巖土施工技術應用于污染場地修復中的問題及研究

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.016

摘" 要：隨著城市化、工業化進程的加快，我國土壤污染形勢十分嚴峻，在對生態環境造成污染的同時，也極大地威脅到人體健康。因此，對污染土壤的修復十分重要。在該次研究中，設計通過稱取一定量的污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉及水泥，養護后檢測其中含有的污染物質量分數，以分析污染場地修復效果。這一過程中，為改善修復效果，還積極地應用高壓旋噴和深層攪拌技術。研究發現，污染土地修復中可以將水泥作為氧化藥劑過硫酸鈉的堿激活劑和熱活化劑，以增強過硫酸鈉對污染土壤中有機物的氧化性能，提升對各種污染物的降解效果。污染場地原位修復中應用高壓旋噴技術與深層攪拌技術可以促進修復藥劑與污染物更為高效、快速的混合，在實際土地修復施工過程中，可以選擇將所添加水泥的比例控制為大約6%的水平。

關鍵詞：污染場地；修復；巖土施工技術；污染物；土壤樣品

中圖分類號：X53" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0062-04

Abstract： With the acceleration of urbanization and industrialization， the situation of soil pollution in China is very serious， which not only causes pollution to the ecological environment， but also poses a great threat to human health. Therefore， the remediation of contaminated soil is very important. In this study， the design weighed a certain amount of contaminated soil samples， added different proportions of sodium persulfate and cement， and tested the mass fraction of pollutants after maintenance， in order to analyze the remediation effect of the contaminated site. In this process， in order to improve the repair effect， high-pressure rotary spraying and deep mixing technology were actively applied. It is found that cement can be used as alkali activator and thermal activator of sodium persulfate in the remediation of contaminated land to enhance the oxidation performance of sodium persulfate on organic matter in contaminated soil and improve the degradation effect of various pollutants. The application of high-pressure rotary jet grouting technology and deep mixing technology in in-situ remediation of contaminated sites can promote the more efficient and rapid mixing of remediation agents and pollutants. In the actual construction process of land restoration， the proportion of cement added can be controlled to about 6%.

Keywords： contaminated site; remediation; geotechnical construction technology; pollutants; soil sample

目前，在我國很多城市和地區，都存在十分嚴重的土地污染問題，嚴重威脅到公眾的健康與生活，也對各地的經濟發展和城市化進程等產生了一定的不利影響。因此，政府部門高度重視土壤的保護和修復工作，并采取了一系列保護和綜合治理措施。近年來，隨城市工業企業大量搬遷，遺留下的污染場地成為新的環境問題，并顯著影響周圍環境，制約其再利用。國家的工業化和城鎮化蓬勃發展，但化工廢水無序排放、廢物簡單棄置、礦渣不當處置等粗放的環境安全管理對土壤造成嚴重污染。20世紀50年代以來，中國工業化和現代化進程快速發展，但由于沒有及時重視污染物排放的監管和治理，相應環境保護措施缺失，導致各地普遍出現土壤、水體污染問題。隨著“退二進三”政策的推進，以及土地開發與再利用浪潮的到來，土壤污染問題與危害不斷暴露，污染場地修復技術類型多樣，涉及到熱脫附、土壤淋洗、常溫解吸、固化穩定化、化學氧化、生物化學還原、氣相抽提和土壤深層攪拌等多種不同的技術，可滿足多種類型的復雜污染場地修復需求。目前，污染場地的修復可分為異位修復和原位修復2種。其中，原位修復方案的應用較為廣泛。基于以上背景，本研究設計通過稱取一定量的污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉及水泥，養護后檢測其中含有的污染物質量分數，以分析污染場地修復效果。這一過程中，為改善修復效果，還積極地應用了高壓旋噴和深層攪拌等巖土施工技術。通過觀察、分析實驗結果，總結相應的實驗經驗，為污染場地的修復工作提供一定的參考。

1" 材料與方法

1.1" 材料

從某污染場地中采集土壤樣品，該污染場地位于XX市XX有機污染場地，相關的污染物類型主要包括苯、氯苯、1，4-二氯苯等芳香烴等。土壤樣品采集過程中，采集深度控制在50～100 cm的范圍內，對于采集獲得土壤樣品進行初步處理，對其中的石子等建筑垃圾予以剔除。之后對土壤樣品進行密封處理，并帶回實驗室妥善保存備用。研究使用的藥劑為過硫酸鈉，此種氧化劑購自蘇州市榮振精細化工有限公司。固化劑采用普通的硅酸鹽水泥，購自江門市新會區誠輝水泥有限公司。

