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有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

发布时间:2019-12-29 16:38人气:

前 言

土壤的有机污染问题是全世界范围内广泛关注的环境问题之一。土壤中有机污染物的来源包括工业泄露和溢出,石油库和化学品库泄露,农药滥用,清洁剂、油、防冻液随意处置,生活垃圾不当处置,垃圾填埋场和垃圾堆场等[1]。每年有大量的有机物释放到土壤环境中,包括芳香化合物[2]、多氯代有机物[3]、农药、石油[4]等,其中大部分的污染物是难溶的、有毒的、致突变的,甚至是致癌的,对人类健康和生态系统有着巨大的危害。近年来,我国开始逐渐关注有机污染物造成的土壤污染问题,并进行有机污染土壤修复技术的研究[5,6,7]。但由于污染场地的复杂性,不同地质地理环境对修复方法的选择性不同,传统的理论研究与实际应用存在一定的不匹配性,修复方法选择上的失误可能导致难以估量的损失。因此,对于不同污染场地进行全面的场前调查,充分考虑其各方面的因素,选择合适的修复方法至关重要。本文介绍了目前有机物污染土壤修复的常用技术以及有机污染土壤修复的三个典型案例,为我国有机污染土壤修复工作提供借鉴。

01有机污染土壤修复技术

有机污染土壤修复技术种类较多,表1中总结了国内外常用的几种修复技术。目前,异位热脱附和原位化学氧化技术是应用最广泛的有机土壤修复技术[9,10],其处理效果、成本和周期都符合城市对土壤修复的要求。其中热脱附技术对于处理卤代有机物、非卤代的半挥发性有机物、多氯联苯、以及高浓度的疏水性液体等污染物有优势,但这项技术会破坏土壤结构和生物系统。土壤淋洗有浓缩污染物的能力,因此可以作为其他技术的预处理,减少待处理的土壤体积,降低总费用[11]。微生物修复技术最常用于降解土壤中的石油烃[12,13],这项技术是环境友好的,但是修复周期过长。此外,在选择具体的土壤修复技术时,应根据污染物和土壤性质、处理时间、成本等因素进行全面比较。

有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

02有机污染土壤修复案例

2.1 原地异位热脱附修复技术—梅铝地块污染修复工程

广州市天河区牛利岗北街168号梅花铝材厂地块(以下简称“梅铝地块”)土地权为宝武集团广东韶关钢铁有限公司,其先后被用作为半导体材料厂和有色金属加工厂主要生产、加工铝合金材料以及铝合金型材和半导体材料。2019年3月,广东省环境科学研究院根据初步调查和详细调查结果,开展场地风险评估工作。根据调查评估结果,该场地存在一定的环境风险,土壤中主要污染物为萘、苯并(a)蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽。场地在模具车间、挤压车间及氧化车间存在多环芳烃的超筛选值,其中模具车间和挤压车间需要使用大量润滑油,且需要柴油、重油等提供动力,因此生产过程中跑冒滴漏及原辅材料的溢洒可能是导致生产区生产车间土壤污染的主要原因。

该项目选定方案为:污染土壤从污染区域开挖后,运输至修复车间的预处理车间,进行筛分破碎处理,筛分下来的大粒径渣块(大于50mm的粗颗粒),集中收集至冲洗系统进行清洗,以去除附着在渣块上的各类污染物。清洗干净的渣块在检测合格后资源化利用或进行基坑回填。小于50mm的细颗粒污染土壤进行热脱附处理有机物污染,验收合格后回填至本场地内。冲洗后产生的污水进入污水处理站进行处理后,循环利用。污水处理站产生的污泥经过脱水后作为污染土壤运至修复单元进行处理。具体流程如图1。

有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

项目总处理土方量约为4370.36m3,历时92天。处理后各目标污染物均小于或等于目标值,分别为萘5.5mg/kg、苯并(a)蒽25 mg/kg,苯并(b)荧蒽5.5 mg/kg,苯并(a)芘0.55 mg/kg、二苯并(a,h)蒽0.55mg/kg。

2.2 原位化学氧化-异位固化/稳定化技术—广东四明燕塘乳业公司地块污染修复工程

广东四明燕塘乳业公司地块位于天河区沙太南路以北的燕塘工业园内,占地面积为1.99hm2。其北侧为广东燕塘兽药有限公司,南侧为广东大日生物化学制药有限公司,东侧为石油大学,西侧为怡新花园。受制药公司和石油大学的影响,2017年在土地性质变更时,通过相关单位对其进行场地环境调查及风险评价,发现该地块的铅和总石油烃的含量严重超标,污染深度最深埋深达16.5m。

