砷、銻污染場地污染調(diào)查及修復方案設計

王云麗，朱俊民，胡培良，馬 英，譚三香

（1.永清環(huán)保股份有限公司，湖南 長沙 410100；2.湖南有色環(huán)保研究院有限公司，湖南 長沙 410100）

隨著城市化進程的加快和經(jīng)濟發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構深化調(diào)整，土壤污染問題日益突出［1-2］，國家《土壤污染防治行動計劃》（即“土十條”）的發(fā)布，更使得土壤修復工程備受關注。不同污染程度的土壤，影響土地的二次開發(fā)利用，威脅生態(tài)安全和人體健康［3］，污染場地修復至關重要。許多污染場地在再開發(fā)前沒有按照政府的相關規(guī)定進行調(diào)查與治理，為保護人體健康，必須先對場地開展調(diào)查和風險評估，進而實施污染場地修復和風險管理。

本文以某砷、銻污染場地為例，介紹了該場地基本情況、修復技術篩選、小試試驗設計及土壤修復方案設計，以指導后續(xù)修復工程實施工作。

1 場地環(huán)境調(diào)查

項目依據(jù)《建設用地土壤污染狀況調(diào)查技術導則》（HJ 25.1—2019）、《建設用地土壤污染風險管控和修復監(jiān)測技術導則》（HJ 25.2—2019）等相關技術文件采取“分批布點、逐級加密、局部增點、鎖定污染”的布點原則進行布點設置，首先以80 m×80 m網(wǎng)格作為采樣單元，如存在污染超篩選值較重的區(qū)域可按40 m×40 m或20 m×20 m網(wǎng)格作為采樣單元進行加密布點，采樣深度為4.5 m，共布設139個點位，檢測417個樣品。砷、銻分別采用《水質(zhì) 汞、砷、硒、鉍和銻的測定 原子熒光法》（HJ 694—2014）和《水質(zhì)65種元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》（HJ 700—2014）進行檢測。

選擇第一類用地的篩選值砷22.2 mg／kg、銻20 mg／kg作為本場地的篩選標準，結(jié)果超標范圍較廣，砷污染超標率達18%，銻超標率達10.07%。污染深度集中于表層1.5 m以內(nèi)。統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 土壤砷、銻數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果

2 場地風險評估

項目為生態(tài)用地，主要受體為人和生態(tài)環(huán)境。基于保護區(qū)域地下水的目的，砷、銻浸出標準分別選用《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準（旱作）》（GB 5084—2005）、《地下水質(zhì)量標準》（GB／T 14848—2017）Ⅳ類水標準。土壤固化／穩(wěn)定化后砷、銻浸出目標值分別為0.1 mg／L、0.01 mg／L。污染土壤方量298 790 m3。

3 修復技術手段篩選

重金屬銻污染土壤常用的修復技術有固化／穩(wěn)定化、土壤淋洗、水泥窯、填埋等技術［4-5］。結(jié)合本場地實際情況，綜合考慮技術成熟性、時間條件、資金水平以及技術的實用范圍等，推薦采用固化／穩(wěn)定化修復技術＋原位阻隔回填技術。

固化／穩(wěn)定化修復技術不僅與修復工藝有關，還與污染物的性質(zhì)、污染土壤的類型、含水量有密切的關系。污染物含量越高、土壤黏性越小、含水量越低，其修復效果越好，反之其修復效果越差。

所需修復的土壤主要類型為粉土和黏土，土壤團聚現(xiàn)象較明顯，通過增加生石灰的方式降低含水率，提高土壤固化／穩(wěn)定化效果。另外，該技術修復時間較短、成本較低、管理方便，能夠滿足本場地在修復時間、費用、管理方面的要求。固化／穩(wěn)定化修復技術用于本場地重金屬污染土壤的修復可行。

原位阻隔覆蓋是將污染區(qū)域通過在四周建設阻隔層，并在污染區(qū)域頂部覆蓋隔離層，將污染區(qū)域完全與周圍隔離，避免污染物與人體接觸和隨地下水遷移。本項目場地條件滿足要求，可適用。

