李洪偉，鄧一榮，劉麗麗，廖高明

(廣東省環(huán)境科學研究院 廣東省污染場地環(huán)境管理與修復重點實驗室和粵港澳環(huán)境質量協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合實驗室，廣東 廣州 510045)

本文對目標地塊開展土壤污染狀況調查與風險評估工作進行研究，以確定地塊污染的狀況，為地塊的環(huán)境管理和下一步工作提供依據[1-3]。在前期已有的土壤污染狀況調查研究和風險評估研究的基礎上，根據國家相關技術文件要求，開展了該地塊修復技術篩選研究，為地塊污染土壤治理選取高效、經濟、可行的修復技術，并作出科學合理的成本和工期估算，為后續(xù)修復工程的開展提供技術支撐。

1 工程概況

1.1 目標地塊概況

目標地塊位于華南地區(qū)，占地面積約為50 000 m2。該廠建于20世紀90年代，主要運營五金塑料、飼料生產等行業(yè)。目前，該地塊已被土地儲備發(fā)展中心收儲，規(guī)劃為居住用地和商業(yè)用地。地塊內企業(yè)已全部停產，廠房設施均已完成搬遷拆除。

1.2 地塊環(huán)境特征

1.2.1 地質條件

根據地塊土壤污染狀況調查階段過程中的鉆孔揭露，該廠區(qū)地塊的地層(0～10 m)主要分為中壤土、黏土和砂壤土，地質剖面如圖1所示。

圖1 地質剖面Fig.1 Geological section

(1)整個地塊上層基本分布有第四系人工填土，有雜填土和素填土。雜填土中含有磚塊，局部含有碎石、砂礫。素填土的主要成分是粉質黏土和砂土，棕褐色，松散，局部含有少量的礫石。

(2)粉質黏土、淤泥質土、細砂在地塊內基本連續(xù)分布，埋深一般分布在填土層之下。粉質黏土：呈棕色，可塑，含細砂，土質均勻；淤泥質土：呈灰褐色，淤泥味，飽和，可塑；細砂：為灰黑色，飽和，中密實。

1.2.2 水文地質條件

根據調查結果可知，地塊內地下水監(jiān)測井中地下水的水位范圍為地表以下1.0～4.8 m，地下水高程為+5.4～+9.4 m，地下水流向為從東北向西南，地塊內地下水等水位線如圖2所示。

圖2 廠區(qū)地塊地下水等高線和流向Fig.2 Contour lines and flow direction of groundwater in plant plots

2 地塊污染現狀

2.1 土壤污染現狀

除六價鉻外的重金屬(銅、鎳、鉛、鎘、砷、汞)在送檢的所有土壤樣品中均有不同程度的檢出。其中，污染物銅、鎳和鉛超篩選值，最大超標倍數分別為3.52倍、11.67倍和1.65倍。揮發(fā)性有機物(VOCs)、半揮發(fā)性有機物(SVOCs)和總石油烴(TPH)在部分土壤樣品中有檢出，但檢出濃度均未超篩選值。根據此次地塊污染狀況調查結果，地塊界定出2處重金屬銅、鎳的污染區(qū)域和1處重金屬鉛污染區(qū)域，分別為地塊西側區(qū)域(WR-A區(qū)域)、地塊東南側區(qū)域(WR-C區(qū)域)以及地塊西北側表層土壤區(qū)域(WR-B區(qū)域)。

土壤污染范圍如圖3所示。

圖3 土壤污染范圍Fig.3 Soil contamination range

(1)WR-A區(qū)域。該區(qū)污染面積約3 700 m2，最大污染深度14 m，主要污染物為銅和鎳。

(2)WR-C區(qū)域。該區(qū)污染面積約5 800 m2，最大污染深度12 m，主要污染物為銅和鎳。

(3)WR-B區(qū)域。該區(qū)污染面積約265 m2，最大污染深度1 m，主要污染物為鉛。

2.2 地下水污染現狀

重金屬鎳、砷、銅、鉛、汞在地下水樣品中均有不同程度的檢出。其中，鎳和銅超地下水質量標準Ⅳ類，最大超標倍數分別為313倍和0.78倍。VOCs和TPH在部分地下水樣品中被檢出，但仍符合地下水水質Ⅳ類標準。SVOCs在所有樣品中均未檢出。