1.2" 實驗設計

污染土壤修復過程中可以應用多種不同的方法，其中原位修復技術的應用較為廣泛。針對受到污染的場地，在應用原位修復技術進行修復處理的過程中，為了提高修復效率，并獲得理想的修復效果，需要對修復過程中藥劑的注入效率進行嚴格控制。同時，對于藥劑注入后藥劑與污染土壤之間的混合程度，也應予以合理的控制。為此，在此次研究中，選擇聯合應用一定的水泥作為固化劑，以增強修復后土地的承載能力。但是，采用傳統施工方式進行修復的過程中，往往無法很好地將溶劑準確地注入到污染場地中的具體位置。尤其是一些污染場地存在污染面積偏大，污染深度較深的情況。在進行修復處理的過程中，容易出現修復周期長、修復效率低、修復效果不夠理想的問題。為解決上述難題，可以積極地應用一定的巖土施工技術，例如高壓旋噴技術與深層攪拌技術等。通過上述技術的應用，可以更好地將修復藥劑與場地中受到污染的土壤快速、高效、均勻地混合在一起。尤其是針對污染深度較深的情況，可以實現修復藥劑與深層污染土壤的良好混合，以確保污染土壤中污染物的高效去除。在本文的研究過程中，在污染場地修復過程中，選擇使用一定的修復藥劑，并在其中添加一定比例的水泥，以獲得理想的修復效果，為提高修復后土體的承載力，滿足后期施工的需求。這一過程中，為改善修復效果，還積極地應用了高壓旋噴和深層攪拌技術，實現修復藥劑與污染土壤的充分混合。

1.3" 實驗方法

原位化學氧化/還原技術的應用過程中，需要用到一定的氧化劑，目前，在實際土壤修復中可供選擇的氧化劑類型有很多，例如過氧化氫和高錳酸鹽、過硫酸鈉、芬頓試劑等等。在本次研究中，設計通過稱取一定量的污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉及水泥，養護后檢測其中含有的污染物質量分數，以分析污染場地修復效果。在具體的實驗中，分別稱取200 g污染土壤樣品，添加不同比例的過硫酸鈉與水泥，對其予以充分的攪拌，待混合均勻之后，對其進行為期7 d養護。養護結束對樣品進行檢測，檢測污染土壤樣品中的有機污染物。在研究中一共設計了5個不同的實驗方案，在不同的方案中，分別設計添加不同比例的過硫酸鈉及一定量的水和水泥，具體的方案設計情況及所添加水與水泥和過硫酸鈉的比例見表1。

2" 結果分析

2.1" 不同含量過硫酸鈉對氯苯降解率的影響

在不同的實驗方案中，對固化劑（水泥）的添加情況進行了不同的設計，通過對添加水泥與未添加水泥情況下不同含量過硫酸鈉對氯苯降解率的影響效果進行統計，得出了如圖1所示的研究結果。

通過對圖1 中的實驗結果進行觀察可以發現，在實驗中，隨著過硫酸鈉含量的不斷增大，其對污染土壤樣品中氯苯的降解率也在不斷地產生著影響，導致相應的降解率呈現出不斷增大的變化趨勢。同時，實驗結果還顯示，在所添加的過硫酸鈉含量大約達到7%水平之后，過硫酸鈉對氯苯的降解率可以達到90%以上的水平。同時，隨著氧化劑添加量的繼續增加，過硫酸鈉含量雖然不斷增加，但相應的氯苯降解率并不會出現明顯的改變。為此，綜合考慮修復相關成本問題，將過硫酸鈉的添加含量控制在7%的水平較為適宜。通過對圖1中2條曲線的整體變化情況和變化趨勢及位置關系等進行觀察還可以發現，在保持相同過硫酸鈉添加量的情況下，如果添加一定量的水泥，對應的氯苯降解率變化曲線始終高于單純應用過硫酸鈉的氯苯降解率變化曲線。該結果也證明，應用過硫酸鈉對氯苯實施降解的過程中，單純應用過硫酸鈉可以獲得一定的降解效果，但通過添加一定的水泥，可以改善相應的降解效果。對出現這一結果的原因進行分析，可能是因為所添加的水泥在酸堿度方面呈堿性，而過硫酸鈉的最佳反應環境為弱堿性。因此，在具體的反應過程中，過硫酸鈉氧化有機物的時候會產生H+，影響到溶液的酸堿度，導致溶液pH的下降。而通過添加一定的水泥，可以一定程度改善上述情況，促進過硫酸鈉發揮更為有效的氧化作用。另外，過硫酸鈉對氯苯進行降解的過程中，會受到溫度條件的一定影響。適當地提高溫度水平，可以對整個降解過程產生積極的促進作用。在水泥與過硫酸鈉發生混合的過程中，通過反應可以釋放出一些熱量，這些熱量會產生熱激活效應，對過硫酸鈉降解氯苯的過程產生影響，進而提高過硫酸鈉降解氯苯的效果。

