原位水平阻隔風險管控技術在某退役工業污染場地治理中的應用

臧常娟，孫玉超，劉志陽，蔣夢迪，郭寶蔓

江蘇大地益源環境修復有限公司

“十三五”時期，我國退役工業場地污染土壤修復大多是地產驅動型，普遍采取快速高效的修復措施，以消除污染土壤人體健康風險，使土壤污染加重趨勢得到了初步遏制[1-4]。進入“十四五”時期，退役工業場地修復總體上仍受土地開發利用速度和規模影響，在開發建設需求不急迫時，風險管控措施將是未來的發展趨勢[5]。相較于修復措施，風險管控既能有效控制污染物暴露及擴散，緩解污染土壤環境問題，又能更大程度兼顧經濟可行性，實現土壤及地下水環境保護與經濟發展雙贏[6]。

污染場地風險管控技術包括工程控制技術及制度控制技術。工程控制技術是利用工程措施將污染物封存在原地，限制其遷移，切斷暴露途徑，以降低污染風險和保護受體安全的阻隔技術[7]，主要包括固化/穩定化、封頂、阻隔填埋、地下水阻隔墻、可滲透反應墻等技術形式。工程控制技術具有單位成本相對較低、建設周期短、對不同類型污染風險管控效果好等優點，在國內外污染場地風險管控中已有大量的工程應用[2,8-10]，常用的工程控制措施有垂直阻隔和水平阻隔2 種形式。垂直阻隔是利用地下阻隔墻體封存污染物或改變地下水流向以達到控制污染物的目的，其墻體滲透系數需≤10-7cm/s，且需具有連續性和耐久性。按照材料和施工方式，垂直阻隔措施可分為泥漿墻、灌漿墻、板樁墻、土壤深層攪拌、土工膜等[11-13]。水平阻隔也稱水平覆蓋層或表層阻隔，由6 個基本層組成，包括表層、保護層、排水層、阻隔層、氣體收集層和基礎層，層數與場地特征有關[14]。

在我國，工程控制技術在垃圾填埋場的應用中取得了較好的防滲效果[15-17]。垂直阻隔技術已被廣泛應用于水利工程防滲，在污染場地風險控制時，以帷幕灌漿技術為主[18-19]。水平阻隔在工礦用地封場管控中應用廣泛[20-21]，以高密度聚乙烯（HDPE）土工膜為主材料。目前，結合場地開發工作情景，針對室內區域建筑物下方污染土壤，采用噴涂型隔氣膜材進行土壤氣阻隔的工程應用在國內鮮見報道。筆者結合實際工程案例，總結了原位水平阻隔技術在退役工業污染場地室內外區域風險管控中的應用經驗，以期為同類工程實施提供參考。

1 污染場地概況

1.1 場地信息

本項目為我國南方某焦化制氣廠土壤風險管控工程。該制氣廠于1983年6 月破土動工，1986年建成投產，廠區總占地面積約70 萬m2，主要生產產品有焦炭、煤氣、煤焦油、粗苯、硫酸銨、黃血鹽鈉、硫磺等。為響應政府“退二進三”政策要求，該制氣廠于2016年11 月全面停產。未來用地規劃依托原址優異的區位優勢，保留工廠內部自有鐵路專用線，原址將作為國際物流基地。

1.2 水文地質條件

工程鉆探揭露本場地27.2 m 深度范圍地層大致分為四大層，自上而下分別為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系殘坡積層（Q4el+dl）、二疊系下統倒石頭組（P1d）和二疊系下統棲霞茅口組（P1q+m），其分布情況詳見表1，部分鉆孔巖心照片見圖1。

圖1 鉆孔巖心照片Fig.1 Photo of drill core

表1 場地地層分布Table 1 Site stratigraphic distribution

場區地下水類型主要為第四系殘坡積層孔隙水（Q4el+dl）、二疊系陽新組灰巖巖溶水（P1y）及少量二疊系倒石頭組碎屑巖裂隙水（P1d），水文地質剖面見圖2。場區上部第四系殘坡積層孔隙水水位埋深2.25～9.73 m，平均埋深5.60 m，地層滲透性小，富水性弱，多以上層滯水存在；場區下部巖溶水賦存于二疊系陽新組灰巖地層中，水位埋深4.30～17.87 m，平均埋深8.19 m，地層溶蝕裂隙、溶孔發育，富水性強，平均水力梯度約2.5%，地下水流速為0.714 24 m/d。

