1、江苏无锡某钢铁集团退役场地污染土壤修复技术浅析Soildocter 2012根据江苏无锡某钢铁集团退役污染场地未来土地利用方式，结合场地污染的源特征、潜在敏感受体以及污染物对敏感受体的暴露途径，构建了该场地的暴露概念模型，以致癌风险值为10-6 为标准，推算了48 种污染物（挥发性有机污染物6 种、半挥发性有机污染物33 种以及重金属类污染物9 种）的土壤与地下水筛选值，筛选出该场地具有潜在风险的关注污染物，对锡钢场地完成初步风险评估。据此更新场地概念模型，以致癌风险值为10-5 为标准，根据场地特定参数以推算出具有潜在风险的关注污染物在01 m ，12 m 和24 m 层位相应的修复目标值，
2、进而筛选出不同深度土层超过修复目标值的污染物；同时计算超标的单种污染物在单点多暴露途径的累加致癌风险或危害商，并以10-610-5、10-5 10-4、10-4划分低、中和高致癌风险和以15 、510、10 划分低、中和高非致癌危害商的级别，对污染物的风险或危害性进行了评价；初步估算了土壤修复土方量以及存在中、高致癌风险和高危害商的污染区域作为后期制定污染修复治理方案的参考基础。此外，项目组还根据国内外地表水质量标准、地下水质量标准、饮用水卫生标准等资料，确定了水环境最大浓度限值标准。1.1 某场地土壤（基于保护人体健康）01 m 的土壤中，二苯并呋喃、咔唑、苯并（a ）蒽、苯并（ b）荧蒽、
3、苯并（a）芘、茚并（ 1,2,3-cd）芘、二苯并（a,h）蒽、总铬、总镍、总铅、总砷总计11 种污染物均存在不同点位检测浓度超过相应污染物修复目标值的情况。其中，致癌污染物苯并（a ）芘在 S-1 点位超标比较严重，其浓度是土壤修复目标值的86.67 倍，其它污染物的超标倍数均小于9 倍，污染程度略轻。经计算，01 m需要修复的土方量为38232 m3。鉴于01m 存在苯并（a）芘的中、高致癌风险区域和总砷的高危害商区域，因此应对二者的污染区域进行重点修复，土方量约为11973 m3。12 m 的土壤中，萘和双（2-氯异丙基）醚污染物均存在不同点位检测浓度超过相应污染物的修复目标值的情况，但
4、污染较轻，没有高风险或高危害商区域，污染物的超标倍数均小于10 倍。经计算，12 m 需要修复的土方量为30223 m3，可作为一般修复区域。24 m 的土壤中，萘污染物在S-18 点位检测浓度超过其修复目标值，超标倍数为2.18 倍，危害商级别为低级。经计算，24 m 的土层需要修复的土方量为628 m3，可作为一般修复区域。1.2 某场地地下水（基于保护水环境）经过筛选值筛选后的污染物检出结果与修复目标比较后发现：居住用地类型地下水样品基于保护水环境有1 种污染物铅超标，超标点位有4 个，最大超标浓度点GW-5 和GW-6，其浓度是修复目标值的1.74 倍。鉴于四个点位浓度超过修复目标值不
5、高，建议可将地下水不作为优先考虑修复的对象。1.3 某场地地下水（基于保护人体健康）经过筛选值筛选后的污染物检出结果与修复目标比较后发现：锡钢场地地下水样品基于保护人体健康无污染物超标，未发现潜在风险。2 场地修复方案制定原则2.1 修复方案目标和内容制定场地修复计划的目标，是根据场地的详细调查结果，尤其是针对污染区域的污染现状及其水文地质特征的调查，对各种可能的污染修复方案的可行性和经济性进行分析和比较，以确定合适的受污染土壤和地下水的场地修复方案。修复目标主要基于以下标准提出：确保锡钢场地的二次开发为居住用地等顺利进行；确保人体健康并保证环境无害性；从可持续发展角度尽量减小对周围环境的影响
6、；确保修复方案切合实际，具有经济性和时效性。场地修复计划的内容包括：提出若干种合适场地情况的修复方案；概要比较和评价各种修复方案的优点和缺点；估算各种修复方案的大致费用；根据评价结果提出最经济合理的场地修复方案。注意事项：尽量避免直接接触场地内对人体健康有风险的污染物；尽量减少释放到地下水的污染物；控制有害气体释放；尽量减少对场地上未来种植植物的影响。2.2 修复方案手段制定修复方案主要从技术性、逻辑性和经费三方面考虑。对于不可接受风险的可用修复选项需要包括：控制（移除、降解、转化或固定）污染源；阻断暴露途径；避免接触受体或修正受体行为。由于锡钢场地未来的用地方式以居住用地类型为主，项目组主要
