西北某市河道底泥污染修复工程

王奕文，景国瑞，段怡彤，耿 欣

［1.中城院（北京）环境科技有限公司，北京 100120；2.中国城市建设研究院有限公司，北京 100120］

1 西北某市河道底泥重金属污染状况

西北某市河道底泥重金属含量高、种类复杂、污染方量大，全河道底泥污染总方量为154.22万m3，其中重度污染底泥总方量为74.54万m3，轻度污染底泥总方量为79.68万m3。若全部采用固化/稳定化的方式进行底泥修复，费用需要4亿元以上；若将所有的重度污染底泥进行挖掘填埋处置，其方量超过了填埋场的容积，且剩余轻度污染底泥仅固化/稳定化修复的费用也需要2亿元以上。同时，由于下游河道地下水广泛分布，深层挖掘难度较大，降水费用较高，对于河道底泥的扰动会造成地表水质的恶化。

2 河道底泥修复技术

目前，河道底泥的修复技术可以分为原位修复技术和异位修复技术，常用技术有物理、化学、生物和联合修复等技术[1-3]。物理修复主要包括疏浚修复技术、掩蔽修复技术、电动修复技术；化学修复技术主要包括固化/稳定化修复技术、化学淋洗修复技术；生物修复技术主要包括植物修复技术、微生物修复技术、动物修复技术。

物理修复可以短时间内大量减轻重金属的污染，但一般工程量巨大；化学修复效果显著，但成本较高，还可能会对环境造成二次污染；生物修复成本低，对环境无二次污染，但修复周期非常长。根据工程实际情况，常用的重金属污染修复技术主要有固化/稳定化、土壤淋洗/洗涤、植物修复和挖掘-填埋等技术。

2.1 固化/稳定化修复技术

固化/稳定化修复技术是用物理/化学方法将污染物固定或包封在密实的惰性基材中，使其达到稳定的一种过程[4-5]。固化是将污染物用惰性材料加以包容的过程；稳定化是将污染物通过化学转变或引入某种稳定晶格中的过程；固化/稳定化兼有上述两种过程。

2.2 土壤淋洗/洗涤技术

土壤淋洗/洗涤技术指将污染土壤挖掘出来后，与水或化学试剂混合，通过物理化学作用将土壤中的污染物转移到液相中，将含有污染物的液相介质进行处理处置，从而获得洁净土壤的技术。淋洗和洗涤分别代表原位和异位处理技术。该技术对于大粒径级别污染土壤的修复更为有效，砂砾、沙、细沙等土壤中的污染物更容易被清洗出来。当土壤中黏土含量达到25%～30%时，不宜采用该技术。

2.3 植物修复技术

植物修复技术是通过植物对污染物的吸收、转化、稳定及降解作用，实现土壤的净化及生态恢复。植物修复技术对于特定重金属具有较好的效果，通常只能富集一种或两种重金属，对多种重金属的复合污染修复效果一般。植物修复技术适宜处理浅层污染，浓度较高的污染物可能对植物有毒性。同时，植物修复技术的季节性和地域性较强，修复周期较长，经植物修复作用后产物的毒性和生物有效性较难确定，需对收割的植物妥善处置。

2.4 挖掘-填埋技术

挖掘-填埋技术是将污染土壤挖掘-运输-掩埋-覆盖，同时采用防渗、封顶等配套措施防止土壤中污染物扩散的技术。挖掘-填埋不能降低土壤中污染物本身的毒性和含量，但可以减少污染物的暴露及其迁移性。挖掘-填埋通常适用于低含水率的污染土壤，用来临时存放或者最终处置各类污染土壤；有时也被用于处理规模过大且其他修复技术难以实施的污染区域。但该技术一般不应用于处理埋深较大的污染土壤或高挥发性的有机污染土壤。

3 修复技术的选择

目前，国内外应用于重金属污染场地修复技术中，比较成熟的修复技术是以挖掘后的异位处理处置为主，包括异位淋洗、固化/稳定化、填埋等技术。

从重金属污染土壤和底泥修复技术对比（表1）可知，对于污染方量大、重金属含量高、浸出量有限的污染土壤和底泥，采用淋洗/洗涤技术成本过高，且有过度修复的风险。植物修复技术主要用于我国南方城市，北部城市存在干旱少雨、水资源短缺等区域特点，目前，西北某市该区域缺乏重金属高富集植物筛选工作及相关成果应用，无法保证本项目土壤的有效修复。综上所述，考虑到西北某市的气候特征、河道污染特征、河道地形地貌特征、修复周期和资金等因素，最终选择异位固化/稳定化作为西北某市河道重金属污染底泥的修复技术。

表1 重金属污染土壤和底泥修复技术对比

4 总体方案设计

充分考虑技术可行、经济合理和资源节约等因素，针对本项目的特点，以“分类治理、分质利用、安全处置”为原则，将河道污染底泥进行清挖和处理，对不同污染程度和不同深度的底泥进行分类治理，既达到了清理污染的目的，减少了运输和处理过程中的环境风险，维护了两岸护坡的安全稳定性，也降低了底泥运输和处理成本。总体技术方案如图1所示。

