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重慶某六價鉻汙染場地土壤修復工程案例
劉益風1，李 潔2，申源源1，張 建1，鄧 磊1，曹 俊1，龍 宇1
(1重慶美天環保工程有限公司，;2重慶市固體廢物管理中心，)
摘要
選取重慶某六價鉻汙染場地治理修復工程作為研究對象，通過對修複方案設計、項目工程實施以及修復效果評估等方面進行分析研究，結論表明:本項目採用原位化學還原及穩定化作為治理修復技術，利用直接加壓注入井工藝與高壓旋噴工藝相結合進行藥劑灌注，影響半徑分別為2.5 m和1 m，累計布設注射井795口，灌注還原劑297.414噸、穩定劑297.302噸，成功修復汙染土壤面積約12246.9 m2，修複方量約16150.5 m3。
關鍵詞:六價鉻汙染;原位固化穩定化;場地修復;工程案例
由於傳統的粗放管理和野蠻生產，電鍍等工業生產活動對我國部分土壤、地下水和地表水造成了嚴重的鉻汙染，其中六價鉻的水溶性、強氧化性和致癌性對生態環境和人體健康產生了嚴重威脅［1－2］。土壤具有多孔性、強吸附性和不均性，但受汙染土壤的上述性質會導致汙染物質源源不斷地向水體、植物等擴散［3－4］。因此，對六價鉻汙染土壤進行修復，將有利於從源頭上消除汙染，也成為我國亟需解決的環境問題之一。
本文選取重慶某六價鉻汙染場地治理修復工程作為研究對象，該場地前身為重慶某儀表廠電鍍生產區域，涉及精密機械、電子儀器儀表、機電一體化控制系統等生產，該廠於2010年全面停止使用，場地用地類型由工業用地轉變為科教用地，通過對場地汙染現狀開展調查和評估工作，明確了場地土壤受到六價鉻汙染。
根據修復技術篩選、修複方案設計，並結合本項目汙染概況，選定本項目修複方式為原位修復，修復技術採用化學還原及穩定化［5－7］，利用直接加壓注入井工藝［8］與高壓旋噴工藝［9－10］相結合進行藥劑灌注。通過對場地實施汙染土壤原位治理修復，場地受汙染土壤得以有效地修復與治理，原址汙染土壤得到了科學合理的風險管控，徹底消除了六價鉻對周邊居民及環境的影響，達到了後續場地開發的使用條件，取得了良好的社會經濟效益。
1 修複方案設計
1.1 場地汙染概況
場地評估階段場內共布設22個土壤監測點位，採集209個土壤樣品。監測結果表明，場地內共有3個監測點位4個樣品的汙染因子濃度超過《展覽會用地土壤環境質量評價標準(暫行)》(HJ/T 350－2007)的A級標準。根據場地風險評估的結果表明，在敏感用地條件下，場地6個監測點位六價鉻致癌風險值超過可接受風險值1.0E－06，六價鉻最高濃度為1.61 mg/kg，汙染層位於回填土20 m以下，其中汙染深度分別為0～1.0 m和0～2.0 m，通過插值計算，確定場地受汙染土壤面積約12246.9 m2，方量約 16150.5 m3。
1.2 修複目標值
1.2.1 土壤含量修複目標值
根據《汙染場地風險評估技術導則》(HJ 25.3－2014)，基於致癌效應和基於非致癌效應的土壤風險控制值，選擇較小值作為場地的風險控制值，以基於致癌風險(10－6)的計算結果作為風險控制值，得出六價鉻的風險控制值為0.3 mg/kg。
根據《場地環境風險評估報告》，本項目總鉻汙染濃度最高為91.1 mg/kg，《場地土壤環境風險評估篩選值》(DB50/T 723－2016)中總鉻濃度限值為2000 mg/kg，本項目中總鉻的濃度遠遠低於標準中總鉻濃度限值。因此，根據風險評估中六價鉻汙染情況，結合技術可行性及經濟適用性等多方面綜合考慮，制定本項目修複目標值，六價鉻修複目標值0.3 mg/kg。
1.2.2 汙染物淋溶到水體的控制值
綜上所述，若採用異位修複方式開展場地治理作業，清挖土石方工程量過大，且在修復作業完成後需將土石方回填、壓實，修復資金的需求過大，過度消耗了社會資源;臨近修復邊界區域的清挖工作，對於高層住宅樓的穩定性、居民安全性影響極大。因此，結合場地汙染相對較低且汙染土壤均達到基巖層的情況，選擇採用原位修複方式開展場地治理工作。