该项目选定方案为原位化学氧化与异位固化/稳定化技术相结合的方法。单受石油烃污染的土壤,采用原位化学氧化技术进行修复,工艺为化学氧化注入井在原位进行固化稳定化。单重金属铅污染的土壤,采用异位固化/稳定化技术进行修复:首先,对污染土壤进行清挖,运输至固化/稳定化修复区,将其筛分破碎处理后,进行固化/稳定化处理,对于修复后检测合格的土壤,进行场内阻隔填埋。对于复合(重金属铅和有机物石油烃)污染土壤,先采用原位化学氧化技术进行修复,达标后再采用异位固化/稳定化技术进行修复。具体流程如图2。

有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

该项目总工期历时214日,污染土壤修复方量共计4468m3。经修复后检测土壤合格。

2.3 原地异位热脱附-固定/稳定化修复技术—广船地块污染修复工程

广船一期地块位于广州市荔湾区芳村大道南40号,占地面积约12.38万平方米。1993年以来,年造船能力超过20万载重吨。2015年,广州市土委会议定广船旧厂房改造地块由市城市更新局纳入“三旧”改造年度实施计划,拟将规划用地调整为商业居住等综合用地性质。受该行业影响,相关单位进行场地环境调查和风险评估工作后发现,砷、汞、镍、铅、苯并(a)芘及二苯并(a, h)蒽严重超标。污染土壤分为重金属污染土壤、多环芳烃污染土壤、以及重金属和多环芳烃复合污染土壤三种。

项目修复方案选定为:单受多环芳烃污染的土壤,经热脱附处置后合格进行原场地回填。单受重金属污染的土壤,经固化/稳定化处置后合格进行原场地阻隔回填。重金属与多环芳烃复合污染土壤,首先采用异位热脱附修复工艺进行加热处理,去除其中的多环芳烃污染物,再运用固化/稳定化修复工艺,对污染土壤中剩余的重金属污染物进行固定化及稳定化处理,对于修复后检测合格的土壤,进行场内阻隔填埋处理。其修复技术路线如图3所示。

有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

该项目总工期历时120日,污染土壤修复方量共计20349.78m3。经修复后检测土壤合格。

03讨 论

3.1 修复技术不同

三个项目尽管都有有机物污染,但根据污染物的不同以及现场周边环境、项目要求选择了三种不同的修复技术,具有重要的现实参考意义。梅花铝材场地块污染物只有有机物多环芳烃,适用于该有机物污染土壤的修复处理技术有热脱附技术、化学氧化处理技术、水泥窑协同处置技术等。其中广州市两家水泥厂均不具备污染土直接从高温段进入水泥窑焚烧的技术,本项目主要为有机物多环芳烃污染,若污染土壤不用能直接从高温段进入,会产生尾气二次污染,不符合环保要求,因此不适于水泥窑协同处置技术的应用。此外,因原位修复的时间长,特别是考虑到半挥发类物质挥发的速度比较慢,因此所需要的时间通常比挥发性污染物要更长。且在原位修复的过程中,污染物在一定程度上依然存在于场地内,在修复达到要求之前,该部分场地依然对周边人群产生不可接受的风险,而且土壤中的污染物还会持续通过迁移扩散进入地下水,因此选择异位修复。此外,考虑到该地块相邻场地现以工业用地和住宅用地为主,为避免对周边人群产生影响,选择经济高效、修复周期短,且修复效率高、技术成熟的原地异位热脱附修复技术。

广东四明燕塘乳业公司地块污染修复工程,依据项目现场采样监测结果,主要污染物为铅和总石油烃,且污染较严重。若采用热脱附修复技术能耗高,费用高,因此选用适宜高浓度污染且相对成本较低的原位化学氧化技术。并将其精准分为三类:对于4.5m~16.5m的石油烃污染土壤,采用原位化学氧化技术进行修复;对于7.5m~12.5m(不含石油烃污染)重金属铅污染土壤,采用异位固化/稳定化技术进行修复;对于7.5m~12.5m复合(重金属铅和有机物石油烃)污染土壤,先采用原位化学氧化技术进行修复,达标后再采用异位固化/稳定化技术进行修复。最后,对于修复后检测合格的土壤,进行场内阻隔填埋处理。该修复技术充分体现了“精准修复”、“绿色修复”的环保理念。

