原位阻隔技術在遺留污染場地治理中的應用

劉安富張修磊喬雄彪劉慧芳

(1.中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038；2.濰坊市水利建筑設計研究院有限公司,山東濰坊 261205)

0 前言

目前污染場地[1]治理模式主要有場地修復、風險管控及兩者的組合。場地修復是指徹底清除場地內的污染源，消除污染源對外界環境的影響；風險管控是通過工程措施將污染對外界環境的影響控制在安全范圍內，并輔以長期跟蹤監測。原位處置技術是污染場地治理中應用較廣泛的風險管控措施，主要應用于不宜大范圍開挖的污染土壤或固廢、老舊垃圾填埋場整治、尾礦庫防治、煤矸石山治理等領域。本文結合實際工程案例，總結了原位阻隔技術在污染場地治理中的應用經驗，以期為同類工程實施提供借鑒參考。

1 項目概況

南方某冶煉廠位于章江上游河畔，距離河岸直線距離200 m，占地面積約12 萬m2，場地現狀如圖1 所示。該冶煉廠始建于20 世紀50 年代，于2009年廢棄，采用火法冶煉工藝，主要產品為三氧化二砷、鈷系產品、金錠、銀錠，副產品為鎳、銅等。由于冶煉工藝水平落后，環保意識薄弱，冶煉廢渣在廠區內長期無組織堆棄，加之冶煉廠廢棄后無人管理，雨水長期沖刷，廠區土壤及地下水受到大范圍污染，嚴重威脅周邊居民健康，影響章江下游水質安全。

圖1 場地現狀圖

經前期場地環境調查，場地的污染包括遺留危廢和第Ⅱ類一般工業固廢，主要污染因子為重金屬砷、鎘、鎳和鉛。遺留危險固廢方量約180 m3，主要是砷灰、煙道灰及污水池沉積多年的底泥；第Ⅱ類一般工業固廢為冶煉廢渣，方量約4 000 m3。污染土壤約40 萬m3，主要分布在地表下1～3 m，局部深8 m，污染土壤的砷含量最高達37 800 mg/kg。

為了防控場地污染擴散，保障周邊居民身體健康以及章江下游水質安全，針對該冶煉廠搬遷遺留污染場地開展治理工作十分必要緊迫。

2 項目修復目標

2.1 土壤及廢渣修復目標

場地土地利用的規劃為景觀綠化用地，治理項目將其修復后開發為郊野公園。按照《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) 規定，本場地屬于第二類建設用地[2]。項目風險評估確定場地的目標污染物[2]為砷、鎘、鎳和鉛。基于風險評估值并綜合考慮當地社會經濟環境狀況、土地利用規劃、施工成本及實施周期等因素，最終確定的項目修復目標見表1。

表1 污染土壤及廢渣修復目標值 mg/kg

GB 36600—2018 要求當風險評估值小于篩選值時，修復目標取篩選值，但本項目是2015 年完成的技術方案，而GB 36600—2018 于2018 年才發布，不過即使如此，項目修復目標值也是符合GB 36600—2018 的規定。

2.2 危險固廢處置目標

本場地遺留的危險固廢采用專用危廢噸袋打包后在場地內安全暫存，防滲標準參照《危險廢物貯存污染控制標準》(GB 18597—2001)[3]執行，待贛州市危廢中心建成后再外運進行安全處置。

2.3 地下水控制目標

地下水污染源于地表污染廢渣和土壤[4]，根據環保規范處置污染廢渣和土壤，隔離地下水與污染廢渣和土壤的水力聯系，間接控制和減輕地下水污染，并開展長期監測，實時預警。

2.4 場地生態恢復目標

按照土地利用規劃，本場地為景觀綠化用地，本項目將其修復后開發為郊野公園，重構生態景觀，美化環境防治水土流失的同時，也娛樂周邊居民。

3 項目技術路線

本項目技術路線的選取以場地調查和風險評估結果為基礎，以實現修復目標為宗旨，本著“無害化、減量化、資源化”的基本原則，結合污染場地特征條件、目標污染物污染狀況和遷移特性，并綜合考慮場地空間、實施周期、施工成本等因素。

經方案比選(表2)，最終確定方案3——場地內原位封存阻隔為項目總體技術路線，其技術流程如圖2 所示，典型工程做法如圖3 所示。該技術路線的核心是垂直隔離墻的底部要進入相對不透水層，形成垂向防滲，頂部則規范化封場，形成水平防滲，將污染土壤與外界環境隔離，最終實現污染場地管控目的。

圖2 原位封存阻隔工藝技術流程圖

圖3 原位封存阻隔工程典型做法

表2 總體技術路線方案比選

4 工程技術方案

4.1 水文地質概況

4.1.1 地形地貌

冶煉廠主廠區建在走向約70°的山梁上，山梁南側與北側均為溝谷，東側(下部)寬大，西側(上部)狹小；山梁自然坡度為15°～20°，山梁至兩側溝谷自然坡度為25°～30°，兩側溝谷均為U 型谷，坡降度不大；山梁最低高程處與東側章江的平均高差為10 m。

