重金屬污染場地固化穩定化修復工程案例

袁芳沁

（中鋁環保節能科技（湖南）有限公司，湖南 長沙 410019）

過去幾十年，我國工業、農業快速發展，但同時由于我國產業結構不合理、管理粗放、環保措施不健全等因素，使得大量礦冶、制造、化工等工業企業污水違規排放，工業廢渣隨意堆放，廢氣無組織或不達標排放，直接或間接造成了土壤重金屬污染。我國首次全國土壤污染狀況調查表明，土壤中鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬污染尤為嚴重［1－2］。重金屬污染具有范圍廣、時間長、隱蔽性強、不可生物降解、易在生物體內累積等特點［3－4］。

固化／穩定化是通過形成晶格結構或化學鍵，將有害物捕獲或者固定在固體結構中，從而降低有害組分的移動性或浸出性。其中，固化是將廢物中的有害成分用惰性材料加以束縛的過程，而穩定化是將廢物的有害成分進行化學改性或將其導入某種穩定的晶格結構中的過程［5］。與其他修復技術相比，固化／穩定技術有著成本相對較低、施工方便、處理后的地基土強度高以及對生物降解有良好阻礙的優點，被廣泛地應用于污染場地及固體廢棄物填埋處理中，美國EPA曾將其列為有毒有害廢物的最佳處理技術［6］，而且已經有180個超級基金項目涉及污染土壤的固化／穩定化研究［7］。

通過以湖南某土壤重金屬污染地塊為案例，介紹了受重金屬As、Cd、Ni、Cr和Hg污染土壤的異位固化／穩定化修復工藝以及達到的治理效果，從而為國內類似污染地塊修復提供借鑒。

1 地塊簡介

項目內容為某約20504m2工程紅線范圍內受重金屬污染的土壤進行修復治理，存在重金屬污染主要為As、Cd、Ni、Cr和Hg等，為降低污染物對人體健康及生態環境的風險，項目區域范圍內需要清理修復的污染土壤總面積約20504m2，農田污染土壤清理的面積為13381m2，深度為0.2～1m之間，修復土方量為10112.6m3；廢渣堆放區域清理的面積為7123m2，深度為0.5～7m之間，表層廢渣修復方量為16226m3，污染土壤修復方量為32453m3；總修復土壤量為58791.6m3；作為危險廢物處置的砷超標土壤面積為278m2，土方量為556m3。

2 土壤重金屬污染物篩選值

根據湖南《重金屬污染場地土壤修復標準》（DB 43／T1165—2016）的居住用地標準［8］、《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準》（試行）（GB 36600—2018）［9］、《場地土壤環境風險評價篩選值》（北京市DB11／T811—2011）［10］規定，清挖后基坑土壤清理目標見表1。

表1 土壤重金屬污染物的篩選值

清挖出的污染土壤及廢渣進入填埋場進行安全填埋。固化穩定化修復后的土壤按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 翻轉法》（GB5086.1—1997）進行浸出液檢測［11］，浸出液濃度達到進場填埋濃度要求后，可進行安全填埋，固化穩定化浸出液控制值見表2。

表2 固化穩定化浸出液控制值

3 修復工藝技術路線

本項目修復的主體工藝設計采用穩定化處理技術。即首先根據土壤污染數據，將污染土壤區域進行定位放線，劃分出需要開挖的土壤區域和深度，然后將土壤開挖運輸至土壤修復治理中心進行處理，屬于危險廢物的污染土壤委外處置，修復治理達標后的廢渣及土壤運送至填埋場進行安全填埋。

依據項目總體設計，并結合項目現場實際情況，本土壤修復項目的實施包含幾個主要部分：（1）污染土壤區域的定位與清理；（2）穩定化治理；（3）鑒定為危險廢物的土壤的安全處置；（4）修復后土壤的監測及填埋。

