有機(jī)污染場(chǎng)地治理技術(shù)組合與集成應(yīng)用

徐 玉 黃 海 耿 迪 徐鐵兵,*

（1 河北省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院 河北石家莊 050037 2 中科鼎實(shí)環(huán)境工程有限公司 北京 100102）

引言

我國在快速城市化發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的過程中實(shí)施“退二進(jìn)三”“退城入園”等政策，城市及其周邊地區(qū)“污染地塊”大量顯現(xiàn)，據(jù)報(bào)道，中國的污染場(chǎng)地預(yù)計(jì)有50～100 萬塊[1][2]，這些污染場(chǎng)地中的污染物常以多相多組分等形態(tài)存在于地下飽和帶與非飽和帶中，并且污染物在地下水與土壤中的遷移轉(zhuǎn)化常常伴隨一系列復(fù)雜的物化和生物作用。其中，苯系物、多環(huán)芳烴、重金屬等為主要特征污染物，對(duì)人體健康的危害較大，嚴(yán)重威脅了人居環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全。然而，根據(jù)技術(shù)實(shí)踐和污染場(chǎng)地治理工程經(jīng)驗(yàn)，單一修復(fù)技術(shù)在處理污染物種類范圍、修復(fù)目標(biāo)達(dá)標(biāo)、二次污染防控、修復(fù)時(shí)間等方面存在明顯不足，在污染控制與修復(fù)時(shí)，常需結(jié)合兩種或兩種以上污染控制與修復(fù)技術(shù)，以滿足現(xiàn)場(chǎng)土壤與地下水條件、污染控制、經(jīng)濟(jì)成本、時(shí)間周期、開發(fā)規(guī)劃等多方面的要求，因此，有必要通過多技術(shù)集成的方式進(jìn)行污染場(chǎng)地綜合治理與修復(fù)。

1 修復(fù)技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)及工程案例

目前，場(chǎng)地污染調(diào)查與治理修復(fù)專業(yè)人員針對(duì)不同類型污染場(chǎng)地，廣泛開展了技術(shù)應(yīng)用，工程應(yīng)用頻次較高、發(fā)展較成熟的場(chǎng)地土壤與地下水修復(fù)技術(shù)包括但不限于：熱脫附技術(shù)、化學(xué)氧化/還原技術(shù)、多相抽提技術(shù)（氣相抽提技術(shù)）、微生物修復(fù)技術(shù)、工程阻隔技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置等[3]。技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)見表1。

表1 污染場(chǎng)地修復(fù)常用技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

綜合場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)的適用性，對(duì)其工程應(yīng)用進(jìn)行調(diào)研分析，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，對(duì)幾類常用修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用方式及案例進(jìn)行概括總結(jié)（表2）。經(jīng)調(diào)查，目前我國大型污染場(chǎng)地修復(fù)應(yīng)用熱脫附和水泥窯協(xié)同處置等異位修復(fù)技術(shù)較多，所涉及行業(yè)以河北省已備案土壤修復(fù)項(xiàng)目為例，主要涉及醫(yī)藥制造業(yè)、紡織業(yè)、冶金行業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)等[4]。

表2 污染場(chǎng)地土壤與地下水修復(fù)技術(shù)應(yīng)用案例[5][6]

實(shí)踐中，除采取某單一修復(fù)技術(shù)外，組合技術(shù)已有研究和應(yīng)用進(jìn)展，例如：

（1）熱脫附修復(fù)技術(shù)可與化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)相互組合，形成強(qiáng)化熱脫附，可顯著降低加熱能耗和氧化劑用量，從而降低成本[7]；

（2）空氣曝氣技術(shù)與生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)組合，可有效改善拖尾現(xiàn)象，縮短修復(fù)時(shí)間，風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域地下水水位較深、修復(fù)難度較大時(shí)更加實(shí)用[8]；

（3）氣相抽提技術(shù)可與熱強(qiáng)化、生物通風(fēng)、空氣噴射、雙相抽提、生物修復(fù)等原位修復(fù)技術(shù)組合，便于形成增強(qiáng)技術(shù)[9]；

（4）多相抽提技術(shù)與生物修復(fù)、原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)組合在有機(jī)污染場(chǎng)地已有研究和應(yīng)用[10][11]。

結(jié)合場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)應(yīng)用情況，通過調(diào)研分析修復(fù)技術(shù)組合與模式集成的應(yīng)用現(xiàn)狀，分別從處置方式、技術(shù)組合、治理模式三個(gè)層面，對(duì)焦化等有機(jī)污染場(chǎng)地的治理技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)分析。