圖2 場地水文地質剖面Fig.2 Hydrogeological section of the site

1.3 場地污染分布特征

本項目一期場地土壤中的特征污染物為揮發性有機物苯和半揮發性有機物多環芳烴。考慮到風險管控設計主要關注的特征污染物為苯，圖3 展示了污染物苯的三維空間分布。由圖3 可見，苯污染深度不一，淺層和深層均有涉及，最深達18 m（點位JXS19）；苯濃度分布不均，淺層污染較重，最大濃度為888 mg/kg（點位JXS19）。

圖3 典型特征污染物苯三維空間分布Fig.3 Three-dimensional spatial distribution profile of typical characteristic pollutant benzene

1.4 場地風險評估及管控目標

1.4.1 一期場地風險評估

本項目一期場地規劃用地類型為商業用地和物流倉儲用地，按照非敏感用地方式進行健康風險評估，其主要暴露受體為在物流區域及酒店等室內辦公人群、室外辦公人群、定期或不定期在區域活動人群。

根據HJ 25.3—2014《污染場地風險評估技術導則》，按照危害識別、暴露評估、毒性評估、風險表征、土壤風險控制值計算過程進行風險評估，結果顯示土壤中苯、苯并(a) 蒽、苯并(a) 芘、苯并(b)熒蒽、萘的風險超過人體健康可接受水平。

針對受擾動大、不確定性高的淺層污染土壤采用相對保守的“源去除”修復模式，采用本項目一期場地《風險評估報告》中確定的風險管控值作為修復目標值；針對受擾動小的深層污染土壤，采用途徑阻斷、長期監測相結合的管控模式，以節約治理成本，風險管控目標需結合優化后的途徑阻斷管控模式風險水平計算結果確定。

1.4.2 途徑阻斷管控模式風險水平計算

途徑阻斷管控模式涉及室內區域（3#倉庫）和室外區域（3#倉庫以外區域）2 種情形，其中3#倉庫為規劃新建建筑，倉庫無地下空間構筑物，其地基底板及承臺施工擾動深度約2.6 m。室內區域和室外區域2 種情形下的苯污染風險水平計算如下。

（1）室內區域（3#倉庫）

采取途徑阻斷管控模式后，人員主要在室內辦公情景中，受土壤污染影響暴露途徑由6 種減少為1 種：吸入室內空氣中來自下層土壤的氣態污染物。

考慮后期人員在室內區域的工作情景，暴露濃度應采用概化分層內數據平均值95%置信上限值，通過專業數據統計軟件ProUCL 確定數據分布特征，得到建議置信上限值作為暴露濃度。經計算，3～8 m 層風險水平為1.63×10-6（表2），超過可接受范圍（1.0×10-6）。

表2 室內區域概化分層暴露濃度及風險計算結果Table 2 Exposure concentration and risk calculation results of generalized stratification (indoor areas)

考慮在樓底下方增加負壓環境，使樓底底板下方氣壓始終低于室內氣壓，假設人工措施使室內外壓差達到-2 Pa，經計算，3～8 m 層風險水平為6.06×10-12（表3），遠低于可接受水平，說明提供負壓環境能夠有效達到風險管控的目的。

表3 室內區域增加底板負壓環境后風險計算結果Table 3 Risk calculation results after adding negative pressure environment of floor indoors

（2）室外區域（3#倉庫以外區域）

采取途徑阻斷管控模式后，人員主要在室外辦公定期或不定期在區域活動情景中，受土壤污染影響暴露途徑由5 種減少為1 種：吸入室外空氣中來自下層土壤的氣態污染物。

考慮后期人員在室外區域中的工作情景，通過ProUCL 軟件確定數據分布特征，得到暴露濃度。經計算，3～8 m 層風險水平為1.14×10-6（表4），超過可接受范圍（1.0×10-6）。

表4 室外區域概化分層暴露濃度及風險計算結果Table 4 Exposure concentration and risk calculation results of generalized stratification (outdoor areas)

室外區域僅JXS19-2 點位3～4 m 土壤苯濃度（696 mg/kg）及JXS19 點位4～6 m 土壤苯濃度（713 mg/kg）顯著高于其他樣點，超出GB 36600—2018 第二類用地管制值（40 mg/kg）15 倍以上，應予以處理。假設處理至管制值以下，重新計算概化分層內數據平均值95%置信上限值，通過ProUCL 軟件確定數據分布特征，得到苯暴露濃度為10.6 mg/kg，經計算，健康風險為2.3×10-7（表5），遠低于風險可接受水平。這說明室外區域高濃度點位苯削減至管制值以下，并在其3 m 深度以上保障1 m 厚土層阻隔，能夠實現對一期室外區域有效風險管控。

