湖南某冶煉企業(yè)遺留場地綜合治理工程實例及總結

孫紅松

（湖南湘江新區(qū)管理委員會，湖南 長沙 410000）

隨著中國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉型，以及“退城進園、退二進三、退市進郊”等一系列管理政策的發(fā)布，出現(xiàn)了大量的污染場地[1-3]。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國受重金屬污染土地達2000萬hm2，其中嚴重污染土地超過70萬hm2。引起重金屬污染的原因很多，其中有色金屬采選冶造成的污染尤為嚴重[4-5]。

湖南某鎮(zhèn)曾是化工冶煉生產(chǎn)集中區(qū)，近年來當?shù)卣畬^(qū)域冶煉化工企業(yè)實施并完成了整體退出。該區(qū)域內某冶煉化工企業(yè)曾進行氧化鋅、立德粉等產(chǎn)品的生產(chǎn)，退出后，場地內遺留有較多的冶煉廢渣，土壤存在較為嚴重的重金屬污染，場內積水重金屬超標。同時，該場地位于某江附近，距江岸約100m，位于城市飲用水水源地上游，屬于環(huán)境敏感區(qū)。因此，為消除環(huán)境安全隱患、改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，地方政府投資約6500萬元，對場地進行綜合治理。

1 工程概況

1.1 場地污染狀況

遺留場地總面積約20hm2，前期對場地進行了詳細的污染調查，總共設置取樣點位249個，取樣深度為0～10m，最終確定污染面積約21300m2，最大污染深度為6m。污染物包括重金屬污染土壤、含重金屬廢渣及地表水。土壤污染方量約4.1萬m3，遺留廢渣9000m3，重金屬污染廢水1400m3。其典型監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1～表4所示。

1.2 綜合治理目標

治理目標參考湖南省地方標準《重金屬污染場地土壤修復標準》（DB43/T 1165—2016）要求，清運目標參考項目的風險評估確定的目標值。污染土壤經(jīng)修復后，污染土壤參考《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》（HJ 557—2009）制備浸出液，要求浸出液中重金屬濃度低于《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類水質要求。修復標準級界面清理目標如表5、表6所示。

場地修復完成后，對場地表層覆蓋50cm凈土進行阻隔，凈土中重金屬含量標準如表7所示。

重金屬廢水經(jīng)處理后，要求治理后水體中重金屬濃度達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類水質要求，標準如表8所示。底部沉積物處理目標與污染土壤目標一致。

表1 典型的污染土壤中重金屬含量情況 單位：mg/kg

表2 典型污染土壤中重金屬浸出濃度情況（HJ 557—2009） 單位：mg/L

表3 場內典型的重金屬廢水水質情況 單位：mg/L

表4 場內典型的遺留廢渣重金屬含量情況 單位：mg/kg

表5 污染因子修復目標值 單位：mg/L

1.3 項目治理技術路線

場地規(guī)劃為景觀綠化用地，在綜合考慮場地的污染狀況和修復目標后，結合經(jīng)濟、技術情況，確定項目的治理工期為1年，就污染土壤、遺留廢渣及污染水體分別進行治理。

表6 界面清理目標值 單位：mg/kg

表7 凈土回填質量重金屬含量標準 單位：mg/kg

表8 重金屬廢水處理標準 單位：mg/L

項目治理前，系統(tǒng)對場內污染物進行調查及分析，然后綜合運輸、安全、水電設施等情況，劃分作業(yè)單元，針對各作業(yè)單元內的不同污染物類別分別開展治理。該項目場內遺留廢渣鋅含量較高，具有一定的綜合利用價值，參考類似處置經(jīng)驗及經(jīng)試生產(chǎn)確定可行后，確定采用回轉窯回收次氧化鋅系統(tǒng)對此廢渣進行綜合利用，可實現(xiàn)資源化、無害化的治理目標[6]。該項目緊靠某江，位于周邊飲用水水源地的上游，為進一步降低環(huán)境風險，土壤經(jīng)修復后將進入阻隔堆存場集中填埋，采用HDPE防滲材料可使其與周邊環(huán)境較好隔離[7]。場內重金屬廢水不得外排，經(jīng)深度處理后回用至修復生產(chǎn)線。治理技術路線如圖1所示。

圖1 項目治理技術路線圖

2 工程實施

2.1 污染土壤修復

該項目為鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）、鋅（Zn）復合污染土壤，土壤中As和Cd、Pb、Zn的化學行為截然不同，單一穩(wěn)定劑難以實現(xiàn)Cd、Pb、Zn、As協(xié)同穩(wěn)定化，同時As（Ⅲ）的遷移性更強、穩(wěn)定化固化難度更大[8]。項目采用了湖南省內某環(huán)保企業(yè)生產(chǎn)的修復藥劑，該企業(yè)的修復技術獲得中國有色金屬工業(yè)科學技術獎一等獎，修復效果在大量場地修復工程中得到驗證。其通過將硫基、鐵基與鈣基工業(yè)固廢經(jīng)雙層改性處理，制備得到富含多功能團的新型高比表面積重金屬穩(wěn)定劑，經(jīng)絡合和共沉淀作用降低其環(huán)境活性；通過高鐵離子與類金屬As（Ⅲ）離子發(fā)生氧化反應，將活性較強的類金屬三價砷氧化成低活性五價砷，并與鐵離子和鈣離子形成穩(wěn)定的鈣、鐵和砷的螯合物沉淀，從而實現(xiàn)多種重金屬離子同步穩(wěn)定化。項目大規(guī)模修復前開展了小試及中試。

