番禺新造鎮某地塊土壤修復試驗研究

洪小峰

摘 ?要：該文對番禺新造鎮某土壤修復工程項目的修復技術篩選和工藝參數設置進行了闡述。通過對砷污染土壤常用修復技術進行分析比較，篩選出適用于該項目場地的修復技術為“固化/穩定化技術+原址阻隔填埋技術”，最后進行技術可行性、場地適應性、經濟可行性論證，并由試驗研究得出該項目的固化/穩定化處置工藝參數。

關鍵詞：土壤修復;試驗研究;工藝參數

中圖分類號：X825 ? ? ? 文獻標志碼：A

0 概論

番禺新造鎮某土壤修復工程項目（下文均簡稱“該項目”）地塊位于廣州市番禺區新造鎮景秀路85號，占地面積184 119.1 m2。地塊土壤污染類型主要為砷污染，污染土壤總方量為7 837m3。

由于廣州區域土壤以赤紅壤為主，因此將《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準》（GB36600—2018）赤紅壤砷的背景值60 mg/kg作為該項目污染土壤建議修復目標值。

根據地塊污染狀況調查與風險評估結果，土壤修復施工前需首先確定地塊修復模式和修復技術，明確修復技術工藝參數，最后確定整個地塊的修復施工方案。

土壤修復技術篩選及工藝參數設置是土壤修復實施方案的重要內容，該文將以該項目為例，重點介紹如何進行修復技術篩選及工藝參數設置。

1 修復技術篩選與可行性分析

1.1 修復技術篩選

針對砷（類重金屬）污染土壤，從重金屬治理原理上可分為2類，一類是以降低土壤中重金屬總量為目標，另一類是以降低土壤中重金屬活性為目標;從污染土壤處理時所處的位置可以分為原位修復和異位修復。

砷污染土壤的7種常用修復技術包括水泥窯焚燒處置、固化/穩定化、土壤淋洗、植物修復、電動力學修復、玻璃化法和阻隔填埋。下面主要從技術成熟性、修復時間、資金水平、適用性和局限性等角度進行對比分析，見表1。

除表1中的因素外，土壤修復技術的確定還與污染物特性、場地水文地質條件等有關，多種因素不同程度地影響了修復技術的選擇。

1.1.1 污染物特性

污染物砷是一種無機物，砷及其主要化合物都熔點較高，不屬于揮發性物質，具有類似于重金屬的性質，修復技術選擇的時候可以采用重金屬污染土壤的修復技術，例如固化/穩定化技術、水泥窯焚燒技術以及阻隔填埋技術等。

1.1.2 水文地質條件

場地土壤相關特征參數檢測、統計結果見表2。

從水文地質信息的匯總可知：場地土壤為粉質黏土，不適合采用淋洗技術，垂向水力傳導系數為0.00864 cm/d（10-7 cm/s），滲透系數較小，水力傳導能力弱，且地下水水位淺，埋深大約0.50 m～1.70 m，因此，不適宜使用對土壤孔隙度要求較高的原位修復技術。

綜上所述，對于該場地土壤中類重金屬砷的修復，由于污染土壤主要為粉質黏土，淋洗技術的應用受到很大的局限。生態植物修復技術修復時間相對較長，無法滿足本場地工期上急需開發的要求。污染土壤固化/穩定化技術已經成為我國重金屬污染土壤修復的主要技術方法之一，且廣州市大部分重金屬污染場地均使用該技術進行修復，可作為該項目的重點推薦技術。水泥窯技術也是重金屬污染場地常用技術之一，但是通過市場調研發現廣州市內能夠協同處理污染土壤的水泥廠只有珠江水泥廠和越堡水泥廠，目前2個廠的協同處置已經接近飽和，無法滿足該項目的需要。阻隔填埋技術操作簡單，防滲效果好的話，可以達到風險控制要求，可作為該項目場地的推薦使用技術。

因此，建議對該項目砷污染土壤采用“固化/穩定化技術+阻隔填埋技術”進行修復治理，治理完成后能夠更好的達到治理的目的、極大地降低環境風險。

1.2 固化/穩定化技術可行性分析

充分結合本項目場地特征、實際情況、未來用地規劃及修復處置要求等方面，對已篩選出的修復技術“固化/穩定化修復技術+阻隔填埋技術”，從修復技術目標可達性、案例分析等不同維度進行可行性分析。

