某场地土壤修复精准环保研究

某场地土壤修复精准环保研究

朱灿 1 ，陈玉芳 2* ，朱慧 3

(1.铜陵有色金属集团控股有限公司；2.铜陵有色金属集团铜冠建筑安装股份有限公司;3.安徽医科大学 马克思主义学院)

来源：《山东化工》  2022年第6期

关键词： 精准；治理；重金属 ；污染土壤；修复摘要： 为解决土壤污染对环境的不利影响和后续开发利用问题，针对土壤修复治理产生的“场地周边土壤重金属背景值调查不精准、场地污染范围不精准、地块污染物筛选不精准、土壤修复目标值和修复方量不精准、地下水风险控制不精准、污染土壤和地下水修复路径不精准、工程施工不精准”七个“不精准”问题，本文提出通过增加对场地周边开展的土壤采样调查、场地污染土壤电镜扫描、地块污染物精准筛选、科学计算土壤修复目标值和修复方量、地下水污染调查、污染土壤分区管理、异位固化稳定化技术并结合尾矿库治理的技术和方法，成功完成了某省某市首例土壤修复工程。研究结果表明：修复后的土壤符合一类一般固废标准，运至尾矿库进行填埋闭库，精准治理节约费用44.4%。完成治理修复的土地，由某市规划收储用于房地产开发，土地增值收益大于治理费用，为我国其他矿业重金属污染城市土地治理建立了一种可复制的精准修复模式。

某市是我国著名的铜工业基地 [1] ，矿山开采和炼铜历史悠久，土壤中普遍含铜、砷等重金属，随着国家环境保护政策趋严特别是国家对土壤修复治理要求的日益提高，土壤修复治理问题凸显，集中在“场地周边土壤重金属背景值调查不精准、场地污染范围不精准、地块污染物筛选不精准、土壤修复目标值和修复方量不精准、地下水风险控制不精准、污染土壤和地下水修复路径不精准、工程施工不精准”七个方面，本文以某大型矿冶集团开展的某场地土壤修复治理实践为例，通过建立精准土壤修复模式 [2] ，为我国其他矿冶重金属污染城市土地治理提供有益借鉴。

1 场地周边土壤重金属背景值精准调查

某地区有几千年的矿山开采和炼铜历史，浅层、深层土壤均具有较高元素丰度，场地位于某矿冶集团某矿岩体与三叠系灰岩接触带上，场地之下即为某矿冶集团某矿体产出位置，其特殊的地质位置决定了该场地土壤高重金属有地质成因的叠加。通过对场地周边开展的土壤采样调查，从垂向、横向分析，铜、砷等重金属含量具有基岩-黏土层-上部填土同步升高的趋势，表明了地质成因的叠加；所在区域的原状土壤属于红壤土，成土母质为岩石风化物，暗红、黄红色，pH值为4.5～6，质地偏黏。

由于某省某市无土壤背景值地方规范，客观上影响某大型矿冶集团对土壤修复效果的评定。为实现精准修复，某大型矿冶集团实事求是地对周边红壤土进行调查，调查综合数据并处理分析，发现数据具有对数正态分布的特征。某大型矿冶集团分别通过趋势分析法、规范法、逼近分离法对数据进行了处理，分离了天然源异常与人为源异常数据，精准计算Cu、Ni、Sb、Pb、Cd、As、Tl等七种天然源背景对照值，并与某外省市地方规范红壤土的场地土壤背景值进行了对照，如表1所示。

表1 场地土壤环境背景值对照表

由表1可以精准得知某地重金属背景调查值是一个区间范围：Cu：42.40～1 857.68 μg/g，Ni：19.40～96.11 μg/g，Sb：1.50～12.81 μg/g，Pb：31.48～132.54 μg/g，Cd：0.11～2.75 μg/g，As：47.03～127.09 μg/g，Tl：0.69～2.32 μg/g。