（1）穩(wěn)定化固化修復場設置。為便于土壤開挖、修復及轉運，在場地內中部位置選擇一空地作為穩(wěn)定化固化場。需修復土壤方量較多，修復場設置養(yǎng)護、修復兩個區(qū)域，交替使用。養(yǎng)護區(qū)、修復區(qū)采用200mm水泥硬化，底部防滲層為1.0mm厚HDPE防滲膜。修復場內設置臨時板房、洗車平臺、儲水池等設施，周邊建設截排水溝，導排降水。修復場處理能力為500m3/d，總面積為4000m2，其中養(yǎng)護區(qū)和修復區(qū)面積為2800m2。

（2）異位穩(wěn)定化固化。土壤異位穩(wěn)定化固化設備采用破碎篩分設備，首先進行預處理，破碎、篩分土壤，將石塊、建筑垃圾、樹根等雜物剔除，再根據(jù)小試、中試確定的藥劑投加比加入藥劑篩分、攪拌，修復后灑水保持適當濕度進行養(yǎng)護，覆蓋防水氈布，養(yǎng)護期結束后進行采樣自檢，自檢合格后報第三方檢測及驗收。對自檢或第三方檢測不合格土壤進行二次修復，直至達標。

結合項目污染情況，同時借鑒國內類似的項目經(jīng)驗，確定異位穩(wěn)定化固化的主要參數(shù)如下：破碎土壤粒徑不大于2cm，土壤破碎、篩分、拌合次數(shù)不少于2次；藥劑投加分批加入，固化劑、穩(wěn)定劑投加量為5%（質量比）；土壤養(yǎng)護含水率控制在60%～80%，養(yǎng)護時間為36～72h；土壤密度約為1.5t/m3。異位穩(wěn)定化固化總方量為4.1萬m3，修復后增容系數(shù)約為1.2。

2.2 阻隔堆存場建設

阻隔堆存場參照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB 18599—2001）建設，采用水平防滲結構，防滲材料使用1.5mm厚HDPE防滲膜，防滲系數(shù)小于1.0-10cm/s。阻隔堆存場的建設，結合了場地規(guī)劃及景觀造景需求，封場后作為假山公園及停車坪。

底部及邊坡防滲結構自下而上分別為壓實基礎層、無紡土工布（600g/m2）、HDPE防滲膜、無紡土工布（600g/m2）保護層。底部建設有地下水導排層。

封場的防滲結構自下而上分別為GCL膨潤土墊（6.3mm）、HDPE防滲膜、600g/m2無紡土工布保護層。頂部鋪設了復核排水網(wǎng)格，以導排滲水。

阻隔堆存場總占地面積6500m2，最大堆存高度16.3m，修復土壤方量約4.1萬m3，綜合考慮開挖松散及藥劑添加量導致的增容系數(shù)1.2，建設總庫容5萬m3。阻隔堆存有效阻止修復后土壤與周邊環(huán)境的水利聯(lián)系，實現(xiàn)對污染物長效的控制，適合本項目對修復效果要求高、環(huán)境敏感度高的區(qū)域。

2.3 遺留廢渣處置

該項目中遺留廢渣中鋅平均含量約3%，具有一定的綜合利用價值。為驗證綜合利用的可行性，項目建設前期開展了工業(yè)化試驗，將廢渣、煤粉按一定比例混合均勻，同生產(chǎn)原料混合進入回轉窯進行綜合利用。試驗結論表明廢渣綜合利用符合本項目要求。

確定生產(chǎn)期間混合料百分配比為廢渣∶煤=2∶1，發(fā)熱值不低于1800大卡/kg。混合料經(jīng)上料皮帶送至回轉窯中。隨著回轉窯轉動，物料向前運動，經(jīng)干燥、預熱，進入高溫反應區(qū)，Zn、Pb元素被還原再氧化，以塵狀隨煙氣進入冷卻收塵系統(tǒng)，在表面冷卻器段捕集得到管道灰，在布袋收塵器段得到布袋灰產(chǎn)品；渣由窯頭排出，進入水淬池。為了強化爐料的還原反應，從窯頭輔以高壓風量，以撬動爐渣，加速反應，降低渣含鋅，提高煙化回收率，爐內的爐氣最高溫度可達1200℃。