1.3 修復技術篩選
1.3.1 修複方式
目前，國內外對於汙染土壤治理修復工程主要分為「原位修復」、「異位修復」兩種方式。結合場地現場踏勘及汙染概況分析，特點如下:
(1)本項目場地僅受Cr6+汙染，且汙染濃度相對較低;
(2)受周邊開發建設影響，汙染層上方已被回填20～30 m厚的土石方;
(3)場地周邊高層居民住宅樓環繞修復場地四周，與修復邊界最近距離僅8 m左右。
根據技術方案修復設計要求，先灌注還原性藥劑將Cr6+還原成Cr3+，然後再灌注穩定劑對其實施原位固化/穩定化治理修復。配製完成的藥劑採用管道輸送至修復區實施藥劑灌注，在灌注過程中，首先核對孔號→將灌注管和止水環連接好→將灌注管下入孔內→開啟加壓泵進行灌注→灌注完成後貼好標籤→拔出注射管。在藥劑灌注過程中，直接加壓灌注區注射泵的壓力值控制在0.3 MPa，高壓旋噴區灌注壓力值控制在30 MPa。根據小試實驗結論並結合相關工程案例，還原劑與穩定劑的投加比例均為1%，還原劑按1∶5比例稀釋注入，穩定劑按1∶10稀釋注入，其中高壓旋噴區還原劑單孔注入量為0.35 m3，穩定劑單孔注入量為0.71 m3;直接加壓注射井區還原劑單孔注入量為2.26 m3，穩定劑單孔注入量為4.53 m3。累計灌注還原劑297.414噸、穩定劑297.302噸，共計594.716噸。
1.3.2 修複方式技術
根據國內外研究現狀和同類汙染場地修復技術應用情況，適用於Cr6+的原位治理修復技術主要有:原位化學還原及穩定化、生物法和植物修復等技術。根據本項目的特殊性，結合國內外同類工程案例，通過從技術有效性、施工可行性、經濟合理性、時間高效性等多方面綜合對比，最終確定採用原位化學還原及穩定化技術作為本項目修復技術。
1.4 注藥方式
目前常用的原位藥劑注入方式主要為直接加壓注入井工藝與高壓旋噴工藝，針對兩種工藝的修復效果開展了中試試驗，得出以下結論:本項目採用兩種工藝相結合的方式進行藥劑灌注，最佳參數分別為:直接加壓注入井工藝，影響半徑2.5 m，壓力0.3 MPa;高壓旋噴工藝，影響半徑1 m，壓力30 MPa。另外，根據場地地勘報告結論，場地西南側透水性較強，為避免修復場地內藥劑隨地下(滯)水向場地外側遷移，防止藥劑外滲，對場地西南側邊緣約6 m寬區域採用高壓旋噴方式，並設立兩排藥劑抽提井，在東側區域採用單排高壓旋噴布設，注射井採用梅花形方式布點;其他區域採用直接加壓注入井工藝，按照5 m間距網格布點。直接加壓注射區、高壓旋噴區分布如圖1所示。
圖1 注藥方式分布圖Fig.1 Distribution of injection methods
2 項目工程實施
2.1 臨時設施建設
為配合修復施工作業，合理開展施工，完善施工過程配套措施，根據工藝要求，對臨時作業場所進行布設，本項目場地修復作業臨時設施包括廢水收集池、排水溝、汙泥堆存場、藥劑配製場、藥劑堆存場。其中廢水處理池佔地面積為100 m2，主要用於處理場內施工廢水，在池底鋪設1.5 mm厚的HDPE膜作防滲處理，並採用防雨蓬布進行覆蓋，防止雨水影響後期廢水監測結果。排水溝長度305.5 m，主要用於施工期雨水導排，防止雨量過大進入汙染修復區域。汙泥暫存場佔地面積均為150 m2，主要用於堆存注射井鑽探提取土、廢水處理池產生的汙泥、樁基產生的汙染土，採用防雨蓬布進行覆蓋，防止雨水淋溶產生二次汙染。藥劑配置、堆存場佔地面積分別為50 m2和200 m2，主要用於藥劑堆存、稀釋、攪拌。
圖2 廢水處理池及臨時排水溝Fig.2 Waste water treatment ponds and temporary drains
2.2 注射井建設
