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有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析

發(fā)布時(shí)間:2019-12-29 16:41人氣:

前 言

土壤的有機污染問(wèn)題是全世界范圍內廣泛關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。土壤中有機污染物的來(lái)源包括工業(yè)泄露和溢出,石油庫和化學(xué)品庫泄露,農藥濫用,清潔劑、油、防凍液隨意處置,生活垃圾不當處置,垃圾填埋場(chǎng)和垃圾堆場(chǎng)等[1]。每年有大量的有機物釋放到土壤環(huán)境中,包括芳香化合物[2]、多氯代有機物[3]、農藥、石油[4]等,其中大部分的污染物是難溶的、有毒的、致突變的,甚至是致癌的,對人類(lèi)健康和生態(tài)系統有著(zhù)巨大的危害。近年來(lái),我國開(kāi)始逐漸關(guān)注有機污染物造成的土壤污染問(wèn)題,并進(jìn)行有機污染土壤修復技術(shù)的研究[5,6,7]。但由于污染場(chǎng)地的復雜性,不同地質(zhì)地理環(huán)境對修復方法的選擇性不同,傳統的理論研究與實(shí)際應用存在一定的不匹配性,修復方法選擇上的失誤可能導致難以估量的損失。因此,對于不同污染場(chǎng)地進(jìn)行全面的場(chǎng)前調查,充分考慮其各方面的因素,選擇合適的修復方法至關(guān)重要。本文介紹了目前有機物污染土壤修復的常用技術(shù)以及有機污染土壤修復的三個(gè)典型案例,為我國有機污染土壤修復工作提供借鑒。

01有機污染土壤修復技術(shù)

有機污染土壤修復技術(shù)種類(lèi)較多,表1中總結了國內外常用的幾種修復技術(shù)。目前,異位熱脫附和原位化學(xué)氧化技術(shù)是應用最廣泛的有機土壤修復技術(shù)[9,10],其處理效果、成本和周期都符合城市對土壤修復的要求。其中熱脫附技術(shù)對于處理鹵代有機物、非鹵代的半揮發(fā)性有機物、多氯聯(lián)苯、以及高濃度的疏水性液體等污染物有優(yōu)勢,但這項技術(shù)會(huì )破壞土壤結構和生物系統。土壤淋洗有濃縮污染物的能力,因此可以作為其他技術(shù)的預處理,減少待處理的土壤體積,降低總費用[11]。微生物修復技術(shù)最常用于降解土壤中的石油烴[12,13],這項技術(shù)是環(huán)境友好的,但是修復周期過(guò)長(cháng)。此外,在選擇具體的土壤修復技術(shù)時(shí),應根據污染物和土壤性質(zhì)、處理時(shí)間、成本等因素進(jìn)行全面比較。

有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析(圖1)

02有機污染土壤修復案例

2.1 原地異位熱脫附修復技術(shù)—梅鋁地塊污染修復工程

廣州市天河區牛利崗北街168號梅花鋁材廠(chǎng)地塊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“梅鋁地塊”)土地權為寶武集團廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司,其先后被用作為半導體材料廠(chǎng)和有色金屬加工廠(chǎng)主要生產(chǎn)、加工鋁合金材料以及鋁合金型材和半導體材料。2019年3月,廣東省環(huán)境科學(xué)研究院根據初步調查和詳細調查結果,開(kāi)展場(chǎng)地風(fēng)險評估工作。根據調查評估結果,該場(chǎng)地存在一定的環(huán)境風(fēng)險,土壤中主要污染物為萘、苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽。場(chǎng)地在模具車(chē)間、擠壓車(chē)間及氧化車(chē)間存在多環(huán)芳烴的超篩選值,其中模具車(chē)間和擠壓車(chē)間需要使用大量潤滑油,且需要柴油、重油等提供動(dòng)力,因此生產(chǎn)過(guò)程中跑冒滴漏及原輔材料的溢灑可能是導致生產(chǎn)區生產(chǎn)車(chē)間土壤污染的主要原因。

該項目選定方案為:污染土壤從污染區域開(kāi)挖后,運輸至修復車(chē)間的預處理車(chē)間,進(jìn)行篩分破碎處理,篩分下來(lái)的大粒徑渣塊(大于50mm的粗顆粒),集中收集至沖洗系統進(jìn)行清洗,以去除附著(zhù)在渣塊上的各類(lèi)污染物。清洗干凈的渣塊在檢測合格后資源化利用或進(jìn)行基坑回填。小于50mm的細顆粒污染土壤進(jìn)行熱脫附處理有機物污染,驗收合格后回填至本場(chǎng)地內。沖洗后產(chǎn)生的污水進(jìn)入污水處理站進(jìn)行處理后,循環(huán)利用。污水處理站產(chǎn)生的污泥經(jīng)過(guò)脫水后作為污染土壤運至修復單元進(jìn)行處理。具體流程如圖1。

