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有機汙染場地修復工程中的大氣環境二次汙染防治及案例分析
劉晶晶，楊勇，陳愷中科鼎實環境工程股份有限公司
摘要
近年來，我國汙染場地修復工程項目數量快速增長，其中有機汙染場地修復工程中的大氣二次汙染問題受到廣泛關注。為了實現汙染場地的有效、安全治理，首先對我國目前汙染場地修復現狀及二次汙染風險特點進行了分析，以北京焦化廠原址汙染場地修復工程為例，對該類典型有機汙染場地在異位修復工程中的主要施工工程和大氣環境二次汙染風險來源進行了詳細分析，並針對修復工程中的氣態汙染物、尾氣和揚塵3項關鍵要素建立了全面的大氣環境二次汙染防治措施體系。
關鍵詞有機汙染場地；修復工程；大氣環境；二次汙染防治
隨著經濟發展和城鎮建設速度加快，許多企業或生產經營單位搬出城鎮中心，產生大量存在環境風險的場地。生態環境部要求，企業在結束原有生產經營活動改變原土地使用性質時，必須對原址土地進行調查監測，對遺留汙染物造成的環境汙染問題進行治理並恢復土壤使用功能。
我國汙染場地修復工程大量開展的同時，場地修復過程中的二次汙染問題日漸暴露，如2016年曝光的常州外國語學校新址汙染事件，受到廣大人民群眾、政府和環境保護部門的關注。根據國務院公開發布的《土壤汙染防治行動計劃》，土壤汙染防治需要強化治理與修復工程監管，採取必要措施防止二次汙染。筆者對我國汙染場地修復現狀及二次汙染風險特點進行了簡要分析，並以北京焦化廠原址汙染場地修復項目為例，對修復工程中大氣環境的二次汙染防治措施進行了探討。
1 我國有機汙染場地修復現狀及二次汙染風險分析
1.1 汙染場地修復項目中有機汙染較多
目前，多個國家的汙染場地存在有機汙染比例較大的特點。在歐洲，60%的汙染場地存在有機汙染；據美國超級基金統計，2011年在美國535個修復場地中，84%的場地土壤存在不同程度的有機汙染；2005—2013年我國首次全國土壤汙染狀況調查結果顯示，工業企業用地中有高於30%的土壤受到汙染，其中以重金屬汙染為主，有機汙染次之，六六六、滴滴涕、多環芳烴3類有機汙染物點位超標率分別為0.5%、1.9%和1.4%，多環芳烴類有機汙染在涉及化工業、礦業、冶金業等的多種地塊中屢屢出現。
在國家政策支持下我國場地修復項目大量啟動，截至2014年7月，國內環境修復項目共335個，其中土壤修復項目192個，佔總修復項目的57%。同時，有機汙染場地修復項目不斷開展，如北京染料廠、焦化廠場地修復，上海世博會場址修復，寧波化工、製藥廠修復，蘭州石化廠修復等工程。由於土壤有機汙染物毒性強，能廣泛傳播，被生物體攝入後可能沿著食物鏈濃縮放大，其中一些有機汙染物具有致癌、致畸、致突變性，隨著人們對土壤有機汙染物危害的愈加關注，有機汙染土壤修復逐步成為場地修復的重點。
1.2 場地修復項目以異位修復技術為主
根據《土壤汙染防治行動計劃》，治理與修復工程原則上在原址進行。而出於城市化進程中對土地的迫切需求，我國汙染場地修復時間普遍較短，因此，具有快速、高效、簡單的異位修復技術在我國近階段汙染場地修復技術中佔據主導地位。異位修復技術，即通過開挖、處理、回填的方式進行修復，國內目前汙染場地修復中應用較多的異位修復技術包括填埋、水泥窯共處置、原地異位的常溫解吸及熱解吸處理等。異位修復技術在挖掘和設備使用維護等方面費用較高，但修復周期短，修復效率高，且修復效果好。
有機汙染土壤可選用的異位修復技術種類較多，包括熱解吸、水泥窯共處置、常溫解吸、化學氧化還原、土壤洗滌、異位氣相抽提、生物堆等，其中以熱解吸、水泥窯共處置為代表的技術在國內各有機汙染場地修復工程中得到了較多成功應用，修復技術及其設備的研發應用不斷成熟。