2 原位/異位處置方式結(jié)合運(yùn)用

在污染場(chǎng)地治理與修復(fù)項(xiàng)目實(shí)踐中，根據(jù)場(chǎng)地污染特征、修復(fù)目標(biāo)等因素，首先需確定所采用的修復(fù)方式：原位、異位、原異結(jié)合。由于多數(shù)大型污染場(chǎng)地以異位修復(fù)技術(shù)為主，修復(fù)技術(shù)類型單一，原位修復(fù)技術(shù)應(yīng)用率低，綜合考慮成本、時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)等多因素，對(duì)原位/異位修復(fù)方式進(jìn)行比較分析。

（1）異位處置

異位處置場(chǎng)地清理和運(yùn)輸?shù)某杀尽r(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)均較高，土壤修復(fù)成本較高但時(shí)間較短，由于異地處置，修復(fù)工程初始成本較低或幾乎為零，整體成本適中，工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)小、時(shí)間短；原地異位處置清理和運(yùn)輸?shù)某杀尽r(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)均較低，土壤修復(fù)成本適中且時(shí)間短，工程初始成本和整體成本均較高，但工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)小、時(shí)間適中。

（2）原位處置

原位處置一般不需進(jìn)行清場(chǎng)或運(yùn)輸，土壤修復(fù)成本較低但時(shí)間較長(zhǎng)，雖然所需的工程初始成本較高，但整體工程成本較低，工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)較大、時(shí)間較長(zhǎng)。

修復(fù)方式比較分析結(jié)果顯示，原位修復(fù)經(jīng)濟(jì)有效，更適用于較大面積的污染土壤修復(fù)，相比傳統(tǒng)異位修復(fù)，原異結(jié)合的修復(fù)方式更易滿足場(chǎng)地水文地質(zhì)條件、實(shí)現(xiàn)污染控制和節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本等現(xiàn)實(shí)要求，且在我國污染場(chǎng)地治理中，已有異位與原位修復(fù)方式結(jié)合的應(yīng)用研究[12]。以某有機(jī)氯污染場(chǎng)地修復(fù)項(xiàng)目為例，該場(chǎng)地土壤重污染區(qū)超標(biāo)嚴(yán)重（大于100 倍），且10 m 以下的水淹土污染仍超標(biāo)，單一技術(shù)難以達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，針對(duì)不同污染深度、不同污染程度的土壤，采用原位修復(fù)技術(shù)與異位修復(fù)技術(shù)結(jié)合的方式，組合應(yīng)用了異位熱脫附技術(shù)、異位化學(xué)氧化技術(shù)、常溫解析技術(shù)和原位化學(xué)氧化技術(shù)，分別修復(fù)了中重度污染土壤和深層輕度污染土壤。此外，某煤氣化廠區(qū)治理項(xiàng)目，針對(duì)不同污染濃度的土壤及地下水，選用了不同的修復(fù)方式，不僅利用異位（直接）熱脫附修復(fù)技術(shù)、常溫解析和水泥窯協(xié)同處置等異位方式處理污染土壤，同時(shí)利用水平井等原位處置設(shè)施、設(shè)備，采用原位化學(xué)氧化工藝，對(duì)污染場(chǎng)地的土壤及地下水進(jìn)行了修復(fù)。

3 原位修復(fù)技術(shù)多項(xiàng)聯(lián)用

當(dāng)前國內(nèi)焦化場(chǎng)地修復(fù)針對(duì)苯系物和多環(huán)芳烴污染土壤和地下水多采用異位/原位熱脫附和抽出-處理等技術(shù)，單一的熱脫附或化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)在處理焦化類場(chǎng)地高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的多環(huán)芳烴污染土壤時(shí)，存在能耗高、修復(fù)目標(biāo)可達(dá)性等方面的不足，而多相抽提技術(shù)可能存在拖尾問題，生物修復(fù)技術(shù)更適于低濃度污染物治理，且周期較長(zhǎng)，總體技術(shù)應(yīng)用存在能耗高、二次污染風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)類型單一、集成度低的問題，因此，需開發(fā)、推廣適合現(xiàn)發(fā)展階段的風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)和原位集成修復(fù)技術(shù)，包括但不限于監(jiān)測(cè)自然衰減、阻隔、原位化學(xué)氧化、微生物修復(fù)等技術(shù)及其組合模式，從而降低能耗，提高效率，構(gòu)建綠色高效風(fēng)險(xiǎn)管控與修復(fù)技術(shù)集成體系。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，研究人員以北京焦化廠為例，介紹了該場(chǎng)地在修復(fù)和開發(fā)再利用過程中通過開展場(chǎng)地補(bǔ)充調(diào)查、采用多技術(shù)集成修復(fù)、加強(qiáng)二次污染防控和建立公眾參與機(jī)制等方面，開展綠色可持續(xù)修復(fù)的實(shí)踐[5]。基于課題技術(shù)研究和設(shè)備研發(fā)，京津冀及周邊地區(qū)的焦化場(chǎng)地污染治理示范工程項(xiàng)目對(duì)原位修復(fù)技術(shù)集成聯(lián)用進(jìn)行了有效探索，按照高、中、低風(fēng)險(xiǎn)類型，對(duì)示范工程主要內(nèi)容與意義進(jìn)行概括分析。