7、从控制污染源和阻断暴露途径方面考虑设计修复方案。污染源控制包括移除、降解、固定或转化；阻断暴露途径包括阻隔、破坏或移除等手段。2.3 土壤修复技术筛选条件治理技术路线的确定需要综合考虑场地现状、委托业主要求、开发计划、治理成本以及治理技术成熟可靠等因素，需要对不同性质的土壤进行实验，确定治理工艺和参数，以达到污染场地的治理目标。在治理技术的筛选方面必须考虑以下原则：（1） 治理技术需满足业主要求为减少对附近居民的惊扰，业主希望治理施工过程中，污染场地内的土壤不外运，尽量少挖掘。也就是说，治理技术需选择在原地进行的治理方法。（2） 治理技术需要成熟可靠目前，国内外有多种污染场地治理技术，有些技术
8、已经成熟，有些还处于研究阶段。为了保证该场地的治理顺利完成，本方案设计采用成熟可靠的治理技术，避免采用处于研究初期的技术。（3） 治理时间需要合理为尽快完成该地块土壤的治理，在配合该地块施工进度的前提下，降低治理过程中潜在的环境风险，选择治理时间短的治理技术。（4） 治理费用需要经济合理制定方案将结合场地中的污染物特性，选择经济可行的治理技术，既满足治理要求，又尽量削减治理费用。（5） 减少对周边环境影响治理工程实施过程中要严格控制污染物对周围环境的影响，做好工程实施过程中的各项环境保护措施，如防尘、防噪声、防二次污染、防臭味等，将对周围居民的影响降到最低。各种污染物排放必须符合国家相关标准。
9、（6） 治理结果达到预期目标污染场地治理的最终目标是场地必须满足今后的土地规划标准，确保环境安全及居民健康。2.4 锡钢场地环境风险总结根据多层次健康风险评估结论，锡钢场地主要存在土壤有机污染和重金属污染，污染物主要位于于02 m 深度的土层中，其中场地的东南侧区域S-2 号单点和东北方向S-68 号单点主要以半挥发性有机污染物二苯并呋喃、咔唑、苯并（a）蒽、苯并（b）荧蒽 、苯并（a）芘、茚并（1,2,3-cd）芘、 二苯并（a,h）蒽、萘和双（2- 氯异丙基）醚为主，场地西北方向S-72 号点和西南侧S-44 点以重金属总铬、总铅、总镍、总砷为主。半挥发性污染物的主要暴露途径为经口摄入和吸
10、入土壤挥发至室内蒸气；重金属的暴露途径主要是通过经口摄入和吸入土壤挥发至室内颗粒物途径暴露到敏感受体，对污染源-暴露途径-受体三者关系的描述。根据各土层的污染范围估算修复土方量，01 m 土壤的修复土方量为38232m3，12 m 土壤的修复土方量为30223 m3，24 m 土壤的修复土方量为628 m3，该场地的修复土方量合计69083 m3。其中0-1m 土层中苯并（a）芘的中、高致癌风险区域和总砷的高危害商区域应视为为重点修复区域，土方量约为11973m3，其他区域污染物均不存在高风险区域，可视为一般修复区域。3、污染土壤处置技术筛选3.1 水泥窑焚烧工艺3.1.1 工艺简介焚烧是利用
11、高温、热氧化作用通过燃烧来处理危险废物的一种技术，是一种剧烈的氧化反应，常伴有光与热的现象，是一项可以显著减少废物的体积、降低废物毒性或危害的处理工艺。根据现场污染土壤的实际检测值，高浓度高污染的污染土壤可采用水泥窑焚烧法处理工艺，焚烧条件及焚烧炉渣、飞灰、烟气符合危险废物焚烧污染控制标准（GB18484-2001）。由于无锡锡钢场地附近无水泥窑或回转窑砖厂等有利配套设施，所以所需焚烧的高污染土壤需通过专门的运输车辆运至处置场所，将产生一定的运输费用。现场挖掘、运输等作业严格按照国家及地方有关固体废物和危险废物管理的法律法规、规章及技术规范进行，并按规定向环保部门进行报告。优点：焚烧是一种处理