1.2.1 修復目標可達性分析

考慮到保護地下水的目的，修復后的重金屬進行浸出測試，采用《地下水質量標準》（GB/T14848—2017）（以下所有文件標準、或技術規范除第一次出現外，均采用文件標準或技術規范編號代表該文件標準或技術規范）中III類水標準值作為驗收標準，浸出濃度需要低于相關限值，即砷的浸出濃度<0.01 mg/L。

考慮到砷比較特殊，土壤性質與固化/穩定化藥劑的類別不同，采用《固體廢物 浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299—2007）和《固體廢物 浸出毒性浸出方法水平振蕩法》（HJ/T557—2007）進行前處理，浸出液的濃度高低存在明顯差別。基于此，在后續試驗研究中采用2種方法分別進行前處理，選擇更為嚴格的浸出方法作為該項目固化/穩定化后效果驗收的浸提前處理方法。

為了探明適合該項目場地的固化/穩定化技術的工藝參數，在施工前按照試驗設計方案取適量的地塊污染土壤進行試驗研究，具體如下。

1.2.1.1 供試土壤情況

根據初調、詳調及風險評估報告顯示：砷最大污染濃度是388 mg/kg，修復目標是60 mg/kg，固化/穩定化后砷的浸出濃度達到GB/T14848—2017中III 類水標準。該地塊砷污染程度統計見表3。

按照砷污染程度將污染土壤劃分為輕、中、重，3個等級分別取一個代表樣品，分別編號為AS-III、AS-II、AS-I。注意：固化/穩定化開始前需對土壤進行預處理，過篩（5 cm），粒徑大于5 cm的剔除（包括石塊、構筑物渣塊、植物殘體與根系及其他雜物等），小于5 cm篩網的土壤備用。

供試土壤樣品分析結果：AS-I，土壤砷含量312 mg/kg，含水率22.6%;AS-II，土壤砷含量133 mg/kg，含水率19.1%;AS-III，土壤砷含量73 mg/kg，含水率16.7%。

1.2.1.2 供試藥劑

砷分三價和五價，三價砷毒性很大，因此選擇的藥劑應該是氧化性較強的物質。綜合類似項目的藥劑使用經驗及該項目特點，決定采用藥劑公司提供的CCT02藥劑作為該項目的供試藥劑。CCT02藥劑主要成分為氯化鐵，輔助成分為堿性材料，處理對象為砷（As）污染，其基本原理如下：

向污染土壤（As3+具有高毒性、高遷移性）中加入藥劑CCT02，土壤中As3+會先與藥劑中的氧化成分發生化學氧化反應使其轉變為As5+（低毒性、低遷移性），然后經過沉淀、共沉淀和吸附等過程形成穩定化合物，達到固化/穩定化的目的。

1.2.1.3 藥劑添加量及樣品編號

藥劑添加量設為土壤質量的1%、2%、3%、4%、5%五組，每組試驗樣品編號為土壤編號加上藥劑用量對應的阿拉伯數字，如AS-I-1、AS-I-2、AS-II-3、AS-III-4等依次編號，共15個試驗樣品。

1.2.1.4 結果分析

試驗結果表明，CCT02藥劑添加比例為3%時，重度砷污染土樣可以達到修復效果;CCT02藥劑添加比例為2%時，重度砷污染土樣浸出濃度非常接近修復目標值。

CCT02藥劑添加比例為2%時，中度砷污染土樣即可達到修復效果。

CCT02藥劑添加比例為1%時，輕度砷污染土樣即可達到修復效果。

在施工過程中難以嚴格區分輕、中、重度污染土壤，再加上項目工期比較緊張，考慮到小試過程中只有重度污染土壤藥劑添加量2%時不達標（但是已經接近達標，且重度污染土壤數量非常少），因此在施工時注意將重度污染土壤與其他土壤進行充分混合，固化/穩定化藥劑添加量統一確定為2%也是可行的。除此之外，采用CCT02修復藥劑后，HJ/T299—2007浸提前處理方法更能促進砷的溶出，基于保守原則，建議采用HJ/T299—2007作為該項目中砷浸出效果驗收的浸提前處理方法。

