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湖南某冶炼企业遗留场地综合治理工程实例及总结

北极星环境修复网  来源:土行者  作者:孙红松  2020/12/9 10:51:17  我要投稿  

北极星环境修复网讯:摘 要:文章介绍了湖南省某冶炼企业遗留场地综合治理工程。前期场地污染调查表明,场地内污染物类别为重金属污染土壤、遗留废渣及重金属废水,污染因子为铅、镉、砷、锌。项目治理技术路线:重金属污染土壤采用异位稳定化固化处理后阻隔堆存的处理方式,废渣采用回转窑综合利用,废水经深度处理后回用至场内养护用水。经过综合治理,项目通过验收,可为同类别污染场地治理提供借鉴。

关键词:重金属污染;场地修复;阻隔填埋;综合治理;冶炼企业

随着中国国民经济的快速发展和产业转型,以及“退城进园、退二进三、退市进郊”等一系列管理政策的发布,出现了大量的污染场地。据不完全统计,全国受重金属污染土地达2000万hm2,其中严重污染土地超过70万hm2。引起重金属污染的原因很多,其中有色金属采选冶造成的污染尤为严重。

湖南某镇曾是化工冶炼生产集中区,近年来当地政府对区域冶炼化工企业实施并完成了整体退出。该区域内某冶炼化工企业曾进行氧化锌、立德粉等产品的生产,退出后,场地内遗留有较多的冶炼废渣,土壤存在较为严重的重金属污染,场内积水重金属超标。同时,该场地位于某江附近,距江岸约100m,位于城市饮用水水源地上游,属于环境敏感区。因此,为消除环境安全隐患、改善当地生态环境,地方政府投资约6500万元,对场地进行综合治理。

1 工程概况

1.1 场地污染状况

遗留场地总面积约20hm2,前期对场地进行了详细的污染调查,总共设置取样点位249个,取样深度为0~10m,最终确定污染面积约21300m2,最大污染深度为6m。污染物包括重金属污染土壤、含重金属废渣及地表水。土壤污染方量约4.1万m3,遗留废渣9000m3,重金属污染废水1400m3。其典型监测数据如表1~表4所示。

1.2 综合治理目标

治理目标参考湖南省地方标准《重金属污染场地土壤修复标准》(DB43/T 1165—2016)要求,清运目标参考项目的风险评估确定的目标值。污染土壤经修复后,污染土壤参考《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》(HJ 557—2009)制备浸出液,要求浸出液中重金属浓度低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质要求。修复标准级界面清理目标如表5、表6所示。

场地修复完成后,对场地表层覆盖50cm净土进行阻隔,净土中重金属含量标准如表7所示。

重金属废水经处理后,要求治理后水体中重金属浓度达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质要求,标准如表8所示。底部沉积物处理目标与污染土壤目标一致。

表1 典型的污染土壤中重金属含量情况 单位:mg/kg

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表2 典型污染土壤中重金属浸出浓度情况(HJ 557—2009) 单位:mg/L

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表3 场内典型的重金属废水水质情况 单位:mg/L

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表4 场内典型的遗留废渣重金属含量情况 单位:mg/kg

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表5 污染因子修复目标值 单位:mg/L

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1.3 项目治理技术路线

场地规划为景观绿化用地,在综合考虑场地的污染状况和修复目标后,结合经济、技术情况,确定项目的治理工期为1年,就污染土壤、遗留废渣及污染水体分别进行治理。

表6 界面清理目标值 单位:mg/kg

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表7 净土回填质量重金属含量标准 单位:mg/kg

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表8 重金属废水处理标准 单位:mg/L

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项目治理前,系统对场内污染物进行调查及分析,然后综合运输、安全、水电设施等情况,划分作业单元,针对各作业单元内的不同污染物类别分别开展治理。该项目场内遗留废渣锌含量较高,具有一定的综合利用价值,参考类似处置经验及经试生产确定可行后,确定采用回转窑回收次氧化锌系统对此废渣进行综合利用,可实现资源化、无害化的治理目标。该项目紧靠某江,位于周边饮用水水源地的上游,为进一步降低环境风险,土壤经修复后将进入阻隔堆存场集中填埋,采用HDPE防渗材料可使其与周边环境较好隔离。场内重金属废水不得外排,经深度处理后回用至修复生产线。治理技术路线如图1所示。