修復工藝技術路線如圖1所示。

圖1 修復工藝技術路線

4 工程實施過程

4.1 污染土壤區域的定位與清理

土壤清理工藝流程：資料分析→現場勘察→確定開挖區域及開挖深度→開挖區域劃線定位→開挖施工準備→開挖清理→運輸→修復治理中心。

本項目采用挖掘機開挖，自卸車封閉式運輸，土壤清理施工的重點是開挖區域的定位及檢測，以保證污染土壤清理的徹底性。

根據污染土壤檢測結果，對污染土壤區域進行定位劃線，確定開挖面積和深度，施工時以場地調查報告以及施工圖上標注的準確控制點坐標值，建立閉全導線虛擬控制網，再根據施工控制網測設污染土壤分布各拐點坐標。并根據高程基準點實時監控開挖深度直至開挖達到設計要求。

工程開挖前，需計算好土壤清理區域現場機械配置數量、土壤修復治理中心機械用量、土壤治理后運輸機械配置數量，并現場配置推土機、挖掘機等輔助設備。

根據場地調查所確定不同地層滲透系數和含水量，選擇合適的降水方式。同時，在場地內設置臨時廢水收集池和廢水處理裝置。

在土壤清理過程中注意保護好邊坡的安全穩固，開挖4m以內區域在施工過程中按照1∶1的比例進行放坡及夯實處理，4m以下未放坡處開挖采用鋼板樁支護，結合場地地層結構特性，可適當調整放坡比例，以避免雨水沖刷導致基坑側面滑坡、水土流失。

土壤開挖工程量見表3。

表3 土壤開挖工程量

4.2 污染土壤、廢渣及危險廢物處理

4.2.1 處理車間設置

土壤修復主廠房：包含土壤暫存區、修復治理區、養護區、土壤轉運通道及設備通道等，土壤治理的全過程均在主廠房內進行，土壤治理合格后方可運至填埋場填埋。

項目設計的土壤暫存區，設計平均堆體高度為1.5～2m，設計長×寬為21m×15m。

土壤修復治理區域分為三個部分：預處理區、土壤修復設備工作區、藥劑投加區。土壤修復治理區域的總面積為294m2，設計長×寬為21m×14m。

養護區土壤存量為500～1000m3，設計平均堆體高度為2m，土壤養護區所需面積為493.5m2，設計長×寬為21m×23.5m。

4.2.2 廢渣及土壤處理施工

1.穩定化處理施工：本項目土壤采用異位治理模式，清挖后進行重金屬穩定技術，治理工藝如圖2所示。

圖2 固化穩定化工藝技術路線

2.固化穩定化藥劑選擇：在重金屬污染土壤的穩定化治理工程中，選擇穩定化藥劑配方和添加量需考慮以下影響因子：土壤性質（如pH、顆粒組成、土壤黏性等）、污染物含量、以及處理效果（驗收標準）等。同時，還需考慮項目的投資因素，確保藥劑有效且添加量經濟可行。因此，需結合項目土壤污染的特性，開展實驗室小試試驗及現場中試試驗，最終確認穩定化藥劑的配方以及添加量，同時也從實際出發驗證該技術的有效性。

3.治理后廢渣及土壤的安全填埋：土壤修復治理合格后，其浸出液達到一般Ⅰ類固體廢物進入填埋場的浸出標準要求，將其運至填埋場進行安全填埋，填埋工藝流程如圖3所示。（1）場內運輸：土壤運輸車輛經進場道路進入填埋場內，經門衛后直接進填埋區卸料。填埋攔截壩標高以下的作業區域時，運輸車輛經臨時作業道路至庫區底部，臨時作業道路隨著填埋堆體的堆高，重新調整布置臨時作業道路；（2）攤鋪壓實：攤鋪及壓實作業可以由推土機單獨整場，也可增加壓實機對堆體進一步壓實。采用推土機將修復后的污染土壤及廢渣攤鋪一定厚度，采用壓實機把松散廢渣逐層壓實，每層攤鋪厚度為0.4～0.6m，碾壓過程壓實系數應≥0.92；（3）填埋作業方式及設備：采用“填坑法”作業自上而下進行，設備采用推土機，填埋主要設備包括1臺JCB挖掘裝載機（3CX）和1臺BW219DH～4單鋼壓碾機；（4）填埋作業實行分區填埋，將修復后的土壤及廢渣進行分區填埋，按入場填埋場的統一調度，進入不同填埋區指定作業點卸載，然后通過機械依次進行分層攤鋪、壓實作業。

