重庆某六价铬污染场地土壤修复工程案例
重庆某六价铬污染场地土壤修复工程案例
刘益风1，李 洁2，申源源1，张 建1，邓 磊1，曹 俊1，龙 宇1
(1重庆美天环保工程有限公司，;2重庆市固体废物管理中心，)
摘 要:选取重庆某六价铬污染场地治理修复工程作为研究对象，通过对修复方案设计、项目工程实施以及修复效果评估等方面进行分析研究，结论表明:本项目采用原位化学还原及稳定化作为治理修复技术，利用直接加压注入井工艺与高压旋喷工艺相结合进行药剂灌注，影响半径分别为2.5 m和1 m，累计布设注射井795口，灌注还原剂297.414吨、稳定剂297.302吨，成功修复污染土壤面积约12246.9 m2，修复方量约16150.5 m3。
关键词:六价铬污染;原位固化稳定化;场地修复;工程案例
由于传统的粗放管理和野蛮生产，电镀等工业生产活动对我国部分土壤、地下水和地表水造成了严重的铬污染，其中六价铬的水溶性、强氧化性和致癌性对生态环境和人体健康产生了严重威胁［1－2］。土壤具有多孔性、强吸附性和不均性，但受污染土壤的上述性质会导致污染物质源源不断地向水体、植物等扩散［3－4］。因此，对六价铬污染土壤进行修复，将有利于从源头上消除污染，也成为我国亟需解决的环境问题之一。
本文选取重庆某六价铬污染场地治理修复工程作为研究对象，该场地前身为重庆某仪表厂电镀生产区域，涉及精密机械、电子仪器仪表、机电一体化控制系统等生产，该厂于2010年全面停止使用，场地用地类型由工业用地转变为科教用地，通过对场地污染现状开展调查和评估工作，明确了场地土壤受到六价铬污染。
根据修复技术筛选、修复方案设计，并结合本项目污染概况，选定本项目修复方式为原位修复，修复技术采用化学还原及稳定化［5－7］，利用直接加压注入井工艺［8］与高压旋喷工艺［9－10］相结合进行药剂灌注。通过对场地实施污染土壤原位治理修复，场地受污染土壤得以有效地修复与治理，原址污染土壤得到了科学合理的风险管控，彻底消除了六价铬对周边居民及环境的影响，达到了后续场地开发的使用条件，取得了良好的社会经济效益。
1 修复方案设计
1.1 场地污染概况
场地评估阶段场内共布设22个土壤监测点位，采集209个土壤样品。监测结果表明，场地内共有3个监测点位4个样品的污染因子浓度超过《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ/T 350－2007)的A级标准。根据场地风险评估的结果表明，在敏感用地条件下，场地6个监测点位六价铬致癌风险值超过可接受风险值1.0E－06，六价铬最高浓度为1.61 mg/kg，污染层位于回填土20 m以下，其中污染深度分别为0～1.0 m和0～2.0 m，通过插值计算，确定场地受污染土壤面积约12246.9 m2，方量约 16150.5 m3。
1.2 修复目标值
1.2.1 土壤含量修复目标值
根据《污染场地风险评估技术导则》(HJ 25.3－2014)，基于致癌效应和基于非致癌效应的土壤风险控制值，选择较小值作为场地的风险控制值，以基于致癌风险(10－6)的计算结果作为风险控制值，得出六价铬的风险控制值为0.3 mg/kg。
根据《场地环境风险评估报告》，本项目总铬污染浓度最高为91.1 mg/kg，《场地土壤环境风险评估筛选值》(DB50/T 723－2016)中总铬浓度限值为2000 mg/kg，本项目中总铬的浓度远远低于标准中总铬浓度限值。因此，根据风险评估中六价铬污染情况，结合技术可行性及经济适用性等多方面综合考虑，制定本项目修复目标值，六价铬修复目标值0.3 mg/kg。
1.2.2 污染物淋溶到水体的控制值
综上所述，若采用异位修复方式开展场地治理作业，清挖土石方工程量过大，且在修复作业完成后需将土石方回填、压实，修复资金的需求过大，过度消耗了社会资源;临近修复边界区域的清挖工作，对于高层住宅楼的稳定性、居民安全性影响极大。因此，结合场地污染相对较低且污染土壤均达到基岩层的情况，选择采用原位修复方式开展场地治理工作。
