某冶炼厂重金属污染土壤修复案例研究

李 杨，吴晓烽，梁吉哲

（1.辽宁省生态环境监测中心，沈阳 100161；2.环壤（上海）环境工程有限公司，上海 200093；3.辽宁省环保集团辐洁生态环境有限公司，沈阳 100161）

随着社会经济快速发展，城市迅速扩张，大量工业场地会进行迁移与重建，土壤污染问题开始逐渐显露，我国土壤重金属污染日益严重，而在受污染土壤上种植农作物，通过食物链作用进入人体也同样需要重视，日本的镉米事件就是一个鲜明的例子。因此，土壤系统中的金属（特别是有毒重金属）污染、防治与修复一直是国际上的难点和热点研究课题。

国外重金属土壤修复工作开展较早，有大量成功修复案例。目前，土壤重金属污染的修复技术主要有工程措施、物理化学方法、化学修复方法和植物修复方法。工程措施主要以挖掘填埋方式为主，即所谓的客土法，但这并不是一个永久措施，只是把环境问题从高危害区转移到低危害区，填埋法还存在占用土地、渗漏、污染周边环境等负面影响，因此在当今的土壤修复中使用较少。物理化学修复技术主要包括化学固化、土壤淋洗、电动修复；化学修复技术主要包括化学改良、表面活性剂清洗和有机质改良等；植物修复技术主要包括植物稳定、挥发及提取。此外，植物修复技术也逐渐得到人们的重视，特别是深入研究了一些植物修复技术的新方法和方式，推动了重金属污染土壤修复的发展。本案例主要采用“异位稳定化/固化+阻隔填埋”技术对冶炼厂土壤进行修复处理。

1 项目概况

1.1 工程概况

本地块土壤中主要污染物为铅、锰及锌，表层污染土壤采用“异位稳定化/固化+阻隔填埋”技术处理，异位修复土壤面积40000m2，异位修复土方量130000m3，最大修复深度8.0 m；深层污染土壤则结合开挖土壤的阻隔填埋采取“黏土封顶阻隔”措施。工程工期为12个月。

1.2 场地条件分析

1.2.1 场地水文地质条件

据详细调查及地下水补充调查阶段对该层地下水的水位测量，发现丰水期地块内各位置均有松散岩类孔隙水的分布，水量丰富，埋深较浅，测量地下水埋深为0.52～5.32 m；枯水期该层地下水埋深比丰水期低4.0～6.5 m，在部分区域如该地块西部、东部等区域因水位下降未发现该层地下水，而该地块中部、西部该层地下水相对较丰富，地下水埋深为6.585～11.39 m。

1.2.2 场地现状

项目范围内设施已完成拆除，部分区域遗留有建筑垃圾。其中，该地块北部已修建一条约3 m高的围墙，将该地块分为南北2个部分，围墙以北区域与莲花山庄相连接，大部分区域已完成绿化。

1.2.3 场地未来用地规划

该地块的未来规划应属于GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的第一类用地。地块未来利用规划为公园绿地。

1.3 场地污染情况

土壤中铅、锰和锌超过第一类用地筛选值，其最大超标倍数分别为66.25倍、9.86倍和4.97倍，最大超标深度为11.0 m。此外，地块范围内存在铅超过第一类用地管制值情况，说明地块对人体健康存在不可接受的风险，需采取风险管控或修复治理措施。

1.4 治理修复范围及工程量

根据该地块内车间分布、地层分布及土壤重度污染主要分布在填土层和黏土层顶部的情况，将其分为西部区域、中部区域及东部区域。本项目对该地块进行分区确定表层土壤治理深度，其中西部表层深度确定为2.0m，中部表层深度确定为5.0 m，东部表层深度为8.0 m。共需清挖治理表层重度污染土壤约130000 m3。

1.5 场地修复目标

本地块内土壤采用风险管控技术的风险管控目标值验收标准见表1。

表1 土壤修复目标值

2 工程设计方案

2.1 技术路线

以重金属土壤污染治理与现有主流修复技术为指导，以现有国家标准和技术规范为依据，在场地初步、详细调查和风险评估的基础上，采用稳定化/固化修复技术，通过污染土壤清挖、转运、稳定化/固化、养护、自检、阻隔填埋或外运处置、资源化利用等一系列步骤，以达到重金属污染土壤修复治理的最终目的。