3 風險評估

3.1 土壤污染的健康風險評估

風險評估是基于此次地塊污染狀況調查中污染物檢測結果，對調查范圍內的污染現狀及相應污染物的健康風險進行了相應分析與評估[4-8]。

(1)除鉛以外污染物風險評估結果。目標地塊未來功能區(qū)劃為二類居住用地，根據詳細調查采樣結果，土壤中超篩選值的樣品共82個，超篩選值的檢測指標分別為銅和鎳，可通過經口攝入、皮膚接觸和吸入顆粒物暴露給地塊開發(fā)的施工工人和未來居住在此的兒童和成人。根據《建設用地土壤污染風險評估技術導則》(HJ25.3—2019)計算超篩選值點位致癌風險和非致癌風險危害商。①銅對未來生活在此的兒童和成人的非致癌風險危害商為4.51，超過1的可接受水平，主要通過經口攝入影響人體健康；②鎳對未來生活在此的兒童和成人的致癌風險為1.37×10-5，超過1×10-6的可接受水平，主要通過吸入顆粒物影響人體健康；鎳對未來生活在此的兒童和成人的非致癌風險危害商為6.26，超過1的可接受水平，主要通過經口攝入和吸入顆粒物影響人體健康。綜上所述，基于敏感用地方式下，地塊土壤中銅、鎳等關注污染物對使用人群存在健康隱患。需根據地塊實際情況進行進一步分析，確定修復目標值，采取必要的風險管理手段。

(2)鉛的風險評估結果。目標地塊未來功能區(qū)劃為二類居住用地，據詳細調查采樣結果，土壤中超篩選值樣品共3個，超篩選值的監(jiān)測指標為鉛。

(3)鉛的風險計算模型主要采用美國環(huán)保局開發(fā)的兒童(IEUBK)血鉛模型。基于IEUBK模型對本地塊土壤鉛風險評估，表明整個兒童期內(0～6歲)血鉛濃度平均值為58.9 μg/L，血鉛濃度高于10 μg/dL的概率為100%，高于5%的可接受水平。

3.2 地下水污染現狀的人體風險評估

本地塊地下水關注污染物中銅、鎳兩項指標均不具備揮發(fā)性，不存在吸入室外地下水蒸汽(CRIOV3)和吸入室內地下水蒸汽(CRiiV2)2種暴露途徑，且項目區(qū)域不屬于地下水開采區(qū)，無直接飲入地下水途徑，故銅、鎳兩項指標無致癌風險和非致癌危害，因此不存在人體健康風險。后續(xù)開發(fā)過程中需對其實施適當的后期管理措施，在后期嚴禁開發(fā)利用地下水作為飲用水源。地下水中關注污染物鎳和銅，對于在此處施工的工人致癌風險和非致癌風險危害商均在可接受風險水平。

4 土壤修復技術篩選

根據《建設用地土壤修復技術導則》(HJ 25.4—2019)及其他相關文件要求，該研究在充分考慮地塊地形地貌特征、工程地質條件、水文地質條件、目標污染物種類、空間分布和濃度水平[9-12]，以及當地經濟技術條件的基礎上，結合地塊未來使用規(guī)劃和施工進度等要求，對具有潛在可行性的修復技術進行分析比較，提出對目標地塊的土壤修復技術研究。

4.1 重金屬污染土壤修復技術

本項目土壤中污染物主要為重金屬，常見的修復技術包括固化/穩(wěn)定化技術、水泥窯協(xié)同處置技術、土壤淋洗技術、化學氧化技術、微生物修復技術、阻隔填埋技術等[13-16]，具體介紹如下。

4.1.1 固化/穩(wěn)定化技術

固化/穩(wěn)定化技術包含固化技術和穩(wěn)定化技術。固化是指利用水泥一類的物質與土壤相混合將污染物包裹起來，使之呈顆粒狀或大塊狀存在，進而使污染物處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。固化程序包含將污染土壤與固化劑(如水泥)混合以使土壤硬化的過程，混合物干燥后形成硬塊，可以在原地或轉移到其他地點進行最終處置。固化程序可避免固化物中的化學物質流散到周圍環(huán)境中，來自雨水或其他水源的水，在流經地下環(huán)境中的固化物時，不會帶走或溶解其固化物中的有害物質。穩(wěn)定化是利用磷酸鹽、硫化物和碳酸鹽等作為污染物穩(wěn)定化處理的反應劑，將有害化學物質轉化成毒性較低或遷移性較低的物質，使其不具有危害性或移動性。例如重金屬污染土壤與石灰混合，石灰與重金屬反應形成金屬氫氧化物沉淀，不易移出土壤。穩(wěn)定化/固化技術的優(yōu)點是技術成熟可靠，操作簡單、安全，排放少，處置成本較低(來源于《污染場地修復技術名錄(第一批)》(環(huán)發(fā)〔2014〕75號))。缺點是該技術只是將污染物固定在混合體內，而非去除，土壤內污染物總量未得到消減。因此，固化/穩(wěn)定化處理后的土壤應結合其最終歸宿，制定相應的驗收方法和標準，如浸出檢驗等。處理后的土壤由于材料性質的改變，通常不易再作為普通土壤使用，需進行填埋處置或采取與其性質相符的資源化利用途徑。

