番禺新造镇某地块土壤修复试验研究

洪小峰

摘  要：该文对番禺新造镇某土壤修复工程项目的修复技术筛选和工艺参数设置进行了阐述。通过对砷污染土壤常用修复技术进行分析比较，筛选出适用于该项目场地的修复技术为“固化/稳定化技术+原址阻隔填埋技术”，最后进行技术可行性、场地适应性、经济可行性论证，并由试验研究得出该项目的固化/稳定化处置工艺参数。

关键词：土壤修复;试验研究;工艺参数

中图分类号：X825       文献标志码：A

0 概论

番禺新造镇某土壤修复工程项目（下文均简称“该项目”）地块位于广州市番禺区新造镇景秀路85号，占地面积184 119.1 m2。地块土壤污染类型主要为砷污染，污染土壤总方量为7 837m3。

由于广州区域土壤以赤红壤为主，因此将《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》（GB36600—2018）赤红壤砷的背景值60 mg/kg作为该项目污染土壤建议修复目标值。

根据地块污染状况调查与风险评估结果，土壤修复施工前需首先确定地块修复模式和修复技术，明确修复技术工艺参数，最后确定整个地块的修复施工方案。

土壤修复技术筛选及工艺参数设置是土壤修复实施方案的重要内容，该文将以该项目为例，重点介绍如何进行修复技术筛选及工艺参数设置。

1 修复技术筛选与可行性分析

1.1 修复技术筛选

针对砷（类重金属）污染土壤，从重金属治理原理上可分为2类，一类是以降低土壤中重金属总量为目标，另一类是以降低土壤中重金属活性为目标;从污染土壤处理时所处的位置可以分为原位修复和异位修复。

砷污染土壤的7种常用修复技术包括水泥窑焚烧处置、固化/稳定化、土壤淋洗、植物修复、电动力学修复、玻璃化法和阻隔填埋。下面主要从技术成熟性、修复时间、资金水平、适用性和局限性等角度进行对比分析，见表1。

除表1中的因素外，土壤修复技术的确定还与污染物特性、场地水文地质条件等有关，多种因素不同程度地影响了修复技术的选择。

1.1.1 污染物特性

污染物砷是一种无机物，砷及其主要化合物都熔点较高，不属于挥发性物质，具有类似于重金属的性质，修复技术选择的时候可以采用重金属污染土壤的修复技术，例如固化/稳定化技术、水泥窑焚烧技术以及阻隔填埋技术等。

1.1.2 水文地质条件

场地土壤相关特征参数检测、统计结果见表2。

从水文地质信息的汇总可知：场地土壤为粉质黏土，不适合采用淋洗技术，垂向水力传导系数为0.00864 cm/d（10-7 cm/s），渗透系数较小，水力传导能力弱，且地下水水位浅，埋深大约0.50 m～1.70 m，因此，不适宜使用对土壤孔隙度要求较高的原位修复技术。

综上所述，对于该场地土壤中类重金属砷的修复，由于污染土壤主要为粉质黏土，淋洗技术的应用受到很大的局限。生态植物修复技术修复时间相对较长，无法满足本场地工期上急需开发的要求。污染土壤固化/稳定化技术已经成为我国重金属污染土壤修复的主要技术方法之一，且广州市大部分重金属污染场地均使用该技术进行修复，可作为该项目的重点推荐技术。水泥窑技术也是重金属污染场地常用技术之一，但是通过市场调研发现广州市内能够协同处理污染土壤的水泥厂只有珠江水泥厂和越堡水泥厂，目前2个厂的协同处置已经接近饱和，无法满足该项目的需要。阻隔填埋技术操作简单，防渗效果好的话，可以达到风险控制要求，可作为该项目场地的推荐使用技术。

因此，建议对该项目砷污染土壤采用“固化/稳定化技术+阻隔填埋技术”进行修复治理，治理完成后能够更好的达到治理的目的、极大地降低环境风险。

1.2 固化/稳定化技术可行性分析

充分结合本项目场地特征、实际情况、未来用地规划及修复处置要求等方面，对已筛选出的修复技术“固化/稳定化修复技术+阻隔填埋技术”，从修复技术目标可达性、案例分析等不同维度进行可行性分析。

