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历史遗留含砷、铅冶炼废渣污染场地修复工程案例

北极星环境修复网  来源:土行者  作者:林云青 李亚男 王莹  2020/9/30 10:05:30  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘要:介绍了某历史遗留重金属废渣污染场地修复工程。通过场地环境调查,确定了污染物为砷和铅,修复工程量为1.2万m3。本工程修复技术路线为,场地的废渣及污染土壤采用固化稳定化处理后填埋的处理方式,原场地基坑达标后采用干净的土回填,通过种植黑麦草的方式进行生态恢复。修复目标分为清运目标和浸出毒性指标,由第三方检测机构对清挖的基坑及处理后的废渣及污染土壤进行检测,采集的样品全部达到验收标准。工程的成功实施为同类历史遗留重金属污染场地项目提供了借鉴和参考。

关键词:场地修复;安全填埋;固化稳定化;生态恢复

某老工业区始建于国家“一五”计划期间,一直是重工业集中区。区内曾经存在的涉重金属企业有萤石选矿厂、电化厂、轧钢厂、冶炼厂、冶金化工厂等。由于过去重发展、轻环保的发展思路,该地区环保欠账较多,遗留含砷、铅等废渣造成区域内及周边农田土壤重金属含量超标,存在着较大的环境安全隐患。本着安全、高效、尽快消除历史遗留重金属污染隐患的原则,当地政府要求及时对约1.2万m3历史遗留废渣污染场地进行修复处置。工程总投资为1100万元。本文对已通过验收的某历史遗留废渣污染场地修复工程进行相关介绍。通过对工程概况、修复工艺、工程施工、修复效果评价及验收等方面的介绍,为其他类似工程提供参考示范和工程经验。

1 工程概况

本项目治理的场地堆存含重金属废渣,主要来源于老工业区冶炼、化工企业的倾倒。这些企业均已破产关闭或关停搬迁。场地主要污染物为重金属砷、铅,均属于《重金属污染综合防治“十二五”规划》里重点防控的污染物[1]。场地紧挨某河,距河岸约15m,该河水质类别为III类水。由于废渣没有采取任何覆盖和防护措施,雨水冲刷、自然沉降及人为活动都很容易使场地的重金属污染物通过地表径流和地下水向河扩散,造成重金属污染。铅和砷是国际癌症研究机构(IARC)最早确认的一类致癌物质[2]。砷进入人体,长期累积会使人体出现皮肤色素沉着、手脚角质化,甚至导致皮肤癌、肺癌或肝癌等[3]。土壤中过高的铅含量可导致儿童血铅超标频发[4]。儿童血铅超标可明显影响到儿童智力发育,对儿童多系统器官造成损害,并对儿童认知、感觉、运动、体格发育、神经行为、心理行为、语言能力的发展等诸多方面存在负面影响[5]。为消除重金属砷和铅对环境安全及周边群众与河下游人民的健康威胁,启动了对废渣污染场地的修复工作。

1.1 场地污染调查情况

场地堆积了大量历史遗留的冶炼含砷、铅废渣,平均宽度约21m,长度420m。场地调查时采用网格布点和经验布点相结合的方式进行,采用快速检测仪现场指导采样。经现场勘测及采样检测分析,堆积固废及被污染土壤的污染深度约2.5m。共布置10个采样点,采集46个样品。对全部样品进行了重金属全量检测分析,个别浓度高的样品做了浸出毒性分析。污染最严重位于某点位表层,砷含量为12600mg/kg,铅含量为7100mg/kg,分别是《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)(GB36600-2018)》[6]中第二类用地筛选值的209和7.9倍。随深度的增加,重金属含量逐渐降低,当深度达到2.5m时,样品砷含量为32~47mg/kg,铅含量为270~310mg/kg,低于标准限值要求。

表1 土壤环境质量评价标准限值[6]

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表2 浸出毒性鉴别标准值[7]

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通过对废渣浸出毒性的检测分析,浸出液中的铅基本上未检出,而砷的浓度含量较高,其中砷含量较高的2个点位分别为7.72mg/L,5.82mg/L,超过《危险废物鉴别标准·浸出毒性鉴别》[7](GB5085.3-2007)规定的标准要求(表2),说明这2处废渣属于危险废物。其余样品浸出毒性低于危废鉴别标准要求,不属于危险废物;但表层及1.0m以上样品砷的浸出毒性基本都超过《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)[8,9]规定的最高限值,表明样品代表的固废为Ⅱ类工业固体废物,需做妥善处置后安全填埋。当深度达到1.0m时,在10个点位中只有2个点浸出液中砷含量超过0.5mg/L;当深度达到2.5m时,浸出液中砷的含量比较低,均小于0.1mg/L。

表3 第一类污染物最高允许排放浓度[9]