2.2 工艺流程

本项目重金属污染土壤修复技术路线和工艺流程如图1所示。

图1 总技术路线

1）将污染土壤挖掘装车运输至土壤稳定化/固化处理区的堆场等待处理。

2）根据土壤的水分含量，进行土壤预处理，用少量石灰调节土壤含水率。将待处理土壤采用MT320-H75破碎筛分斗进行初筛，将土壤中大石块、杂质和建筑垃圾等进行有效分离，分离出来的固体物质应进行集中堆放，冲洗后用作回填或临时道路路基回填料。

3）重金属污染土壤与修复药剂混合的均匀程度是决定稳定化/固化修复效果的关键因素。将污染土在修复区堆置成条状或块状，将修复药剂均匀铺撒于污染土壤上方，利用MT320-H75破碎筛分斗对污染土壤和药剂进行混合搅拌。

4）经搅拌均匀含稳定化/固化剂处理后的土壤转运至土壤养护区，养护时间根据养护情况一般为3～7 d，需要保证稳定化/固化反应完成彻底。

养护完成的稳定化/固化土壤经过浸出毒性试验进行分析，未达标的土壤重新进行稳定化/固化处理直至处理达标。

2.3 主要工艺、设备的技术参数

修复药剂选用是稳定化/固化剂，主要成分为水泥、氢氧化钠、磷酸盐。可初步对稳定化/固化阶段药剂的选用、规格、药剂投加比进行确定。异位稳定化/固化修复的关键工艺参数见表2。

表2 异稳定化/固化技术参数

2.4 总体施工

2.4.1 施工顺序

1）场内转运。开挖后的土壤转运至暂存区进行暂存，并及时苫盖，防止扬尘。根据修复进程转运至修复区，土壤转运须合理安排转运顺序，避免二次污染。污染土、修复后的待检土分别单独设置标记，防止错运。

2）初步筛分破碎。采用专业施工机械MT320—H75筛分破碎搅拌斗进行污染土壤的初步筛分及破碎。筛分破碎时能将石块、建筑垃圾等杂物剔除，同时对污染土壤进行破碎。

本项目采用MT320-H75设备，处理效率高，斗内滚轴可朝2个内外方向切换转向并持续旋转，确保高效的力矩传输保障启动和运行，每小时可筛分破碎污染土300～500 m3。

3）土壤预处理。采用MT320-H75破碎筛分斗将预处理药剂与土壤混合搅拌，充分接触，将预处理药剂与土壤混合，同时进一步对于土壤进行破碎。破碎次数根据土壤粒径确定，破碎工艺完成后控制土壤粒径小于20mm的比例大于90%。筛分破碎时，MT320-H75斗离土堆高度不超过50 cm，以减少扬尘；污染土壤预处理后，粒径小于20 mm污染土壤转运至稳定化处理区进行处置。

4）稳定化/固化药剂撒布。根据小试中试实验结果以及现场检测结果，根据污染情况，最终确定药剂的添加量。推荐添加质量比约为2%的药剂，现场施工时根据实际情况可进行调整。根据待处理的土方量，计算药剂的用量，本地块土壤容重平均值为1.77 t/m3，经估算本地块污染土壤稳定化/固化处理大约需要3540 t。用普通挖机将吨袋中的稳定化/固化药剂均匀地铺洒于土壤上方。

5）稳定化/固化施工。采用MT320-H75破碎筛分铲斗将预处理药剂与土壤混合搅拌，充分接触，同时喷洒清水，控制含水率在30%左右，让药剂与土壤充分接触，每小时可筛分破碎污染土300～500 m3。根据土壤与药剂的混合情况进行多次筛分破碎，预计筛分1～2遍，确保混合均匀。

6）土壤养护。对混合后的土壤需喷洒一定量的水，保证养护土壤中的含水率在25%。然后由装载机将土壤转运至养护区域进行堆放养护。在修复区设置土壤养护暂存区，按照批次依次堆置成长条土剁，封闭养护，养护区地面作硬化处理。养护区堆存高度为3 m，堆好的土壤表面覆盖薄膜进行保水处理，需要养护5～7 d时间来保证稳定化/固化反应的效果。

