砷、锑污染场地污染调查及修复方案设计

王云丽，朱俊民，胡培良，马 英，谭三香

（1.永清环保股份有限公司，湖南 长沙 410100；2.湖南有色环保研究院有限公司，湖南 长沙 410100）

随着城市化进程的加快和经济发展，产业结构深化调整，土壤污染问题日益突出［1-2］，国家《土壤污染防治行动计划》（即“土十条”）的发布，更使得土壤修复工程备受关注。不同污染程度的土壤，影响土地的二次开发利用，威胁生态安全和人体健康［3］，污染场地修复至关重要。许多污染场地在再开发前没有按照政府的相关规定进行调查与治理，为保护人体健康，必须先对场地开展调查和风险评估，进而实施污染场地修复和风险管理。

本文以某砷、锑污染场地为例，介绍了该场地基本情况、修复技术筛选、小试试验设计及土壤修复方案设计，以指导后续修复工程实施工作。

1 场地环境调查

项目依据《建设用地土壤污染状况调查技术导则》（HJ 25.1—2019）、《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》（HJ 25.2—2019）等相关技术文件采取“分批布点、逐级加密、局部增点、锁定污染”的布点原则进行布点设置，首先以80 m×80 m网格作为采样单元，如存在污染超筛选值较重的区域可按40 m×40 m或20 m×20 m网格作为采样单元进行加密布点，采样深度为4.5 m，共布设139个点位，检测417个样品。砷、锑分别采用《水质 汞、砷、硒、铋和锑的测定 原子荧光法》（HJ 694—2014）和《水质65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》（HJ 700—2014）进行检测。

选择第一类用地的筛选值砷22.2 mg／kg、锑20 mg／kg作为本场地的筛选标准，结果超标范围较广，砷污染超标率达18%，锑超标率达10.07%。污染深度集中于表层1.5 m以内。统计结果见表1。

表1 土壤砷、锑数据统计结果

2 场地风险评估

项目为生态用地，主要受体为人和生态环境。基于保护区域地下水的目的，砷、锑浸出标准分别选用《农田灌溉水质标准（旱作）》（GB 5084—2005）、《地下水质量标准》（GB／T 14848—2017）Ⅳ类水标准。土壤固化／稳定化后砷、锑浸出目标值分别为0.1 mg／L、0.01 mg／L。污染土壤方量298 790 m3。

3 修复技术手段筛选

重金属锑污染土壤常用的修复技术有固化／稳定化、土壤淋洗、水泥窑、填埋等技术［4-5］。结合本场地实际情况，综合考虑技术成熟性、时间条件、资金水平以及技术的实用范围等，推荐采用固化／稳定化修复技术＋原位阻隔回填技术。

固化／稳定化修复技术不仅与修复工艺有关，还与污染物的性质、污染土壤的类型、含水量有密切的关系。污染物含量越高、土壤黏性越小、含水量越低，其修复效果越好，反之其修复效果越差。

所需修复的土壤主要类型为粉土和黏土，土壤团聚现象较明显，通过增加生石灰的方式降低含水率，提高土壤固化／稳定化效果。另外，该技术修复时间较短、成本较低、管理方便，能够满足本场地在修复时间、费用、管理方面的要求。固化／稳定化修复技术用于本场地重金属污染土壤的修复可行。

原位阻隔覆盖是将污染区域通过在四周建设阻隔层，并在污染区域顶部覆盖隔离层，将污染区域完全与周围隔离，避免污染物与人体接触和随地下水迁移。本项目场地条件满足要求，可适用。

4 小试试验设计

土壤修复工程中，药剂配方和添加量是关键工艺参数，不仅直接影响处理效果，同时对项目投资有重要影响［6-7］。药剂配方和添加量受土壤性质（如pH）、污染物含量、以及修复目标（验收标准）等关键因素影响，因此在项目实施前，必须结合项目土壤污染的特性，开展实验室小试试验，确认药剂的配方以及添加量，同时验证该技术的有效性，其试验结果是工艺参数确定的主要依据。本设计为确定稳定化修复过程中的药剂添加比例及成本预算，试验人员参考场调数据采集土壤样品并开展试验。

4.1 试验步骤

设定砷、锑浸出超标的总量边界条件砷≥200 mg／kg或锑≥1 000 mg／kg。结合场地调查数据，采集砷≥200 mg／kg或锑≥1 000 mg／kg污染土壤R1和砷＜200 mg／kg且锑＜1 000 mg／kg的低浸出风险污染土壤R2有代表性的两种样品用于效果验证。

称取污染土壤样品各200 g，按照土壤质量比添加稳定化药剂，并与样品混匀，通过搅拌器机震荡后添加相应质量的水，静置养护1～2 d。

浸出方法采用《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》（HJ 557—2010）方法进行，每个处理设置不小于2个平行，结果以平均值体现。

——我要求你们跑四圈，既然你们跑了六圈，这样吧，我实行多退少补政策，听口令，全体立正！向后转，反方向绕操场再跑两圈！

基于保护区域地下水的目的，浸出标准选用《地下水质量标准》（GB／T 14848—2017）Ⅳ类水标准。

4.2 试验设计及结果

针对砷／锑类污染土壤，根据以往工程经验，R1污染土壤样品按照土壤质量比分别添加1.5%、2.0%、2.5%的稳定剂A，R2污染土壤添加0.5%、1.0%的稳定化药剂D。试验设置平行样，数据结果以平均数体现。具体见表2，A代表粉末离子矿化稳定剂，D代表广谱性重金属矿化稳定化药剂。

