商南县县河及周边铬污染防治技术

许祥斌,王 渌

(1.商南县水资源管理办公室，陕西 商洛 7263000；2商南县水土保持工作站，陕西 商洛 7263000)

商南县水资源丰富，流域面积在100 km2以上的河流有8条。境内矿藏较为丰富，已查明的矿种32种，矿床(点)52处。商南县东正化工有限责任公司是陕西省唯一一家铬盐生产企业，年产能力2.3×104t，在生产过程中有大量的铬渣产生。虽然在2015年9月已完成对铬渣堆放区及周边重度干扰区土壤修复工作，但渣场铬渣长期的露天堆放造成土壤表层污染和附近支线渠、县河段水体以及县河的河道底泥等污染。为彻底整治区域重金属污染，维护区域饮用水安全，保护居民身体健康，须对区域污染防治技术进行探析。

1 污染分析评价

1.1 水质污染情况调查与分析

根据项目实际情况，通过现场采样分析法，在治理范围内的县河和支线渠布设了10个采样点，使用手持式快速检测仪采集底泥样品10个，分析项目为pH、总铬和总砷。分析结果见表1。

从底泥样品总量检测分析结果表可以看出，县河流域是以铬、砷为主的重金属污染严重。

1.2 底泥污染程度评估

本次采用单因子和内梅罗污染指数相结合的评价方法[1]，对工程范围内的底泥和土壤进行潜在环境风险评价，单因子指数计算公式为：

Pi=Ci/Si

(1)

式中:Pi为底泥沉积物污染物i的环境质量指数；Ci为底泥沉积物污染物i的实测值，mg/kg；Si为底泥沉积物污染物i的评价标准，mg/kg。

《全国土壤污染状况评价技术规定》[2]中重点区域土壤污染评价Cr为380 mg/kg，As为55 mg/kg。分别计算目标污染物Pi值。依据《全国土壤污染状况评价技术规定》中重点区域土壤污染评价参考值，底泥中的Cr存在不同程度的污染现象，其中Cr最高达到5.24倍。

采用内梅罗指数法综合指数法计算公式:

(2)

式中：P为第i个样点的综合指数；Pimax为第i个样点中所有评价污染物中单项污染指数的最大值；Piave为第i个样点中所评价污染物单项污染指数的平均值。计算10个样泥，结果见表2。

当P<1时为无污染，当1≤P<2.5时为轻污染，当2.5≤P<7时为中污染。由表2可以确定县河和支线渠不同程度的污染，主要为中污染，且污染主要集中在0～1.0 m的深度。

表1 底泥样品总量检测分析结果

表2 内梅罗指数计算结果

1.3 修复范围

根据《土壤环境质量标准》，当pH>7.5时，砷(水田)标准值为20 mg/kg，铬(水田)标准值为350 mg/kg[3]。对本项目中10个采样点位不同深度的污染物浓度数据进行分析。结果显示：该河段底泥0～0.5 m深度铬超标倍数为2.6倍，0.5～1 m深度铬超标倍数为1.9倍，铬的迁移途径为在底泥中自上而下迁移，浓度随深度增加而降低，在1 m深处仍超标接近2倍，考虑到铬具有较强的溶解性、迁移性及生物毒性，为保证将超标底泥全部清除，建议清淤深度设为2 m。砷在1#点位0.5～1 m、5#点位1～2 m处有轻微的超标，清淤2 m深可彻底清除砷超标的底泥。同时，对河道边坡土壤也进行开挖处理，避免重金属由河道边坡土壤中向河道释放，控制河道修复后支流的用水安全。

县河及支渠河道中铬污染为铬渣堆场中污染物随风迁移导致。现河道中铬已检测超标，故由铬渣堆场至河道迁移路径区域也存在不同程度的污染，该区域表层土壤也列为修复对象。修复深度根据现场检测数据确定。项目前期仅对河道底泥中重金属铬和砷含量进行检测，河水中重金属铬含量未采样监测，其超标情况未知，为确保沿岸居民农田灌溉用水安全，建议本项目实施过程中增加对县河及支线渠河水水质在线监测及处理系统。

2 污染防治方案

按工程类别区分，防治工艺主要分为河道底泥及边坡清挖工程、底泥脱水工程、固化稳定化处理工程、河道生态整治工程、干扰区土壤原位固化稳定化及生态恢复工程。县河河道长4178 m，平均宽度20 m，规划修整面积83 560 m2。支线渠1110 m，平均宽度2 m，规划修整面积2220 m2。

2.1 河道清挖

对受污染的县河河道4178 m(河宽20 m，污染深度为2 m)和支线渠1110 m(河宽2 m，污染深度为2 m)的底泥及河道边坡土壤进行疏浚清淤。经估算拟开挖修复土壤方量约为2×105m3。施工应选在枯水期进行。首先去除河道周边的植被、杂草；将等地势的河道拐角做引流处理后，挖出底泥；平坦地段采用围堰方式抽去河水后清除污泥。由于河道沿线距离长，设计拟分段进行清淤，分段长度拟按1000 m考虑。各分段采用在河道上游和下游设置横贯河道的沙袋围堰。清淤从上游分段向下游分段依次进行，一个分段清淤完成后，拆除上游围堰，原下游围堰作为下一个分段的上游围堰。围堰高2.0 m，底宽4.5 m，顶宽0.5 m，围堰临水面设置防渗衬垫，以减少围堰渗水。上游围堰将隔断上游河水，在围堰上游形成积水。在围堰上游开挖2.0 m×2.0 m×1.5 m的集水坑，集水坑内设置轴流泵，通过DN200管道将上游河水抽排至清淤河段的下游河道。围堰施工完成后，对围堰间河段采用挖掘机机械开挖的方式进行底泥清淤，清挖出的底泥采用密闭式运输车运至底泥脱水场。

