砷、鎘、鉛復合污染場地修復實例研究

2024-08-08 00:00:00周沖李慧王星熊元鴻石若峰

科技創新與應用 2024年23期

摘要：通過對該項目的研究，分析重金屬污染場地修復工程的全流程。分析固化穩定化修復砷、鎘、鉛復合污染土壤的工程實例。確認固化穩定化修復重金屬污染土壤的原理是通過固化穩定化藥劑與重金屬進行物理化學反應生產難溶物質固定在土壤中防止其浸出，降低其危害，但并沒有完全消除危害，需配合阻隔填埋、長期監測和場地管控措施綜合使用。同時，對不同固化穩定化藥劑選擇，確認一種商品化的藥劑，對此項目的長期研究可以評估此藥劑的長期效果，為類似其他項目的選用提供相應工程技術和藥劑固化效果參考。

關鍵詞：砷；鎘；鉛；固化穩定化；場地修復；原位填埋

中圖分類號：X53 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0163-04

Abstract： Through the study of this project， the whole process of heavy metal contaminated site remediation project is analyzed. An engineering example of solidification and stabilization for remediation of arsenic， cadmium and lead contaminated soil is analyzed. It is confirmed that the principle of curing and stabilizing remediation of heavy metal contaminated soil is that the refractory substances are fixed in the soil to prevent their leaching through physical and chemical reactions between solidified stabilizers and heavy metals， but the harm is not completely eliminated. It should be used comprehensively with barrier landfill， long-term monitoring and site control measures. At the same time， for the selection of different curing and stabilizing agents， a commercial agent is confirmed. The long-term study of this project can evaluate the long-term effect of this agent and provide reference for the selection of similar projects.

Keywords： arsenic; cadmium; lead; solidification and stabilization; site restoration; in situ landfill

采礦業的發展是土壤重金屬的主要污染源[1]。土壤中的重金屬具有高毒性、難遷移性、不可逆性和富集性等特點，可通過食物鏈轉移到人體內，危害人類健康[2]。我國處在發展階段，對污染土壤的修復需要經濟可行的技術。因此，作為物化修復技術的固化穩定化修復技術目前運用較為廣泛[3-7]。本項目的處置為危廢專用處置單位進行利用處置提供借鑒，對污染土壤采用“固化穩定化處置+阻隔填埋+長期監測”的處置措施。

1 工程背景

1.1 項目概況

項目區域位于長江中游多金屬成礦帶鄂東南成礦束東端，為當地銅、金、鉛和鋅等內生金屬礦藏重要蘊藏地，為古礦區，鉛鋅礦產資源儲量豐富，礦區面積18 km2。據縣志記載：當地是古代著名的白銀產地，自宋朝開始，經歷元、明、清各朝都有采銀記載，日本侵華期間也開采過。長期以來，大量的金屬礦產開采和金屬冶煉導致了土壤、水體和農產品的重金屬污染。

1.2 場地歷史及未來規劃

項目場地原為一冰銅廠，現已被取締關停，歷史生產資料缺失，占地面積約20畝（1畝約等于667 m2）。

根據文獻查閱，冰銅生產工藝是將粉狀或顆粒狀銅原料（銅精礦、廢渣）與石英砂（石）混合后，經閃速爐熔煉，在1 084～1 300 ℃的高溫下，石英與銅礦中鐵、鉬、鎂、鈣和硅等結合，形成爐渣，剩余產品即為冰銅，銅含量在50％～75％。“冰銅”經轉爐吹煉后的產物是“粗銅”，銅含量98.5％左右。

生產過程中產生的廢氣和廢水未進行處理而直接排放，且長期堆放的礦渣中砷、鉛、鎘等重金屬有不同程度地溶出，進入土壤和地表水體，造成嚴重的環境污染。歷史上此地發生過廢水泄漏，廢水流入了下游水塘、農田。

根據城市總體規劃（2014—2030年）、經濟開發區總體規劃（2015—2030年），本次調查范圍的地塊未納入城市總規范圍，用地規劃暫按第二類用地。

1.3 水文地質

根據鉆探取芯觀察、室內土工試驗及標準貫入試驗等，按其成因、結構特征及強度將場地內土層劃分為6大層，分別為素填土厚度0.60～5.80 m，淤泥質黏土厚度1.70 m，粉質黏土厚度1.30～17.70 m，強風化石灰巖部分揭露，中風化石灰巖部分揭露，中風化泥質粉砂巖部分揭露。