根據大量的工程案例及試驗研究表明[1-4]，污染土壤固化/穩定化的施工養護周期一般為2 d～14 d，土壤含水率保持30%～40%。在該項目試驗研究中固化/穩定化施工養護周期為2 d～7 d，土壤含水率約35%。

1.2.2 類似應用案例

固化/穩定化是比較成熟的固體廢物處置技術，據美國超級基金項目統計，1982～2008年污染源處理項目中，有203項應用該技術，占污染源異位修復項目的21.4%，是使用最多的污染源修復技術。

固化/穩定化技術已成為我國重金屬污染土壤修復的主要技術方法之一，且被編入《廣州市業企業場地土壤污染修復治理技術匯編（2018 年版）》，在國內已有較多工程應用案例，如湖北某鋼鐵廠重金屬與多環芳烴復合污染（鉛、砷等重金屬污染）、湖南某重金屬污染土壤治理示范工程（來源于礦山開采造成的砷、鉛、鎘、鋅的復合型污染）等。

由于固化/穩定化技術針對重金屬污染物土壤修復效果較為明顯且在國內、外都得到了廣泛和成功的應用，因此對于該項目采用固化/穩定化技術也可行。

1.2.3 場地適應性可行性分析

根據國務院發布的《土壤污染防治行動計劃》、環保部發布的《污染地塊土壤環境管理辦法（試行）》以及廣東省政府發布的《廣東省土壤污染防治行動計劃實施方案》等相關文件的要求：“治理與修復工程原則上在原址進行”。但考慮到土地開發的時效性，故該項目的修復模式為“原地異位”處置，在場區其余無污染區域進行異位處置工作。原地異位固化/穩定化技術可滿足該修復要求。

此外，根據已有資料可知，該場地土壤質地主要為黏土，且土壤呈弱堿性。相對于其他修復技術而言，固化/穩定化修復技術對土壤質地要求相對較低，適用性較普遍，而其他修復技術對粉質黏土土壤處置具有修復效果不佳，且修復成本較高、效率較低等問題，還對土壤酸堿性有相對嚴格的要求，而固化/穩定化修復技術對土壤酸堿性適應范圍廣泛（pH值為2～13）。因此，固化/穩定化修復技術對該項目場地具有較好的適用性。

1.2.4 經濟指標可行性分析

根據場地條件差異性，固化/穩定化修復技術日處理能力通常為100 m3～1 200 m3不等，國內處理成本一般為500 元/m3～1 500元/m3。由于修復場地的差異性，以上成本只可作參考，但與其他技術相比，固化/穩定化修復技術成本相對低廉，可用性更佳。

綜上所述，固化/穩定化技術在修復目標可達性、技術成熟性、場地適應性以及經濟指標方面均具有明顯的優勢和可行性，因此確定該技術為該項目最佳的處理技術并加以實施。此外，根據廣州市的管理政策，對重金屬污染土壤固化穩定化后要求進行阻隔填埋，該場地的污染土壤經固化穩定化后的最終處置適于采用阻隔填埋技術。

2 確定修復工藝參數

經過上文的分析比較，確定該項目采用“原地異位固化/穩定化技術+原址阻隔填埋技術”進行治理修復，確定修復工藝參數為：首先對污染土壤進行開挖、轉運、暫存，污染土壤預處理時剔除粒徑大于5 cm的土壤雜物，對符合粒徑要求的土壤添加土壤質量2%的固化/穩定化藥劑CCT02，然后保持土壤含水率35%，充分混合均勻，養護2 d～7 d，采用HJ/T299—2007檢驗固化/穩定化處置效果，以GB/T14848—2017中III 類水標準0.01 mg/L作為砷的浸出濃度標準，達到浸出濃度標準的處置后土壤最后按照阻隔填埋技術規范進行原址阻隔填埋。

3 結語

該項目選用“固化/穩定化技術+原址阻隔填埋技術”，符合場地環境條件狀況、業主工期要求、資金控制及修復目標等。該文的重點就是篩選符合場地特征和業主要求的修復技術，從多個維度比較分析，同時通過成熟的工程案例作為支撐，最終確定修復技術;相關工藝參數由土壤試驗研究結果確定，也可以參考同類項目工程應用案例。

參考文獻

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