表2 砷／锑类金属污染类稳定化试验结果

从表2可知，添加1.5%、2.0%和2.5%的稳定剂A对砷的稳定化率大于91%，且砷浸出浓度均低于修复目标值0.1 mg／L；对锑的稳定化率为58.7%、95.6%、96%，添加2%稳定剂A的土壤锑浸出浓度低于修复目标值0.01 mg／kg，添加0.5%、1.0%的稳定化药剂D，都能适当降低污染土壤中重金属砷、锑浸出浓度低于修复目标值。

4.3 试验结论

对于砷≥200 mg／kg或锑≥1 000 mg／kg的污染土壤，建议添加2%的稳定剂A。

对于砷＜200 mg／kg且锑＜1 000 mg／kg低浸出污染风险土壤，建议添加0.5%的稳定化药剂D，降低浸出浓度，避免浸出超标。

5 修复方案设计

本工程固化稳定化处理污染土壤298 790 m3。挖掘后运送至固化稳定化治理车间，经处理达标后的污染土壤进行阻隔回填。

5.1 设计原则

本工程整体治理路线的设计，是根据本工程相关技术要求，并充分考虑本场地污染特征、工程重难点、规划相符性等，以实现修复质量和满足工期为主要目标。采用稳定化后原地阻隔回填的处置方式。并遵循以下原则：（1）技术设备成熟可靠；（2）修复效果达标；（3）修复时间合理；（4）施工工艺对周边环境的不良影响小；（5）费用经济合理。

5.2 修复工艺设计

本工程由预处理设备和土壤修复一体化设备对污染土壤进行破碎、筛分及化学氧化处理，本项目的工艺流程设计如图1所示。

图1 工艺流程设计图

1.处理准备工作。为了提高污染土壤的处理效率，减少污染向周边扩散的机率，所有进入稳定化治理车间的污染土壤，直接由运输车辆送入暂存区。为了减少转运距离，将暂存区设置在稳定化治理车间里。暂存区最多只暂存两天处理量的污染土壤。

2.预处理与稳定化处理。预处理设备对污染土壤进行筛分、破碎作业，确保进入混合反应工序的污染土壤粒径小而均匀，为稳定化处理过程创造条件。根据试验要求，稳定化处理污染土壤含水率一般控制20%～40%，粒径小于30 mm，药剂与污染土壤搅拌能达到最佳效果。本工程异位稳定化处理污染土壤80 194.10 m3，ALLU设备处理能力调整为50～100 m3／h。根据工程量及工期安排，每日修复5 000 m3的污染土壤，需处理16 h／d。因此，本工程稳定化治理车间需要配备6台ALLU设备。

3.处理后养护。稳定化处理后的土壤，由装载机转运至养护区进行堆放养护，按照批次依次堆置成长条土垛，采用薄膜对养护土壤进行覆盖，养护1～2 d时间，养护期间保证养护土壤中的含水率控制在20%～40%，保证稳定化反应的效果。

4.检测达标后处置。养护至设计周期后的污染土壤进行取样检测分析，按照每500 m3不少于1个样品。同时，需要送至具有相关检测资质的第三方检测机构进行分析检测，达到规定的修复目标值后方可阻隔回填；未达标的土壤需要继续进行加药处理，直至检测达标。

5.阻隔回填工程设计。考虑到本工程需阻隔回填的土壤方量较大，为减少清挖及运输过程中对场外环境造成二次污染。因此，选择在污染场地北侧修建回填场，场地内挖掘出的清洁土作为本工程覆盖用土。阻隔回填区域面积为6 000 m2，可填埋容量为300 000 m3，可满足污染土壤填埋量。

阻隔回填场地参照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599—2001）及相关标准要求，阻隔回填区需满足以下要求：（1）场地底部土壤最好为优质黏土、隔水性能好、透水系数小，对于渗透系数大的填埋场地可以考虑采用人工阻隔的方式；（2）场地内不得有较大的岩隙裂缝或者有泉涌／泉眼；（3）场地范围内的树木、杂草、腐殖土、石块等应全部清除；（4）平整后场地构建面应平整、坚实、无裂缝、无松土；（5）平整后场地表面无积水、场地底部高于地下水位1 m以上；（6）坡面稳定，过渡平缓，压路机碾压后，轮迹深度不得超过5 mm。

5.3 关键技术参数

根据试验结果和修复路线，化学氧化技术关键参数见表3。

表3 固化稳定化技术关键参数一览表

5.4 工艺设施配置

污染土壤异位固化稳定化处理中，本工程拟投入的主要工艺实施配置，见表4。

6 结论与建议

1.项目场地环境调查、风险评估等工作成果可以得出：本场地重金属砷锑超标范围较广，砷超标率达18%，锑超标率达10.7%，污染深度集中于表层1.5 m以内，污染土壤方量298 790 m3。

2.从技术、经济、环境安全以及项目需求等多角度比选，原地异位固化稳定化修复技术，对于砷≥200 mg／kg或锑≥1 000 mg／kg的污染土壤和砷＜200 mg／kg且锑＜1 000 mg／kg分别添加2%的稳定剂A和0.5%的稳定剂D，能达到修复目标要求。3.本项目采用原地异位固化稳定化修复技术＋阻隔回填对砷、锑重金属污染土壤进行处理，为此类污染土壤修复方案提供参考；而实际中工程中由于各地区土质存在较大差异，因此具体修复方案的设计还需要结合当地的土质特征做进一步的调整。