4.1.2 地表水

地表水的補給方式主要為大氣降水，雨季時雨水沿著場地兩側山溝向東匯入章江。

4.1.3 地下水

地下水主要為第四系松散巖類的孔隙水及基巖裂隙水，巖層本身不富水，主要靠大氣降水及地表水入滲補給。

4.1.4 垂直防滲墻軸線下臥巖土層滲透性

垂直防滲墻軸線下臥巖土層滲透性見表3。

表3 垂直防滲墻走向軸線下臥巖土層滲透性

4.2 環保隔離區范圍

環保隔離區范圍的確定主要考慮以下幾點：1)隔離區應覆蓋大部分被污染的土壤，特別是重度、中度污染土壤；2)隔離區內能夠形成一定的庫容，用以堆存隔離區外開挖的污染物；3)不影響南側溝谷的行洪要求；4)便于施工。

結合以上幾點，綜合考慮場地調查報告中污染土壤的空間分布情況，以砷的污染分布范圍確定隔離區邊界(圖4)，最終確定的環保隔離區面積為42 455 m2，周長為852 m，可直接封存污染土壤約30 萬m3，占污染土壤總方量的3/4，最大限度地減少污染土壤開挖，防控二次污染擴散，節省工程投資。

圖4 生態隔離區邊界范圍

4.3 垂直防滲系統

垂直防滲系統應綜合考慮場地水文、工程地質等條件，利用場地下方的不透水或弱透水層和相對獨立的水文地質單元等條件，在場地四周或上游使用防滲、防污性能良好的材料施工，形成垂向的帷幕或墻體將污染源封閉，使污染源與外界環境隔離，以阻止污染物進入周圍土壤和水體，并防止地下水和地表水進入場地內，從而達到控制污染物擴散的效果[5]。

本項目下伏巖土層的滲透系數基本在10-4～10-5cm/s 量級，巖土層屬于弱透水巖層，不具備形成含水層的條件，為本項目采用垂直隔離技術控制污染源擴散提供了有利條件。綜合考慮墻體滲透性要求、地層巖土性質、施工成本等因素，經方案比選(表4)，垂直防滲墻采用“塑性混凝土防滲墻+帷幕灌漿”方案，設計結構如圖5 所示。其中塑性混凝土防滲墻平均深度為10 m，底部進入相對不透水層的深度不小于2 m[6]；帷幕灌漿深度為5 m，可進一步降低相對不透水層的滲透性。此外，為了避免地下水外溢，在隔離區下游垂直防滲墻內側設置3 口滲濾液抽提井，其底部通過排滲盲溝相連通，在抽提井內設置液位泵。當隔離區內部水位高于外部水位時，即啟動抽提井液位泵降低隔離區的內部水位，始終保持內部水位低于外部水位。

圖5 “塑性混凝土防滲墻+帷幕灌漿”設計結構圖

表4 垂直防滲墻結構形式方案比選

塑性混泥土防滲墻的設計厚度為60 cm，材料配比為水泥∶砂子∶石子∶粘土∶膨潤土∶水=135 ∶640∶920∶145∶70∶280，施工前應進行驗證試驗，要求成墻滲透系數達到10-7cm/s 數量級，密度達19～21 kN/m3，彈模值在200～1 000 MPa，28 d 抗壓強度大于2 MPa。

4.4 封場系統

場地拆除產生的建筑垃圾、穩定化處理后的重度污染土壤，以及隔離區外部的中、輕度污染土壤合計約18 萬m3，全部運往隔離區填埋，然后進行規范化封場[7]，封場結構如圖6 所示。隔離區外圍開挖造成的基坑回填潔凈土覆蓋。

圖6 封場結構圖

5 治理效果

目前項目已于2019 年完工，工程建設投資約5 000 萬元，地下水監測結果表明場地污染得到了有效控制。修復后的場地被建設為郊野公園(圖7)，恢復植被在防止水土流失的同時，重構生態景觀，美化周邊環境，娛樂周邊居民。

圖7 郊野公園效果圖

6 結論

原位阻隔技術在污染場地治理修復中應用廣泛，本文結合實際工程案例，總結了相關應用經驗，主要得到以下結論：

1)場地修復目標的確定應以風險評估結論為基礎，并綜合考慮土地利用規劃、修復時間、修復成本等因素。

2)生態阻隔區的劃定應盡可能封存控制絕大部分污染土壤，減小污染土壤開挖量，防控開挖過程中二次污染。

3)垂直防滲墻結構形式應綜合考慮墻體滲透性要求、地層巖土性質、施工成本、作業空間等因素綜合確定。垂直防滲墻作為環保工程地下水污染防控系統核心措施時，墻體滲透系數應達到10-7cm/s數量級，可以同步采取地下水抽提措施進一步加強防控效果。垂直防滲墻底部進入相對不透水層的深度應通過滲流計算確定，一般建議不小于2 m，可以通過帷幕灌漿方式進一步降低相對不透水層的滲透性。

4)利用封場后的場地進行景觀公園開發利用時，要確保防滲結構層的安全而不被破壞。