综上所述，某地重金属背景值高 [3] ，波动范围大，符合该市几千年来矿山开采和炼铜活动特征。

2 精准确定场地污染范围

2.1 精准确定场地土层横面范围

该场地内东侧有办公区，东北侧有母液池，南面有生活区，西面有配电房，西北角有硫酸铜生产车间和锅炉房，北面有废水处理区和海绵铜生产车间，正中是机修车间，经测绘确定该地块土壤修复面积6 309 m 2 。

2.2 精准确定探查土层纵深分布

该地块场地地形平坦，根据地块土壤和地下水污染调查报告情况，0～10.5 m范围内地层分为：

(1)杂填土层：褐色或者黑褐色，以废渣和碎石为主，含少量的黏土和建筑垃圾，较为松散，稍湿，该层厚度在0.5～4.0 m之间。在场地内不均匀分布。杂填土层的天然含水率为18.8%，在场地内三个主要地层中居中等。

(2)碎石土层：褐黄及黄灰色，中密-密实，湿，碎石含量一般50%～70%，粒径3.0～10.0 cm，少量大致40.0 cm，碎石成分以石英砂岩为主；场地部分区域碎石土层上部有粉质黏土夹层，褐黄色，稍湿，厚度较薄且不连续。

(3)风化闪长岩层：灰黄及褐黄色，中密-密实，稍湿，岩体破碎呈散体状，捻碎后呈粗砂状，有砂粒感，具黑色铁锰条纹。

综上所述，确定对该地块0～10.5 m以上土壤进行修复。

3 精准确定地块污染因子

依据场地内南北走向和东西走向的调查可知，场地内填土层共分为三层，分别为0～2.8 m(第一层)、2.8～5.5 m(第二层)、5.5～10.5 m(第三层)。

第一层(0～2.8 m)中存在超标的污染物为重金属污染物，其中As、Sb的最大超标倍数分别为56.46倍和3.61倍。

第二层(2.8～5.5 m)土壤超标污染物为Cu、Ni、As、Sb、Tl五种重金属，最大超标倍数分别为4.86，3.25，157.63，1.35，0.31倍。

第三层(5.5～10.5 m)土壤共存在Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、Tl七种重金属污染物，最大超标倍数分别为5.42，0.09，1.55，3.79，225.03，1.82，44.79倍。

综上所述，确定修复土壤中砷、锑、铜、铅、镍、铊和锌7种重金属。

4 精准确定土壤修复目标值和修复方量

由于该地块将被某省某市市政府收储用于房地产开发，经精准计算，按10.5 m的土壤污染深度开展修复治理措施。相关因子土壤修复目标值如表2所示，精准确定土壤治理修复方量如表3所示。

表2 土壤修复目标值 单位：mg/kg

表3 土壤治理修复方量

由表2、表3可知，对地表以下0～10.5 m污染土壤进行修复，修复面积6 309 m 2 ，需治理的土壤量66 895 m 3 。

5 地下水风险精准控制

5.1 精准确定地下水质状况

场地内地下水不做开采地下水使用，按《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017) [4] 中IV类标准作为评价标准，对于 GB/T 14848—2017 中没有对应筛选值的将参考《USEPA Regional Screening Level [RSL)]Summary Table,May 2018》(May 2018)中相应标准限值。本项目地下水中检出污染物的筛选值、检测值(已取平均数)如表4所示。

表4 地下水样品检出污染物筛选值和检测值分析表 单位：μg/L

由表4可知，地下水中重金属检测结果共有12种污染物检出，其中铜和铊的样品检出率为 100%，锌和镍的样品检出率为80%，其余重金属的样品检出率为20%～50%。除硒和铍外，其他10种检出重金属均存在不同程度的超标现象。其中，重金属铊的样品超标率为100%，重金属镍的样品超标率为80%，其余8种重金属的超标率范围为20%～50%。