圖3 填埋工藝流程圖

4.2.3 危險廢物處置

1.臨時堆存：根據處置廢物的特性及相關標準要求設置安全臨時應急堆存區。對于危險廢物臨時堆存區不但要滿足一般建筑物的構造要求，還要滿足危險廢物臨時堆存的特殊要求：防風、防雨、防曬和防滲。在堆土附近設置臨時堆存區，采用C30混凝土進行地面硬化防滲處理，硬化厚度0.3m，鋪設600g／m2土工布一層，2mm厚HDPE膜一層，防止危險廢物中的水分下滲造成二次污染。堆存區場地上架設簡易彩鋼防雨棚，構筑物面積100m2，長20 m，寬5m，高2.8m，堆存廢渣采用薄膜進行覆蓋。

2.運輸及安全處置：分批監測過程中一旦確定屬于危險廢物的土壤，應立即從堆場運出。危險廢物在運輸過程中有一定的風險，車輛運輸中必須執行《危險廢物轉移聯單管理辦法》的要求。對于本項目檢測出來的危險廢物，運至具有專業資質的危廢處理中心進行安全處置，運距約為160km，處置單位應根據《危險廢廢物處置工程技術導則》［12］，制定嚴格的操作規程和管理制度，并按照危險廢物轉移聯單的有關規定，保管需要存檔的轉移聯單。

4.2.4 清挖基坑回填

該污染場地修復后將用于公園綠地，因此，污染場地土壤開挖后的基坑，將外運新土進行回填。

5 修復工程環境監測方案

為了給項目實施提供有效依據、保證項目實施的有效性、控制項目施工環境質量，且防止環境二次污染事故，實施項目環境監測方案。主要監測內容是土壤中重金屬含量及浸出液重金屬濃度的監測。主要包括以下內容：

1.土壤清理區域基坑側壁及底部的土壤重金屬含量監測：判斷土壤開挖清理后，其他部分土壤是否達到了清理目標值要求，作為場地調查報告的現場補充監測，以指導污染土壤開挖面積和工程量，避免超挖或者少挖。

2.暫存區土壤重金屬含量監測：判斷該批次土壤的重金屬含量特征及總量范圍，判斷是否需要調整藥劑配方或添加量，作為土壤修復治理效果的保證以及控制藥劑成本的依據。

3.治理后土壤浸出液重金屬濃度監測：判斷該批次土壤的穩定化處理效果是否達到了治理目標要求，是作為土壤修復治理效果驗收的重要依據。

4.填埋場土壤及地下水環境監測：為評價污染區域的長期修復效果，保證生物體直接或間接接觸修復后場地的安全性，需對修復場地進行長期監測。依據修復后土壤的填埋區安排及場地的用地規劃，在修復后土壤填埋區及場地的其他區域布設適當的監測點位，對場地的土壤及廢水進行長期監測。

6 修復效果

工程實施后清挖基坑土壤達到設計修復目標值，即基坑土壤濃度符合標準要求Pb≤280mg／kg，Cr≤400mg／kg，Cd≤7mg／kg，As≤50mg／kg，Hg≤4mg／kg，Ni≤80mg／kg，Cu≤300mg／kg，Mn≤2000 mg／kg，達到修復目標要求。

固化穩定化修復后，按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 翻轉法》（GB5086.1—1997）制備土壤浸出液，浸出濃度達到一般Ⅰ類固體廢物填埋進場浸出標準：Pb＜1.0mg／L，Cr（Ⅵ）＜0.5mg／L，Cr＜1.5 mg／L，As＜0.5 mg／L，Cd＜0.1 mg／L，Ni＜1.0 mg／L，Hg＜0.05mg／L，即《污水綜合排放標準》［13］第一類污染物標準達到修復目標要求。

7 結 論

工程根據場地污染狀況和修復目標采用異位固化／穩定化工藝對重金屬污染土壤進行了處理，后轉入填埋場填埋。土壤經清挖后基坑達到清理目標，固化／穩定化后的土壤重金屬浸出濃度均達到了修復目標值，并實現安全填埋。工程實踐證明，固化／穩定化處理技術能有效降低土壤中重金屬的浸出濃度。該技術處理具有處理效率高、工藝簡單、成本低廉、效果良好的優勢，值得推廣使用，對今后類似工程實施具有借鑒意義。