場區地下水分為2種類型，一種是第①層填土中含有一定量的上層滯水（地表水），受大氣降水及蒸發影響；另一種是基巖裂隙中含有極少量裂隙水，透水性弱，主要接受區域側向補給。第②③層透水性弱，可視為場地內相對隔水層。勘察期間測得上層滯水水位為地面下0.20～6.00 m（標高35.50～52.60 m），第④⑤⑥層基巖裂隙水因埋深較大而未測得其水位，地下水大致流向為由西北向東南方向。

2 污染狀況、修復目標和工程量

2.1 污染狀況

前期污染調查過程中，在地塊內共布置10個采樣點，采集樣品48個，檢測指標共包括pH、重金屬、SVOC和VOCs，其中SVOC和VOCs均未檢出，檢出的污染物為重金屬，超過篩選值的污染物為鉛、鎘、砷。最大采樣深度為11 m，最大污染深度達到9 m（8 m處超標，污染深度往下外延1 m）；隨深度的增加，點位CD6、DK5土壤中金屬元素的含量呈下降趨勢，但其他點位變化無明顯規律。

采集了1個廢渣樣品YXZ1，對重金屬浸出毒性進行了監測，廢渣浸出毒性鑒別結果參考GB 5085.3—2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》標準。其中，土壤浸出液按HJ/T 299—2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》制備。結果表明廢渣浸出液超標，可判定為危險廢物，堆體靠墻堆放，長約28 m，寬4 m，高度1 m，體積約56 m3（約100.8 t）。

共采集3個地下水樣品，檢測指標共包括pH、重金屬、SVOC、VOCs等指標，其中DKGW4的地下水樣品鎘和砷超過GB/T 14848—2017《地下水質量標準》Ⅲ類標準。點位現場鉆孔發現在0.4～3.2 m回填了部分尾礦渣土，其可能是造成地下水砷和鎘超標的原因。

2.2 修復目標

根據《地塊環境調查與風險評估報告》結論，將土壤篩選值、區域土壤背景值與計算風險控制值進行比較，地塊污染土清挖及凈土回填最終的土壤修復目標見表1所列修復目標值。修復后土壤使用HJ557—2010《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》制備的浸出液中重金屬濃度，需達到GB/T 14848—2017《地下水質量標準》的IV類限值，見表2。

2.3 工程量

地塊的染物土壤分為2個層次，分別為0.0～2.0 m、2.0～9.0 m。0.0～2.0 m采用固化穩定化技術，風險管控面積11 355 m2，固化穩定處置土方量為12 001 m3。2.0～9.0 m深度范圍內土壤中重金屬同樣呈現復合污染，采用HDPE膜水平阻隔技術，風險管控面積為11 770 m2，風險管控土方量為45 017 m3。

遺留危險廢物土方量約為56 m3，重量約為100.8 t。

3 技術路線

本項目方案對于地塊內污染土壤及遺留危險廢物共采取3種處理措施：0.0～2.0 m污染土壤進行原位異地的穩定化修復處理；2.0～9.0 m污染土壤進行原位阻隔修復處理；遺留危險廢物運輸至具有資質單位處置。根據《地塊場地環境調查和風險評估報告》，在現場踏勘后，需要進一步加密采樣點的布置，對0.0～2.0 m的污染土壤挖出后需進行原位異地的穩定化修復處理，開挖回填區0.0～2.0 m進行垂直阻隔，穩定化后土壤進行原位回填，回填后需填至少0.5 m干凈土壤。為了防止運輸途中土壤二次污染，減少運距，將暫存場設置在距廠區約300 m的一處地塊，面積1 000 m2，暫存場防滲結構為600 g/m2長絲無紡土工布、1.5 mm HDPE 土工膜和600 g/m2長絲無紡土工布。對2.0～9.0 m的污染土壤區域采取原位阻隔回填區的防滲結構為400 g/m2長絲無紡土工布、1.5 mm HDPE土工膜和400 g/m2長絲無紡土工布。本項目危險廢物主要為本場地堆渣場區域堆渣，將其送至具有危廢處置資質單位處理（圖1）。

4 施工過程

4.1 施工準備

施工前期需進行技術、機械設備和臨建準備，主要為進行施工組織設計的編制、評審和備案，專用機械的租用，現場圍擋、處置區、道路和項目部的建設。

4.2 危廢處置

委托危廢處置公司，嚴格按照環保要求對場地內的危險廢物進行無害化處理。該公司核實廢物名稱為冶煉廢物02748，類別編號HW48（321-027-48），外運目的為利用，作為該公司相關產品的原料。轉運危險廢棄物2車，共計101.58 t。

4.3 固化穩定化

1）暫存區的穩定化修復區域是堆放含重金屬的土壤的區域，原位須做防滲處理。根據現場條件，區域采用無紡土工布（600 g/m2）+1.5 mmHDPE防滲膜+無紡土工布（600 g/m2），為二布一膜，邊坡即側向選用1.5 mm單糙面HDPE土工膜采用的復合土工膜。