1.3 有機汙染場地修復中大氣汙染風險較高
汙染場地土壤修復項目中，往往涉及遺留設施拆除、設備設施建設、土壤擾動施工以及修復技術實施等眾多環節，修復過程可能產生的二次汙染來源一般包括尾氣、廢水、固體廢物和噪聲等(圖1)。如果不能做到良好的過程管控，則可能會對大氣、地表水與地下水、聲環境等造成二次汙染，而這些環境汙染問題中，最容易出現且最容易引起糾紛和群眾舉報的，就是場地修復過程中的大氣環境二次汙染問題。
圖1 汙染場地修復工程二次汙染來源
不同汙染類型場地大氣環境二次汙染來源差異很大，如重金屬汙染場地主要考慮揚塵汙染的防治，而有機汙染場地除揚塵汙染外，還存在VOCs和SVOCs類揮發性氣體汙染，該類汙染不僅伴隨著異味問題，還對人員健康和周邊環境產生極高風險。異位修復施工過程中，由於開挖、運輸等環節對汙染土壤造成大規模擾動，有機汙染物更易以氣態、顆粒物等形式大量地擴散至空氣中形成二次汙染，常見異位修復工程中產生大氣環境二次汙染的情況見表1。
表1 常見異位修復工程中大氣環境二次汙染來源匯總
因此，對於有機汙染場地修復工程尤其是採用異位修復技術的工程中，需要綜合採用多種技術手段和措施做好大氣環境二次汙染的防治。
2 北京焦化廠原址汙染場地修復工程大氣環境二次汙染防治措施
2.1 工程概況
北京焦化廠原址汙染場地位於北京市朝陽區，原為焦炭和煤化工生產企業用地，該場地土壤和地下水均受到汙染：土壤汙染物為苯和多環芳烴類，汙染深度達地下18 m；地下水存在苯汙染，汙染深度為地下10～18 m。根據工程要求，該場地汙染土壤採用原地異位熱解吸技術修復，地下水採用抽提+吹脫處理技術修復。場地周邊存在多個環境保護目標，包括地鐵站、某居民區、某學院、已建成保障房及公交站，主要環境保護目標如表2所示。
表2 場地周圍主要環境保護目標
2.2 大氣環境二次汙染風險分析
2.2.1 場地修復主要施工工程
該場地修復工程對環境的影響可分為施工期和運營期2個階段：施工期主要包括汙染土壤清挖、暫存和修復場地建設，汙染地下水抽取、治理場地建設以及配套工程等；運營期即場地修復實施期間，主要包括汙染土壤清挖、運輸、暫存和修復，汙染地下水抽提、治理等施工工程。項目施工期及運營期的主要建設施工工程分析如圖2和圖3所示。
2.2.2 大氣汙染來源
場地修復整個過程中，大氣環境可能產生的汙染風險主要為氣態汙染物、尾氣及揚塵。對各階段可能產生的所有大氣環境影響進行分析可知(圖4)，大氣環境的汙染風險主要存在於場地修復實施過程中。
圖2 施工期主要施工工程
圖3 運營期主要施工工程
2.2.2.1 氣態汙染物
氣態汙染物指來源於汙染土壤和地下水擾動、露天修復過程中所釋放的汙染氣體。本項目氣態汙染物主要由土壤和地下水中的有機汙染物組成：汙染區土壤清挖、裝卸及運輸等過程中，汙染土壤受到擾動，在分子擴散作用驅動下，苯和多環芳烴類具有揮發性的汙染物向外釋放從而影響大氣環境；汙染地下水抽取、暫存過程處理不當，地下水的遺灑、暴露，也將使苯汙染物揮發產生氣體汙染。同時，苯和多環芳烴類有機物具有特殊氣味，在擾動較大和特定氣象條件下還將產生異味問題。
圖4 場地修復工程中大氣環境二次汙染風險來源分析
2.2.2.2 尾氣
尾氣指來源於土壤和地下水修復設備煙囪、機械設備排氣筒的廢氣。密閉大棚、熱解吸設備、吹脫設備的煙囪尾氣，主要汙染物為顆粒物、SO2、NOx、CO及苯、苯並(a)芘等；運輸車輛及機械設備產生尾氣，主要汙染物包括NOx、CO、THC等，會對大氣產生不同程度的汙染，需要滿足國家相關排放標準。
