某冶煉廠重金屬污染土壤修復案例研究

李 楊，吳曉烽，梁吉哲

（1.遼寧省生態環境監測中心，沈陽 100161；2.環壤（上海）環境工程有限公司，上海 200093；3.遼寧省環保集團輻潔生態環境有限公司，沈陽 100161）

隨著社會經濟快速發展，城市迅速擴張，大量工業場地會進行遷移與重建，土壤污染問題開始逐漸顯露，我國土壤重金屬污染日益嚴重，而在受污染土壤上種植農作物，通過食物鏈作用進入人體也同樣需要重視，日本的鎘米事件就是一個鮮明的例子。因此，土壤系統中的金屬（特別是有毒重金屬）污染、防治與修復一直是國際上的難點和熱點研究課題。

國外重金屬土壤修復工作開展較早，有大量成功修復案例。目前，土壤重金屬污染的修復技術主要有工程措施、物理化學方法、化學修復方法和植物修復方法。工程措施主要以挖掘填埋方式為主，即所謂的客土法，但這并不是一個永久措施，只是把環境問題從高危害區轉移到低危害區，填埋法還存在占用土地、滲漏、污染周邊環境等負面影響，因此在當今的土壤修復中使用較少。物理化學修復技術主要包括化學固化、土壤淋洗、電動修復；化學修復技術主要包括化學改良、表面活性劑清洗和有機質改良等；植物修復技術主要包括植物穩定、揮發及提取。此外，植物修復技術也逐漸得到人們的重視，特別是深入研究了一些植物修復技術的新方法和方式，推動了重金屬污染土壤修復的發展。本案例主要采用“異位穩定化/固化+阻隔填埋”技術對冶煉廠土壤進行修復處理。

1 項目概況

1.1 工程概況

本地塊土壤中主要污染物為鉛、錳及鋅，表層污染土壤采用“異位穩定化/固化+阻隔填埋”技術處理，異位修復土壤面積40000m2，異位修復土方量130000m3，最大修復深度8.0 m；深層污染土壤則結合開挖土壤的阻隔填埋采取“黏土封頂阻隔”措施。工程工期為12個月。

1.2 場地條件分析

1.2.1 場地水文地質條件

據詳細調查及地下水補充調查階段對該層地下水的水位測量，發現豐水期地塊內各位置均有松散巖類孔隙水的分布，水量豐富，埋深較淺，測量地下水埋深為0.52～5.32 m；枯水期該層地下水埋深比豐水期低4.0～6.5 m，在部分區域如該地塊西部、東部等區域因水位下降未發現該層地下水，而該地塊中部、西部該層地下水相對較豐富，地下水埋深為6.585～11.39 m。

1.2.2 場地現狀

項目范圍內設施已完成拆除，部分區域遺留有建筑垃圾。其中，該地塊北部已修建一條約3 m高的圍墻，將該地塊分為南北2個部分，圍墻以北區域與蓮花山莊相連接，大部分區域已完成綠化。

1.2.3 場地未來用地規劃

該地塊的未來規劃應屬于GB 36600—2018《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》中的第一類用地。地塊未來利用規劃為公園綠地。

1.3 場地污染情況

土壤中鉛、錳和鋅超過第一類用地篩選值，其最大超標倍數分別為66.25倍、9.86倍和4.97倍，最大超標深度為11.0 m。此外，地塊范圍內存在鉛超過第一類用地管制值情況，說明地塊對人體健康存在不可接受的風險，需采取風險管控或修復治理措施。

1.4 治理修復范圍及工程量

根據該地塊內車間分布、地層分布及土壤重度污染主要分布在填土層和黏土層頂部的情況，將其分為西部區域、中部區域及東部區域。本項目對該地塊進行分區確定表層土壤治理深度，其中西部表層深度確定為2.0m，中部表層深度確定為5.0 m，東部表層深度為8.0 m。共需清挖治理表層重度污染土壤約130000 m3。

1.5 場地修復目標

本地塊內土壤采用風險管控技術的風險管控目標值驗收標準見表1。

表1 土壤修復目標值

2 工程設計方案

2.1 技術路線

以重金屬土壤污染治理與現有主流修復技術為指導，以現有國家標準和技術規范為依據，在場地初步、詳細調查和風險評估的基礎上，采用穩定化/固化修復技術，通過污染土壤清挖、轉運、穩定化/固化、養護、自檢、阻隔填埋或外運處置、資源化利用等一系列步驟，以達到重金屬污染土壤修復治理的最終目的。