有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析(圖2)

項目總處理土方量約為4370.36m3,歷時(shí)92天。處理后各目標污染物均小于或等于目標值,分別為萘5.5mg/kg、苯并(a)蒽25 mg/kg,苯并(b)熒蒽5.5 mg/kg,苯并(a)芘0.55 mg/kg、二苯并(a,h)蒽0.55mg/kg。

2.2 原位化學(xué)氧化-異位固化/穩定化技術(shù)—廣東四明燕塘乳業(yè)公司地塊污染修復工程

廣東四明燕塘乳業(yè)公司地塊位于天河區沙太南路以北的燕塘工業(yè)園內,占地面積為1.99hm2。其北側為廣東燕塘獸藥有限公司,南側為廣東大日生物化學(xué)制藥有限公司,東側為石油大學(xué),西側為怡新花園。受制藥公司和石油大學(xué)的影響,2017年在土地性質(zhì)變更時(shí),通過(guò)相關(guān)單位對其進(jìn)行場(chǎng)地環(huán)境調查及風(fēng)險評價(jià),發(fā)現該地塊的鉛和總石油烴的含量嚴重超標,污染深度最深埋深達16.5m。

該項目選定方案為原位化學(xué)氧化與異位固化/穩定化技術(shù)相結合的方法。單受石油烴污染的土壤,采用原位化學(xué)氧化技術(shù)進(jìn)行修復,工藝為化學(xué)氧化注入井在原位進(jìn)行固化穩定化。單重金屬鉛污染的土壤,采用異位固化/穩定化技術(shù)進(jìn)行修復:首先,對污染土壤進(jìn)行清挖,運輸至固化/穩定化修復區,將其篩分破碎處理后,進(jìn)行固化/穩定化處理,對于修復后檢測合格的土壤,進(jìn)行場(chǎng)內阻隔填埋。對于復合(重金屬鉛和有機物石油烴)污染土壤,先采用原位化學(xué)氧化技術(shù)進(jìn)行修復,達標后再采用異位固化/穩定化技術(shù)進(jìn)行修復。具體流程如圖2。

有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析(圖3)

該項目總工期歷時(shí)214日,污染土壤修復方量共計4468m3。經(jīng)修復后檢測土壤合格。

2.3 原地異位熱脫附-固定/穩定化修復技術(shù)—廣船地塊污染修復工程

廣船一期地塊位于廣州市荔灣區芳村大道南40號,占地面積約12.38萬(wàn)平方米。1993年以來(lái),年造船能力超過(guò)20萬(wàn)載重噸。2015年,廣州市土委會(huì )議定廣船舊廠(chǎng)房改造地塊由市城市更新局納入“三舊”改造年度實(shí)施計劃,擬將規劃用地調整為商業(yè)居住等綜合用地性質(zhì)。受該行業(yè)影響,相關(guān)單位進(jìn)行場(chǎng)地環(huán)境調查和風(fēng)險評估工作后發(fā)現,砷、汞、鎳、鉛、苯并(a)芘及二苯并(a, h)蒽嚴重超標。污染土壤分為重金屬污染土壤、多環(huán)芳烴污染土壤、以及重金屬和多環(huán)芳烴復合污染土壤三種。

項目修復方案選定為:?jiǎn)问芏喹h(huán)芳烴污染的土壤,經(jīng)熱脫附處置后合格進(jìn)行原場(chǎng)地回填。單受重金屬污染的土壤,經(jīng)固化/穩定化處置后合格進(jìn)行原場(chǎng)地阻隔回填。重金屬與多環(huán)芳烴復合污染土壤,首先采用異位熱脫附修復工藝進(jìn)行加熱處理,去除其中的多環(huán)芳烴污染物,再運用固化/穩定化修復工藝,對污染土壤中剩余的重金屬污染物進(jìn)行固定化及穩定化處理,對于修復后檢測合格的土壤,進(jìn)行場(chǎng)內阻隔填埋處理。其修復技術(shù)路線(xiàn)如圖3所示。

有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析(圖4)

