原位水平阻隔风险管控技术在某退役工业污染场地治理中的应用

臧常娟，孙玉超，刘志阳，蒋梦迪，郭宝蔓

江苏大地益源环境修复有限公司

“十三五”时期，我国退役工业场地污染土壤修复大多是地产驱动型，普遍采取快速高效的修复措施，以消除污染土壤人体健康风险，使土壤污染加重趋势得到了初步遏制[1-4]。进入“十四五”时期，退役工业场地修复总体上仍受土地开发利用速度和规模影响，在开发建设需求不急迫时，风险管控措施将是未来的发展趋势[5]。相较于修复措施，风险管控既能有效控制污染物暴露及扩散，缓解污染土壤环境问题，又能更大程度兼顾经济可行性，实现土壤及地下水环境保护与经济发展双赢[6]。

污染场地风险管控技术包括工程控制技术及制度控制技术。工程控制技术是利用工程措施将污染物封存在原地，限制其迁移，切断暴露途径，以降低污染风险和保护受体安全的阻隔技术[7]，主要包括固化/稳定化、封顶、阻隔填埋、地下水阻隔墙、可渗透反应墙等技术形式。工程控制技术具有单位成本相对较低、建设周期短、对不同类型污染风险管控效果好等优点，在国内外污染场地风险管控中已有大量的工程应用[2,8-10]，常用的工程控制措施有垂直阻隔和水平阻隔2 种形式。垂直阻隔是利用地下阻隔墙体封存污染物或改变地下水流向以达到控制污染物的目的，其墙体渗透系数需≤10-7cm/s，且需具有连续性和耐久性。按照材料和施工方式，垂直阻隔措施可分为泥浆墙、灌浆墙、板桩墙、土壤深层搅拌、土工膜等[11-13]。水平阻隔也称水平覆盖层或表层阻隔，由6 个基本层组成，包括表层、保护层、排水层、阻隔层、气体收集层和基础层，层数与场地特征有关[14]。

在我国，工程控制技术在垃圾填埋场的应用中取得了较好的防渗效果[15-17]。垂直阻隔技术已被广泛应用于水利工程防渗，在污染场地风险控制时，以帷幕灌浆技术为主[18-19]。水平阻隔在工矿用地封场管控中应用广泛[20-21]，以高密度聚乙烯（HDPE）土工膜为主材料。目前，结合场地开发工作情景，针对室内区域建筑物下方污染土壤，采用喷涂型隔气膜材进行土壤气阻隔的工程应用在国内鲜见报道。笔者结合实际工程案例，总结了原位水平阻隔技术在退役工业污染场地室内外区域风险管控中的应用经验，以期为同类工程实施提供参考。

1 污染场地概况

1.1 场地信息

本项目为我国南方某焦化制气厂土壤风险管控工程。该制气厂于1983年6 月破土动工，1986年建成投产，厂区总占地面积约70 万m2，主要生产产品有焦炭、煤气、煤焦油、粗苯、硫酸铵、黄血盐钠、硫磺等。为响应政府“退二进三”政策要求，该制气厂于2016年11 月全面停产。未来用地规划依托原址优异的区位优势，保留工厂内部自有铁路专用线，原址将作为国际物流基地。

1.2 水文地质条件

工程钻探揭露本场地27.2 m 深度范围地层大致分为四大层，自上而下分别为第四系人工填土层（Q4ml）、第四系残坡积层（Q4el+dl）、二叠系下统倒石头组（P1d）和二叠系下统栖霞茅口组（P1q+m），其分布情况详见表1，部分钻孔岩心照片见图1。

图1 钻孔岩心照片Fig.1 Photo of drill core

表1 场地地层分布Table 1 Site stratigraphic distribution

场区地下水类型主要为第四系残坡积层孔隙水（Q4el+dl）、二叠系阳新组灰岩岩溶水（P1y）及少量二叠系倒石头组碎屑岩裂隙水（P1d），水文地质剖面见图2。场区上部第四系残坡积层孔隙水水位埋深2.25～9.73 m，平均埋深5.60 m，地层渗透性小，富水性弱，多以上层滞水存在；场区下部岩溶水赋存于二叠系阳新组灰岩地层中，水位埋深4.30～17.87 m，平均埋深8.19 m，地层溶蚀裂隙、溶孔发育，富水性强，平均水力梯度约2.5%，地下水流速为0.714 24 m/d。

