重金属污染场地固化稳定化修复工程案例

袁芳沁

（中铝环保节能科技（湖南）有限公司，湖南 长沙 410019）

过去几十年，我国工业、农业快速发展，但同时由于我国产业结构不合理、管理粗放、环保措施不健全等因素，使得大量矿冶、制造、化工等工业企业污水违规排放，工业废渣随意堆放，废气无组织或不达标排放，直接或间接造成了土壤重金属污染。我国首次全国土壤污染状况调查表明，土壤中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种重金属污染尤为严重［1－2］。重金属污染具有范围广、时间长、隐蔽性强、不可生物降解、易在生物体内累积等特点［3－4］。

固化／稳定化是通过形成晶格结构或化学键，将有害物捕获或者固定在固体结构中，从而降低有害组分的移动性或浸出性。其中，固化是将废物中的有害成分用惰性材料加以束缚的过程，而稳定化是将废物的有害成分进行化学改性或将其导入某种稳定的晶格结构中的过程［5］。与其他修复技术相比，固化／稳定技术有着成本相对较低、施工方便、处理后的地基土强度高以及对生物降解有良好阻碍的优点，被广泛地应用于污染场地及固体废弃物填埋处理中，美国EPA曾将其列为有毒有害废物的最佳处理技术［6］，而且已经有180个超级基金项目涉及污染土壤的固化／稳定化研究［7］。

通过以湖南某土壤重金属污染地块为案例，介绍了受重金属As、Cd、Ni、Cr和Hg污染土壤的异位固化／稳定化修复工艺以及达到的治理效果，从而为国内类似污染地块修复提供借鉴。

1 地块简介

项目内容为某约20504m2工程红线范围内受重金属污染的土壤进行修复治理，存在重金属污染主要为As、Cd、Ni、Cr和Hg等，为降低污染物对人体健康及生态环境的风险，项目区域范围内需要清理修复的污染土壤总面积约20504m2，农田污染土壤清理的面积为13381m2，深度为0.2～1m之间，修复土方量为10112.6m3；废渣堆放区域清理的面积为7123m2，深度为0.5～7m之间，表层废渣修复方量为16226m3，污染土壤修复方量为32453m3；总修复土壤量为58791.6m3；作为危险废物处置的砷超标土壤面积为278m2，土方量为556m3。

2 土壤重金属污染物筛选值

根据湖南《重金属污染场地土壤修复标准》（DB 43／T1165—2016）的居住用地标准［8］、《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》（试行）（GB 36600—2018）［9］、《场地土壤环境风险评价筛选值》（北京市DB11／T811—2011）［10］规定，清挖后基坑土壤清理目标见表1。

表1 土壤重金属污染物的筛选值

清挖出的污染土壤及废渣进入填埋场进行安全填埋。固化稳定化修复后的土壤按照《固体废物 浸出毒性浸出方法 翻转法》（GB5086.1—1997）进行浸出液检测［11］，浸出液浓度达到进场填埋浓度要求后，可进行安全填埋，固化稳定化浸出液控制值见表2。

表2 固化稳定化浸出液控制值

3 修复工艺技术路线

本项目修复的主体工艺设计采用稳定化处理技术。即首先根据土壤污染数据，将污染土壤区域进行定位放线，划分出需要开挖的土壤区域和深度，然后将土壤开挖运输至土壤修复治理中心进行处理，属于危险废物的污染土壤委外处置，修复治理达标后的废渣及土壤运送至填埋场进行安全填埋。

依据项目总体设计，并结合项目现场实际情况，本土壤修复项目的实施包含几个主要部分：（1）污染土壤区域的定位与清理；（2）稳定化治理；（3）鉴定为危险废物的土壤的安全处置；（4）修复后土壤的监测及填埋。