表5 室外區域高濃度點位削減至管制值后的風險計算結果Table 5 Risk calculation results after reducing outdoor high concentration point to the control value

1.4.3 途徑阻斷管控措施及監測目標

場地未受擾動層污染土壤管控目標為使用情境下人體健康可接受，及采取管控措施后風險水平通過相對保守計算方式結果滿足風險可接受水平要求，致癌風險水平低于1.0×10-6，危害商低于1。

（1）室內區域（3#倉庫）途徑阻斷管控措施

通過安裝樓底負壓系統使樓底氣壓較室內氣壓低于2 Pa 以上，土壤氣通過導排系統處理達標排到室外，實現安全使用室內辦公空間的風險管控目標。

（2）室外區域（3#倉庫以外區域）途徑阻斷管控措施

針對室外區域，對JXS19-2 點位的3～4 m 污染土壤（苯濃度696 mg/kg）及JXS19 點位4～6 m 污染土壤（苯濃度713 mg/kg）采用化學氧化方式處理至苯濃度低于40 mg/kg，并在3 m 深度以上保障阻隔層工程參數滿足厚度不小于1 m。阻隔層材料采用當地原土或性狀相當的清潔黏土覆蓋，實現室外區域風險管控目標。

（3）風險管控監測目標

風險管控工程完成后，需對風險管控區導氣層抽提處理排放廢氣和環境空氣開展周期性監測。抽提處理排放廢氣中苯需滿足GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》中最高允許排放濃度（12 mg/m3）；環境空氣中苯、甲苯、苯并(a)芘和非甲烷總烴需滿足GB 3095—2012《環境空氣質量標準》、HJ 2.2—2018《環境影響評價技術導則 大氣環境》、GB 37822—2019《揮發性有機物無組織排放控制標準》等標準限值要求，分別為110、200、0.002 5、10 000μg/m3。

2 風險管控工程設計

2.1 風險管控范圍

室內外區域上層污染土壤修復達標后，結合室內外工作情景對8 837.6 m2苯和多環芳烴污染深層土壤進行風險管控設計。

針對3 059.2 m2室內區域建筑物地基下方-2 m污染土采用土壤氣阻隔控制工程；5 778.4 m2室外區域原始地面標高-3 m 以下污染土采用HDPE 膜（兩布一膜）水平阻隔，阻隔層上采用清潔黏土覆蓋壓實，確保滿足人體健康風險管控目標要求，并便于后續擬建建筑的開發建設。阻隔工程分區統計見表6，阻隔工程施工范圍見圖4。

圖4 阻隔工程施工范圍平面Fig.4 Construction scope of barrier engineering

表6 阻隔工程分區統計Table 6 Partition statistics of barrier engineering m2

2.2 室內區域風險管控參數設計

室內環境通過阻隔土壤氣的工程措施進行管控，措施主要分為2 部分：1）土壤氣隔氣膜安裝；2）土壤氣導氣層安裝。隔氣膜與氣體導排系統示意見圖5。

圖5 隔氣膜與氣體導排系統示意Fig.5 Schematic diagram of gas barrier film and gas discharge system

隔氣膜是氣體防滲建筑材料中的噴涂型薄膜，可阻隔土壤氣向上層擴散。隔氣膜、復合底襯及保護層的化學穩定性、耐腐蝕性、抗老化性可滿足設計使用年期50年，材料性能要求見表7。

表7 室內土壤氣阻隔層材料性能要求Table 7 Material performance requirements for indoor soil gas barrier layer

為避免VOCs 污染物從建筑物底部和側墻或回填土壤層滲入，隔氣膜應鋪設于建筑物地基底板與導氣層間，具體鋪設位置及工程量參數見表8。

表8 隔氣膜鋪設位置及工程量參數Table 8 Laying position and engineering quantity parameters of gas barrier film

導氣層是建筑物下方通過安裝負壓系統形成阻隔，進一步降低侵入室內風險。本項目抽提管路成網格狀分布，平行向管路間距設置為12 m，開孔孔徑小于導氣層填料粒徑。土壤氣收集穿孔管施工參數見表9，穿孔管結構見圖6。

圖6 穿孔管結構Fig.6 Structure of perforated pipe

表9 土壤氣收集穿孔管施工參數Table 9 Construction parameters of perforated pipe for soil gas collection