4 小試試驗設計

土壤修復工程中，藥劑配方和添加量是關鍵工藝參數(shù)，不僅直接影響處理效果，同時對項目投資有重要影響［6-7］。藥劑配方和添加量受土壤性質(zhì)（如pH）、污染物含量、以及修復目標（驗收標準）等關鍵因素影響，因此在項目實施前，必須結(jié)合項目土壤污染的特性，開展實驗室小試試驗，確認藥劑的配方以及添加量，同時驗證該技術的有效性，其試驗結(jié)果是工藝參數(shù)確定的主要依據(jù)。本設計為確定穩(wěn)定化修復過程中的藥劑添加比例及成本預算，試驗人員參考場調(diào)數(shù)據(jù)采集土壤樣品并開展試驗。

4.1 試驗步驟

設定砷、銻浸出超標的總量邊界條件砷≥200 mg／kg或銻≥1 000 mg／kg。結(jié)合場地調(diào)查數(shù)據(jù)，采集砷≥200 mg／kg或銻≥1 000 mg／kg污染土壤R1和砷＜200 mg／kg且銻＜1 000 mg／kg的低浸出風險污染土壤R2有代表性的兩種樣品用于效果驗證。

稱取污染土壤樣品各200 g，按照土壤質(zhì)量比添加穩(wěn)定化藥劑，并與樣品混勻，通過攪拌器機震蕩后添加相應質(zhì)量的水，靜置養(yǎng)護1～2 d。

浸出方法采用《固體廢物浸出毒性浸出方法-水平振蕩法》（HJ 557—2010）方法進行，每個處理設置不小于2個平行，結(jié)果以平均值體現(xiàn)。

——我要求你們跑四圈，既然你們跑了六圈，這樣吧，我實行多退少補政策，聽口令，全體立正！向后轉(zhuǎn)，反方向繞操場再跑兩圈！

基于保護區(qū)域地下水的目的，浸出標準選用《地下水質(zhì)量標準》（GB／T 14848—2017）Ⅳ類水標準。

4.2 試驗設計及結(jié)果

針對砷／銻類污染土壤，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，R1污染土壤樣品按照土壤質(zhì)量比分別添加1.5%、2.0%、2.5%的穩(wěn)定劑A，R2污染土壤添加0.5%、1.0%的穩(wěn)定化藥劑D。試驗設置平行樣，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均數(shù)體現(xiàn)。具體見表2，A代表粉末離子礦化穩(wěn)定劑，D代表廣譜性重金屬礦化穩(wěn)定化藥劑。

表2 砷／銻類金屬污染類穩(wěn)定化試驗結(jié)果

從表2可知，添加1.5%、2.0%和2.5%的穩(wěn)定劑A對砷的穩(wěn)定化率大于91%，且砷浸出濃度均低于修復目標值0.1 mg／L；對銻的穩(wěn)定化率為58.7%、95.6%、96%，添加2%穩(wěn)定劑A的土壤銻浸出濃度低于修復目標值0.01 mg／kg，添加0.5%、1.0%的穩(wěn)定化藥劑D，都能適當降低污染土壤中重金屬砷、銻浸出濃度低于修復目標值。

4.3 試驗結(jié)論

對于砷≥200 mg／kg或銻≥1 000 mg／kg的污染土壤，建議添加2%的穩(wěn)定劑A。

對于砷＜200 mg／kg且銻＜1 000 mg／kg低浸出污染風險土壤，建議添加0.5%的穩(wěn)定化藥劑D，降低浸出濃度，避免浸出超標。

5 修復方案設計

本工程固化穩(wěn)定化處理污染土壤298 790 m3。挖掘后運送至固化穩(wěn)定化治理車間，經(jīng)處理達標后的污染土壤進行阻隔回填。

5.1 設計原則

本工程整體治理路線的設計，是根據(jù)本工程相關技術要求，并充分考慮本場地污染特征、工程重難點、規(guī)劃相符性等，以實現(xiàn)修復質(zhì)量和滿足工期為主要目標。采用穩(wěn)定化后原地阻隔回填的處置方式。并遵循以下原則：（1）技術設備成熟可靠；（2）修復效果達標；（3）修復時間合理；（4）施工工藝對周邊環(huán)境的不良影響小；（5）費用經(jīng)濟合理。

5.2 修復工藝設計

本工程由預處理設備和土壤修復一體化設備對污染土壤進行破碎、篩分及化學氧化處理，本項目的工藝流程設計如圖1所示。

圖1 工藝流程設計圖

1.處理準備工作。為了提高污染土壤的處理效率，減少污染向周邊擴散的機率，所有進入穩(wěn)定化治理車間的污染土壤，直接由運輸車輛送入暫存區(qū)。為了減少轉(zhuǎn)運距離，將暫存區(qū)設置在穩(wěn)定化治理車間里。暫存區(qū)最多只暫存兩天處理量的污染土壤。