2.2 工藝流程

本項目重金屬污染土壤修復技術路線和工藝流程如圖1所示。

圖1 總技術路線

1）將污染土壤挖掘裝車運輸至土壤穩定化/固化處理區的堆場等待處理。

2）根據土壤的水分含量，進行土壤預處理，用少量石灰調節土壤含水率。將待處理土壤采用MT320-H75破碎篩分斗進行初篩，將土壤中大石塊、雜質和建筑垃圾等進行有效分離，分離出來的固體物質應進行集中堆放，沖洗后用作回填或臨時道路路基回填料。

3）重金屬污染土壤與修復藥劑混合的均勻程度是決定穩定化/固化修復效果的關鍵因素。將污染土在修復區堆置成條狀或塊狀，將修復藥劑均勻鋪撒于污染土壤上方，利用MT320-H75破碎篩分斗對污染土壤和藥劑進行混合攪拌。

4）經攪拌均勻含穩定化/固化劑處理后的土壤轉運至土壤養護區，養護時間根據養護情況一般為3～7 d，需要保證穩定化/固化反應完成徹底。

養護完成的穩定化/固化土壤經過浸出毒性試驗進行分析，未達標的土壤重新進行穩定化/固化處理直至處理達標。

2.3 主要工藝、設備的技術參數

修復藥劑選用是穩定化/固化劑，主要成分為水泥、氫氧化鈉、磷酸鹽。可初步對穩定化/固化階段藥劑的選用、規格、藥劑投加比進行確定。異位穩定化/固化修復的關鍵工藝參數見表2。

表2 異穩定化/固化技術參數

2.4 總體施工

2.4.1 施工順序

1）場內轉運。開挖后的土壤轉運至暫存區進行暫存，并及時苫蓋，防止揚塵。根據修復進程轉運至修復區，土壤轉運須合理安排轉運順序，避免二次污染。污染土、修復后的待檢土分別單獨設置標記，防止錯運。

2）初步篩分破碎。采用專業施工機械MT320—H75篩分破碎攪拌斗進行污染土壤的初步篩分及破碎。篩分破碎時能將石塊、建筑垃圾等雜物剔除，同時對污染土壤進行破碎。

本項目采用MT320-H75設備，處理效率高，斗內滾軸可朝2個內外方向切換轉向并持續旋轉，確保高效的力矩傳輸保障啟動和運行，每小時可篩分破碎污染土300～500 m3。

3）土壤預處理。采用MT320-H75破碎篩分斗將預處理藥劑與土壤混合攪拌，充分接觸，將預處理藥劑與土壤混合，同時進一步對于土壤進行破碎。破碎次數根據土壤粒徑確定，破碎工藝完成后控制土壤粒徑小于20mm的比例大于90%。篩分破碎時，MT320-H75斗離土堆高度不超過50 cm，以減少揚塵；污染土壤預處理后，粒徑小于20 mm污染土壤轉運至穩定化處理區進行處置。

4）穩定化/固化藥劑撒布。根據小試中試實驗結果以及現場檢測結果，根據污染情況，最終確定藥劑的添加量。推薦添加質量比約為2%的藥劑，現場施工時根據實際情況可進行調整。根據待處理的土方量，計算藥劑的用量，本地塊土壤容重平均值為1.77 t/m3，經估算本地塊污染土壤穩定化/固化處理大約需要3540 t。用普通挖機將噸袋中的穩定化/固化藥劑均勻地鋪灑于土壤上方。

5）穩定化/固化施工。采用MT320-H75破碎篩分鏟斗將預處理藥劑與土壤混合攪拌，充分接觸，同時噴灑清水，控制含水率在30%左右，讓藥劑與土壤充分接觸，每小時可篩分破碎污染土300～500 m3。根據土壤與藥劑的混合情況進行多次篩分破碎，預計篩分1～2遍，確保混合均勻。

6）土壤養護。對混合后的土壤需噴灑一定量的水，保證養護土壤中的含水率在25%。然后由裝載機將土壤轉運至養護區域進行堆放養護。在修復區設置土壤養護暫存區，按照批次依次堆置成長條土剁，封閉養護，養護區地面作硬化處理。養護區堆存高度為3 m，堆好的土壤表面覆蓋薄膜進行保水處理，需要養護5～7 d時間來保證穩定化/固化反應的效果。