该地块地下水调查检测结果表明，地下水中共检出苯、2-丁酮、二硫化碳、1,2-二氯乙烷、四氯化碳、溴苯和氯仿7种有机污染物，1,2-二氯乙烷与四氯化碳样品均100%检出，溴苯和氯仿的样品检出率次之为50%，苯、2-丁酮、二硫化碳及1,1,2-三氯乙烷仅存在单个样品检出情况，样品检出率均为25%。通过与各自的筛选值对比得知，场地内地下水存在1,2-二氯乙烷污染，样品超标率100%，最大检出浓度555.4 μg/L，超出GB/T 14848—2017中IV 类标准12.8倍。

综上所述，确定对该地块地下水修复因子为1,2二氯乙烷。

5.2 地下水风险精准控制面积和深度

表5 地下水风险控制面积及深度

如表5所示，该场地内地下水中特征污染物为1,2-二氯乙烷，面积为7 230 m 2 厚度为地下3.4～10.5 m，精准治理地下水量15 000 m 3 。

6 污染土壤和地下水修复路径的精准确定

污染土壤修复路径的确定需要充分考虑场地的现状、场地开发、修复成本、修复时间、修复效果、业主的要求等因素，综合分析修复技术的有效性、经济性、实用性、成熟可靠性等因素。该场地在修复治理前已规划为商业和居住一类用地，污染土壤及地下水按原地修复治理到治理修复目标值，费用高达4500万元。某矿冶集团 [5] 结合自身矿山资源进行治理处置，既达到场地治理修复要求，又节约治理修复费用。

6.1 污染土壤精准处置措施

污染土壤采取固化稳定化技术进行处置，将该区域内污染土壤转化一类工业固废，结合某矿冶集团某尾矿库治理，将修复验收合格后的土壤运送到尾矿库进行填埋阻隔技术回填。

6.2 污染地下水精准治理修复措施

污染土壤场地内地下水修复污染因子为1,2-二氯乙烷。采用抽出原地处理及化学氧化的方式进行深度净化处理，并在地下水污染边界设置垂向的帷幕阻隔墙，防止污染羽的迁移扩散 [6] 。

7 工程精准施工

7.1 污染土壤精准开挖

7.1.1 精准放坡与基坑支护

(1)根据《建筑地基基础工程施工质量验收标准》(GB50202—2018) [7] ，临时性边坡挖方边坡值，一般性黏土(硬、塑)为1∶1.00～1∶1.25。临时性边坡坡高5～10 m时，一般性黏土(硬、塑)边坡值为1∶1.00～1∶1.25。经过建模，工程精准选取1∶1.00的边坡值进行放坡，采用自然放坡的方式进行开挖。

(2)基坑西南侧与高层小区住宅楼相邻，场地与小区地面垂直高差3 m，且基坑土方开挖深度为10.5 m，总高差达到13.5 m，采用自然放坡的方式无法保证住宅楼的基础稳定。第三方勘察结果显示：Ⅱ类场地类别，抗震设防烈度七度，基本地震加速度值为0.10 g，建筑抗震地段一般，中软场地土，特征周期0.35 s，基坑深度较大，且坑顶为高层住宅，基坑安全等级一级，为保障住宅楼区域的安全及稳定，精准采用双排桩进行支护。

(3)基坑清挖过程中，为保证安全，同步进行基坑安全监测。

7.1.2 基坑精准降水

(1)基坑开挖前，对开挖区基坑进行初步降水；

(2)基坑开挖后排水措施：基坑内设置环形边沟，基坑转角留置一个集水坑，通过四周开挖简易排水沟，将坑内雨水引至集水坑，抽出至地下水处理区，随地下水一并处置。

7.2 修复土壤转运精准分区

为方便污染土壤、待检土壤和修复土壤之间的转运，工程建立污染土壤暂存区、污染土壤处置区和修复后土壤待检区，均建设在某矿冶集团某尾矿库 [8] 库区内。

7.2.1 污染土壤暂存区

按污染土壤66 895 m 3 ，日开挖量约为2 000 m 3 /d，设备处理效率约1 000 m 3 /d，暂存区建设面积12 000 m 2 。

7.2.2 污染土壤处置区

固化稳定化处置区建设处置一区和处置二区，两个污染土壤处置区均为长40 m、宽50 m，面积4 000 m 2 。

7.2.3 修复后土壤待检区

污染土壤在处置区完成固化稳定化后，运至待检区等待验收。工程现场建设2个修复后土壤待检区，均为长40 m、宽50 m，面积4 000 m 2 ，待检时土壤堆高为3 m。