該項目總工期歷時(shí)120日,污染土壤修復方量共計20349.78m3。經(jīng)修復后檢測土壤合格。

03討 論

3.1 修復技術(shù)不同

三個(gè)項目盡管都有有機物污染,但根據污染物的不同以及現場(chǎng)周邊環(huán)境、項目要求選擇了三種不同的修復技術(shù),具有重要的現實(shí)參考意義。梅花鋁材場(chǎng)地塊污染物只有有機物多環(huán)芳烴,適用于該有機物污染土壤的修復處理技術(shù)有熱脫附技術(shù)、化學(xué)氧化處理技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)等。其中廣州市兩家水泥廠(chǎng)均不具備污染土直接從高溫段進(jìn)入水泥窯焚燒的技術(shù),本項目主要為有機物多環(huán)芳烴污染,若污染土壤不用能直接從高溫段進(jìn)入,會(huì )產(chǎn)生尾氣二次污染,不符合環(huán)保要求,因此不適于水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的應用。此外,因原位修復的時(shí)間長(cháng),特別是考慮到半揮發(fā)類(lèi)物質(zhì)揮發(fā)的速度比較慢,因此所需要的時(shí)間通常比揮發(fā)性污染物要更長(cháng)。且在原位修復的過(guò)程中,污染物在一定程度上依然存在于場(chǎng)地內,在修復達到要求之前,該部分場(chǎng)地依然對周邊人群產(chǎn)生不可接受的風(fēng)險,而且土壤中的污染物還會(huì )持續通過(guò)遷移擴散進(jìn)入地下水,因此選擇異位修復。此外,考慮到該地塊相鄰場(chǎng)地現以工業(yè)用地和住宅用地為主,為避免對周邊人群產(chǎn)生影響,選擇經(jīng)濟高效、修復周期短,且修復效率高、技術(shù)成熟的原地異位熱脫附修復技術(shù)。

廣東四明燕塘乳業(yè)公司地塊污染修復工程,依據項目現場(chǎng)采樣監測結果,主要污染物為鉛和總石油烴,且污染較嚴重。若采用熱脫附修復技術(shù)能耗高,費用高,因此選用適宜高濃度污染且相對成本較低的原位化學(xué)氧化技術(shù)。并將其精準分為三類(lèi):對于4.5m~16.5m的石油烴污染土壤,采用原位化學(xué)氧化技術(shù)進(jìn)行修復;對于7.5m~12.5m(不含石油烴污染)重金屬鉛污染土壤,采用異位固化/穩定化技術(shù)進(jìn)行修復;對于7.5m~12.5m復合(重金屬鉛和有機物石油烴)污染土壤,先采用原位化學(xué)氧化技術(shù)進(jìn)行修復,達標后再采用異位固化/穩定化技術(shù)進(jìn)行修復。最后,對于修復后檢測合格的土壤,進(jìn)行場(chǎng)內阻隔填埋處理。該修復技術(shù)充分體現了“精準修復”、“綠色修復”的環(huán)保理念。

廣船地塊污染修復工程,依據項目現場(chǎng)采樣監測結果,砷、汞、鎳、鉛、苯并(a)芘及二苯并(a, h)蒽嚴重超標,且時(shí)間緊迫,若選用原位化學(xué)氧化技術(shù)則耗時(shí)較長(cháng)。而異位修復可以在比較短的時(shí)間內將污染土壤從場(chǎng)地中清除出去,使場(chǎng)地的健康風(fēng)險在比較短的時(shí)間內降低到可以接受的程度,從大眾心理承受力方面考慮,也比較容易被接受。另外可以確保場(chǎng)地開(kāi)發(fā)利用的時(shí)間進(jìn)程,提高當地的土地利用效率。因此選用了處理效率高,過(guò)程易控制,適用于較難處理的重污染土壤的異位熱脫附修復技術(shù)。污染土壤分為重金屬污染土壤、多環(huán)芳烴污染土壤、以及重金屬和多環(huán)芳烴復合污染土壤三種。篩選修復技術(shù)過(guò)程中充分考慮了本場(chǎng)地的實(shí)際情況,因地制宜,將其精準分為三類(lèi):對于0~6m的重金屬污染土壤,采用異位固化/穩定化修復技術(shù)對其進(jìn)行修復處理;對于0~3m的多環(huán)芳烴污染土壤,采用異位熱脫附修復工藝對其進(jìn)行修復處理;對于0~0.5m和1~3m的重金屬與多環(huán)芳烴復合污染土壤,首先采用異位熱脫附修復工藝進(jìn)行加熱處理,去除其中的多環(huán)芳烴污染物,再運用固化/穩定化修復工藝,對污染土壤中剩余的重金屬污染物進(jìn)行固定化及穩定化處理,對于修復后檢測合格的土壤,進(jìn)行場(chǎng)內阻隔填埋處理。該修復技術(shù)遵循了安全性、技術(shù)有效性、經(jīng)濟合理性、施工可行性的原則。

以上三個(gè)修復工程在篩選修復方案上均充分體現了因地制宜,精準修復和經(jīng)濟合理,綠色環(huán)保的原則。不同的是,對于不同的復合污染情況和污染物種類(lèi),充分考慮到周邊地區的環(huán)保風(fēng)險及土壤的地質(zhì)環(huán)境,選擇了截然不同的修復技術(shù),是非常典型的三個(gè)有機污染土壤修復的成功案例。