2.2.2.3 揚塵
揚塵指受土壤擾動影響進入大氣的懸浮顆粒物。場地建設、土石方開挖、土壤裝卸及車輛行駛等眾多作業環節，因破壞了地表結構，在一定施工現場條件和氣象條件下，會造成地面揚塵汙染。
2.3 大氣環境二次汙染防治措施
2.3.1 氣態汙染物
施工現場對於氣態汙染物二次汙染防治的重點和難點在於儘量減少汙染土壤和地下水擾動時氣態汙染物的揮發量，並控制汙染物向周邊環境的遷移，針對氣態汙染物產生的各環節採取有針對性的汙染防治措施，並結合環境實時監測手段掌握各施工環節現場汙染物數據，對汙染防治情況進行指導。
2.3.1.1 汙染防治技術措施
在汙染土壤和地下水修復所有環節進行汙染防治措施的全面部署。汙染土壤修復過程：汙染土壤分區分層清挖，減少土壤暴露面積；邊開挖邊對開挖完成區域鋪設高密度聚乙烯(HDPE)膜覆蓋，切斷汙染物暴露途徑；遇有機汙染物濃度異常或異味擴散情況，向土壤開挖面噴射泡沫抑制劑，無毒、可降解的泡沫將汙染物控制在液膜內；對場地西側緊鄰居民區的土壤清挖區，建設密閉的清挖大棚，大棚配有抽氣系統、活性炭吸附處理系統，將棚內開挖產生的無組織排放汙染源轉化為固定源，經處理達到北京市大氣排放標準後排放；汙染土壤轉運過程採用全封閉運輸車，土壤表面以帆布覆蓋；汙染土壤的暫存、預處理分別建設土壤暫存大棚和預處理車間，內設氣體收集、處理系統，達標後經煙囪排放。此外，汙染地下水抽提、治理過程中，對汙水疏乾井井口做封閉處理，汙水治理中採用封閉膜結構水袋或加蓋密封水池暫存、全密閉吹脫塔吹脫處理等措施，實現氣態汙染物的有效防治。
2.3.1.2 環境實時監測手段
採取在線監測和快速監測相結合的手段，充分利用監測數據指導相應汙染防治措施的適時開展，並監控所採用汙染防治措施的有效程度。
(1)在線監測手段
施工現場建立大氣環境實時在線監測系統。在施工現場大氣汙染防治的重點防護區域(如汙染土壤開挖區及下風向、熱解吸及吹脫處理修復區、辦公生活區、環境敏感點對應的場界等)，設置在線監測探頭和雲監控平臺，集成建立實時在線監測系統，以實現對廠區無組織排放大氣的實時在線監測，監測指標為溫度、溼度、風速、風向及苯、TVOC、顆粒物。可以根據實時監測數據的情況，指導場區清挖與修復工作，對施工作業進行相應調整，對現場環保措施進行相應整改。現場土壤開挖區下風向場界某時刻大氣實時在線監測數據如表3所示。
表3 2017年5月8日土壤開挖區下風向場界大氣實時在線監測數據
根據DB 11/501—2017《大氣汙染物綜合排放標準》Ⅱ時段大氣汙染物排放限值，苯和非甲烷總烴單位周界無組織排放監控點濃度限值分別0.1和2 mg/m3，監測數據顯示10：32：00起苯濃度出現較大升高並接近濃度限值，需及時指導土壤清挖區減小作業面，加強汙染防治措施的檢查。
(2)快速監測手段
利用移動式檢測設備對施工現場大氣環境進行實時快速監測。組織專業人員對土壤開挖現場等作業面、場區邊界、環境敏感點等區域，採用可攜式有機氣體檢測儀(PID)測定TVOC濃度，監測頻次一般設置為5次/d(9：00、11：00、13：00、17：00)，若夜間施工還將加測1次。充分利用所得的大量實時監測數據，對施工現場汙染防治措施的開展時機進行指導，同時對施工現場大氣環境狀況及大氣汙染防治效果進行科學評價。
施工現場某土壤開挖區周邊採用PID測定得到的大氣快速監測數據如表4所示。
表4 某土壤開挖區周邊大氣快速監測數據Table 4 The data of rapid atmospheric monitoring