1.3 修复技术筛选
1.3.1 修复方式
目前，国内外对于污染土壤治理修复工程主要分为“原位修复”、“异位修复”两种方式。结合场地现场踏勘及污染概况分析，特点如下:
(1)本项目场地仅受Cr6+污染，且污染浓度相对较低;
(2)受周边开发建设影响，污染层上方已被回填20～30 m厚的土石方;
(3)场地周边高层居民住宅楼环绕修复场地四周，与修复边界最近距离仅8 m左右。
根据技术方案修复设计要求，先灌注还原性药剂将Cr6+还原成Cr3+，然后再灌注稳定剂对其实施原位固化/稳定化治理修复。配制完成的药剂采用管道输送至修复区实施药剂灌注，在灌注过程中，首先核对孔号→将灌注管和止水环连接好→将灌注管下入孔内→开启加压泵进行灌注→灌注完成后贴好标签→拔出注射管。在药剂灌注过程中，直接加压灌注区注射泵的压力值控制在0.3 MPa，高压旋喷区灌注压力值控制在30 MPa。根据小试实验结论并结合相关工程案例，还原剂与稳定剂的投加比例均为1%，还原剂按1∶5比例稀释注入，稳定剂按1∶10稀释注入，其中高压旋喷区还原剂单孔注入量为0.35 m3，稳定剂单孔注入量为0.71 m3;直接加压注射井区还原剂单孔注入量为2.26 m3，稳定剂单孔注入量为4.53 m3。累计灌注还原剂297.414吨、稳定剂297.302吨，共计594.716吨。
1.3.2 修复方式技术
根据国内外研究现状和同类污染场地修复技术应用情况，适用于Cr6+的原位治理修复技术主要有:原位化学还原及稳定化、生物法和植物修复等技术。根据本项目的特殊性，结合国内外同类工程案例，通过从技术有效性、施工可行性、经济合理性、时间高效性等多方面综合对比，最终确定采用原位化学还原及稳定化技术作为本项目修复技术。
1.4 注药方式
目前常用的原位药剂注入方式主要为直接加压注入井工艺与高压旋喷工艺，针对两种工艺的修复效果开展了中试试验，得出以下结论:本项目采用两种工艺相结合的方式进行药剂灌注，最佳参数分别为:直接加压注入井工艺，影响半径2.5 m，压力0.3 MPa;高压旋喷工艺，影响半径1 m，压力30 MPa。另外，根据场地地勘报告结论，场地西南侧透水性较强，为避免修复场地内药剂随地下(滞)水向场地外侧迁移，防止药剂外渗，对场地西南侧边缘约6 m宽区域采用高压旋喷方式，并设立两排药剂抽提井，在东侧区域采用单排高压旋喷布设，注射井采用梅花形方式布点;其他区域采用直接加压注入井工艺，按照5 m间距网格布点。直接加压注射区、高压旋喷区分布如图1所示。
图1 注药方式分布图
Fig.1 Distribution of injection methods
2 项目工程实施
2.1 临时设施建设
为配合修复施工作业，合理开展施工，完善施工过程配套措施，根据工艺要求，对临时作业场所进行布设，本项目场地修复作业临时设施包括废水收集池、排水沟、污泥堆存场、药剂配制场、药剂堆存场。其中废水处理池占地面积为100 m2，主要用于处理场内施工废水，在池底铺设1.5 mm厚的HDPE膜作防渗处理，并采用防雨蓬布进行覆盖，防止雨水影响后期废水监测结果。排水沟长度305.5 m，主要用于施工期雨水导排，防止雨量过大进入污染修复区域。污泥暂存场占地面积均为150 m2，主要用于堆存注射井钻探提取土、废水处理池产生的污泥、桩基产生的污染土，采用防雨蓬布进行覆盖，防止雨水淋溶产生二次污染。药剂配置、堆存场占地面积分别为50 m2和200 m2，主要用于药剂堆存、稀释、搅拌。
图2 废水处理池及临时排水沟
Fig.2 Waste water treatment ponds and temporary drains
2.2 注射井建设