為保證室內區域建構筑物下方負壓環境均勻分布，水平抽提尾氣處理系統沿樓基北側每48 m 安裝1 個，共計配置3 個。抽提系統包括軸流風機、活性炭吸附罐，設備參數見表10。

表10 土壤氣處理設備參數Table 10 Parameters of soil gas treatment equipment

導氣層運行過程風機運行風壓為-0.03～-0.01 MPa，導氣層負壓為-5～-2 Pa。通過檢測積累日間及季間底板內外壓差進行調整。土壤氣、水收集及處理管道儀表流程（PID）見圖7。

圖7 土壤氣、水收集與處理儀表流程（PID）Fig.7 PID diagram of collection and treatment of soil gas and water

室內阻隔排氣層的安裝應符合GB 51220—2017《生活垃圾衛生填埋場封場技術規范》中對排氣層施工的要求。

2.3 室外區域風險管控參數設計

室外區域采用兩布一膜組成的復合土工膜（包含1.5 mm HDPE 膜、雙層400 g/m2長絲無紡針刺非織土工布）覆蓋阻隔，垂向結構示意見圖8。阻隔層滲透系數要小于10-7cm/s，阻隔材料要具有極高的抗腐蝕性、抗老化性，具有強抵抗紫外線能力，使用壽命50年以上，無毒無害。

圖8 室外區域工程阻隔垂向結構示意Fig.8 Vertical structure diagram of outdoor engineering barrier

2.3.1 HDPE 土工膜設計參數

考慮到對有機物的防滲能力，并綜合本工程場地地形的特點及投資因素，本項目柔性膜阻隔層選擇經濟實用的1.5 mm 厚的普通HDPE 土工膜。HDPE土工膜的質量應符合GB/T 17643—2011《土工合成材料 聚乙烯土工膜》的規定，同時應符合表11 要求。

表11 普通HDPE 土工膜性能指標Table 11 Performance indexes of ordinary HDPE geomembrane

2.3.2 保護層（土工布）設計參數

根據綜合計算結果，本工程土工布為聚酯長絲無紡土工布，且規格不應小于300 g/m2。因此選用400 g/m2聚酯長絲土工布。土工布技術性能除應符合國家現行標準GB/T 17639—2008《土工合成材料長絲紡粘針刺非織造土工布》，同時應符合表12要求。

表12 復合土工膜外觀瑕疵評定Table 12 Evaluation of appearance defects of composite geomembrane

2.3.3 壓實黏土層設計參數

土工布及HDPE 膜鋪設完成后，在阻隔層上方回填黏土防護層，厚度不低于1.0 m，壓實系數≥0.94，回填土壤應處理至濕度不小于33.8%，土壤干容重不小于1.3。

3 風險管控工程施工工藝流程

3.1 室內區域管控工程工藝流程

室內區域管控工程施工流程如圖9 所示。具體步驟：1）地基平整及處理。鋪設地基面必須平整，沒有泥土、殘渣等雜物。去除大塊的石頭或者泥塊，防止可能產生的尖角。2）導排氣層安裝。該部分包括碎石排氣層鋪設、導氣管建設及氣體抽提系統建設。3）隔氣層施工。隔氣層首先鋪設復合襯底，在該層上面噴涂隔氣膜，在隔氣膜上方鋪設保護層，施工照片見圖10。4）樁基與阻隔層連接施工。待建筑物樁基施工完成后，對建筑物樁基與阻隔層連接部分進行連接施工；待建筑物±0.00 以上墻體施工完成后，對建筑物墻體側壁進行垂向阻隔及連接施工。5）回填土層施工。回填土層采用黏土、碎石或土夾石回填，壓實系數≥94%。

圖9 室內區域管控施工流程Fig.9 Construction process of indoor area control

圖10 隔氣層施工Fig.10 Construction of gas barrier layer

3.2 室外區域管控工程工藝流程

室外區域管控工程施工流程如圖11 所示。具體步驟：1）阻隔區域平整。對清挖后污染界面進行壓實平整，為防滲單元的鋪設提供工作面。2）HDPE 膜及土工布鋪設。在基層上面鋪設防滲單元，防滲單元采用兩布（長絲土工布600 g/m2）一膜（HDPE 膜，厚1.5 mm），建立有效阻隔層，施工照片見圖12。3）回填土層施工。回填土層采用黏土、碎石或土夾石回填，壓實系數≥94%。