3.2 二次污染防治重點(diǎn)不同

三個(gè)項目污染物、周邊敏感點(diǎn)、采用的修復技術(shù)不同決定了修復過(guò)程中的二次污染防治重點(diǎn)不同。梅花鋁材廠(chǎng)周邊的環(huán)境敏感保護目標位于場(chǎng)地的四周,包括牛利崗社區、怡新花園等居民區,廣東工貿職業(yè)技術(shù)學(xué)院、成龍中學(xué)、四海小學(xué)、京溪小學(xué)(怡新校區)、銀利幼兒園、怡新幼兒園等各階段的學(xué)校。因此該項目周邊以學(xué)校居民生活區為主,施工過(guò)程中的二次污染防治重點(diǎn)在居民敏感的噪音、大氣為重點(diǎn)。另外本項目基坑深度最深處僅為3.8m,不涉及深基坑作業(yè),對地下水影響較小。本項目為了更好地防治熱脫附設備運行噪聲對周邊居民區產(chǎn)生影響,在場(chǎng)地熱脫附區域外1m處對敏感點(diǎn)方向搭建高2m的圍擋,阻隔噪聲源直接對敏感點(diǎn)造成影響。大氣污染防治采用在開(kāi)挖過(guò)程中,盡量控制開(kāi)挖面,對已經(jīng)開(kāi)挖完成區域進(jìn)行苫蓋,開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)監控,對重污染區域噴灑氣味抑制劑防止可能產(chǎn)生的污染氣體擴散,場(chǎng)內道路進(jìn)行硬化處理,安排專(zhuān)人隨時(shí)清掃路面,防止揚塵,作業(yè)期間,每隔2—4小時(shí)進(jìn)行灑水降塵,污染土壤全部置于密閉設備內進(jìn)行修復,委托有資質(zhì)的第三方檢測機構對場(chǎng)地及周邊大氣檢測,確保周邊環(huán)境安全等措施。

有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析(圖5)

廣東四明燕塘乳業(yè)地塊西側為怡新花園小區,北側為燕塘獸藥廠(chǎng),東側為石油大學(xué),南側為廣東大日生物化學(xué)制藥有限公司。經(jīng)調查,項目地塊范圍內無(wú)名木名樹(shù)、歷史文物等需要特殊保護的目標,地塊周?chē)饕h(huán)境敏感點(diǎn)目標見(jiàn)下圖。本項目不同于梅花鋁材廠(chǎng)地塊,周邊有大日生物制藥修復場(chǎng)地和燕塘獸藥廠(chǎng)建筑工地,且該項目涉及深基坑開(kāi)挖,深度達12.5m和原位化學(xué)氧化,因此該項目二次污染的防治重點(diǎn)在地下水。本項目對污染土壤治理修復過(guò)程中可能產(chǎn)生的各種環(huán)境污染,制定了全面的環(huán)境監測方案,除大氣、噪音、廢水監測外,對在場(chǎng)地周邊地下水上游區設置1個(gè)采樣點(diǎn),修復區域內設置1個(gè)采樣點(diǎn),下游場(chǎng)外設置1個(gè)采樣點(diǎn),共設置3個(gè)點(diǎn)。施工前,地下水采樣監測1次;施工過(guò)程中,結合施工進(jìn)度,每月監測1次;施工完成后,地下水采樣監測1次。監控治理修復過(guò)程中對地下水的影響。

有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析(圖6)

廣船地塊范圍內除車(chē)歪炮臺一處市級文物保護單位外,無(wú)名木古樹(shù)等需要特殊保護的目標。地塊內涉及生態(tài)環(huán)境、社會(huì )關(guān)注目標等方面的主要環(huán)境敏感目標見(jiàn)下表、圖六。本項目周邊以居民區和學(xué)校為主,且清挖深度達到6m,臨江,多環(huán)芳烴污染修復采用熱脫附工藝,所以該項目的二次污染防治重點(diǎn)在大氣、地下水、噪音。本項目的大氣污染防治從多環(huán)芳烴污染土壤清挖、運輸、暫存、修復、修復后暫存環(huán)節采用覆蓋HDPE膜、密閉運輸車(chē)、密閉進(jìn)料大棚、尾氣處理設備等措施,噪音污染防治在修復過(guò)程中,將會(huì )用到一些高噪聲的械設備,采用的技術(shù)裝備包括低噪聲機械、隔聲裝置、消聲器、檢修機械、潤滑劑、噪聲自動(dòng)監測儀等。

有機污染土壤修復技術(shù)及二次污染防治分析(圖7)

04結 束 語(yǔ)

目前,我國有機污染土壤修復技術(shù)還處于初期,有待進(jìn)一步的研究和發(fā)展。本文列舉了三個(gè)目前有機污染土壤修復的成功案例,這些案例因地制宜,靈活地將傳統的單一治理方法有機結合于一體,并分析了不同項目的二次污染防治將對我國有機污染土壤修復工作具有重要的參考價(jià)值。

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