水泥窯協同處置、表層阻隔技術聯合應用修復砷污染場地

李衛斌

（廣州市第一市政工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 場地概況

1.1 場地污染狀況

場地調查及風險評估表明，本地塊土壤污染物為重金屬砷，砷的含量范圍為0.66～1.06×103mg/kg，最大超篩倍數為16.7，污染深度為0～18 m。淺層開挖深度范圍內砷修復量約9 511.931 m3；不開挖區和深層不開挖土壤中砷超修復目標土壤需進行地塊整體風險管控，即管控面積73 643 m2。

1.2 場地水文地質情況

根據地塊的采樣調查的土壤剖面數據和記錄描述，土層結構自上而下依次為：

①工填土層

雜填土：雜色、松散、潮，以碎石、砂、建筑石塊為主，含少量腐殖質和植物根系，該層普遍分布，揭露厚度0.5～8.0 m，平均厚度3.5 m；

素填土：深棕色、暗棕色、深褐色、密實、濕，由小石子和粘性土組成，該層普遍分布，厚度為0.3～7.1 m，平均厚度2.1 m。

②殘積層

砂質粘土：黃色、黃棕色、紅棕色、飽和、流塑，含砂等，該層部分分布；

粉質粘土：黃色、黃棕色、紅棕色、棕色、灰黑色，密實，硬塑，部分含石英，該層普遍分布，厚度為0.5～9.0 m，平均厚度2.4 m；

砂土（中砂、細砂和粗砂）：黃色、白色，流塑，含少量粘性土，該層部分普遍。

③基巖

風化層（泥質粉砂巖、煤炭巖）：黃色、紅棕色、灰色、灰黑色，手捏易碎，片狀、塊狀，該層部分分布，厚度為0.4～9.4 m，平均厚度3.7 m。

地塊內地下水類型為孔隙水和基巖裂隙水，而基巖裂隙水的埋深和厚度不穩定，水量貧乏，為微承壓水。淺層孔隙水賦存于填土層中，埋藏較淺，富水性一般，屬于上層滯水。主要接受大氣降水和地表水的滲透補給，季節性水位變化明顯，含水層無明顯界限，埋深和厚度不穩定。枯水期地下水埋深2.5～4.3 m，豐水期0.9～4.2 m。

1.3 場地修復目標值

根據目標地塊風險評估報告，本地塊污染物的修復/管控目標值為60 mg/kg。

1.4 場地未來規劃

項目用地規劃為服務設施用地（R22）、商業用地兼容商務用地（B1/B2）、防護綠地（G2）、公園綠地（G1）、公共交通場站用地兼容二類居住用地（S41/R2）和道路用地。

2 修復施工組織設計

2.1 總體修復技術路線

結合本地塊的污染情況、水文地質條件及后期場地規劃開發利用情況，砷污染土壤采用水泥窯協同處置、表層阻隔技術聯合應用修復治理。根據規劃，場地開發建設前需平整土地，同時修建地下室、雨污管線等地下設施時，需對場地淺層砷污染土壤進行開挖水泥窯協同處置，深層砷污染土壤進行表層阻隔。

圖1 總體修復技術路線

2.2 砷污染土壤預處理

根據一般水泥廠的預處理要求，污染土壤不能含超過5 cm的石塊和鐵制品。因此該項目對砷污染土壤的預處理使用人工和機械將鐵制品分選，對于大于40 cm的建筑垃圾和石塊使用采用挖掘機進行分選，針對5～40 cm的渣塊采用篩分設備進行聯合篩分清洗。

如以上作業尚無法達到土壤修復處理階段要求的建筑垃圾或石塊，將集中收集至沖洗區進行清洗，以去除附著在大粒徑渣塊上的污染物。清洗干凈的渣塊在檢測合格后作為場地路基材料，資源化利用或進行基坑回填。沖洗后產生的污水進入污水處理站進行處理后，循環利用。

土壤預處理包括污染土壤篩分破碎、污染渣塊沖洗、污水處理等過程。污染土壤清挖運輸到處置區域進行篩分破碎，去除粒徑大于5 cm的粗顆粒，以保證后續土壤修復處理效果；篩分破碎后的渣塊進行沖洗干凈、達標后回填處置。