图2 场地水文地质剖面Fig.2 Hydrogeological section of the site

1.3 场地污染分布特征

本项目一期场地土壤中的特征污染物为挥发性有机物苯和半挥发性有机物多环芳烃。考虑到风险管控设计主要关注的特征污染物为苯，图3 展示了污染物苯的三维空间分布。由图3 可见，苯污染深度不一，浅层和深层均有涉及，最深达18 m（点位JXS19）；苯浓度分布不均，浅层污染较重，最大浓度为888 mg/kg（点位JXS19）。

图3 典型特征污染物苯三维空间分布Fig.3 Three-dimensional spatial distribution profile of typical characteristic pollutant benzene

1.4 场地风险评估及管控目标

1.4.1 一期场地风险评估

本项目一期场地规划用地类型为商业用地和物流仓储用地，按照非敏感用地方式进行健康风险评估，其主要暴露受体为在物流区域及酒店等室内办公人群、室外办公人群、定期或不定期在区域活动人群。

根据HJ 25.3—2014《污染场地风险评估技术导则》，按照危害识别、暴露评估、毒性评估、风险表征、土壤风险控制值计算过程进行风险评估，结果显示土壤中苯、苯并(a) 蒽、苯并(a) 芘、苯并(b)荧蒽、萘的风险超过人体健康可接受水平。

针对受扰动大、不确定性高的浅层污染土壤采用相对保守的“源去除”修复模式，采用本项目一期场地《风险评估报告》中确定的风险管控值作为修复目标值；针对受扰动小的深层污染土壤，采用途径阻断、长期监测相结合的管控模式，以节约治理成本，风险管控目标需结合优化后的途径阻断管控模式风险水平计算结果确定。

1.4.2 途径阻断管控模式风险水平计算

途径阻断管控模式涉及室内区域（3#仓库）和室外区域（3#仓库以外区域）2 种情形，其中3#仓库为规划新建建筑，仓库无地下空间构筑物，其地基底板及承台施工扰动深度约2.6 m。室内区域和室外区域2 种情形下的苯污染风险水平计算如下。

（1）室内区域（3#仓库）

采取途径阻断管控模式后，人员主要在室内办公情景中，受土壤污染影响暴露途径由6 种减少为1 种：吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物。

考虑后期人员在室内区域的工作情景，暴露浓度应采用概化分层内数据平均值95%置信上限值，通过专业数据统计软件ProUCL 确定数据分布特征，得到建议置信上限值作为暴露浓度。经计算，3～8 m 层风险水平为1.63×10-6（表2），超过可接受范围（1.0×10-6）。

表2 室内区域概化分层暴露浓度及风险计算结果Table 2 Exposure concentration and risk calculation results of generalized stratification (indoor areas)

考虑在楼底下方增加负压环境，使楼底底板下方气压始终低于室内气压，假设人工措施使室内外压差达到-2 Pa，经计算，3～8 m 层风险水平为6.06×10-12（表3），远低于可接受水平，说明提供负压环境能够有效达到风险管控的目的。

表3 室内区域增加底板负压环境后风险计算结果Table 3 Risk calculation results after adding negative pressure environment of floor indoors

（2）室外区域（3#仓库以外区域）

采取途径阻断管控模式后，人员主要在室外办公定期或不定期在区域活动情景中，受土壤污染影响暴露途径由5 种减少为1 种：吸入室外空气中来自下层土壤的气态污染物。

考虑后期人员在室外区域中的工作情景，通过ProUCL 软件确定数据分布特征，得到暴露浓度。经计算，3～8 m 层风险水平为1.14×10-6（表4），超过可接受范围（1.0×10-6）。

表4 室外区域概化分层暴露浓度及风险计算结果Table 4 Exposure concentration and risk calculation results of generalized stratification (outdoor areas)

室外区域仅JXS19-2 点位3～4 m 土壤苯浓度（696 mg/kg）及JXS19 点位4～6 m 土壤苯浓度（713 mg/kg）显著高于其他样点，超出GB 36600—2018 第二类用地管制值（40 mg/kg）15 倍以上，应予以处理。假设处理至管制值以下，重新计算概化分层内数据平均值95%置信上限值，通过ProUCL 软件确定数据分布特征，得到苯暴露浓度为10.6 mg/kg，经计算，健康风险为2.3×10-7（表5），远低于风险可接受水平。这说明室外区域高浓度点位苯削减至管制值以下，并在其3 m 深度以上保障1 m 厚土层阻隔，能够实现对一期室外区域有效风险管控。