1.2.1 修复目标可达性分析

考虑到保护地下水的目的，修复后的重金属进行浸出测试，采用《地下水质量标准》（GB/T14848—2017）（以下所有文件标准、或技术规范除第一次出现外，均采用文件标准或技术规范编号代表该文件标准或技术规范）中III类水标准值作为验收标准，浸出浓度需要低于相关限值，即砷的浸出浓度<0.01 mg/L。

考慮到砷比较特殊，土壤性质与固化/稳定化药剂的类别不同，采用《固体废物 浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299—2007）和《固体废物 浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ/T557—2007）进行前处理，浸出液的浓度高低存在明显差别。基于此，在后续试验研究中采用2种方法分别进行前处理，选择更为严格的浸出方法作为该项目固化/稳定化后效果验收的浸提前处理方法。

为了探明适合该项目场地的固化/稳定化技术的工艺参数，在施工前按照试验设计方案取适量的地块污染土壤进行试验研究，具体如下。

1.2.1.1 供试土壤情况

根据初调、详调及风险评估报告显示：砷最大污染浓度是388 mg/kg，修复目标是60 mg/kg，固化/稳定化后砷的浸出浓度达到GB/T14848—2017中III 类水标准。该地块砷污染程度统计见表3。

按照砷污染程度将污染土壤划分为轻、中、重，3个等级分别取一个代表样品，分别编号为AS-III、AS-II、AS-I。注意：固化/稳定化开始前需对土壤进行预处理，过筛（5 cm），粒径大于5 cm的剔除（包括石块、构筑物渣块、植物残体与根系及其他杂物等），小于5 cm筛网的土壤备用。

供试土壤样品分析结果：AS-I，土壤砷含量312 mg/kg，含水率22.6%;AS-II，土壤砷含量133 mg/kg，含水率19.1%;AS-III，土壤砷含量73 mg/kg，含水率16.7%。

1.2.1.2 供试药剂

砷分三价和五价，三价砷毒性很大，因此选择的药剂应该是氧化性较强的物质。综合类似项目的药剂使用经验及该项目特点，决定采用药剂公司提供的CCT02药剂作为该项目的供试药剂。CCT02药剂主要成分为氯化铁，辅助成分为碱性材料，处理对象为砷（As）污染，其基本原理如下：

向污染土壤（As3+具有高毒性、高迁移性）中加入药剂CCT02，土壤中As3+会先与药剂中的氧化成分发生化学氧化反应使其转变为As5+（低毒性、低迁移性），然后经过沉淀、共沉淀和吸附等过程形成稳定化合物，达到固化/稳定化的目的。

1.2.1.3 药剂添加量及样品编号

藥剂添加量设为土壤质量的1%、2%、3%、4%、5%五组，每组试验样品编号为土壤编号加上药剂用量对应的阿拉伯数字，如AS-I-1、AS-I-2、AS-II-3、AS-III-4等依次编号，共15个试验样品。

1.2.1.4 结果分析

试验结果表明，CCT02药剂添加比例为3%时，重度砷污染土样可以达到修复效果;CCT02药剂添加比例为2%时，重度砷污染土样浸出浓度非常接近修复目标值。

CCT02药剂添加比例为2%时，中度砷污染土样即可达到修复效果。

CCT02药剂添加比例为1%时，轻度砷污染土样即可达到修复效果。

在施工过程中难以严格区分轻、中、重度污染土壤，再加上项目工期比较紧张，考虑到小试过程中只有重度污染土壤药剂添加量2%时不达标（但是已经接近达标，且重度污染土壤数量非常少），因此在施工时注意将重度污染土壤与其他土壤进行充分混合，固化/稳定化药剂添加量统一确定为2%也是可行的。除此之外，采用CCT02修复药剂后，HJ/T299—2007浸提前处理方法更能促进砷的溶出，基于保守原则，建议采用HJ/T299—2007作为该项目中砷浸出效果验收的浸提前处理方法。

根据大量的工程案例及试验研究表明[1-4]，污染土壤固化/稳定化的施工养护周期一般为2 d～14 d，土壤含水率保持30%～40%。在该项目试验研究中固化/稳定化施工养护周期为2 d～7 d，土壤含水率约35%。

1.2.2 类似应用案例

固化/稳定化是比较成熟的固体废物处置技术，据美国超级基金项目统计，1982～2008年污染源处理项目中，有203项应用该技术，占污染源异位修复项目的21.4%，是使用最多的污染源修复技术。