阻隔防滲施工流程：基層處理→鋪設保護墊層→復合土工膜鋪設→HDPE膜焊接→HDPE膜焊縫檢測→復合土工膜鋪設→土工布縫合→覆蓋保護墊層。

2）現場嚴格按照修復方案和現場實際情況確定的污染土壤開挖范圍，利用專業挖掘機械進行土壤開挖，使用運輸車將污染土壤場內轉運至異位穩定化區域進行處置。

3）污染土壤挖掘時同步對現場的污染土壤使用專用機械ALLU斗進行初步篩分破碎，將土壤中的大塊石塊等篩出，對土壤進行破碎。按照試驗確定的配比1%進行固化穩定化藥劑投加，加藥使用ALLU斗進行充分拌和，進行覆蓋養護。施工過程中，視現場情況使用霧炮進行降塵處置，同時做好相關加藥等記錄后存檔。養護3 d后進行自檢。

4.4 阻隔回填

防滲為2部分，第一部分為場地紅線邊界垂直鋪設防滲膜，防滲結構為400 g/m2長絲無紡土工布+1.5 mmHDPE土工膜+400 g/m2長絲無紡土工布，其中1.5 mmHDPE膜起主要防滲作用，防滲長度為377 m，面積為754 m2。第二部分為水平鋪設防滲膜，風險管控面積為117 705 mm2，防滲結構為400 g/m2長絲無紡土工布+1.5 mmHDPE土工膜+400 g/m2長絲無紡土工布，其中1.5 mmHDPE膜起主要防滲作用。

檢測處置合格的土壤進行回填，從最低處開始，由下而上整個寬度水平分層均勻鋪填土料，并進行壓實。用機械碾壓，在碾壓之前宜先用輕型推土機推平，低速預壓4～5遍，使表面平實，避免碾輪下陷。碾壓時，輪（夯）跡應相互搭接，防止漏壓或漏夯。當天填土應在當天壓實。處置后的污染土壤上面再回填0.5 m凈土進行覆蓋。

4.5 長期監測

根據設計要求在場地周圍建設監測井4口對場地進行長期監測，檢測指標為pH、砷、鎘、鉛，以GB/T 14848—2017《地下水質量標準》的IV類限值為標準。

4.6 二次污染防控

施工現場地表水主要來源為地表淺層積水、車輛清洗廢水、生活廢水等。本項目采取現場建設一體化污水處理設施等，施工現場各類地表水統一收集處理，處置合格后外排。現場施工涉及土方的清挖及轉運，施工過程中可能產生揚塵，所以涉及土方施工時，現場用霧炮進行噴淋。對于現場堆好的異位處置單元，進行膜覆蓋，確保大風天氣不產生揚塵且不造成空氣二次污染。現場加強對噪聲的監測，居民區環境噪聲執行國家GB 3096—2008《聲環境質量標準》中的2類標準，治理區域邊界處噪聲執行GB 12523—2011《建筑施工場界環境噪聲排放標準》，全施工過程的噪聲監測值均小于70 dB，達到控制標準。施工現場設置了活動垃圾箱，派專人管理和清理，不在工地焚燒殘留的廢物或將廢物隨意堆放，對可回收的廢棄物做到再回收利用。

4.7 效果評估

效果評估單位對現場基坑側壁及坑底取樣30份，檢測達到修復目標，開挖干凈。對固化穩定化后的土壤取樣35份，浸出達到修復限值，處置合格。對地下水取樣監測1年，未出現超過修復目標值，污染土壤得到有效管控。修復效果達到設計要求，通過驗收。

5 結束語

1）完成本項目要求的12 001 m3污染土壤的修復工作，自檢及第三方檢測達到修復目標值，通過第三方驗收。

2）完成現場的危險廢棄物處置工作101.58 t，全部按要求轉運到危廢處置公司進行處置，并到環保局備案。

3）完成阻隔防滲層11 770 m2。

4）現場按照施工組織設計要求及現場情況完成二次污染防護工作。

5）針對本項目后期管控，提出以下幾點建議：①加強地下水長期監測；②場地長期管控；③嚴格控制用途。

參考文獻：

[1] 鄧紅俠，楊亞莉，李珍，等.不同條件下皂苷對污染塿土中Cu、Pb的淋洗修復[J].環境科學，2015，36（4）：1445-142.

[2] 倉定穩，倉定仲.土壤污染與治理研究現狀[J].科技經濟市場，2018（2）：172-173.

[3] 李浩，楊玉，薛曉東.淺議重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐[J].清洗世界，2022，38（9）：69-71.