2.預處理與穩(wěn)定化處理。預處理設備對污染土壤進行篩分、破碎作業(yè)，確保進入混合反應工序的污染土壤粒徑小而均勻，為穩(wěn)定化處理過程創(chuàng)造條件。根據(jù)試驗要求，穩(wěn)定化處理污染土壤含水率一般控制20%～40%，粒徑小于30 mm，藥劑與污染土壤攪拌能達到最佳效果。本工程異位穩(wěn)定化處理污染土壤80 194.10 m3，ALLU設備處理能力調(diào)整為50～100 m3／h。根據(jù)工程量及工期安排，每日修復5 000 m3的污染土壤，需處理16 h／d。因此，本工程穩(wěn)定化治理車間需要配備6臺ALLU設備。

3.處理后養(yǎng)護。穩(wěn)定化處理后的土壤，由裝載機轉(zhuǎn)運至養(yǎng)護區(qū)進行堆放養(yǎng)護，按照批次依次堆置成長條土垛，采用薄膜對養(yǎng)護土壤進行覆蓋，養(yǎng)護1～2 d時間，養(yǎng)護期間保證養(yǎng)護土壤中的含水率控制在20%～40%，保證穩(wěn)定化反應的效果。

4.檢測達標后處置。養(yǎng)護至設計周期后的污染土壤進行取樣檢測分析，按照每500 m3不少于1個樣品。同時，需要送至具有相關檢測資質(zhì)的第三方檢測機構進行分析檢測，達到規(guī)定的修復目標值后方可阻隔回填；未達標的土壤需要繼續(xù)進行加藥處理，直至檢測達標。

5.阻隔回填工程設計。考慮到本工程需阻隔回填的土壤方量較大，為減少清挖及運輸過程中對場外環(huán)境造成二次污染。因此，選擇在污染場地北側(cè)修建回填場，場地內(nèi)挖掘出的清潔土作為本工程覆蓋用土。阻隔回填區(qū)域面積為6 000 m2，可填埋容量為300 000 m3，可滿足污染土壤填埋量。

阻隔回填場地參照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB 18599—2001）及相關標準要求，阻隔回填區(qū)需滿足以下要求：（1）場地底部土壤最好為優(yōu)質(zhì)黏土、隔水性能好、透水系數(shù)小，對于滲透系數(shù)大的填埋場地可以考慮采用人工阻隔的方式；（2）場地內(nèi)不得有較大的巖隙裂縫或者有泉涌／泉眼；（3）場地范圍內(nèi)的樹木、雜草、腐殖土、石塊等應全部清除；（4）平整后場地構建面應平整、堅實、無裂縫、無松土；（5）平整后場地表面無積水、場地底部高于地下水位1 m以上；（6）坡面穩(wěn)定，過渡平緩，壓路機碾壓后，輪跡深度不得超過5 mm。

5.3 關鍵技術參數(shù)

根據(jù)試驗結(jié)果和修復路線，化學氧化技術關鍵參數(shù)見表3。

表3 固化穩(wěn)定化技術關鍵參數(shù)一覽表

5.4 工藝設施配置

污染土壤異位固化穩(wěn)定化處理中，本工程擬投入的主要工藝實施配置，見表4。

6 結(jié)論與建議

1.項目場地環(huán)境調(diào)查、風險評估等工作成果可以得出：本場地重金屬砷銻超標范圍較廣，砷超標率達18%，銻超標率達10.7%，污染深度集中于表層1.5 m以內(nèi)，污染土壤方量298 790 m3。

2.從技術、經(jīng)濟、環(huán)境安全以及項目需求等多角度比選，原地異位固化穩(wěn)定化修復技術，對于砷≥200 mg／kg或銻≥1 000 mg／kg的污染土壤和砷＜200 mg／kg且銻＜1 000 mg／kg分別添加2%的穩(wěn)定劑A和0.5%的穩(wěn)定劑D，能達到修復目標要求。3.本項目采用原地異位固化穩(wěn)定化修復技術＋阻隔回填對砷、銻重金屬污染土壤進行處理，為此類污染土壤修復方案提供參考；而實際中工程中由于各地區(qū)土質(zhì)存在較大差異，因此具體修復方案的設計還需要結(jié)合當?shù)氐耐临|(zhì)特征做進一步的調(diào)整。