表5 室外区域高浓度点位削减至管制值后的风险计算结果Table 5 Risk calculation results after reducing outdoor high concentration point to the control value

1.4.3 途径阻断管控措施及监测目标

场地未受扰动层污染土壤管控目标为使用情境下人体健康可接受，及采取管控措施后风险水平通过相对保守计算方式结果满足风险可接受水平要求，致癌风险水平低于1.0×10-6，危害商低于1。

（1）室内区域（3#仓库）途径阻断管控措施

通过安装楼底负压系统使楼底气压较室内气压低于2 Pa 以上，土壤气通过导排系统处理达标排到室外，实现安全使用室内办公空间的风险管控目标。

（2）室外区域（3#仓库以外区域）途径阻断管控措施

针对室外区域，对JXS19-2 点位的3～4 m 污染土壤（苯浓度696 mg/kg）及JXS19 点位4～6 m 污染土壤（苯浓度713 mg/kg）采用化学氧化方式处理至苯浓度低于40 mg/kg，并在3 m 深度以上保障阻隔层工程参数满足厚度不小于1 m。阻隔层材料采用当地原土或性状相当的清洁黏土覆盖，实现室外区域风险管控目标。

（3）风险管控监测目标

风险管控工程完成后，需对风险管控区导气层抽提处理排放废气和环境空气开展周期性监测。抽提处理排放废气中苯需满足GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》中最高允许排放浓度（12 mg/m3）；环境空气中苯、甲苯、苯并(a)芘和非甲烷总烃需满足GB 3095—2012《环境空气质量标准》、HJ 2.2—2018《环境影响评价技术导则 大气环境》、GB 37822—2019《挥发性有机物无组织排放控制标准》等标准限值要求，分别为110、200、0.002 5、10 000µg/m3。

2 风险管控工程设计

2.1 风险管控范围

室内外区域上层污染土壤修复达标后，结合室内外工作情景对8 837.6 m2苯和多环芳烃污染深层土壤进行风险管控设计。

针对3 059.2 m2室内区域建筑物地基下方-2 m污染土采用土壤气阻隔控制工程；5 778.4 m2室外区域原始地面标高-3 m 以下污染土采用HDPE 膜（两布一膜）水平阻隔，阻隔层上采用清洁黏土覆盖压实，确保满足人体健康风险管控目标要求，并便于后续拟建建筑的开发建设。阻隔工程分区统计见表6，阻隔工程施工范围见图4。

图4 阻隔工程施工范围平面Fig.4 Construction scope of barrier engineering

表6 阻隔工程分区统计Table 6 Partition statistics of barrier engineering m2

2.2 室内区域风险管控参数设计

室内环境通过阻隔土壤气的工程措施进行管控，措施主要分为2 部分：1）土壤气隔气膜安装；2）土壤气导气层安装。隔气膜与气体导排系统示意见图5。

图5 隔气膜与气体导排系统示意Fig.5 Schematic diagram of gas barrier film and gas discharge system

隔气膜是气体防渗建筑材料中的喷涂型薄膜，可阻隔土壤气向上层扩散。隔气膜、复合底衬及保护层的化学稳定性、耐腐蚀性、抗老化性可满足设计使用年期50年，材料性能要求见表7。

表7 室内土壤气阻隔层材料性能要求Table 7 Material performance requirements for indoor soil gas barrier layer

为避免VOCs 污染物从建筑物底部和侧墙或回填土壤层渗入，隔气膜应铺设于建筑物地基底板与导气层间，具体铺设位置及工程量参数见表8。

表8 隔气膜铺设位置及工程量参数Table 8 Laying position and engineering quantity parameters of gas barrier film

导气层是建筑物下方通过安装负压系统形成阻隔，进一步降低侵入室内风险。本项目抽提管路成网格状分布，平行向管路间距设置为12 m，开孔孔径小于导气层填料粒径。土壤气收集穿孔管施工参数见表9，穿孔管结构见图6。