图1 总体技术方案

由于下游河道水流的冲刷和沉积作用及人为扰动等原因，导致部分河段需要修复的污染底泥厚度较大。河道底泥重金属污染的调查结果显示，70%以上的重度污染底泥集中在2 m以内，考虑到深层挖掘的施工难度、降水难度、建设成本、施工安全性等因素，拟按照深浅层次分别对污染底泥进行处置。重度污染底泥重金属含量较高，具有较大的环境风险，因此对浅层（2 m以内）的重度污染底泥进行挖掘，经异位处理后送至填埋场进行填埋；轻度污染底泥采用原地异位固化/稳定化的处置方式进行处理，通过翻耕机添加药剂在表层形成固化/稳定化层，并覆盖在河道中未污染底泥上，避免因降雨冲刷等环境要素的变化造成环境风险。考虑到河道河水对地下潜水的补给作用，在河水过水断面处进行深层原位固化/稳定化。一方面保证与河水直接接触的底泥重金属的浸出符合要求；另一方面降低深层污染底泥重金属的浸出风险，以保护河道水质。

由于该河段两侧大部分区域已修建水泥硬质护坡，深层挖掘可能会对已建工程的安全性造成一定影响，因此对水泥护坡周边1.5～2 m内的底泥进行原位固化/稳定化，既可避免损坏护坡工程，也可节约运输、治理、回填材料等的经济成本。

4.1 底泥处置方案

修复工程应根据修复目标值界定底泥的污染范围，通过精确定位确定修复边界坐标及深度标高；底泥清理边界的重金属含量需要达到修复目标值的要求，重度污染底泥清理范围要达到重金属含量的相应要求（5倍修复目标值），如表2所示。

表2 修复目标值 单位：mg/kg

需要处理的重度污染底泥在挖掘后可运至临时处置场，经干燥、筛分后外运至填埋场进行填埋，筛分出的石块清洗后用于河道平整。临时处置场的选择需要满足场地平整、交通方便、远离敏感受体及农业用地等要求，场地大小应满足暂存量的需求，并做好防渗和其他防护措施。用于填埋的底泥，其重金属的浸出浓度需要满足《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》（GB 18599—2021）中第Ⅱ类一般工业固体废物的相关要求。

需要进行原地异位/深层原位处理的污染底泥，可按照污染程度及污染类型添加不同配比的固化/稳定化药剂，根据深度利用改良翻耕机或长螺旋高压喷射注浆搅拌桩将药剂注入河道污染底泥中，经搅拌混合及养护，降低重金属的可移动性。河道中进行固化/稳定化处理的轻度及重度污染底泥，其重金属的浸出浓度需要满足《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的Ⅳ类标准；河道处理后底泥重金属的浸出浓度所需达到的标准如表3所示。表层固化/稳定化尽量采用成分较天然的修复药剂，使固化/稳定化后的底泥上能够生长植物，保护生态环境。水泥护坡周边固化/稳定化后的底泥需满足重金属浸出标准。

表3 污染底泥修复后去向及评估标准

4.2 护坡工程

护坡工程将生态学原理纳入河岸生态治理工程结构设计中，可恢复河道基本功能。岩石悬坎、山体段以及岩层厚度较大、自然岸坡稳定的沟段不需要治理；风化岩层与土层、易造成坍塌和滑坡的悬坎段需要治理。

对于清挖后深度较深的河道采用碎石回填等方式，对不同深度河道进行平整和夯实，对处理后的河床过水断面的底部铺设一层鹅卵石，使河道既美观清洁，又能减少河水对河道底部的冲刷。

待治理河段两岸边坡较陡，地质条件较差，易受冻融、雨水等物理化学风化作用的影响，容易产生滑坡、崩岸的现象，给两岸居民、农田和工程设施安全带来隐患，因此需要对河道进行一定的整治。堤身断面需根据堤线两侧地形地貌及其他地质灾害分布情况，尽可能利用有利地形，使堤线与河势相适应，力求将各堤道平缓连接。同时，分别采用硬质堤岸等形式进行修整。

4.3 生态湿地

本项目为自然生态湿地修复工程，运行方式为表流式运行方式，湿地表面经常保持均匀的薄水层，一般为0.1～0.6 m，处理单元具有较小坡度，可使水沿湿地床表面流动。湿地建设位置的选择考虑了河道现有地形特点，也考虑到更好地利用河道内现有植物和当地优势物种，最终选择3处地点建立生态湿地，既达到恢复河道生态环境的目的，也可截留含重金属的底泥颗粒，能够有效保障河道河水水质。

4.4 填埋场封场

底泥填埋场封场按照《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》（GB 18599—2021）及《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》（CJJ 51220—2017）标准设计。用以处置固化/稳定化后的重度污染底泥的底泥填埋场，其有效库容为51.42万m3，总库容为53.76万m3。只有河道底泥清挖范围及处理效果达到修复目标，河道边坡整治满足预期要求后，才能进行底泥填埋场的封场及项目工程验收工作。本期工程筛分石块后的重度污染底泥约有46.8万m3，已建填埋场可以满足要求。

5 结语

经前期论证，目前的方案在西北某市地表水和地下水水质达到当地环保要求的情况下，能够解决河道70%的重度污染底泥，且对与河水直接接触的轻度污染底泥进行了固化/稳定化处理，使其重金属的浸出能够达到地表水Ⅳ类标准；同时基于保守模拟条件下，河道深层污染底泥的迁移转化及衰减情况显示，重金属浸出能够满足河道河水水质及黄河水质要求。但在外界环境发生变化或出现影响地表水/地下水水质的突发事件时，如洪水、企业偷排、泄漏事故等，有可能会对底泥的修复效果产生影响。