12、有机污染物的成熟技术，可以显著减少废物体积，使污染物完全破坏，处理时间短。缺点：费用较高、需要进行排放控制，适用于不能再循环利用或无法安全填埋的有机类具有较高热值的废物。3.1.2 技术应用情况焚烧技术可以用来修复危险废物或难降解有机物污染的土壤，特别是受到氯化烃类、多氯联苯类以及二恶英污染的土壤。3.1.3 技术可行性分析锡钢项目场地内污染土壤的主要污染物为难降解的多环芳烃，可以采用焚烧技术对其进行处置。但焚烧处置费用较高，且锡钢附近无水泥窑可以使用，如运到外地水泥窑，运输过程中的环境风险太大，不建议采用该技术。3.2 热脱附3.2.1 热脱附技术介绍热脱附是用直接或间接的热交换加热土壤中有
13、机污染物到足够高的温度，使其蒸发并与土壤相分离的过程。热脱附器中的热量传递媒介为空气、燃烧气、惰性气体，热脱附系统是加热使土壤中有机污染物从固相变成气相的物理过程。热脱附系统根据加热传递方式不同可以分为直接接触（燃烧）和间接接触（燃烧）热脱附；根据进料方式不同又可分为连续进料和间歇进料热脱附；根据热脱附系统的处置温度范围不同又可分为高温和低温热脱附。根据处理和修复对象的性能不同，所采用的热脱附系统也具有很大的不同，但总的来说所有热脱附系统，其工艺基本包括两个过程：一是加热污染物料，蒸发有机污染物；二是有效处理尾气，阻止污染物的排放(气、水、固)。优点：该方法工艺简单，具有污染物处理范围宽、设备
14、可移动、修复后土壤可再利用等优点，特别对PCBs 这类含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二恶英生成。缺点：能耗大，处理费用高，且只适用于易挥发的污染物。3.2.2 技术应用情况USEPA 在超级基金污染土壤修复中，有59 个点采用此技术。此外，利用热脱附技术处理有机污染物也在我国浙江地区得到试点和运用。3.2.3 技术可行性分析热脱附技术在处理包括挥发性有机物（VOCs）、半挥发性有机物 (SVOCs)、高沸点和氯代有机物如多氯联苯（PCBs）、二恶英等有机污染物时是有效的，它可用于处理土壤、泥浆、沉淀物、滤饼等物料的污染处理。但该技术处置费用较高，处置速度受设备规模限制，目前国内现
15、有的热脱附设备规模均较小，处理大批量土壤所需时间较长。业主可能考虑到修复成本与修复周期问题。3.3 化学氧化3.3.1 化学氧化技术介绍化学氧化技术主要是往土壤中掺入化学氧化剂，使污染物降解或转化为低毒、低移动性产物的一项修复技术。原位化学氧化技术不需要将污染土壤全部挖掘出来，而只是在污染区的不同深度钻井，将氧化剂注人土壤中，通过氧化剂与污染物的混合、反应使污染物降解或导致形态的变化。最常用的氧化剂是高锰酸盐、过硫酸盐、Fenton 试剂和O3 等。也可以将污染土壤挖掘出来进行异位化学氧化处理。优点：，修复周期短，操作简单，适应范围广。缺点：费用高，易产生二次污染，破坏土壤及微生物结构。3.3
16、.2 技术应用情况化学氧化技术主要用来修复被油类、有机溶剂、多环芳烃、农药以及非水溶性氯化物污染的土壤。通常这些污染物在污染土壤中长期存在，很难被生物所降解，而氧化修复技术可以对这些污染物起到降解脱毒的效果。3.3.3 技术可行性分析化学氧化技术可以用来处理该厂区内污染土壤。但现场土质以粉质砂壤土为主，采用原位化学氧化，药剂在土壤中扩散速度慢，处置时间较长，因此不建议单独采用化学氧化技术处置本场地污染土壤。3.4 安全填埋3.4.1 安全填埋介绍这不是一种处理方法，污染物被重新放置在相对安全的场所，在那里转移到周围生态系统的污染物被削减。将污染物挖出并运输至允许的危险废物填埋场处置。填埋场铺设