（1）太原某焦化場(chǎng)地污染治理示范工程

該項(xiàng)目針對(duì)焦化類場(chǎng)地高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的污染土壤，進(jìn)行了熱傳導(dǎo)熱脫附—水平井—化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)多項(xiàng)集成聯(lián)用，治理和修復(fù)焦化污染場(chǎng)地中的高濃度多環(huán)芳烴、苯系物等有機(jī)污染物，熱傳導(dǎo)技術(shù)與化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)的集成，顯著降低了加熱能耗和氧化劑用量，從整體降低了治理成本，具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)；該項(xiàng)目針對(duì)不同深度的污染土壤制定不同修復(fù)策略，利用熱脫附修復(fù)技術(shù)處理淺層土壤，對(duì)深層土壤則采用了風(fēng)險(xiǎn)管控措施。

（2）唐山某焦化場(chǎng)地污染治理示范工程

該項(xiàng)目進(jìn)行了原位電阻加熱熱脫附—多相抽提—固化降解修復(fù)技術(shù)集成研究與運(yùn)用，針對(duì)焦化類場(chǎng)地中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的污染土壤和地下水，對(duì)中高濃度的苯系物、低濃度多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物進(jìn)行修復(fù)治理，電阻加熱熱脫附—多相抽提—固化降解修復(fù)技術(shù)集成聯(lián)用，有利于提高整體修復(fù)效率、縮短修復(fù)時(shí)間、降低加熱能耗，功能集成應(yīng)用效果良好，具有實(shí)踐價(jià)值；該項(xiàng)目針對(duì)整場(chǎng)區(qū)包氣帶和飽和帶的污染土壤，分別采用水平阻隔和監(jiān)測(cè)自然衰減的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，并與示范區(qū)的原位集成修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合運(yùn)用。

（3）北京某焦化場(chǎng)地污染治理示范工程

該項(xiàng)目針對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)包氣帶土壤，采用原位生物強(qiáng)化阻隔技術(shù)，與其它風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的熱脫附修復(fù)技術(shù)等組合制定修復(fù)技術(shù)方案。該項(xiàng)目進(jìn)行了空氣曝氣—土壤氣相抽提—強(qiáng)化生物修復(fù)、空氣曝氣—地下水循環(huán)井—強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)的集成研究與運(yùn)用，針對(duì)滲透性良好的焦化場(chǎng)地低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，修復(fù)土壤與地下水中的中低濃度苯系物和多環(huán)芳烴污染物，其中，針對(duì)包氣帶土壤采用空氣注入—土壤氣相抽提—生物強(qiáng)化集成技術(shù)，針對(duì)飽和帶土壤和地下水則采用空氣注入—地下水循環(huán)井—生物強(qiáng)化集成技術(shù)，通過“多功能井”的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“注氣/抽提”功能（注入井和抽提井結(jié)構(gòu)相似），并實(shí)現(xiàn)注入空氣與注入微生物營養(yǎng)液的功能，其相關(guān)工藝和設(shè)備亦可集成；而地下水循環(huán)井結(jié)構(gòu)本身已集成了空氣注入、氣相抽提等功能，通過增加微生物營養(yǎng)液注入模塊，即可實(shí)現(xiàn)生物強(qiáng)化功能，原位修復(fù)技術(shù)集成縮短了修復(fù)時(shí)間，擴(kuò)大了污染物處理種類，具有推廣價(jià)值。

4 風(fēng)險(xiǎn)管控與修復(fù)模式集成應(yīng)用

在污染場(chǎng)地的治理和修復(fù)中，可能存在污染程度不一、污染物組成復(fù)雜等問題，使土壤和地下水修復(fù)困難較大，結(jié)合場(chǎng)地水文地質(zhì)特征、污染情況和用地規(guī)劃等因素，可將風(fēng)險(xiǎn)管控措施與修復(fù)技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，以達(dá)到防止污染擴(kuò)散、修復(fù)污染和安全利用的目的，其中，風(fēng)險(xiǎn)管控措施主要包括工程控制技術(shù)、自然衰減技術(shù)、制度控制技術(shù)等。