7.3 污染土壤精准防渗

污染土壤暂存区、处置区和处理后土壤待检区是为防止污染土壤处置过程中因污染土壤扰动或大气降水等原因造成的二次污染 [9] 。

污染土壤暂存区、处置区及待检区防渗结构精准采用两布一膜结构：1.5 mm光面HDPE膜，其防渗系数小于1.0×10 -13  cm/s 。高密度聚乙烯膜上、下两侧铺设规格450 g/cm 2 的长纤无纺土工布，作为防渗膜层的上、下保护层。铺膜前对原场地进行平整压实，压实度0.92。

暂存区及待检区防渗区域从下到上依次为基础层、防渗垫层、防渗层、保护层。基础层起支撑和承载作用，整体平整，需要将碎石、树根等破坏性杂物清除干净；防渗层采用1.5 mm高密度聚乙烯膜，防渗系数在1.0×10 -13  cm/s以下，满足防渗要求。膜上、下两侧铺设规格600 g/cm 2 的长纤无纺土工布，作为防渗层的上、下保护层。暂存区及待检区土壤用苫布苫盖，起防降水防尘的作用，使场地内所有土壤在验收前处在封闭环境下，与外界环境没有交换。

7.4 土壤精准修复流程

对于含重金属污染土壤，精准采用异地异位稳定化工艺修复 [10] 。工程包括污染土壤的清挖筛分、污染土壤与药剂混合、处置后土壤的堆置与养护、检测验收、后续回填处置等。

7.4.1 土壤精准清挖筛分

污染土壤最大开挖深度为10.5 m，开挖过程中进行放坡处理。污染土壤开挖后，运往某矿冶集团某尾矿库进行固化稳定化处理。

重金属污染土壤挖运、筛分：场地内的土壤和建筑垃圾按污染类型 [11] 同时分类开挖，挖掘时采用水雾降尘。挖掘土壤采用自北向南，自西向东的次序，分层施工。精准安排机械和拉运车辆场内交通路线，减少在污染和非污染区间的移动转运，污染土壤拉运使用绿色封闭环保运输车，按照场内精准指定的交通路线行驶运输，不得擅自偏离。

7.4.2 污染土壤与药剂精准混合

利用挖掘机将土壤从土壤改良机后部进行喂料作业，药剂输配送系统同时将药剂自顶部进料斗进入土壤改良机。污染土壤和稳定化药剂进料后，在土壤改良机的一次锤击和两次切削的机械作用下，按1%～3%的药土比破碎后均匀混合，混合充分的泥体经传送系统输出，运输到待检分区。

7.4.3 修复后土壤的精准堆置与养护

稳定化工艺中主要设备为一台可连续工作的饱和处理能力为150 m 3 /h的土壤改良机，同时上料端配备一台挖掘机，出口端配备两台自卸卡车。根据现场实际情况进行精准计算，土壤改良机有效处理能力控制在80 m 3 /h，每天作业14 h，日处理量1 120 m 3 。挖掘机斗容为2 m 3 ，自卸卡车载量为20 m 3 ，固定/稳定化土壤阶段实际用时60 d。土壤与药剂经混合充分后，在待检区堆置养护7～8 d，含水率维持不低于20%，然后进行检测验收，验收程序参考《污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则(试行)(HJ 25.5—2018)》 [12] ，验收合格后内运至安全阻隔区。

7.4.4 修复后土壤的后续回填处置

场地内污染土壤清挖后将形成最大深度10.5 m的深基坑，地块存在环境和安全风险，工程实际补充0.5 m的土壤基层作为风险管控阻隔层的保护缓冲层。

7.5 精准实施风险管控地下水工程

7.5.1 止水帷幕施工

根据土层条件，阻隔工程 [13] 地下止水帷幕为深层水泥土搅拌桩，由单排水泥土搅拌桩互相叠合形成，地下止水帷幕沿污染羽边界周围布设，其位置完全包覆地下水污染羽。

项目阻隔止水帷幕搅拌桩设计直径600 mm，桩心距400 mm，水泥搅拌桩邻距200 mm，采用深层喷浆搅拌(湿法)，采用单轴搅拌钻机钻进，“四喷四搅”重复搅拌工法成桩。