2.2 底泥脱水

清挖出的底泥中，40%含水量较低，60%的为泥浆状态，须脱水，须脱水底泥1.02×105m3。底泥脱水主要有自然干化法、机械脱水法和土工管袋法。经过比较，土工管袋脱水周期较短，并且比重力脱水法脱水处理后的底泥具备更低的含水率，故采用此法进行脱水。土工管袋脱水步骤主要有充填、脱水和固结3个阶段。由于脱水场地是临时工程，治理完成后需将所有构筑物及设备拆除。因此，场地应采取租赁方式，水电接入使用临时设施，以降低建设成本。本方案租用受重金属污染的旱地1000 m2作为底泥脱水处理场，平均运距2.0 km。为缩短底泥脱水周期，本方案拟采用投加PAM絮凝剂。絮凝剂PAM加药量为1～2 mg/L，投加浓度为1‰。投加方式为底泥进入土工管袋前，管道混合投加絮凝剂。本项目拟选用的单个土工管袋尺寸为 L×B×H=50 m×5.5 m×2 m，有效容积为500 m3。根据计算，共需配置204个土工管袋，每批次设置3个土工管袋同时进行脱水作业，将脱水1.7×105m3。本工程脱水产生的废水将采用一体化处理设备进行处理。

2.3 底泥及土壤治理

目前，国内对重金属污泥的处理方法主要包括固化稳定化技术、资源化利用、原位掩蔽技术。因为固化稳定化技术具有有效性、长期性、高效性等特点，经过方案对比，对县河污染底泥及边坡土壤治理采用固化稳定化技术，使底泥中含有的重金属离子经过固化，降低其浸出毒性，再进行填埋。固化稳定化修复技术效果取决于修复药剂及混合程度两个方面，本方案拟选择国内具有较多应用案例的专业修复药剂，可以添加液体和固体药剂，且连续自动可调添加配比为0.5%～30%，确保其长期稳定化作用，采用专业修复设备，针对本项目中含水率高的底泥具有较强的混合作用。

本项目重点超标污染因子为重金属铬，其中六价铬的毒性远高于三价铬，通过投加固化稳定化药剂，实现将高毒性、高溶解性、高迁移性六价铬向低毒性、低溶解度、低迁移性三价铬的高效转化(六价铬毒性一般为三价铬毒性的100多倍)，大大降低其毒性和迁移性，再通过吸附、沉淀、晶化等技术，降低底泥和土壤中铬的生物有效性和生态风险。

2.4 河道生态整治

结合项目的实际情况和治理目的，本工程采用碎石铺底河道修复方案。底池清挖脱水完成后，采用机械加人工方式对河道进行修整，使河床碎石大小10～30 cm，均匀地铺放于河底，平均厚度约20 cm，用挖掘机碾压。平均运距按2 km计算。堤防工程采用结构稳定、行洪顺畅、符合河道生态护岸理念的复合型生态砌块护坡，选用梯形断面，顶平均宽度1.5 m，堤身平均高2.5 m，迎水面坡度比1∶1，背水面坡度1∶0.6，基础埋深1.0 m，基础宽3 m，迎水坡面采用预制六角空心砖护坡，防洪标准为50 a一遇。河堤宽1.5 m，总长度8356 m，路面采用六角实心砖，与护坡施工同时进行。堤面绿化采用乔木与灌木交替的形式，单行，乔木栽植穴为1.0 m×1.0 m×0.8 m，灌木栽植穴为穴径0.6 m、穴深0.5 m，预开穴深度、宽度>苗木根幅和根长。平均株间距按20 m计。

2.5 干扰区原位修复

针对老渣场至县河的干扰区域，考虑其污染深度较浅，拟采用原位固化稳定化修复技术，避免开挖工程施工。首先，对土壤进行破碎，使用翻耕等设备将土壤颗粒破碎至2 cm以内，破碎及混合深度覆盖整个污染深度。使用液体投加方式，进行干粉撒播或配成溶液喷洒。药剂可使用喷雾式或者洒水方式，与翻耕等混合设备同步进行，做好药剂的计量工作，采用多次混合，保证混合效果，土壤含水量控制在20%～30%。加药后的土壤养护3～5 d，然后根据项目验收方案取样检测其中六价铬、总铬含量及浸出数据，并与修复目标进行比较，达标后进行生态恢复工程，拟修复土方1.49×105m3。

3 结 论

通过对区域污染量的分析，采用原位稳定化技术等五项工程措施，对土壤和水域进行防治。通过整治，使得县河河水水质恢复到农田灌溉水质标准的二类水质标准。项目建设有利于发挥工程示范作用，达到国家和地区开展试点工作的要求和目的。

[1] 罗芳, 伍国荣, 王冲,等. 内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用[J]. 环境与可持续发展, 2016, 41(5):87-89.

[2] 林玉锁. 全国土壤污染状况评价技术规定[R].南京：环境保护部南京环境科学研究所,2008.

[3] 国家环境保护局，国家技术监督局. 土壤环境质量标准：GB 15618—1995[S]. 北京:中国标准出版社, 2006.