前文總結(jié)概括的焦化場(chǎng)地治理示范工程，不僅探索了多項(xiàng)原位修復(fù)技術(shù)的組合運(yùn)用，還進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)管控措施與修復(fù)技術(shù)的模式集成應(yīng)用，針對(duì)焦化污染物的管控和修復(fù)均取得了較好效果。此外，某石化企業(yè)污染治理工程也采取了有效的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，包括及時(shí)封堵污染源、修建防滲阻隔墻等，從而控制污染物在土壤與地下水中的遷移范圍，同時(shí)對(duì)部分地區(qū)污染土壤和地下水進(jìn)行修復(fù)處理[13]；某有機(jī)污染場(chǎng)地地下水超標(biāo)倍數(shù)高達(dá)5000 倍且大多面積與污染土壤重合，水土污染區(qū)存在疑似NAPL 區(qū)，修復(fù)達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較高，修復(fù)項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)污染地下水制定了修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控措施綜合使用的治理策略，通過設(shè)置止水帷幕，對(duì)水土重疊重污染區(qū)和疑似NAPL 區(qū)地下水抽出處理進(jìn)行修復(fù)后與其它區(qū)域地下水共同采取水平阻隔加垂直阻隔的管控措施。

河北某化工廠污染場(chǎng)地土壤風(fēng)險(xiǎn)主要來自六價(jià)鉻、鈷、總石油烴、苯并[a]芘等污染物，六價(jià)鉻污染深度和范圍較大，且存在復(fù)合污染；場(chǎng)地地下水超標(biāo)污染物種類多，六價(jià)鉻污染嚴(yán)重且分布較廣，但在當(dāng)前利用方式下，風(fēng)險(xiǎn)可接受；場(chǎng)地存在廢酸（鑒定為危險(xiǎn)廢物）和建渣，開挖處理風(fēng)險(xiǎn)較大，該項(xiàng)目通過優(yōu)化污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管控/修復(fù)方案，分別對(duì)廢酸和建渣、污染土壤、地下水采取了不同的風(fēng)險(xiǎn)管控/修復(fù)技術(shù)——依規(guī)對(duì)廢酸和建渣進(jìn)行處置；針對(duì)污染土壤，采用原位阻隔技術(shù)；針對(duì)地下水，采用抽出處理技術(shù)與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合的修復(fù)和管控措施，從而實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)在污染場(chǎng)地治理中的集成運(yùn)用，達(dá)到階段性場(chǎng)地治理管控目標(biāo)，同時(shí)，提出了一系列后期監(jiān)管建議和實(shí)用方案。

此外，有研究報(bào)道將國內(nèi)與國外污染場(chǎng)地修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)管控的典型技術(shù)決策支持信息進(jìn)行了對(duì)比，針對(duì)常用修復(fù)技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)處理周期和成本的比較結(jié)果表明，風(fēng)險(xiǎn)管控措施與修復(fù)技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)修復(fù)目標(biāo)、降低治理成本、保障安全利用等更具有實(shí)踐意義[14]。

結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前發(fā)展階段，強(qiáng)化原位修復(fù)方式、多項(xiàng)修復(fù)技術(shù)組合、風(fēng)險(xiǎn)管控與修復(fù)模式集成的應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)污染場(chǎng)地修復(fù)目標(biāo)、降低治理成本、保障土地再開發(fā)安全利用等均具有重要實(shí)踐意義，未來可在新型修復(fù)技術(shù)、材料、設(shè)備的研發(fā)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)制度工程控制的風(fēng)險(xiǎn)管控措施與經(jīng)濟(jì)節(jié)能的修復(fù)技術(shù)協(xié)同應(yīng)用，改善目前場(chǎng)地治理異位修復(fù)為主、管控措施應(yīng)用少、精細(xì)化不足的修復(fù)現(xiàn)狀，進(jìn)一步打造風(fēng)險(xiǎn)管控與原位修復(fù)技術(shù)組合應(yīng)用的污染場(chǎng)地治理新模式，而現(xiàn)有工程示范成果和項(xiàng)目案例經(jīng)驗(yàn)，值得場(chǎng)地修復(fù)領(lǐng)域從業(yè)人員及環(huán)境管理人員繼續(xù)深入探索、推廣應(yīng)用。