2.2.1 砷污染土壤篩分

清挖后污染土壤運入處置區域進行粗篩，粗篩后的污染土壤進行精篩處理，兩種類型污染土壤分開處理。精篩采用專業篩分設備進行作業，篩分分級產生的粒徑≥5 cm的污染渣塊和粒徑<5 cm的污染土壤分開堆置。篩分后的污染土壤進入后續修復處理單元依次處理，篩分出的大粒徑渣塊進行后續沖洗處理。

2.2.2 篩上物沖洗

表層大塊混凝土（>40 cm）由卡車運至污染渣塊暫存區堆置、沖洗。污染土壤篩分預處理后的渣塊（5～40 cm）由篩分沖洗聯合設備進行沖洗，沖洗完成后的渣塊倒運至待檢區域進行堆置待檢。表層大塊厚度為單層堆料，采用挖掘機攪動，平鋪，然后用高壓水槍進行沖洗，沖洗水和大塊混凝土比例按照1:0.2進行。沖洗過后的清潔渣塊，由轉載機進行場內物料倒運，每批次清洗渣塊量約5～8 m3左右，沖洗時間不少于15 min。沖洗水和渣塊比例按照1:1進行，細渣塊由待篩分設備上層布料達到一定厚度后暫停篩分，啟動沖洗工序。沖洗后的干凈渣塊直接運輸至渣塊待檢場堆置，待采樣驗收合格后回填處置。

2.2.3 沖洗污水、污泥處理

沖洗污水：渣塊沖洗過程中產生的污水由沖洗區四周擋水墻匯集至洗石廢水沉淀池中。經沉淀后上清液可回用至渣塊沖洗，如沉淀出水水質不適用于渣塊沖洗，則進入污水處理站統一處理。處理后符合城市雜用水標準的作為灑水降塵使用。

污泥處理：污水處理站及沉淀池產生的污泥，砷污染渣塊沖洗產生的污泥與砷污染土壤一起運輸至水泥廠進行水泥窯協同處置。

2.3 砷污染土壤水泥窯協同處置

水泥窯協同處置技術充分利用了水泥回轉窯內的高溫、氣體停留時間長、大的熱容量、無廢渣排放、較好的熱穩定性、堿性氣氛等特點，把污染土壤作為水泥生料的一小部分制成水泥，在生產水泥熟料的同時，煅燒固化處置污染土壤[1]。首先對砷污染土壤進行預處理，保證土壤顆粒破碎小于50 mm的土塊，并且含水率≤20%，然后將滿足要求的砷污染土壤運至水泥廠喂料倉，利用水泥廠新型干法水泥窯及原有水泥工藝，將砷污染土壤與其余生料平攤混合，砷污染土壤以1～3%的添加比例與生料進行配伍及烘干后喂入生料磨處，經窯高溫焚燒處理受污染土壤，降低污染物活性，最終成為成品水泥。

2.4 表層阻隔管控面施工工藝

覆蓋阻隔技術是指為了阻止污染物以固態或氣態的形式與周圍環境接觸、控制其暴露或遷移的環境風險，在地面或污染土壤層上構筑地面阻隔系統[2]。水平覆蓋系統或水平覆蓋層被稱之為表層阻隔。整個地塊深層污染區域均需采用表層阻隔的方式進行風險管控，整個地塊主要分為表面部分和地下部分，表面部分包含路面、綠化帶和建筑底板；地下部分包含管道、承臺等。具體各區域類型管控面施工方式如下：

表1 管控面施工方式

3 結論

本地塊砷污染特征呈現污染面積大、污染深度深（0～18 m）但污染遷移性弱的特征。若采用異位挖出修復技術，施工工期、費用、難度將大大增加，施工過程風險和安全隱患也難以掌控。因此本地塊深層砷污染土壤后續風險管控采用原位表層阻隔的方式進行管控，而場地后期開發利用涉及開挖擾動的淺層砷污染土壤采用異位水泥窯協同處置技術。

針對本地塊的砷污染情況、水文地質條件及后期場地規劃開發利用情況，砷污染土壤采用水泥窯協同處置、表層阻隔技術聯合應用修復治理。水泥窯協同處置、表層阻隔技術聯合應用修復技術可大大地縮短工期、減少修復費用、降低施工風險，是一種現實工程實施中可行的、高效的聯合修復技術，值得類似的工程推廣實施。