注射井建設過程包括定位放線、鑽機鑽進、汙染土收集、取樣、鑽孔深度覆核、注射篩管安裝、石英砂灌注、膨潤土灌注、水泥封孔等工作，共完成注射井建設795口，其中直接加壓注射區布置447口，高壓旋噴區布置348口，鑽孔總深度17583.49 m。
2.2.1 鑽孔施工及樣品採集
(1)注射井鑽孔
場地原址汙染土壤上層為20～30 m的回填土，注射井按照直接加壓注射井工藝、高壓旋噴工藝平面布置圖建井。首先對場地內所有注射井進行測量放線並在放樣點位上編寫鑽孔區域和編號，便於後續鑽孔施工;然後對場地、進場道路進行平整，保證鑽機進場順利及鑽機就位。前期工作完成後，啟動鑽機架設、安裝工作，將鑽機移動到準確孔位後開動鑽機開始鑽探作業，離設計汙染層深度2 m左右時採用幹鑽的方式鑽進，重複以上工作，直至終孔。最終完成注射井鑽孔795口，鑽孔總深度17583.49 m。注射井鑽孔施工如圖3所示。
(2)汙染土壤採集
為進一步掌握場內汙染分布情況，為下一步藥劑灌注提供理論支撐，在實現土壤治理修復的同時減少藥劑用量。因此，鑽孔過程中，在地面鋪上防滲薄膜，將巖心按規範擺放防滲薄膜以內，並做好鑽孔深度記錄，技術人員及時對汙染土壤進行現場取樣，取樣時，根據設計方案以及現場情況，判斷並確定汙染層深度和厚度，樣品收集完成後，統一送檢，並將剩餘的汙染土壤運至汙染土壤暫存場。通過鑽孔施工過程中採集的原狀土樣共計320個，經檢驗分析，超標點位及濃度基本與場地風險評估報告一致。汙染土壤採樣過程如圖4所示。
圖3 注射井鑽孔施工Fig.3 Injection well drilling construction
圖4 汙染土壤採樣Fig.4 Sampling of contaminated soil
2.2.2 注射篩管安裝
由於本項目汙染土壤位於地表以下20～30 m，且汙染深度為1.0～2.0 m不等，因此注射井鑽孔完成後，需要在注射井中安裝篩管，注藥篩管採用DN110的PVC管進行現場加工，孔徑為1 cm，梅花型布孔，間距為10 cm，篩孔外部綁紮篩網，防止泥沙堵孔，根據不同的深度定做專用篩管，通過該篩管的均勻且密布的篩孔使藥劑能夠均勻地滲入目標區域，篩管安裝完畢後，依次填充石英砂、膨潤土並用水泥封孔。篩管安裝施工過程詳見圖5。
圖5 篩管安裝Fig.5 Installation of screen tube
2.3 藥劑灌注
在修復過程中，重金屬總量不會隨著修復過程發生變化，鑑於場地南邊1 km地表水係為嘉陵江，嘉陵江水質適用地面水環境質量標準Ⅲ類，考慮受納水體的標準限值要求，按照《固體廢物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T299－2007)進行浸出液測試，修復後的汙染土壤六價鉻浸出濃度應不超出《地下水質量標準》(GBT 14848－93)III類和《地表水環境質量標準》(GB 3838－2002)III類水質標準，即修復后土壤六價鉻浸出態濃度低於限值0.05 mg/L，總鉻應不超過《汙水綜合排放標準》(GB 8978－1996)第一類汙染物最高允許濃度排放限值要求，即修復后土壤總鉻浸出態濃度低於限值1.5 mg/L。
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本項目不單獨布設抽提井，依託固定注射井使用，藥劑採用分批有序注射，在注射後進行抽提，當後期注射過程中出現注射較慢或地面有液體溢出時，選擇就近完成注射的注射井改為抽提井進行抽提，加速注射速度同時也防止藥劑溢出地面。在地下徑流下方向，設置兩排淺層滯水抽提孔，抽提至汙水處理池，處理後再回用。
圖6 直接加壓注入井工藝灌注Fig.6 Direct pressurized injection well process
圖7 高壓旋噴工藝灌注Fig.7 High－pressure rotary spray process
2.4 後期監測