固化/稳定化技术已成为我国重金属污染土壤修复的主要技术方法之一，且被编入《广州市业企业场地土壤污染修复治理技术汇编（2018 年版）》，在国内已有较多工程应用案例，如湖北某钢铁厂重金属与多环芳烃复合污染（铅、砷等重金属污染）、湖南某重金属污染土壤治理示范工程（来源于矿山开采造成的砷、铅、镉、锌的复合型污染）等。

由于固化/稳定化技术针对重金属污染物土壤修复效果较为明显且在国内、外都得到了广泛和成功的应用，因此对于该项目采用固化/稳定化技术也可行。

1.2.3 场地适应性可行性分析

根据国务院发布的《土壤污染防治行动计划》、环保部发布的《污染地块土壤环境管理办法（试行）》以及广东省政府发布的《广东省土壤污染防治行动计划实施方案》等相关文件的要求：“治理与修复工程原则上在原址进行”。但考虑到土地开发的时效性，故该项目的修复模式为“原地异位”处置，在场区其余无污染区域进行异位处置工作。原地异位固化/稳定化技术可满足该修复要求。

此外，根据已有资料可知，该场地土壤质地主要为黏土，且土壤呈弱碱性。相对于其他修复技术而言，固化/稳定化修复技术对土壤质地要求相对较低，适用性较普遍，而其他修复技术对粉质黏土土壤处置具有修复效果不佳，且修复成本较高、效率较低等问题，还对土壤酸碱性有相对严格的要求，而固化/稳定化修复技术对土壤酸碱性适应范围广泛（pH值为2～13）。因此，固化/稳定化修复技术对该项目场地具有较好的适用性。

1.2.4 经济指标可行性分析

根据场地条件差异性，固化/稳定化修复技术日处理能力通常为100 m3～1 200 m3不等，国内处理成本一般为500 元/m3～1 500元/m3。由于修复场地的差异性，以上成本只可作参考，但与其他技术相比，固化/稳定化修复技术成本相对低廉，可用性更佳。

综上所述，固化/稳定化技术在修复目标可达性、技术成熟性、场地适应性以及经济指标方面均具有明显的优势和可行性，因此确定该技术为该项目最佳的处理技术并加以实施。此外，根据广州市的管理政策，对重金属污染土壤固化稳定化后要求进行阻隔填埋，该场地的污染土壤经固化稳定化后的最终处置适于采用阻隔填埋技术。

2 确定修复工艺参数

经过上文的分析比较，确定该项目采用“原地异位固化/稳定化技术+原址阻隔填埋技术”进行治理修复，确定修复工艺参数为：首先对污染土壤进行开挖、转运、暂存，污染土壤预处理时剔除粒径大于5 cm的土壤杂物，对符合粒径要求的土壤添加土壤质量2%的固化/稳定化药剂CCT02，然后保持土壤含水率35%，充分混合均匀，养护2 d～7 d，采用HJ/T299—2007检验固化/稳定化处置效果，以GB/T14848—2017中III 类水标准0.01 mg/L作为砷的浸出浓度标准，达到浸出浓度标准的处置后土壤最后按照阻隔填埋技术规范进行原址阻隔填埋。

3 结语

该项目选用“固化/稳定化技术+原址阻隔填埋技术”，符合场地环境条件状况、业主工期要求、资金控制及修复目标等。该文的重点就是筛选符合场地特征和业主要求的修复技术，从多个维度比较分析，同时通过成熟的工程案例作为支撑，最终确定修复技术;相关工艺参数由土壤试验研究结果确定，也可以参考同类项目工程应用案例。

参考文献

[1] 赵海亮，姬成岗，段怡君，等.土壤中砷的固定化研究[J].环境科学导刊，2018，37（2）：66-69.

[2] 肖友程，徐超.河池市某砒霜厂污染土壤固化/稳定化修复工程实例[J].环境工程， 2018，36（3）：176-179.

[3] 彭莉，张蔚，吴迪.含重金属污染土壤固化/稳定化修复技术研究[J].环境与可持续发展，2018（5）：142-144.

[4]Guemiza K，Coudert L，Metahni S，et al.Treatment technologies used for the removal of As，Cr，Cu，PCP and/or PCDD/F from contaminated soil： A review [J]. Journal of Hazardous Materials，2017 （333）： 194.