4.1.2 水泥窯協(xié)同處置技術

將污染土壤與水泥生料共處置，經過回轉窯高溫煅燒，可以將有機污染物完全分解，達到無害化處置。受水泥生產的工藝限制，必須對普通水泥窯投料口進行改造方可共處置污染土壤。同時作為水泥生產的附加功能，不能對水泥生產和產品質量帶來不利影響。典型污染土壤水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)如圖4所示。水泥窯協(xié)同處置污染土壤的價格適中，可用于重金屬污染土壤修復，其優(yōu)點是處置量較大，成本較低；缺點是土壤礦物成分必須滿足水泥制造的要求，處置前需對水泥窯進料和排放系統(tǒng)進行改造，且水泥窯協(xié)同處置污染土壤必須得到環(huán)保主管部門的審批。

圖4 污染土壤水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)Fig.4 Contaminated soil cement kiln co-processing system

4.1.3 淋洗技術

利用淋洗液去除土壤污染物的過程，通過水力學方式機械地使土壤顆粒懸浮，或攪動土壤顆粒使污染物與土壤顆粒分離。土壤清洗干凈后，再處理含有污染物的廢水或廢液。如果大部分污染物被吸附于某一土壤粒級，并且這一粒級只占全部土壤體積的一小部分，那么可以只處理這部分土壤。土壤淋洗技術處置污染土壤量大，適用于多種污染土壤，處置成本適中。影響處置成本的主要因素是土壤物理性質，如果土壤中的黏土含量超過25%，則不建議采用此技術。此外，淋洗技術可能產生大量的洗土廢水，必須配備相應的淋洗液處理及回用設備。淋洗工藝流程如圖5所示。

圖5 淋洗工藝流程Fig.5 Flow chart of leaching process

4.1.4 化學氧化技術

化學氧化修復技術主要是通過向土壤中注入化學氧化劑與污染物發(fā)生氧化反應，使污染物降解或轉化為低毒產物的修復技術。常見的氧化劑包括高錳酸鹽、過氧化氫、芬頓試劑、過硫酸鹽和臭氧。處理周期與污染物初始濃度、修復藥劑與目標污染物反應機理有關?；瘜W氧化修復技術可用于多種污染地塊的修復，處置成本適中(來源于《污染場地修復技術名錄(第一批)》(環(huán)發(fā)〔2014〕75號))，影響處理效果的主要因素是土壤性質、污染物成分?；瘜W氧化處理后，可能改變土壤有機質、鐵離子、硫酸根離子含量等指標，對修復后土壤的利用可能會造成影響。原位化學氧化修復如圖6所示。

圖6 原位化學氧化修復示意Fig.6 In-situ chemical oxidation repair

4.1.5 微生物修復技術

微生物修復技術是以其對污染物的降解和轉化為基礎的，微生物修復污染的土壤必須具備兩方面條件：①土壤中存在著多種多樣的微生物，這些微生物能夠適應變化了的環(huán)境，具有或產生酶，具備代謝功能，能夠轉化或降解土壤中難降解的有機化合物，或能夠轉化或固定土壤中的重金屬；②進入土壤的有機化合物大部分具有可生物降解性，即在微生物的作用下由大分子化合物轉變?yōu)楹唵涡》肿踊衔锏目赡苄?，或使進入土壤的重金屬具有微生物轉化或固定的可能性。微生物修復技術在污染土壤和地下水的修復領域使用非常廣泛，該技術非常適用于大面積的污染場地修復。近年來，微生物修復技術在美國修復市場占有的比例在10%左右，在國內也有一定的應用。微生物修復技術是成本較低廉的修復技術之一，但微生物種類的選擇和培養(yǎng)過程比較復雜，不同的微生物只適用于分解不同的污染物。生物反應必須控制反應條件，對技術實施的要求較高。因為微生物消耗污染物的速度很慢，導致修復時間很長，因此這種技術適用于對土地修復時間沒有嚴格限制的工程。此外，微生物制劑的環(huán)境安全性也是應關注的問題。