注射井建设过程包括定位放线、钻机钻进、污染土收集、取样、钻孔深度复核、注射筛管安装、石英砂灌注、膨润土灌注、水泥封孔等工作，共完成注射井建设795口，其中直接加压注射区布置447口，高压旋喷区布置348口，钻孔总深度17583.49 m。
2.2.1 钻孔施工及样品采集
(1)注射井钻孔
场地原址污染土壤上层为20～30 m的回填土，注射井按照直接加压注射井工艺、高压旋喷工艺平面布置图建井。首先对场地内所有注射井进行测量放线并在放样点位上编写钻孔区域和编号，便于后续钻孔施工;然后对场地、进场道路进行平整，保证钻机进场顺利及钻机就位。前期工作完成后，启动钻机架设、安装工作，将钻机移动到准确孔位后开动钻机开始钻探作业，离设计污染层深度2 m左右时采用干钻的方式钻进，重复以上工作，直至终孔。最终完成注射井钻孔795口，钻孔总深度17583.49 m。注射井钻孔施工如图3所示。
(2)污染土壤采集
为进一步掌握场内污染分布情况，为下一步药剂灌注提供理论支撑，在实现土壤治理修复的同时减少药剂用量。因此，钻孔过程中，在地面铺上防渗薄膜，将岩心按规范摆放防渗薄膜以内，并做好钻孔深度记录，技术人员及时对污染土壤进行现场取样，取样时，根据设计方案以及现场情况，判断并确定污染层深度和厚度，样品收集完成后，统一送检，并将剩余的污染土壤运至污染土壤暂存场。通过钻孔施工过程中采集的原状土样共计320个，经检验分析，超标点位及浓度基本与场地风险评估报告一致。污染土壤采样过程如图4所示。
图3 注射井钻孔施工
Fig.3 Injection well drilling construction
图4 污染土壤采样
Fig.4 Sampling of contaminated soil
2.2.2 注射筛管安装
由于本项目污染土壤位于地表以下20～30 m，且污染深度为1.0～2.0 m不等，因此注射井钻孔完成后，需要在注射井中安装筛管，注药筛管采用DN110的PVC管进行现场加工，孔径为1 cm，梅花型布孔，间距为10 cm，筛孔外部绑扎筛网，防止泥沙堵孔，根据不同的深度定做专用筛管，通过该筛管的均匀且密布的筛孔使药剂能够均匀地渗入目标区域，筛管安装完毕后，依次填充石英砂、膨润土并用水泥封孔。筛管安装施工过程详见图5。
图5 筛管安装
Fig.5 Installation of screen tube
2.3 药剂灌注
在修复过程中，重金属总量不会随着修复过程发生变化，鉴于场地南边1 km地表水系为嘉陵江，嘉陵江水质适用地面水环境质量标准Ⅲ类，考虑受纳水体的标准限值要求，按照《固体废物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T299－2007)进行浸出液测试，修复后的污染土壤六价铬浸出浓度应不超出《地下水质量标准》(GBT 14848－93)III类和《地表水环境质量标准》(GB 3838－2002)III类水质标准，即修复后土壤六价铬浸出态浓度低于限值0.05 mg/L，总铬应不超过《污水综合排放标准》(GB 8978－1996)第一类污染物最高允许浓度排放限值要求，即修复后土壤总铬浸出态浓度低于限值1.5 mg/L。
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本项目不单独布设抽提井，依托固定注射井使用，药剂采用分批有序注射，在注射后进行抽提，当后期注射过程中出现注射较慢或地面有液体溢出时，选择就近完成注射的注射井改为抽提井进行抽提，加速注射速度同时也防止药剂溢出地面。在地下径流下方向，设置两排浅层滞水抽提孔，抽提至污水处理池，处理后再回用。
图6 直接加压注入井工艺灌注
Fig.6 Direct pressurized injection well process
图7 高压旋喷工艺灌注
Fig.7 High－pressure rotary spray process