广船地块污染修复工程,依据项目现场采样监测结果,砷、汞、镍、铅、苯并(a)芘及二苯并(a, h)蒽严重超标,且时间紧迫,若选用原位化学氧化技术则耗时较长。而异位修复可以在比较短的时间内将污染土壤从场地中清除出去,使场地的健康风险在比较短的时间内降低到可以接受的程度,从大众心理承受力方面考虑,也比较容易被接受。另外可以确保场地开发利用的时间进程,提高当地的土地利用效率。因此选用了处理效率高,过程易控制,适用于较难处理的重污染土壤的异位热脱附修复技术。污染土壤分为重金属污染土壤、多环芳烃污染土壤、以及重金属和多环芳烃复合污染土壤三种。筛选修复技术过程中充分考虑了本场地的实际情况,因地制宜,将其精准分为三类:对于0~6m的重金属污染土壤,采用异位固化/稳定化修复技术对其进行修复处理;对于0~3m的多环芳烃污染土壤,采用异位热脱附修复工艺对其进行修复处理;对于0~0.5m和1~3m的重金属与多环芳烃复合污染土壤,首先采用异位热脱附修复工艺进行加热处理,去除其中的多环芳烃污染物,再运用固化/稳定化修复工艺,对污染土壤中剩余的重金属污染物进行固定化及稳定化处理,对于修复后检测合格的土壤,进行场内阻隔填埋处理。该修复技术遵循了安全性、技术有效性、经济合理性、施工可行性的原则。

以上三个修复工程在筛选修复方案上均充分体现了因地制宜,精准修复和经济合理,绿色环保的原则。不同的是,对于不同的复合污染情况和污染物种类,充分考虑到周边地区的环保风险及土壤的地质环境,选择了截然不同的修复技术,是非常典型的三个有机污染土壤修复的成功案例。

3.2 二次污染防治重点不同

三个项目污染物、周边敏感点、采用的修复技术不同决定了修复过程中的二次污染防治重点不同。梅花铝材厂周边的环境敏感保护目标位于场地的四周,包括牛利岗社区、怡新花园等居民区,广东工贸职业技术学院、成龙中学、四海小学、京溪小学(怡新校区)、银利幼儿园、怡新幼儿园等各阶段的学校。因此该项目周边以学校居民生活区为主,施工过程中的二次污染防治重点在居民敏感的噪音、大气为重点。另外本项目基坑深度最深处仅为3.8m,不涉及深基坑作业,对地下水影响较小。本项目为了更好地防治热脱附设备运行噪声对周边居民区产生影响,在场地热脱附区域外1m处对敏感点方向搭建高2m的围挡,阻隔噪声源直接对敏感点造成影响。大气污染防治采用在开挖过程中,尽量控制开挖面,对已经开挖完成区域进行苫盖,开挖过程中及时监控,对重污染区域喷洒气味抑制剂防止可能产生的污染气体扩散,场内道路进行硬化处理,安排专人随时清扫路面,防止扬尘,作业期间,每隔2—4小时进行洒水降尘,污染土壤全部置于密闭设备内进行修复,委托有资质的第三方检测机构对场地及周边大气检测,确保周边环境安全等措施。

有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

广东四明燕塘乳业地块西侧为怡新花园小区,北侧为燕塘兽药厂,东侧为石油大学,南侧为广东大日生物化学制药有限公司。经调查,项目地块范围内无名木名树、历史文物等需要特殊保护的目标,地块周围主要环境敏感点目标见下图。本项目不同于梅花铝材厂地块,周边有大日生物制药修复场地和燕塘兽药厂建筑工地,且该项目涉及深基坑开挖,深度达12.5m和原位化学氧化,因此该项目二次污染的防治重点在地下水。本项目对污染土壤治理修复过程中可能产生的各种环境污染,制定了全面的环境监测方案,除大气、噪音、废水监测外,对在场地周边地下水上游区设置1个采样点,修复区域内设置1个采样点,下游场外设置1个采样点,共设置3个点。施工前,地下水采样监测1次;施工过程中,结合施工进度,每月监测1次;施工完成后,地下水采样监测1次。监控治理修复过程中对地下水的影响。

有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

广船地块范围内除车歪炮台一处市级文物保护单位外,无名木古树等需要特殊保护的目标。地块内涉及生态环境、社会关注目标等方面的主要环境敏感目标见下表、图六。本项目周边以居民区和学校为主,且清挖深度达到6m,临江,多环芳烃污染修复采用热脱附工艺,所以该项目的二次污染防治重点在大气、地下水、噪音。本项目的大气污染防治从多环芳烃污染土壤清挖、运输、暂存、修复、修复后暂存环节采用覆盖HDPE膜、密闭运输车、密闭进料大棚、尾气处理设备等措施,噪音污染防治在修复过程中,将会用到一些高噪声的械设备,采用的技术装备包括低噪声机械、隔声装置、消声器、检修机械、润滑剂、噪声自动监测仪等。

有机污染土壤修复技术及二次污染防治分析

04结 束 语

目前,我国有机污染土壤修复技术还处于初期,有待进一步的研究和发展。本文列举了三个目前有机污染土壤修复的成功案例,这些案例因地制宜,灵活地将传统的单一治理方法有机结合于一体,并分析了不同项目的二次污染防治将对我国有机污染土壤修复工作具有重要的参考价值。

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