目前國內外並沒有制定統一的標準和規範，筆者所在的公司根據多年施工經驗制定了汙染層級的劃分標準，即針對區域環境質量，通過PID監測數據和目標受體面對不同濃度汙染物所反映出的體感而劃分區域環境質量等級，以指導場地的現場施工(表5)。
表5 汙染層級劃分Table 5 The division of pollution levels
由表5可見，土壤開挖施工現場60%以上監測點超過B級限值，需採取減小作業面、加強環保設施檢查和適時噴灑抑制劑等防治措施。
2.3.1.3 汙染防治制度保障
建立大氣環境二次汙染防治制度。如遇高溫和強對流天氣等極端狀況，將停止場地建設、土壤開挖及修復過程，甚至暫停汙染場地的一切建設施工，確保施工現場及周邊環境敏感區域無氣態汙染物汙染。
2.3.2 尾氣
施工現場對於尾氣二次汙染防治的重點和難點在於對土壤和地下水修復過程中排放尾氣的處理和濃度控制，將採取針對性的汙染防治措施、科學的工藝設計和環境實時監測手段等進行全面防治。
2.3.2.1 汙染防治技術措施
對土壤和地下水修復設備尾氣進行全面防治，對清挖大棚、土壤暫存大棚與土壤預處理車間內氣體，通過引風機等抽排系統引入活性炭吸附箱，尾氣通過治理後達到DB 11/501—2017才可通過煙囪排放；土壤經熱解吸設備高溫修復所解吸出的廢氣，採用配套的氧化燃燒式尾氣處理系統進行處理，達到標準後排放；地下水經吹脫處理後產生的廢氣，採用配套活性炭吸附系統進行吸附處理，同樣需達到DB 11/501—2017標準。
2.3.2.2 尾氣處理工藝優化
目前國內熱解吸技術尾氣處理多是採用傳統的活性炭吸附或直接借鑑危險廢物焚燒的尾氣處理工藝，沒有針對該技術進行設計，專業化水平低，導致二次汙染風險較大。
該工程中針對尾氣粉塵量大、尾氣降溫過程易產生二
英，以及採用活性炭吸附工藝將產生大量危險廢物等問題，設計選用了氧化燃燒式的熱解吸尾氣處理工藝，主要採用旋風除塵器、氣體燃燒器、急冷塔、布袋除塵器和噴淋吸收塔等設備，對尾氣實現除塵、有機物焚燒和降溫等處理。
在氣體燃燒器焚燒溫度為1 200 ℃、停留時間超過2 s的條件下，有機物被徹底分解為CO2及水蒸氣，有機物去除率達99.99%以上，相較於常規活性炭吸附工藝，實現了有機物的徹底分解，大大減少廢棄活性炭(危險廢物)產生量；同時，通過急冷塔、布袋除塵器的快速降溫和粉塵顆粒截留作用，極大地避免了二
英類物質的生成和殘留可能。經熱解吸尾氣的採樣檢測，尾氣中苯、苯並(a)芘、非甲烷總烴及二
英等均達到DB 11/501—2017中相關排放限值。
2.3.2.3 環境實時監測手段
熱解吸系統設置實時在線監控探頭，對設備各環節的溫度和尾氣中CO、NO、SO2、苯濃度進行實時監測(表6)，並通過分析監測結果調節設備運行參數進行尾氣排放控制，確保監測指標達到DB 11/501—2017中相關要求。熱解吸設備每天設3個班組運行，每個班組均對在線監測數據進行一次整理，每天將數據匯總一併報送項目核查。
表6 2017年5月12日1#熱解吸系統尾氣實時在線監測數據
DB 11/501—2017第Ⅱ時段CO、NOx、SO2和苯最高允許排放濃度限值分別為200、100、100和1 mg/m3，監測數據顯示各指標均在該限定範圍內，熱解吸設備運行正常。
對於清挖大棚、土壤暫存大棚、土壤預處理車間及地下水修復尾氣處理設備，由於均採用活性炭吸附的尾氣處理，將在活性炭吸附系統內安裝活性炭飽和測定儀，當吸附單元內活性炭吸附飽和後測定儀即發生報警，及時對活性炭進行更換，以保證尾氣吸附處理效果。
2.3.2.4 汙染防治制度保障
工程中所投入的所有車輛、施工機械設備，需要全部滿足《輕型汽車汙染物排放限值及測量方法(中國第五階段)》機動車汙染物排放標準要求，以降低施工機械尾氣排放。