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通过浸出毒性检测结果,可以判断废渣中铅主要以较为稳定的状态存在,比较难以溶出。砷尽管相对比较稳定;但其仍然存在一定程度的溶出。尤其是在降水普遍为酸性降雨时,会进一步加快其溶出扩散,污染地表水、地下水、周围土壤等。因此,必须对其做更为妥善的固化稳定化处置后,进行安全填埋。

1.2 修复目标确定

清运目标参考《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)(GB36600-2018)》中第二类用地筛选值。

清挖出的废渣及污染土壤,经处理后浸出态砷、铅需满足一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准(GB18599-2001)中II类工业固体废物定义的标准,即根据《危险废物鉴别标准·浸出毒性鉴别》[7](GB5085.3-2007)和《固体废物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)测得的废物浸出液中有害成分浓度低于表2,按照GB5086规定方法进行浸出试验而获得的浸出液中,有一种或一种以上的污染物超过表3 GB8978最高允许排放浓度。

2 修复工艺介绍

2.1 技术路线

本项目将含重金属废渣及污染土壤进行就地固化稳定化处理,处理后异地安全填埋,原场地回填新土并绿化,达到消除隐患、恢复生态的目的。因场地主要是由历史遗留废渣污染导致,大部分含重金属废渣堆弃在土层表面,故采取分批次与分地块相结合的方式处理遗留废渣和被污染土壤。首先根据场地遗留废渣堆存分布、地块目前情况、土壤性质及原始地形等进行分析评估,再根据施工布置、设备安放、水电设施安装、交通运输、环保设施、施工安全等情况进行综合考虑,对需治理的场地进行科学划分地块。

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图1 技术路线图

根据环保要求,对每一划分的地块首先收集处置堆存的遗留废渣,处置合格后统一堆放;再挖掘固体废渣和土壤混合的部分进行处置,处置合格后统一堆放;最后挖掘被污染的土层进行处置,处置合格后统一堆放。经验收合格后进入填埋场安全填埋。在对已完成挖掘的地块外运清洁土壤回填,做好绿化。处置流程图如图1。

2.2 固化稳定化工艺

工程遗留废渣及污染土壤原地异位固化稳定化治理工程分为四个阶段:现场前期准备阶段、第一步处理阶段、第二步处理阶段、收尾和竣工阶段。

(1)现场准备阶段:对治理场地进行布置、包括公用设施接入、设备安装调试、人员准备等;清运现场施工准备,包括临时设施、场地分区等;选取所需处理的遗留废渣和污染土壤,经实验室检测分析验证污染浓度;根据检测结果,计算出各种稳定化剂/固化剂的添加量。

(2)第一步处理阶段:将污染物浓度高的废渣挖掘至处理场地,投加10%~15%的药剂1#甲壳质,并投加适量的水,根据现场实际情况采用筛分铲斗进行预处理,采用用双轴搅拌机对废渣和污染土壤进行搅拌,搅拌均匀后放置反应。本项目采用的甲壳质是利用虾、蟹等节肢动物的外壳制成, 分子中含有鳌合基团,与重金属砷、铅生成稳定的络合物或螯合物,可以长效稳定重金属[10]。

(3)第二步处理阶段:待第一步反应完全后,向处理过的废渣中投加5%~10%的药剂2#聚合硫酸铁,通过使用双轴搅拌机对废渣(污染土壤)进行搅拌,后加入药剂3#普通硅酸盐水泥,通过使用双轴搅拌机对废渣(污染土壤)进行搅拌,搅拌均匀后放置反应。

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稳定化药剂聚合硫酸铁可与砷反应生成难溶沉淀,有效降低其可溶解性与可提取性[11],反应式如下:普通硅酸盐水泥与污染土壤混合,使土壤硬化,混合物干燥后形成硬块。固化程序可避免固化物中的化学物质流散到周围环境中,来自雨水或其他水源的水,在流经地下环境中的固化物时,不会带走或溶解其固化物中的有害物质[12-13]。

(4)对于废渣和土壤的混合物以及被污染的土壤,根据检测结果,投加不同浓度的药剂1#和2#。对于废渣和土壤的混合物,投加5%~10%的药剂1#、1%~3%的药剂2#和5%-10%药剂3#;对于被污染的土壤,投加1%~5%的药剂1#、1%~3%的药剂2#和3%-5%药剂3#。重复(2)(3)过程。