为保证药剂与污染土壤中的重金属发生有效的反应，修复土养护时间应至少为5～7 d。

养护期间土壤避免阳光直射及雨水淋洗，同时避免大风时出现扬尘。

7）土壤自检。修复过程及验收自检过程中计划采样频率为每500 m3修复土采集一个样品。采集过程严格依照采样技术规范布置采样点，使用采样工具在预定深度采集土壤样品。将采集到的所有修复后的土壤样品送至具有相关CMA检测资质的第三方检测单位进行分析检测。

8）土壤回填。检测合格的土壤由封闭式运输车场内转运至阻隔填埋区原地回填。

2.4.2 施工计划

本场地修复工程，包括以下分部分项工程：地表清理、土壤开挖转运工程、降水作业工程、土壤异位稳定化/固化修复工程和废水处理工程等。项目部计划在10个月内完成本项目全部工作。

3 修复自检

为确保项目施工正常进行，成立项目自检小组，项目的技术负责人兼任环境自检负责人，担任小组组长，配备自检人员，负责自检整个运输过程中的污染情况。确保污染土无遗漏、运输过程中无空气污染和水体污染等。本项目自检工作流程主要如下。

3.1 基坑验收自检流程

1）单个基坑清挖至边界红线和设计深度后，基坑自检验收正式开始。

2）基坑清挖至边界红线和设计深度后，对颜色异常、气味较重的地方立即检测，检测采样需要监理在场旁站巡视，所有样品送第三方检测单位进行检测分析。

3）对于基坑土壤基底和边界的异常值，报监理和业主审批是否继续清挖。

4）如判定需要继续清挖，按0.5～1 m深度或边界距离在异常值的区域或点位继续开挖。

5）基坑清挖完毕后，包括特别区域或点位的清挖，再进行全面布点的基坑自检检测，直至全部合格为止。

3.2 土壤（建筑垃圾）修复验收自检流程

1）土壤修复完成后即开始验收自检。

2）按照修复深度和边界，对修复后土壤采取每500 m3取1个土壤样品进行分析检测，进行采样检测分析。

3）若检测合格，则暂存后进行原址回填，若检测不达标，则继续进行修复。

自检合格后，即可以申请修复效果评估。

4 修复效果评估

4.1 污染土壤清挖验收

本项目对表层重度污染土壤进行清理修复，以清除填土层和黏土层顶部的重度污染为目标。基坑底部以清理到设计范围和深度为目标，也可对基坑底部采样进行检测；基坑侧壁的清理目标以土壤风险管控与修复目标值为验收依据。

参照HJ 25.5—2018《污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则（试行）》，基坑底部采用系统布点法，一般随机布置第一个采样点，构建通过此点的网格，在每个网格交叉点采样，网格大小不超过40 m×40 m。

基坑侧壁采用等距离布点法，将基坑侧壁等距分为若干段，每段不大于40 m，在纵向上，当侧壁开挖深度小于等于1 m时，侧壁不进行垂向分层采样，当开挖深度大于1 m时，侧壁应进行垂向分层采样，其下一定距离进行分层，分层的距离不小于1 m且不大于3 m。每段内每层取9个表层样品混合成一个样品。具体根据实际情况确定。

4.2 污染土壤修复验收

稳定化/固化处理后的土壤原则上每个采样单元（每个样品代表的土方量）不应超过500 m3；也可根据修复后土壤中污染物浓度分布特征参数计算修复差变系数，根据不同差变系数查询计算对应的推荐采样数量。固化/稳定化处理后的土壤一般采用系统布点法设置采样点；同时应考虑处理效果空间差异，在处理效果薄弱区增设采样点。

将处理后的土壤进行分堆堆放，按照堆体方量大小采用网格布点法，每个网格设1个土壤采样点，每个样品代表堆体不超过500 m3。每个堆体分上下、内外采集9个点形成混合样，采用洛阳铲、挖机或人工挖掘的方式进行取样。

污染土壤经稳定化/固化修复后需达到风险管控目标值，即GB 8978—1996《污水综合排放标准》中的相关要求。

4.3 修复效果评估总结

本项目基坑验收共采集基坑坑底和侧壁污染土壤样品共156个，通过第三方检测单位的检测分析，采集基坑土壤的重金属浓度均达到修复目标值（筛选值）。修复后的土壤样品共328个，经稳定化/固化处理后，土壤中铅、锰及锌的浸出率显著下降，均能满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》的要求，本项目最终达到稳定化/固化修复治理的目标。