出濃度需要滿足《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2021）中第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物的相關(guān)要求。

需要進(jìn)行原地異位/深層原位處理的污染底泥，可按照污染程度及污染類型添加不同配比的固化/穩(wěn)定化藥劑，根據(jù)深度利用改良翻耕機(jī)或長螺旋高壓噴射注漿攪拌樁將藥劑注入河道污染底泥中，經(jīng)攪拌混合及養(yǎng)護(hù)，降低重金屬的可移動(dòng)性。河道中進(jìn)行固化/穩(wěn)定化處理的輕度及重度污染底泥，其重金屬的浸出濃度需要滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；河道處理后底泥重金屬的浸出濃度所需達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。表層固化/穩(wěn)定化盡量采用成分較天然的修復(fù)藥劑，使固化/穩(wěn)定化后的底泥上能夠生長植物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。水泥護(hù)坡周邊固化/穩(wěn)定化后的底泥需滿足重金屬浸出標(biāo)準(zhǔn)。

表3 污染底泥修復(fù)后去向及評估標(biāo)準(zhǔn)

4.2 護(hù)坡工程

護(hù)坡工程將生態(tài)學(xué)原理納入河岸生態(tài)治理工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可恢復(fù)河道基本功能。巖石懸坎、山體段以及巖層厚度較大、自然岸坡穩(wěn)定的溝段不需要治理；風(fēng)化巖層與土層、易造成坍塌和滑坡的懸坎段需要治理。

對于清挖后深度較深的河道采用碎石回填等方式，對不同深度河道進(jìn)行平整和夯實(shí)，對處理后的河床過水?dāng)嗝娴牡撞夸佋O(shè)一層鵝卵石，使河道既美觀清潔，又能減少河水對河道底部的沖刷。

待治理河段兩岸邊坡較陡，地質(zhì)條件較差，易受凍融、雨水等物理化學(xué)風(fēng)化作用的影響，容易產(chǎn)生滑坡、崩岸的現(xiàn)象，給兩岸居民、農(nóng)田和工程設(shè)施安全帶來隱患，因此需要對河道進(jìn)行一定的整治。堤身斷面需根據(jù)堤線兩側(cè)地形地貌及其他地質(zhì)災(zāi)害分布情況，盡可能利用有利地形，使堤線與河勢相適應(yīng)，力求將各堤道平緩連接。同時(shí)，分別采用硬質(zhì)堤岸等形式進(jìn)行修整。

4.3 生態(tài)濕地

本項(xiàng)目為自然生態(tài)濕地修復(fù)工程，運(yùn)行方式為表流式運(yùn)行方式，濕地表面經(jīng)常保持均勻的薄水層，一般為0.1～0.6 m，處理單元具有較小坡度，可使水沿濕地床表面流動(dòng)。濕地建設(shè)位置的選擇考慮了河道現(xiàn)有地形特點(diǎn)，也考慮到更好地利用河道內(nèi)現(xiàn)有植物和當(dāng)?shù)貎?yōu)勢物種，最終選擇3處地點(diǎn)建立生態(tài)濕地，既達(dá)到恢復(fù)河道生態(tài)環(huán)境的目的，也可截留含重金屬的底泥顆粒，能夠有效保障河道河水水質(zhì)。

4.4 填埋場封場

底泥填埋場封場按照《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2021）及《生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術(shù)規(guī)范》（CJJ 51220—2017）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。用以處置固化/穩(wěn)定化后的重度污染底泥的底泥填埋場，其有效庫容為51.42萬m3，總庫容為53.76萬m3。只有河道底泥清挖范圍及處理效果達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，河道邊坡整治滿足預(yù)期要求后，才能進(jìn)行底泥填埋場的封場及項(xiàng)目工程驗(yàn)收工作。本期工程篩分石塊后的重度污染底泥約有46.8萬m3，已建填埋場可以滿足要求。

5 結(jié)語

經(jīng)前期論證，目前的方案在西北某市地表水和地下水水質(zhì)達(dá)到當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求的情況下，能夠解決河道70%的重度污染底泥，且對與河水直接接觸的輕度污染底泥進(jìn)行了固化/穩(wěn)定化處理，使其重金屬的浸出能夠達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)基于保守模擬條件下，河道深層污染底泥的遷移轉(zhuǎn)化及衰減情況顯示，重金屬浸出能夠滿足河道河水水質(zhì)及黃河水質(zhì)要求。但在外界環(huán)境發(fā)生變化或出現(xiàn)影響地表水/地下水水質(zhì)的突發(fā)事件時(shí)，如洪水、企業(yè)偷排、泄漏事故等，有可能會(huì)對底泥的修復(fù)效果產(chǎn)生影響。