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图1 项目治理技术路线图

2 工程实施

2.1 污染土壤修复

该项目为铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)、锌(Zn)复合污染土壤,土壤中As和Cd、Pb、Zn的化学行为截然不同,单一稳定剂难以实现Cd、Pb、Zn、As协同稳定化,同时As(Ⅲ)的迁移性更强、稳定化固化难度更大。项目采用了湖南省内某环保企业生产的修复药剂,该企业的修复技术获得中国有色金属工业科学技术奖一等奖,修复效果在大量场地修复工程中得到验证。其通过将硫基、铁基与钙基工业固废经双层改性处理,制备得到富含多功能团的新型高比表面积重金属稳定剂,经络合和共沉淀作用降低其环境活性;通过高铁离子与类金属As(Ⅲ)离子发生氧化反应,将活性较强的类金属三价砷氧化成低活性五价砷,并与铁离子和钙离子形成稳定的钙、铁和砷的螯合物沉淀,从而实现多种重金属离子同步稳定化。项目大规模修复前开展了小试及中试。

(1)稳定化固化修复场设置。为便于土壤开挖、修复及转运,在场地内中部位置选择一空地作为稳定化固化场。需修复土壤方量较多,修复场设置养护、修复两个区域,交替使用。养护区、修复区采用200mm水泥硬化,底部防渗层为1.0mm厚HDPE防渗膜。修复场内设置临时板房、洗车平台、储水池等设施,周边建设截排水沟,导排降水。修复场处理能力为500m3/d,总面积为4000m2,其中养护区和修复区面积为2800m2。

(2)异位稳定化固化。土壤异位稳定化固化设备采用破碎筛分设备,首先进行预处理,破碎、筛分土壤,将石块、建筑垃圾、树根等杂物剔除,再根据小试、中试确定的药剂投加比加入药剂筛分、搅拌,修复后洒水保持适当湿度进行养护,覆盖防水毡布,养护期结束后进行采样自检,自检合格后报第三方检测及验收。对自检或第三方检测不合格土壤进行二次修复,直至达标。

结合项目污染情况,同时借鉴国内类似的项目经验,确定异位稳定化固化的主要参数如下:破碎土壤粒径不大于2cm,土壤破碎、筛分、拌合次数不少于2次;药剂投加分批加入,固化剂、稳定剂投加量为5%(质量比);土壤养护含水率控制在60%~80%,养护时间为36~72h;土壤密度约为1.5t/m3。异位稳定化固化总方量为4.1万m3,修复后增容系数约为1.2。

2.2 阻隔堆存场建设

阻隔堆存场参照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB 18599—2001)建设,采用水平防渗结构,防渗材料使用1.5mm厚HDPE防渗膜,防渗系数小于1.0-10cm/s。阻隔堆存场的建设,结合了场地规划及景观造景需求,封场后作为假山公园及停车坪。

底部及边坡防渗结构自下而上分别为压实基础层、无纺土工布(600g/m2)、HDPE防渗膜、无纺土工布(600g/m2)保护层。底部建设有地下水导排层。

封场的防渗结构自下而上分别为GCL膨润土垫(6.3mm)、HDPE防渗膜、600g/m2无纺土工布保护层。顶部铺设了复核排水网格,以导排渗水。

阻隔堆存场总占地面积6500m2,最大堆存高度16.3m,修复土壤方量约4.1万m3,综合考虑开挖松散及药剂添加量导致的增容系数1.2,建设总库容5万m3。阻隔堆存有效阻止修复后土壤与周边环境的水利联系,实现对污染物长效的控制,适合本项目对修复效果要求高、环境敏感度高的区域。

2.3 遗留废渣处置

该项目中遗留废渣中锌平均含量约3%,具有一定的综合利用价值。为验证综合利用的可行性,项目建设前期开展了工业化试验,将废渣、煤粉按一定比例混合均匀,同生产原料混合进入回转窑进行综合利用。试验结论表明废渣综合利用符合本项目要求。

确定生产期间混合料百分配比为废渣∶煤=2∶1,发热值不低于1800大卡/kg。混合料经上料皮带送至回转窑中。随着回转窑转动,物料向前运动,经干燥、预热,进入高温反应区,Zn、Pb元素被还原再氧化,以尘状随烟气进入冷却收尘系统,在表面冷却器段捕集得到管道灰,在布袋收尘器段得到布袋灰产品;渣由窑头排出,进入水淬池。为了强化炉料的还原反应,从窑头辅以高压风量,以撬动炉渣,加速反应,降低渣含锌,提高烟化回收率,炉内的炉气最高温度可达1200℃。