地下水監測布點參照《地下水環境監測技術規範》(HJ/T 164－2004)，為便於長期有效監測地下水變化情況，充分考慮後期樁基施工及小學建設規劃，合理避開樁基施工位置及小學後期建築。本項目共布設3口地下水監測井，在場地內、外西南側各布設1口井，場地外東北側布設1口井;監測周期為5年，其中第1年每月監測1次，第2年每季度監測1次，第3至5年每年監測1次。地下水中主要監測因子包含:pH、總鉻、Cr6+、硫酸鹽，其中pH、Cr6+、硫酸鹽需滿足《地下水質量標準》(GBT14848－93)III類水質要求，總鉻需滿足《汙水綜合排放標準》(GB8978－1996)第一類汙染物最高允許排放濃度限值。
圖8 監測井布設、安裝圖Fig.8 Monitoring well layout and installation
3 修復效果評估
3.1 汙染土壤樣品檢測結果
根據《汙染場地治理修復驗收評估技術導則》(DB50/T 724－2016)規定，原位修復場地驗收評估採樣點位的布設可參考《場地環境監測技術導則》(HJ 25.2－2014)要求，本項目效果評估共布設21個土壤採樣監測點位，採樣布點區域主要包括土壤修復施工區域、地下(滯)水汙染區域以及暫存區域周邊可能的二次汙染區域，共採集土壤樣品69個，所有樣品均送至具備土壤檢測能力，並具有國家計量認證合格資質(CMA)的第三方檢測單位進行檢測。將樣品檢測結果與評估標準進行對比，當樣品各檢測結果小於修複目標值時認為合格。樣品檢測結果及評估結果見表1。
表1 土壤樣品檢測數據及效果評估結果Table 1 Test data and results of batch soil samples
由表1可知，以基於致癌風險(10－6)的計算結果(0.3 mg/L)、《地下水質量標準》(GB/T14848－2017)Ⅲ類水質標準(0.05 mg/L)、《土壤環境質量建設用地土壤汙染風險管控標準》(GB 36600－2018)中居住用地篩選值(2000 mg/kg)和土壤總鉻浸出態濃度不超過《汙水綜合排放標準》(GB8978－1996)最高允許排放濃度(1.5 mg/L)分別作為六價鉻及其浸出濃度、總鉻及其浸出濃度的評估標準，結果表明:送檢土壤樣品六價鉻及其浸出濃度、總鉻及其浸出濃度均未超過評估標準，檢測結果均滿足本項目的修複目標值，表明本次治理修復工程達到修復要求。
3.2 地下(滯)水樣品檢測結果
地下(滯)水效果評估採樣按照布點方案並結合實際情況進行採樣，本次效果評估共採集樣品6個。通過將樣品檢測報告數據與評估標準進行比較，當樣品各檢測結果小於修複目標值時認為合格。樣品檢測結果及評估結果見表2。
由表2可知，以《地下水質量標準》(GBT14848－2017)作為地下(滯)水質量評價標準，結果表明:送檢水體樣品pH、硫酸鹽含量、六價鉻等指標均未超過《地下水質量標準》(GBT14848－2017)Ⅲ類質量標準，檢測結果都滿足了本項目的環保效果評估標準，表明本次治理修復工程未對地下(滯)水造成汙染。
表2 地下水樣品檢測數據及評估結果Table 2 First groundwater data and assessment results
4 結論
(1)本項目採用原位化學還原及穩定化作為治理修復技術，利用直接加壓注入井工藝與高壓旋噴工藝相結合進行藥劑灌注，成功修復汙染土壤面積約 12246.9 m2，修複方量約16150.5 m3，並順利通過了第三方效果評估單位的驗收。
(2)本工程成功地利用原位化學還原及穩定化技術治理修復了重慶市某大埋深的六價鉻汙染場地，豐富了六價鉻汙染場地的原位治理修復工程應用案例，為重慶市汙染場地的原位治理技術應用奠定了工程基礎，為重慶市的汙染場地治理修復提供了更多選擇。
來源：《廣州化工》 2019年第12期轉載自：土行者
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