4.1.6 阻隔填埋技術

土壤阻隔覆蓋系統(tǒng)主要由土壤阻隔系統(tǒng)、土壤覆蓋系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)組成。土壤阻隔系統(tǒng)主要由HDPE膜、泥漿墻等防滲阻隔材料組成，通過在污染區(qū)域四周建設阻隔層，將污染區(qū)域限制在某一特定區(qū)域；土壤覆蓋系統(tǒng)通常由黏土層、人工合成材料襯層、砂層、覆蓋層等一層或多層組合而成；監(jiān)測系統(tǒng)主要由阻隔區(qū)域上下游的監(jiān)測井構成。土壤阻隔填埋系統(tǒng)主要由土壤預處理系統(tǒng)、填埋場防滲阻隔系統(tǒng)、滲濾液收集系統(tǒng)、封場系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)組成。其中：該填埋場防滲系統(tǒng)通常由HDPE膜、土工布、鈉基膨潤土、土工排水網、天然黏土等防滲阻隔材料構筑而成。根據項目所在地地質及污染土壤情況需要，通常還可以設置地下水導排系統(tǒng)與氣體抽排系統(tǒng)或者地面生態(tài)覆蓋系統(tǒng)。適用于重金屬、有機物及重金屬有機物復合污染土壤；不宜用于污染物水溶性強或滲透率高的污染土壤，不適用于地質活動頻繁和地下水水位較高的地區(qū)。阻隔區(qū)剖面如圖7所示。

圖7 阻隔區(qū)剖面示意Fig.7 Schematic diagram of barrier zone profile

4.2 修復技術篩查與選擇方法

修復技術篩查階段的目的是遴選可行的地塊修復技術，這些技術可稱為“備選修復技術”(Remedial Alternatives)。根據《工業(yè)企業(yè)用地環(huán)境調查評估與修復工作指南(試行)》，針對重金屬的修復技術可選用原位或異位固化/穩(wěn)定化技術、土壤淋洗技術、原位/異位化學氧化/還原技術、土壤洗脫技術、熱脫附技術、阻隔填埋技術等?？紤]到本地塊重金屬污染物為銅、鎳和鉛，原位/異位化學氧化/還原技術和熱脫附技術均不適用，并且該地塊污染土壤以粉質黏土為主。篩選出3項潛在修復技術為：水泥窯協(xié)同處置技術、固化/穩(wěn)定化技術和阻隔填埋技術。

4.3 修復技術定量評估

對通過選擇性試驗的修復技術，可進一步采用修復技術評估工具(表1)以可接受性、操作性、效率、時間、成本為指標[17-22]，來定量評估得到目標地塊實際工程切實可行的修復技術。

表1 污染地塊修復技術綜合評估階段的評分Tab.1 Scoring at the comprehensive evaluation stage of contaminated land remediation technology

評分標準：①可接受性。與污染地塊未來規(guī)劃的使用功能、社會接受程度以及其他需接受標準之間的兼容性。4分為完全可接受；3分為可接受；2分為勉強可接受；1分為局部可接受。②操作性。修復技術的可操作性、地塊設施影響以及技術是否在同類地塊應用過。4分為操作性強；3分為可操作；2分為勉強可操作；1分為局部可操作。③效率。修復技術在類似地塊的修復效率高低。4分為非常高效；3分為高效；2分為一般有效；1分為效率很低。④修復時間。所預期的修復時間。4分為短；3分為中等；2分為長；1分為非常長。⑤修復成本。所預期的總成本。4分為低；3分為中等；2分為高；1分為非常高。

根據表1評估結果，水泥窯協(xié)同處置技術、固化/穩(wěn)定化技術和阻隔填埋技術3項潛在修復技術的分值依次為18分、17分和16分。經過可接受性、操作性、效率、修復時間、修復成本等多種因素的綜合對比、考慮，確定以下備選修復技術組合。①水泥窯協(xié)同處置技術；②固化/穩(wěn)定化技術+阻隔填埋技術；③水泥窯協(xié)同處置技術+固化/穩(wěn)定化技術。

5 結語

結合地塊工程概況及地塊污染現狀，從技術、條件、成本效益等方面對可供選擇的修復技術進行了評估和論證，，本研究應用修復技術篩選矩陣，篩選出了適用于目標地塊污染地塊修復的潛在修復技術。通過可行性試驗和評分矩陣法，確定以下備選修復技術組合：①采用水泥窯協(xié)同處置技術；②采用固化/穩(wěn)定化+阻隔填埋技術；③采用水泥窯協(xié)同處置+固化/穩(wěn)定化技術。