该项目废渣锌以铁酸锌(ZnO·Fe2O3)、硫化锌(ZnS)、硫酸锌(ZnSO4)、氧化锌(ZnO)及硅酸锌(ZnO·SiO2)等形式存在,锌可在回转窑内高温氧化还原为次氧化锌,从渣中分离出来成次氧化锌烟尘进入布袋除尘器收集。铅在渣中大部分以PbSO4形式存在,硫酸铅在窑内被还原成硫化铅,氧化铅被还原成硫酸铅,氧化铅和硫化铅也可能进行相互反应形成金属铅。反应所得的金属铅液进入冰铜内或料层的下部收集。渣中的镉、砷易挥发进入氧化锌烟尘中,从而使稀散金属得到富集。原废渣经过回转窑焙烧后产生的回转窑渣浸出毒性低于《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)规定的相关值,属于一般固废。

2.4 重金属废水治理

因该工程废水治理量不大,废水主要污染物为铅、锌、镉等重金属,项目建设期间采用重金属废水处理一体化设备进行处理,处理规模为10m3/h,设备采用湖南省内某环保企业装备及技术,处理达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中IV类标准后回用至场内用作养护用水。

3 监测及治理效果

3.1 污染场地治理修复监测

(1)污染土壤清挖效果监测。对完成污染土壤清挖后界面的监测,包括界面的四周侧面和底部。根据地块大小和污染的强度,应将四周的侧面等分成段,每段最大长度不应超过40m,在每段均匀采集9个表层土壤样品制成混合样(测定挥发性有机物项目的样品除外);将底部均分成块,单块的最大面积不应超过400m2,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,监测指标为铅、镉、锌、砷。如监测结果仍超过相应的清理目标值,应根据监测结果确定二次清理的边界和界面,二次清理后再次进行监测,直至清理达到标准。

(2)污染土壤治理修复的监测。对于采用异位稳定化/固化处理的土壤和底泥,每处理500m3随机取1个样品进行监测。如监测结果仍超过治理目标值,应根据监测结果对未达标的部分进行再次治理,直至治理达标。

(3)工程验收监测过程中,若发现未达到治理目标的区块,需要在二次治理修复后再次进行验收监测。

(4)水体监测取样口设置在移动式污水处理设备排放口,每天取样监测1次。

3.2 土壤修复效果

该项目异位稳定化处理土壤量为4.1万m3。根据布点原则及结合现场实际情况修复批次共96批次,共采样96个。异位治理土壤中铅、镉、砷、锌重金属中性浸出液浓度达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ级别标准,满足修复目标。代表检测数据如表9所示。

表9 修复后浸出液检测结果 单位:mg/L

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所采样品均先进行自检,自检合格后由有检测资质的第三方检测机构进行现场取样及实验室分析检测。其中有5个批次为自检合格后,第三方检测出现超标现象,进行了二次修复后检测合格。检测结果表明,经固化稳定化技术修复后的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。

3.3 净土回填

场地污染土壤修复完成及验收合格后,对整个场地进行净土回填,结合后期造景的需求进行填方,要求填土厚度不少于50cm。阻隔堆存场区域结合假山等地势要求进行回填。本场地回填土壤来自项目所在行政区域内的开发所产生的挖方,所填土壤进场前先开展监测,确保进场土壤满足本项目风险评估要求。

3.4 重金属废水处理

在一体化废水处理设备排放口,每天取样监测1次,检测指标为Pb、Cd、As、Zn。同时,所有水体进入储水池留存,用作场内修复后土壤养护用水。

4 结束语

该项目通过前期污染调查,确定了污染物类别和修复工程量。对场地内重金属污染土壤采用异位稳定化固化、阻隔填埋方式进行处理,遗留废渣进行综合回收利用,废水深度处理后回用至生产线,并对原场地采用净土进行阻隔及生态恢复。项目治理包括清运目标和浸出毒性目标。通过第三方机构采样分析,所有样品达到验收标准。该项目采用的修复方式经济环保,取得了良好的环境效益,具有较好的推广应用价值,为同类别冶炼污染场地的综合治理提供了借鉴和参考。

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