2.4 后期监测
地下水监测布点参照《地下水环境监测技术规范》(HJ/T 164－2004)，为便于长期有效监测地下水变化情况，充分考虑后期桩基施工及小学建设规划，合理避开桩基施工位置及小学后期建筑。本项目共布设3口地下水监测井，在场地内、外西南侧各布设1口井，场地外东北侧布设1口井;监测周期为5年，其中第1年每月监测1次，第2年每季度监测1次，第3至5年每年监测1次。地下水中主要监测因子包含:pH、总铬、Cr6+、硫酸盐，其中pH、Cr6+、硫酸盐需满足《地下水质量标准》(GBT14848－93)III类水质要求，总铬需满足《污水综合排放标准》(GB8978－1996)第一类污染物最高允许排放浓度限值。
图8 监测井布设、安装图
Fig.8 Monitoring well layout and installation
3 修复效果评估
3.1 污染土壤样品检测结果
根据《污染场地治理修复验收评估技术导则》(DB50/T 724－2016)规定，原位修复场地验收评估采样点位的布设可参考《场地环境监测技术导则》(HJ 25.2－2014)要求，本项目效果评估共布设21个土壤采样监测点位，采样布点区域主要包括土壤修复施工区域、地下(滞)水污染区域以及暂存区域周边可能的二次污染区域，共采集土壤样品69个，所有样品均送至具备土壤检测能力，并具有国家计量认证合格资质(CMA)的第三方检测单位进行检测。将样品检测结果与评估标准进行对比，当样品各检测结果小于修复目标值时认为合格。样品检测结果及评估结果见表1。
表1 土壤样品检测数据及效果评估结果
Table 1 Test data and results of batch soil samples
由表1可知，以基于致癌风险(10－6)的计算结果(0.3 mg/L)、《地下水质量标准》(GB/T14848－2017)Ⅲ类水质标准(0.05 mg/L)、《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB 36600－2018)中居住用地筛选值(2000 mg/kg)和土壤总铬浸出态浓度不超过《污水综合排放标准》(GB8978－1996)最高允许排放浓度(1.5 mg/L)分别作为六价铬及其浸出浓度、总铬及其浸出浓度的评估标准，结果表明:送检土壤样品六价铬及其浸出浓度、总铬及其浸出浓度均未超过评估标准，检测结果均满足本项目的修复目标值，表明本次治理修复工程达到修复要求。
3.2 地下(滞)水样品检测结果
地下(滞)水效果评估采样按照布点方案并结合实际情况进行采样，本次效果评估共采集样品6个。通过将样品检测报告数据与评估标准进行比较，当样品各检测结果小于修复目标值时认为合格。样品检测结果及评估结果见表2。
由表2可知，以《地下水质量标准》(GBT14848－2017)作为地下(滞)水质量评价标准，结果表明:送检水体样品pH、硫酸盐含量、六价铬等指标均未超过《地下水质量标准》(GBT14848－2017)Ⅲ类质量标准，检测结果都满足了本项目的环保效果评估标准，表明本次治理修复工程未对地下(滞)水造成污染。
表2 地下水样品检测数据及评估结果
Table 2 First groundwater data and assessment results
4 结论
(1)本项目采用原位化学还原及稳定化作为治理修复技术，利用直接加压注入井工艺与高压旋喷工艺相结合进行药剂灌注，成功修复污染土壤面积约 12246.9 m2，修复方量约16150.5 m3，并顺利通过了第三方效果评估单位的验收。
(2)本工程成功地利用原位化学还原及稳定化技术治理修复了重庆市某大埋深的六价铬污染场地，丰富了六价铬污染场地的原位治理修复工程应用案例，为重庆市污染场地的原位治理技术应用奠定了工程基础，为重庆市的污染场地治理修复提供了更多选择。