(5)安全填埋阶段:治理后合格的废渣(污染土壤)经验收通过后,运至填埋场进行安全填埋。不合格的废渣(污染土壤)进一步处理至合格。

2.3 处置设备

固化稳定化处置设备主要包括筛分系统和挖掘搅拌系统。

筛分系统:固体废物经筛分破碎铲斗去除大块建筑垃圾,树根等,筛下固体废物运送到指定场地堆放待处理。

筛分破碎铲斗是一个装有水平方向滚轴(或多个滚轴)的铲斗,滚轴通过轴承安装在铲斗上,并且按相同的方向旋转。由主机液压泵产生的液压动力通过管路传输到筛分破碎铲斗的液压马达,液压马达再由链条和链轮将动力传输到滚轴上。滚轴旋转,通过安装在滚轴上的刀板将材料筛分和破碎。筛分和破碎后的材料经滚轴间缝隙落下。处理过的材料因自身重力和旋转滚轴的压力落下后堆成堆。大块物料会被留在斗内,将其倾倒后堆成一堆。经处理过的材料大小取决于所用滚轴的型号、固定刀板的型号和滚轴的转速以及可能选用的附件如刀板、梳式筛和粉碎杆组等。该斗与装载机配套,处理能力大。本项目选型的筛分破碎铲斗,筛分后土壤颗粒直径85%可以达到20mm。

搅拌系统采用双轴搅拌机进行搅拌,达到将渣土与药剂均匀搅拌的目的。渣土处置分堆进行,以50t左右为一批次,用水管加入所需的水,搅拌均匀,使土壤完全湿润。加水后搅拌含砷渣土和药剂,搅拌时间为1h以上(现场监管以全部混合均匀为准),混合料的含水率保证高于40%。搅拌均匀后的固体废物进入养护区。暂存区域污染物需覆盖防雨布,地面铺设防渗膜。筛分的建筑垃圾和石头混合物平铺于地面上,高度大约50cm,然后撒上药剂1(其量为土壤重量的20%),用挖掘机混匀,然后运往暂存场。

2.4 检测和验收

场地修复验收包括两部分:一是基坑底和侧壁采样检测,分析修复区域是否还存在污染;二是固化稳定化技术修复后是否达到II类固体废物填埋场的入场标准。

(1)污染土壤清挖效果的监测:对按照工程设计要求进行污染土壤清挖后的界面进行监测,包括界面的四周和界面的底部。根据地块大小和污染的强度,应将边界四周等分成4~8段,将底部均分成4~6块(单块的最大面积不应超过500m2)。在每个地块中均匀分布地采集9个表层土壤样品制成混合样[14]。

对于超标区域根据监测结果确定二次清挖的边界,二次清挖后再次进行监测,直至清挖达到标准。

(2)污染场地修复工程验收监测:对治理修复后的场地土壤进行监测,采用系统布点法对监测地块进行划分,每个监测地块的面积不应超过1600m2。在每个地块中均匀分布地采集9个表层土壤样品制成混合样[14]。工程验收监测过程中,如发现未达到治理修复标准的地块,则应进行二次治理修复,并进行再次工程验收监测。

固化稳定化修复后的渣土按照每个样品代表的土壤体积不超过500m3的频率采样检测[14],本项目验收采样共采集27个样品。样品采集过程严格按照采样规范布置采样点,所采样品送至具有相应检测资质的第三方检测机构进行分析检测。污染废渣及污染土壤毒性检测结果见表 4,可知经固化稳定化技术修复后的污染废渣及污染土壤目标污染物浸出浓度值均达到修复目标要求,修复效果良好。有效态砷的去除率可达到98%。本项目采集的样品全部验收合格。

表4 浸出毒性检测结果

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2.5 安全填埋

固化稳定化后废渣及污染土壤参照危废转移的要求,将处置后的污染物安全运至填埋场。

2.6 清洁土方回填

场地清理结束后,经验收合格后,对清运现场做场地回填。场地修复的原则是在遵从土地所有者意愿的基础上,综合考虑土地的现状及土地以后的使用情况等因素,将场地回复到原标高。土壤回填由东向西逐步进行,回填土壤必须压实并平整。

本场地回填土壤来自外购,土壤回填前除监测砷、铅指标外,还监测了常规土壤环境质量标准,确保外购土壤满足环境标准。

2.7 生态恢复

将回填的清洁土方通过压实处理后,在地面上种植黑麦草。由于黑麦草产量潜力大,需养分量也很大,故现场采用施足基肥的方式[15]。通过生态恢复的方式改善了原场地的景观和环境状况,保障了居民的环境安全。

3 结论

本项目首先通过场地调查,确定了污染物和修复工程量。对历史遗留重金属污染场地废渣及污染土壤固体废物采用固化稳定化异地填埋的方式处理,原场地回填清洁新土并进行了生态恢复。本项目修复目标包括清运目标和浸出毒性目标。通过第三方检测机构采样分析,所有样品达到验收标准。本项目采用的修复方式经济环保,取得了较好的环境效益,项目实施周期短、见效快,具有较好的推广应用价值,为同类历史遗留重金属废渣污染场地修复提供了借鉴和参考。

原标题:历史遗留含砷、铅冶炼废渣污染场地修复工程案例

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