為保證藥劑與污染土壤中的重金屬發生有效的反應，修復土養護時間應至少為5～7 d。

養護期間土壤避免陽光直射及雨水淋洗，同時避免大風時出現揚塵。

7）土壤自檢。修復過程及驗收自檢過程中計劃采樣頻率為每500 m3修復土采集一個樣品。采集過程嚴格依照采樣技術規范布置采樣點，使用采樣工具在預定深度采集土壤樣品。將采集到的所有修復后的土壤樣品送至具有相關CMA檢測資質的第三方檢測單位進行分析檢測。

8）土壤回填。檢測合格的土壤由封閉式運輸車場內轉運至阻隔填埋區原地回填。

2.4.2 施工計劃

本場地修復工程，包括以下分部分項工程：地表清理、土壤開挖轉運工程、降水作業工程、土壤異位穩定化/固化修復工程和廢水處理工程等。項目部計劃在10個月內完成本項目全部工作。

3 修復自檢

為確保項目施工正常進行，成立項目自檢小組，項目的技術負責人兼任環境自檢負責人，擔任小組組長，配備自檢人員，負責自檢整個運輸過程中的污染情況。確保污染土無遺漏、運輸過程中無空氣污染和水體污染等。本項目自檢工作流程主要如下。

3.1 基坑驗收自檢流程

1）單個基坑清挖至邊界紅線和設計深度后，基坑自檢驗收正式開始。

2）基坑清挖至邊界紅線和設計深度后，對顏色異常、氣味較重的地方立即檢測，檢測采樣需要監理在場旁站巡視，所有樣品送第三方檢測單位進行檢測分析。

3）對于基坑土壤基底和邊界的異常值，報監理和業主審批是否繼續清挖。

4）如判定需要繼續清挖，按0.5～1 m深度或邊界距離在異常值的區域或點位繼續開挖。

5）基坑清挖完畢后，包括特別區域或點位的清挖，再進行全面布點的基坑自檢檢測，直至全部合格為止。

3.2 土壤（建筑垃圾）修復驗收自檢流程

1）土壤修復完成后即開始驗收自檢。

2）按照修復深度和邊界，對修復后土壤采取每500 m3取1個土壤樣品進行分析檢測，進行采樣檢測分析。

3）若檢測合格，則暫存后進行原址回填，若檢測不達標，則繼續進行修復。

自檢合格后，即可以申請修復效果評估。

4 修復效果評估

4.1 污染土壤清挖驗收

本項目對表層重度污染土壤進行清理修復，以清除填土層和黏土層頂部的重度污染為目標。基坑底部以清理到設計范圍和深度為目標，也可對基坑底部采樣進行檢測；基坑側壁的清理目標以土壤風險管控與修復目標值為驗收依據。

參照HJ 25.5—2018《污染地塊風險管控與土壤修復效果評估技術導則（試行）》，基坑底部采用系統布點法，一般隨機布置第一個采樣點，構建通過此點的網格，在每個網格交叉點采樣，網格大小不超過40 m×40 m。

基坑側壁采用等距離布點法，將基坑側壁等距分為若干段，每段不大于40 m，在縱向上，當側壁開挖深度小于等于1 m時，側壁不進行垂向分層采樣，當開挖深度大于1 m時，側壁應進行垂向分層采樣，其下一定距離進行分層，分層的距離不小于1 m且不大于3 m。每段內每層取9個表層樣品混合成一個樣品。具體根據實際情況確定。

4.2 污染土壤修復驗收

穩定化/固化處理后的土壤原則上每個采樣單元（每個樣品代表的土方量）不應超過500 m3；也可根據修復后土壤中污染物濃度分布特征參數計算修復差變系數，根據不同差變系數查詢計算對應的推薦采樣數量。固化/穩定化處理后的土壤一般采用系統布點法設置采樣點；同時應考慮處理效果空間差異，在處理效果薄弱區增設采樣點。

將處理后的土壤進行分堆堆放，按照堆體方量大小采用網格布點法，每個網格設1個土壤采樣點，每個樣品代表堆體不超過500 m3。每個堆體分上下、內外采集9個點形成混合樣，采用洛陽鏟、挖機或人工挖掘的方式進行取樣。

污染土壤經穩定化/固化修復后需達到風險管控目標值，即GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中的相關要求。

4.3 修復效果評估總結

本項目基坑驗收共采集基坑坑底和側壁污染土壤樣品共156個，通過第三方檢測單位的檢測分析，采集基坑土壤的重金屬濃度均達到修復目標值（篩選值）。修復后的土壤樣品共328個，經穩定化/固化處理后，土壤中鉛、錳及鋅的浸出率顯著下降，均能滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標準》的要求，本項目最終達到穩定化/固化修復治理的目標。