2.3.3 揚塵
施工現場對於揚塵防治的重點和難點在於場地建設及修復施工全過程中均存在易產生揚塵的施工環節，需對各環節制定嚴格的汙染防治措施，並結合環境實時監測手段進行全面控制。
2.3.3.1 汙染防治技術措施
在修復工程實施全過程中對一切土壤擾動施工作業均進行全面控制，防止揚塵現象產生，具體措施包括：施工現場道路、生活區等必須進行地面硬化處理；場地建設過程中，對擾動的非汙染土壤表面採用密目防塵網覆蓋；汙染土壤分區分層清挖，裸露處覆蓋HDPE膜；局部範圍產生揚塵時採用強霧化水汽噴射裝置進行快速降塵；汙染土壤轉運過程採用全封閉運輸車，土壤表面以帆布覆蓋；場地大門建設洗車池，設備、車輛出場前需進行洗車；施工現場定時採用灑水車進行降塵，如遇大風等天氣適當增加灑水頻次。
2.3.3.2 環境實時監測手段
同氣態汙染物一樣，採取在線監測和快速監測相結合的手段，充分利用監測數據指導揚塵汙染的防治工作。
(1)施工現場建立大氣環境實時在線監測系統。在施工現場大氣汙染防治的重點防護區域(如汙染土壤開挖區及下風向、熱解吸及吹脫處理修復區、辦公生活區、環境敏感點對應的場界等)，通過設置揚塵濃度的在線監測探頭和雲監控平臺，對廠區無組織排放大氣的顆粒物進行實時在線監測。
(2)利用移動式檢測設備對施工現場大氣環境進行實時快速監測。組織專業人員對土壤開挖現場等作業面、場區邊界、環境敏感點等區域，採用手持式多功能雷射粉塵檢測儀測定顆粒物濃度，監測頻次與氣態汙染物相同。
2.3.3.3 汙染防治制度保障
建立施工作業期間揚塵防治的規章制度：汙染土壤清挖過程採用小型挖掘機，執行輕挖、慢轉、輕放、適量施工原則；遇4級以上風時停止施工，現場停止施工作業，並做好苫蓋；加強施工人員教育，杜絕隨意棄土、材料任意堆放、野蠻施工等不良施工行為；加強施工規劃和工期安排，儘量減少清理作業面，防止揚塵汙染大氣。
2.4 小結
在該有機汙染場地修復工程中，針對氣態汙染物、尾氣和揚塵3種大氣環境汙染風險，對場地修復工程的各項施工環節進行嚴謹的二次汙染防治技術措施部署，並結合採用尾氣處理工藝優化設計、環境實時監測手段及制度保障等措施全面保障二次汙染防治工作的順利開展，確保汙染場地修復工程不對施工現場和周邊大氣環境產生影響。
3 結論與建議
我國有機汙染場地及其修復項目較多，因其汙染風險大、廣受關注而成為場地修復的重點；而目前國內汙染場地修復以對場地擾動較大的異位修復技術為主，大氣環境的二次汙染問題尤為突出。因此，對於以異位修復技術為主的有機汙染場地修復工程，需要將大氣環境二次汙染防治作為工程的重點內容。以北京焦化廠原址汙染場地修復工程為例，該工程具有受揮發性有機物汙染，採用異位修復技術，周邊環境保護目標較多等典型特點，通過對主要施工工程和大氣汙染來源的詳細分析，建立了全面的大氣環境二次汙染防治措施體系，即將氣態汙染物、尾氣和揚塵作為大氣汙染防治的對象，對各施工環節部署有針對性的二次汙染防治技術措施，並以工藝優化設計為補充、以環境實時監測手段為指導和反饋、以汙染防治制度為保障，最終實現該汙染場地修復工程中大氣環境二次汙染防治措施的全面布控。
鑑於目前我國場地修復大氣汙染防治的相關管理規範中僅對CO、SO2等常規項目和苯、苯並(a)芘、非甲烷總烴等有機類指標做出排放要求，對部分場地中存在的其他特徵汙染物尤其是有機汙染物則缺少排放標準及限值，因此場地修復工程中大氣環境二次汙染防治效果的評價和監管不夠完善，需要在今後的研究和實踐中進行進一步的探討。
文章來源：土行者
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