修复工艺技术路线如图1所示。

图1 修复工艺技术路线

4 工程实施过程

4.1 污染土壤区域的定位与清理

土壤清理工艺流程：资料分析→现场勘察→确定开挖区域及开挖深度→开挖区域划线定位→开挖施工准备→开挖清理→运输→修复治理中心。

本项目采用挖掘机开挖，自卸车封闭式运输，土壤清理施工的重点是开挖区域的定位及检测，以保证污染土壤清理的彻底性。

根据污染土壤检测结果，对污染土壤区域进行定位划线，确定开挖面积和深度，施工时以场地调查报告以及施工图上标注的准确控制点坐标值，建立闭全导线虚拟控制网，再根据施工控制网测设污染土壤分布各拐点坐标。并根据高程基准点实时监控开挖深度直至开挖达到设计要求。

工程开挖前，需计算好土壤清理区域现场机械配置数量、土壤修复治理中心机械用量、土壤治理后运输机械配置数量，并现场配置推土机、挖掘机等辅助设备。

根据场地调查所确定不同地层渗透系数和含水量，选择合适的降水方式。同时，在场地内设置临时废水收集池和废水处理装置。

在土壤清理过程中注意保护好边坡的安全稳固，开挖4m以内区域在施工过程中按照1∶1的比例进行放坡及夯实处理，4m以下未放坡处开挖采用钢板桩支护，结合场地地层结构特性，可适当调整放坡比例，以避免雨水冲刷导致基坑侧面滑坡、水土流失。

土壤开挖工程量见表3。

表3 土壤开挖工程量

4.2 污染土壤、废渣及危险废物处理

4.2.1 处理车间设置

土壤修复主厂房：包含土壤暂存区、修复治理区、养护区、土壤转运通道及设备通道等，土壤治理的全过程均在主厂房内进行，土壤治理合格后方可运至填埋场填埋。

项目设计的土壤暂存区，设计平均堆体高度为1.5～2m，设计长×宽为21m×15m。

土壤修复治理区域分为三个部分：预处理区、土壤修复设备工作区、药剂投加区。土壤修复治理区域的总面积为294m2，设计长×宽为21m×14m。

养护区土壤存量为500～1000m3，设计平均堆体高度为2m，土壤养护区所需面积为493.5m2，设计长×宽为21m×23.5m。

4.2.2 废渣及土壤处理施工

1.稳定化处理施工：本项目土壤采用异位治理模式，清挖后进行重金属稳定技术，治理工艺如图2所示。

图2 固化稳定化工艺技术路线

2.固化稳定化药剂选择：在重金属污染土壤的稳定化治理工程中，选择稳定化药剂配方和添加量需考虑以下影响因子：土壤性质（如pH、颗粒组成、土壤黏性等）、污染物含量、以及处理效果（验收标准）等。同时，还需考虑项目的投资因素，确保药剂有效且添加量经济可行。因此，需结合项目土壤污染的特性，开展实验室小试试验及现场中试试验，最终确认稳定化药剂的配方以及添加量，同时也从实际出发验证该技术的有效性。

3.治理后废渣及土壤的安全填埋：土壤修复治理合格后，其浸出液达到一般Ⅰ类固体废物进入填埋场的浸出标准要求，将其运至填埋场进行安全填埋，填埋工艺流程如图3所示。（1）场内运输：土壤运输车辆经进场道路进入填埋场内，经门卫后直接进填埋区卸料。填埋拦截坝标高以下的作业区域时，运输车辆经临时作业道路至库区底部，临时作业道路随着填埋堆体的堆高，重新调整布置临时作业道路；（2）摊铺压实：摊铺及压实作业可以由推土机单独整场，也可增加压实机对堆体进一步压实。采用推土机将修复后的污染土壤及废渣摊铺一定厚度，采用压实机把松散废渣逐层压实，每层摊铺厚度为0.4～0.6m，碾压过程压实系数应≥0.92；（3）填埋作业方式及设备：采用“填坑法”作业自上而下进行，设备采用推土机，填埋主要设备包括1台JCB挖掘装载机（3CX）和1台BW219DH～4单钢压碾机；（4）填埋作业实行分区填埋，将修复后的土壤及废渣进行分区填埋，按入场填埋场的统一调度，进入不同填埋区指定作业点卸载，然后通过机械依次进行分层摊铺、压实作业。