图6 穿孔管结构Fig.6 Structure of perforated pipe

表9 土壤气收集穿孔管施工参数Table 9 Construction parameters of perforated pipe for soil gas collection

为保证室内区域建构筑物下方负压环境均匀分布，水平抽提尾气处理系统沿楼基北侧每48 m 安装1 个，共计配置3 个。抽提系统包括轴流风机、活性炭吸附罐，设备参数见表10。

表10 土壤气处理设备参数Table 10 Parameters of soil gas treatment equipment

导气层运行过程风机运行风压为-0.03～-0.01 MPa，导气层负压为-5～-2 Pa。通过检测积累日间及季间底板内外压差进行调整。土壤气、水收集及处理管道仪表流程（PID）见图7。

图7 土壤气、水收集与处理仪表流程（PID）Fig.7 PID diagram of collection and treatment of soil gas and water

室内阻隔排气层的安装应符合GB 51220—2017《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》中对排气层施工的要求。

2.3 室外区域风险管控参数设计

室外区域采用两布一膜组成的复合土工膜（包含1.5 mm HDPE 膜、双层400 g/m2长丝无纺针刺非织土工布）覆盖阻隔，垂向结构示意见图8。阻隔层渗透系数要小于10-7cm/s，阻隔材料要具有极高的抗腐蚀性、抗老化性，具有强抵抗紫外线能力，使用寿命50年以上，无毒无害。

图8 室外区域工程阻隔垂向结构示意Fig.8 Vertical structure diagram of outdoor engineering barrier

2.3.1 HDPE 土工膜设计参数

考虑到对有机物的防渗能力，并综合本工程场地地形的特点及投资因素，本项目柔性膜阻隔层选择经济实用的1.5 mm 厚的普通HDPE 土工膜。HDPE土工膜的质量应符合GB/T 17643—2011《土工合成材料 聚乙烯土工膜》的规定，同时应符合表11 要求。

表11 普通HDPE 土工膜性能指标Table 11 Performance indexes of ordinary HDPE geomembrane

2.3.2 保护层（土工布）设计参数

根据综合计算结果，本工程土工布为聚酯长丝无纺土工布，且规格不应小于300 g/m2。因此选用400 g/m2聚酯长丝土工布。土工布技术性能除应符合国家现行标准GB/T 17639—2008《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》，同时应符合表12要求。

表12 复合土工膜外观瑕疵评定Table 12 Evaluation of appearance defects of composite geomembrane

2.3.3 压实黏土层设计参数

土工布及HDPE 膜铺设完成后，在阻隔层上方回填黏土防护层，厚度不低于1.0 m，压实系数≥0.94，回填土壤应处理至湿度不小于33.8%，土壤干容重不小于1.3。

3 风险管控工程施工工艺流程

3.1 室内区域管控工程工艺流程

室内区域管控工程施工流程如图9 所示。具体步骤：1）地基平整及处理。铺设地基面必须平整，没有泥土、残渣等杂物。去除大块的石头或者泥块，防止可能产生的尖角。2）导排气层安装。该部分包括碎石排气层铺设、导气管建设及气体抽提系统建设。3）隔气层施工。隔气层首先铺设复合衬底，在该层上面喷涂隔气膜，在隔气膜上方铺设保护层，施工照片见图10。4）桩基与阻隔层连接施工。待建筑物桩基施工完成后，对建筑物桩基与阻隔层连接部分进行连接施工；待建筑物±0.00 以上墙体施工完成后，对建筑物墙体侧壁进行垂向阻隔及连接施工。5）回填土层施工。回填土层采用黏土、碎石或土夹石回填，压实系数≥94%。

图9 室内区域管控施工流程Fig.9 Construction process of indoor area control

图10 隔气层施工Fig.10 Construction of gas barrier layer

3.2 室外区域管控工程工艺流程

室外区域管控工程施工流程如图11 所示。具体步骤：1）阻隔区域平整。对清挖后污染界面进行压实平整，为防渗单元的铺设提供工作面。2）HDPE 膜及土工布铺设。在基层上面铺设防渗单元，防渗单元采用两布（长丝土工布600 g/m2）一膜（HDPE 膜，厚1.5 mm），建立有效阻隔层，施工照片见图12。3）回填土层施工。回填土层采用黏土、碎石或土夹石回填，压实系数≥94%。