2.2" 不同含量過硫酸鈉對1，4-二氯苯降解率的影響

在該場地的修復過程中，1，4-二氯苯也是一種十分重要的污染物。通過應用一定的過硫酸鈉可以對其進行有效的降解。這一過程中，可以添加適量的水泥，以達到改善降解效果的目的，具體的實驗結果如圖2所示。

觀察圖2 中的實驗結果可知，修復實驗過程中，所添加過硫酸鈉的含量與相應的1，4-二氯苯降解效果之間存在著一定的關系。其中，隨著過硫酸鈉添加含量的不斷增加，1，4-二氯苯降解率也會隨之呈現出不斷增大的變化趨勢。通過觀察圖中的數據及2條曲線的位置關系還發現，在保持相同過硫酸鈉含量的情況下，添加一定量水泥之后，相應的降解率曲線位置整體較高，且始終高于未添加水泥的降解率變化曲線。這一結果提示，通過添加一定量的水泥可以從一定程度上促進過硫酸鈉對1，4-二氯苯的降解。分析其中原因，可能是本次實驗中所使用的水泥屬于硅酸鹽水泥，其酸堿度整體偏堿性，因此可以作為過硫酸鈉的堿激活劑。受到水泥的影響，過硫酸鈉可以活化并分解出硫酸根自由基。這些硫酸根自由基具有很強的氧化性，其氧化還原電位很高，遠大于硫酸鈉在沒有活化劑參與情況下的氧化還原電位，因此對1，4-二氯苯等有機污染可以產生更為顯著的降解效果。

2.3" 不同含量過硫酸鈉對污染物氧化效果的評估

本節通過實驗研究了不同投加量的氧化劑對苯降解率的影響，實驗結果如圖3所示。

觀察圖3 中的實驗結果可以發現，隨著過硫酸鈉含量的不斷增大，其對污染土壤中苯的降解率也在不斷變化，并總體呈現出不斷增加的變化趨勢。同時，在保持相同過硫酸鈉添加量的前提下，添加氧化劑水泥之后，會對污染物苯的降解率曲線產生一定影響，使其始終高于使用單一過硫酸鈉對苯的降解率相關曲線。該結果表明，通過添加一定的水泥，可以從一定程度上促進過硫酸鈉對苯的降解。另外，結合實際情況，在對本污染場地進行修復處理的工程中，在苯修復目標方面，所設定的修復目標值為0.9 mg/kg。通過對圖3中不同曲線的觀察也可以發現，不論是單一使用過硫酸鈉，還是過硫酸鈉添加水泥進行修復，在對苯的降解效果方面，均達到了目標值，即獲得了理想的修復效果。

2.4" 不同投加量的固化劑（水泥）對污染物氧化效果的影響

本次實驗中，在應用過硫酸鈉對各種污染物進行降解處理的過程中，還對添加水泥之后的降解效果進行了觀察。研究中設計了不同的水泥添加比例，并與3%的過硫酸鈉進行聯合應用，相應的1，4-二氯苯與苯質量分數變化情況如圖4所示。

觀察圖4中1，4-二氯苯與苯質量分數變化曲線可以發現，隨著所添加水泥與氧化劑含量的不斷增加，污染物的質量分數整體呈現出先下降，達到最低點之后再上升的變化趨勢。其中，在污染物質量分數下降階段，相應的下降速度很快。在達到最低質量分數之后，會呈現出一定的上升趨勢，但整體變化較為平緩。通過對圖4中的2條曲線變化情況的觀察還了解到，當所添加的水泥比例在0～3%階段，2種污染物的質量分數表現出十分明顯的下降情況；當水泥的添加比例達到3%～6%之后，污染物的質量分數下降速度變慢；當所添加的水泥比例達到6%～13%之后，2種污染物的質量分數下降趨勢則慢慢趨于平緩。綜合分析，在所添加的水泥比例達到6%之后，對各種污染物的去除效果不再出現明顯的改變，因此認為，在實際土地修復施工過程中，可以選擇將所添加水泥的比例控制為大約6%的水平。

3" 結束語

近年來，我國的工業化水平大幅提高，粗放式的工業發展帶來了較為嚴重的污染物排放，導致空氣、土壤、水體質量受到破壞性影響，為此，還需要積極地針對污染場地進行修復處理，以解除環境風險，保障周邊居民身體健康。本次研究可以得出如下結論：

1）污染土地修復中，添加適量的水泥可以增強過硫酸鈉對污染土壤中有機物的氧化性能，提升對各種污染物的降解效果。

2）污染場地原位修復中應用高壓旋噴技術與深層攪拌技術可以促進修復藥劑與污染物更為高效、快速的混合，在實際土地修復施工過程中，可以選擇將所添加水泥的比例控制為大約6%的水平。

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作者簡介：譚云龍（1989-），男，工程師。研究方向為巖土勘察與工程管理。