在地下水污染羽四周建立止水帷幕进行阻隔，地块内地下水受到1,2-二氯乙烷污染面积为7 230 m 2 ，考虑到城镇污水管道横穿过地块东北侧，在水沟两侧分别封闭建设止水帷幕。同时考虑到西侧紧邻小高层区域单独建设支护桩，因此无外扩空间段的止水帷幕沿场地边界位置建设，其余位置结合场地及周边情况外扩5 m [14] 。

根据土层条件，精准建设止水帷幕深度13 m，宽度为0.6 m，桩心距0.4 m，水泥掺入比不低于12%，渗透系数小于1×10 -5  cm/s。

7.5.2 降水方式精准选取

先在场地四周建设止水帷幕后再进行降水，依据土层的岩性、渗透性和工程特点、场地水文地质参数、止水帷幕阻隔后降水方式及降水深度等信息，精准采用管井井点法降水方式。

7.5.3 抽水井精准布设

开挖区土壤挖运工作对抽水效率有要求，因此采用大口径抽水井。经精准计算在开挖区域均匀布设12口降水井。非开挖区地下水采用抽出井抽出处理工艺。考虑到非开挖区域的地下水，存在通过基坑侧壁流入基坑形成基坑水被抽出处理的可能，因此在该区域建设地下水监测井判断是否留存地下水，并结合该区域的地下水变动情况对施工内容进行精准调整。土壤非开挖区抽水井管径为110 mm，井深10.5 m。抽出井在该渗透系数下的影响半径约为6 m，非开挖区的面积约为889 m 2 ，因此抽出井数量约为：889÷(3.14×6×6)=8口，在非开挖区域均匀布设。

7.5.4 污水精准处理

污水处理工艺流程为：基坑污水—调节池调节—化学氧化—混凝沉淀—石英砂过滤—活性炭过滤—清水池—达标排放 [15] 。

污水经均质均量，然后泵提进入化学氧化单元、混凝沉淀单元，沉淀池出水，需后续的石英砂过滤、活性炭吸附等对污水进行进一步处理，化学氧化药剂采用芬顿试剂，混凝沉淀药剂采用PAM(聚丙烯酰胺)处理后达到验收目标后，运输至附近某矿冶集团污水处理厂进行回用。

8 土壤精准修复治理效果

2020年11月，某省评估中心受某省环境保护厅的委托，在某省某市组织召开了该污染地块污染治理修复评估报告的验收会， 经某省环保厅官方网站公告，2021年1月该地块已移出某省建设用地土壤污染风险管控和修复名录地块清单，规划类型为一类用地。

9 结语

(1)该项目以七种重金属污染土壤和地下水修复为治理对象，结合尾矿库闭库治理对合格土壤的需要，完成了对66 895 m 3 的污染土壤、15 000 m 3 地下水量的精准修复，治理后的土地得到收储用于房地产开发，值得我国资源城市转型土壤修复借鉴。

(2)污染土壤通过精准修复仅花费2 500万(包括施工过程中考虑安全问题增加的基坑支护额外增加费用526.175万元)的费用，与原地修复治理需花4 500万的费用相比，节约资金比例达44.4%。

(3)作为某省某市首例土壤修复案例，该场地在修复治理前已规划为商业和居住一类用地，为某市和某矿冶集团树立了良好的环保社会形象。土壤修复完成后，某矿冶集团收到某市政府土地收储资金3亿元尾款，为本次土壤修复工程画上圆满的句号。

(4)我国工矿业城市较多，重金属特征污染物类似，本案的成功实施，为全国同行业其他城市的土壤修复提供了可复制模式。

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