图11 室外区域柔性膜阻隔施工工艺流程Fig.11 Construction process of flexible membrane barrier in outdoor areas

图12 HDPE 膜及土工布铺设Fig.12 Laying of HDPE membrane and geotextile

4 风险管控工程质量及效果评估

4.1 风险管控工程质量评估

进场材料检验。级配碎石、管材、土工布、HDPE 膜、喷涂膜等材料进场后，在监理的见证下取样送第三方检验，检验结果表明原材料均满足设计要求。

土壤气阻隔控制工程/HDPE 膜阻隔工程性能测试。施工完成后，在监理的见证下委托第三方检测单位对隔气膜/HDPE 膜的气密性和完整性进行烟气检测和电火花检测，检测结果表明隔气膜/HDPE膜完整无漏点，满足工程性能要求。

回填压实系数检验。采用分层回填方式保证压实系数满足设计要求，回填至设计标高后委托第三方检测单位对压实系数进行检验，检验结果表明压实系数满足设计要求。

4.2 风险管控工程效果评估

为了评估风险管控区域的管控效果，按照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）》要求，在风险管控工程完成1年内，分别对风险管控区导气层抽提处理排放废气和环境空气进行了周期性监测，结果均符合风险管控目标要求且现场无异味，该项目已于2021年12 月顺利通过生态环境主管部门组织的验收。

（1）导气层抽提处理废气排放监测

分别于2021年1—5 月、8 月在导气层1#、2#、3#废气排放口共采集环境空气样品18 个，检测结果表明，废气中苯的浓度为ND～6.63 mg/m3，均满足GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》最高允许排放浓度要求。

（2）环境空气监测

分别于2020年11 月，2021年1—5 月、8 月在管控区上风向、管控区内、下风向共6 个点位采集环境空气样品126 个，分析空气中苯、甲苯、苯并（a）芘和非甲烷总烃浓度，监测结果均满足相关标准要求（表13）。

表13 环境空气监测结果Table 13 Monitoring results of ambient air

4.3 长期监管

根据HJ 25.5—2018 中对污染地块土壤风险管控的要求，本项目采用长期环境监测与制度控制相结合的方式，进行后期环境监管，并由地块使用权人负责组织实施及费用支付。长期环境监测原则上1～2年开展1 次，可根据实际情况进行调整；制度控制主要包括设置管控区边界围挡、设置标识牌、信息监控与识别、地块资料管理等措施。

本项目风险管控工程已通过效果评估且从污染地块名录移除，目前正处于开发建设前期的可行性研究阶段。若后期规划与开发建设条件改变，需重新进行人体健康风险评估并采取相应措施。

5 结论

（1）本项目一期场地治理包括浅层污染土壤的源去除修复模式和深层污染土壤途径阻断、长期监测风险管控模式，一方面可以清除源头高风险污染，另一方面紧密结合场地开发建设方案切断土壤气扩散途径，降低对人体的健康风险，可实现风险可控、节约成本的目的。

（2）为满足人体健康风险管控目标，针对室内、室外不同工作情景，设计了风险管控方案。室内区域建筑物地基下方-2 m 污染土采用土壤气阻隔控制工程，在建筑物地基底板与导气层之间设置喷涂隔气膜对土壤气进行阻隔，控制建筑物下方导气层负压为-5～-2 Pa，利用抽提系统对土壤气进行集中收集，经尾气处理系统处理达标排放；室外区域原始地面标高-3 m 以下污染土采用HDPE 膜（两布一膜）进行水平阻隔，阻隔层上方采用清洁黏土覆盖压实。

（3）工程控制是一类很有应用前景的污染场地风险管控技术。为保证工程控制实际效果，一方面需加强工程控制实施过程中的质量控制和质量保证，如加强进场材料检验、阻隔工程性能测试、回填压实系数检验等，确保满足设计及工程性能要求。另一方面需重视工程控制措施效果评估及后期环境监管，工程效果评估一般在工程设施完工1年内开展，至少每季度采样1 次；后期环境监管一般采用长期环境监测与制度控制相结合的方式，长期监测原则上1～2年开展1 次，可根据实际情况进行调整，而且，当场地的环境条件发生较大改变时，还应开展应急监测，评估工程控制措施的效果。