該項目廢渣鋅以鐵酸鋅（ZnO·Fe2O3）、硫化鋅（ZnS）、硫酸鋅（ZnSO4）、氧化鋅（ZnO）及硅酸鋅（ZnO·SiO2）等形式存在，鋅可在回轉窯內高溫氧化還原為次氧化鋅，從渣中分離出來成次氧化鋅煙塵進入布袋除塵器收集[9]。鉛在渣中大部分以PbSO4形式存在，硫酸鉛在窯內被還原成硫化鉛，氧化鉛被還原成硫酸鉛，氧化鉛和硫化鉛也可能進行相互反應形成金屬鉛。反應所得的金屬鉛液進入冰銅內或料層的下部收集。渣中的鎘、砷易揮發(fā)進入氧化鋅煙塵中，從而使稀散金屬得到富集[10]。原廢渣經(jīng)過回轉窯焙燒后產(chǎn)生的回轉窯渣浸出毒性低于《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）規(guī)定的相關值，屬于一般固廢。

2.4 重金屬廢水治理

因該工程廢水治理量不大，廢水主要污染物為鉛、鋅、鎘等重金屬，項目建設期間采用重金屬廢水處理一體化設備進行處理，處理規(guī)模為10m3/h，設備采用湖南省內某環(huán)保企業(yè)裝備及技術，處理達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）中IV類標準后回用至場內用作養(yǎng)護用水。

3 監(jiān)測及治理效果

3.1 污染場地治理修復監(jiān)測

（1）污染土壤清挖效果監(jiān)測。對完成污染土壤清挖后界面的監(jiān)測，包括界面的四周側面和底部。根據(jù)地塊大小和污染的強度，應將四周的側面等分成段，每段最大長度不應超過40m，在每段均勻采集9個表層土壤樣品制成混合樣（測定揮發(fā)性有機物項目的樣品除外）；將底部均分成塊，單塊的最大面積不應超過400m2，在每個地塊中均勻分布地采集9個表層土壤樣品制成混合樣，監(jiān)測指標為鉛、鎘、鋅、砷。如監(jiān)測結果仍超過相應的清理目標值，應根據(jù)監(jiān)測結果確定二次清理的邊界和界面，二次清理后再次進行監(jiān)測，直至清理達到標準。

（2）污染土壤治理修復的監(jiān)測。對于采用異位穩(wěn)定化/固化處理的土壤和底泥，每處理500m3隨機取1個樣品進行監(jiān)測。如監(jiān)測結果仍超過治理目標值，應根據(jù)監(jiān)測結果對未達標的部分進行再次治理，直至治理達標。

（3）工程驗收監(jiān)測過程中，若發(fā)現(xiàn)未達到治理目標的區(qū)塊，需要在二次治理修復后再次進行驗收監(jiān)測。

（4）水體監(jiān)測取樣口設置在移動式污水處理設備排放口，每天取樣監(jiān)測1次。

3.2 土壤修復效果

該項目異位穩(wěn)定化處理土壤量為4.1萬m3。根據(jù)布點原則及結合現(xiàn)場實際情況修復批次共96批次，共采樣96個。異位治理土壤中鉛、鎘、砷、鋅重金屬中性浸出液濃度達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ級別標準，滿足修復目標。代表檢測數(shù)據(jù)如表9所示。

表9 修復后浸出液檢測結果 單位：mg/L

所采樣品均先進行自檢，自檢合格后由有檢測資質的第三方檢測機構進行現(xiàn)場取樣及實驗室分析檢測。其中有5個批次為自檢合格后，第三方檢測出現(xiàn)超標現(xiàn)象，進行了二次修復后檢測合格。檢測結果表明，經(jīng)固化穩(wěn)定化技術修復后的污染土壤目標污染物浸出濃度值均達到修復目標要求，修復效果良好。

3.3 凈土回填

場地污染土壤修復完成及驗收合格后，對整個場地進行凈土回填，結合后期造景的需求進行填方，要求填土厚度不少于50cm。阻隔堆存場區(qū)域結合假山等地勢要求進行回填。本場地回填土壤來自項目所在行政區(qū)域內的開發(fā)所產(chǎn)生的挖方，所填土壤進場前先開展監(jiān)測，確保進場土壤滿足本項目風險評估要求。

3.4 重金屬廢水處理

在一體化廢水處理設備排放口，每天取樣監(jiān)測1次，檢測指標為Pb、Cd、As、Zn。同時，所有水體進入儲水池留存，用作場內修復后土壤養(yǎng)護用水。

4 結束語

該項目通過前期污染調查，確定了污染物類別和修復工程量。對場地內重金屬污染土壤采用異位穩(wěn)定化固化、阻隔填埋方式進行處理，遺留廢渣進行綜合回收利用，廢水深度處理后回用至生產(chǎn)線，并對原場地采用凈土進行阻隔及生態(tài)恢復。項目治理包括清運目標和浸出毒性目標。通過第三方機構采樣分析，所有樣品達到驗收標準。該項目采用的修復方式經(jīng)濟環(huán)保，取得了良好的環(huán)境效益，具有較好的推廣應用價值，為同類別冶煉污染場地的綜合治理提供了借鑒和參考。