图3 填埋工艺流程图

4.2.3 危险废物处置

1.临时堆存：根据处置废物的特性及相关标准要求设置安全临时应急堆存区。对于危险废物临时堆存区不但要满足一般建筑物的构造要求，还要满足危险废物临时堆存的特殊要求：防风、防雨、防晒和防渗。在堆土附近设置临时堆存区，采用C30混凝土进行地面硬化防渗处理，硬化厚度0.3m，铺设600g／m2土工布一层，2mm厚HDPE膜一层，防止危险废物中的水分下渗造成二次污染。堆存区场地上架设简易彩钢防雨棚，构筑物面积100m2，长20 m，宽5m，高2.8m，堆存废渣采用薄膜进行覆盖。

2.运输及安全处置：分批监测过程中一旦确定属于危险废物的土壤，应立即从堆场运出。危险废物在运输过程中有一定的风险，车辆运输中必须执行《危险废物转移联单管理办法》的要求。对于本项目检测出来的危险废物，运至具有专业资质的危废处理中心进行安全处置，运距约为160km，处置单位应根据《危险废废物处置工程技术导则》［12］，制定严格的操作规程和管理制度，并按照危险废物转移联单的有关规定，保管需要存档的转移联单。

4.2.4 清挖基坑回填

该污染场地修复后将用于公园绿地，因此，污染场地土壤开挖后的基坑，将外运新土进行回填。

5 修复工程环境监测方案

为了给项目实施提供有效依据、保证项目实施的有效性、控制项目施工环境质量，且防止环境二次污染事故，实施项目环境监测方案。主要监测内容是土壤中重金属含量及浸出液重金属浓度的监测。主要包括以下内容：

1.土壤清理区域基坑侧壁及底部的土壤重金属含量监测：判断土壤开挖清理后，其他部分土壤是否达到了清理目标值要求，作为场地调查报告的现场补充监测，以指导污染土壤开挖面积和工程量，避免超挖或者少挖。

2.暂存区土壤重金属含量监测：判断该批次土壤的重金属含量特征及总量范围，判断是否需要调整药剂配方或添加量，作为土壤修复治理效果的保证以及控制药剂成本的依据。

3.治理后土壤浸出液重金属浓度监测：判断该批次土壤的稳定化处理效果是否达到了治理目标要求，是作为土壤修复治理效果验收的重要依据。

4.填埋场土壤及地下水环境监测：为评价污染区域的长期修复效果，保证生物体直接或间接接触修复后场地的安全性，需对修复场地进行长期监测。依据修复后土壤的填埋区安排及场地的用地规划，在修复后土壤填埋区及场地的其他区域布设适当的监测点位，对场地的土壤及废水进行长期监测。

6 修复效果

工程实施后清挖基坑土壤达到设计修复目标值，即基坑土壤浓度符合标准要求Pb≤280mg／kg，Cr≤400mg／kg，Cd≤7mg／kg，As≤50mg／kg，Hg≤4mg／kg，Ni≤80mg／kg，Cu≤300mg／kg，Mn≤2000 mg／kg，达到修复目标要求。

固化稳定化修复后，按照《固体废物 浸出毒性浸出方法 翻转法》（GB5086.1—1997）制备土壤浸出液，浸出浓度达到一般Ⅰ类固体废物填埋进场浸出标准：Pb＜1.0mg／L，Cr（Ⅵ）＜0.5mg／L，Cr＜1.5 mg／L，As＜0.5 mg／L，Cd＜0.1 mg／L，Ni＜1.0 mg／L，Hg＜0.05mg／L，即《污水综合排放标准》［13］第一类污染物标准达到修复目标要求。

7 结 论

工程根据场地污染状况和修复目标采用异位固化／稳定化工艺对重金属污染土壤进行了处理，后转入填埋场填埋。土壤经清挖后基坑达到清理目标，固化／稳定化后的土壤重金属浸出浓度均达到了修复目标值，并实现安全填埋。工程实践证明，固化／稳定化处理技术能有效降低土壤中重金属的浸出浓度。该技术处理具有处理效率高、工艺简单、成本低廉、效果良好的优势，值得推广使用，对今后类似工程实施具有借鉴意义。