圖11 室外區域柔性膜阻隔施工工藝流程Fig.11 Construction process of flexible membrane barrier in outdoor areas

圖12 HDPE 膜及土工布鋪設Fig.12 Laying of HDPE membrane and geotextile

4 風險管控工程質量及效果評估

4.1 風險管控工程質量評估

進場材料檢驗。級配碎石、管材、土工布、HDPE 膜、噴涂膜等材料進場后，在監理的見證下取樣送第三方檢驗，檢驗結果表明原材料均滿足設計要求。

土壤氣阻隔控制工程/HDPE 膜阻隔工程性能測試。施工完成后，在監理的見證下委托第三方檢測單位對隔氣膜/HDPE 膜的氣密性和完整性進行煙氣檢測和電火花檢測，檢測結果表明隔氣膜/HDPE膜完整無漏點，滿足工程性能要求。

回填壓實系數檢驗。采用分層回填方式保證壓實系數滿足設計要求，回填至設計標高后委托第三方檢測單位對壓實系數進行檢驗，檢驗結果表明壓實系數滿足設計要求。

4.2 風險管控工程效果評估

為了評估風險管控區域的管控效果，按照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）》要求，在風險管控工程完成1年內，分別對風險管控區導氣層抽提處理排放廢氣和環境空氣進行了周期性監測，結果均符合風險管控目標要求且現場無異味，該項目已于2021年12 月順利通過生態環境主管部門組織的驗收。

（1）導氣層抽提處理廢氣排放監測

分別于2021年1—5 月、8 月在導氣層1#、2#、3#廢氣排放口共采集環境空氣樣品18 個，檢測結果表明，廢氣中苯的濃度為ND～6.63 mg/m3，均滿足GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》最高允許排放濃度要求。

（2）環境空氣監測

分別于2020年11 月，2021年1—5 月、8 月在管控區上風向、管控區內、下風向共6 個點位采集環境空氣樣品126 個，分析空氣中苯、甲苯、苯并（a）芘和非甲烷總烴濃度，監測結果均滿足相關標準要求（表13）。

表13 環境空氣監測結果Table 13 Monitoring results of ambient air

4.3 長期監管

根據HJ 25.5—2018 中對污染地塊土壤風險管控的要求，本項目采用長期環境監測與制度控制相結合的方式，進行后期環境監管，并由地塊使用權人負責組織實施及費用支付。長期環境監測原則上1～2年開展1 次，可根據實際情況進行調整；制度控制主要包括設置管控區邊界圍擋、設置標識牌、信息監控與識別、地塊資料管理等措施。

本項目風險管控工程已通過效果評估且從污染地塊名錄移除，目前正處于開發建設前期的可行性研究階段。若后期規劃與開發建設條件改變，需重新進行人體健康風險評估并采取相應措施。

5 結論

（1）本項目一期場地治理包括淺層污染土壤的源去除修復模式和深層污染土壤途徑阻斷、長期監測風險管控模式，一方面可以清除源頭高風險污染，另一方面緊密結合場地開發建設方案切斷土壤氣擴散途徑，降低對人體的健康風險，可實現風險可控、節約成本的目的。

（2）為滿足人體健康風險管控目標，針對室內、室外不同工作情景，設計了風險管控方案。室內區域建筑物地基下方-2 m 污染土采用土壤氣阻隔控制工程，在建筑物地基底板與導氣層之間設置噴涂隔氣膜對土壤氣進行阻隔，控制建筑物下方導氣層負壓為-5～-2 Pa，利用抽提系統對土壤氣進行集中收集，經尾氣處理系統處理達標排放；室外區域原始地面標高-3 m 以下污染土采用HDPE 膜（兩布一膜）進行水平阻隔，阻隔層上方采用清潔黏土覆蓋壓實。

（3）工程控制是一類很有應用前景的污染場地風險管控技術。為保證工程控制實際效果，一方面需加強工程控制實施過程中的質量控制和質量保證，如加強進場材料檢驗、阻隔工程性能測試、回填壓實系數檢驗等，確保滿足設計及工程性能要求。另一方面需重視工程控制措施效果評估及后期環境監管，工程效果評估一般在工程設施完工1年內開展，至少每季度采樣1 次；后期環境監管一般采用長期環境監測與制度控制相結合的方式，長期監測原則上1～2年開展1 次，可根據實際情況進行調整，而且，當場地的環境條件發生較大改變時，還應開展應急監測，評估工程控制措施的效果。