17、了特殊的衬垫以防渗透和污染转移，另外装有监测系统以保证系统的完整性。异地安全填埋处置适用于包括有机污染物在内的所有污染物。优点：污染物能在短期内得到去除、技术要求不高且公众的可接受程度高。缺点：国内安全填埋场较少；污染物没有处理，而只是简单地从一处转移到另一处；来自填埋场的污染物转移的潜在可能性存在（如果监测和控制不当）；需要对填埋场进行长期的监测。3.4.2 技术应用情况这种技术性价比好，在中国已得到采用。此方案所需的附加资料是TCLP（浸出过程的毒理特性），或者根据污染物的浓度，做浸出毒理特性等同试验验。3.4.3 技术可行性分析鉴于本场地的实际情况，其污染土壤不宜采用安全填埋进行处理。3
18、.5 生物通风技术3.5.1 生物通风介绍生物通风法是一种利用微生物降解吸附在不饱和土层土壤上的有机污染物原位修复技术，是一种采用强迫氧化降解恢复土壤功能的方法。处理的时间一般为6个月到2年，治理费用较低，所以在小分子石油组分及原油中重组分污染的场地修复中运用得较多。修复工程开展时在污染区域的边缘向不饱和层打通气井，然后安装鼓风机将空气强行排入土壤中，同时用真空泵使井内形成负压，让空气进入预定区域，再在处理地面上加一层不透气覆盖物，通气的时候一般采用相对较低的空气速率，以使气体在土壤中的停留时间增长，并采用生物刺激的方法不断通过渗透作用或通过水分通道添加营养物质，促进微生物降解有机污染物。此外
19、生物通风技术还可以通过通热风、添加营养物质以及添加高效降解菌等工程措施进行强化。3.5.2 技术应用情况生物通风技术首次应用于1988 年美国犹他州的空军基地，处理约90 t航空燃料油的泄露污染，修复的过程中意外发现现场微生物具有很强的降解活性，有l5 % - 20 %的污染物的去除是由微生物降解完成，随后采用提高土壤温度（9 % -12 %）、增加营养元素等促进微生物降解措施后，微生物降解贡献率上升至40 %，修复完成后土壤中石油烃质量比由10000 mg/kg 降低到6 mg/kg；BREEDVELD等在实验室土柱以及现场规模下研究了加入营养物对生物通风的影响，证实了添加营养物对生物降解的
20、促进作用；BULMAN 等利用生物通风技术修复对一个柴油污染基地进行了修复，通风操作6 个月，污染物浓度减少了10 % - 30 %，同时去除深度达3 m，之后在通风中采用生物刺激手段，后面 6个月中，又有30 % 的污染物被去除，去除深度达到了3.5 m。3.5.3 技术可行性分析生物通风技术适用于处理石油产品中轻组分和重组分对土壤的污染，高效且处理费用低，抽提过程中尾气的处理成本也可以大大降低。但该技术的通风期较长至少半年以上，业主需考虑该项目场地的治理周期。3.6 异位稳定化/固化技术3.6.1 异位稳定化/固化技术介绍稳定化/固化技术是最早用于危险废物处置的，在污染场地修复方面主要用于
21、受重金属污染的土壤。稳定化/固化技术通过将污染土壤和硫化物、亚铁盐等还原剂及粉煤灰、水泥、石灰、石膏等稳定化/固化药剂混合，通过化学还原和重金属络合等作用将重金属稳定或固定在混合体内，降低重金属的释放，达到污染土壤的无害化处理。稳定化/固化技术包括稳定化和固化两个过程。稳定化：将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。可分为物理稳定化和化学稳定化。物理稳定化是将污染土壤与一种疏松物料混合生成一种粗颗粒、坚实度的固体，污染物被物理性捕获到固体物的矩阵中。化学稳定化是通过化学反应改变有毒物质的化学形态和降低有害物质的溶解性和反应活性，使之在稳定的晶格内固定不动。在实际操作中，物
22、理稳定化和化学稳定化会同时发生。固化：在污染土壤中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。固化剂可以是一种也可以是多种。固化可以看作一种特定的稳定化过程，可以理解为稳定化的一个部分。无论是稳定化还是固化，其目的都是减小污染物的毒性和可迁移性，同时改善被处理对象的工程性质。通过该技术处理后的固化物进行回填或进行安全填埋。优点：技术成熟，操作简单、安全，排放少，处置成本较低。缺点：不破坏、不减少土壤中的污染物，被固定的污染物有可能重新释放出来。3.6.2 技术应用情况国外采用稳定化/固化处置技术修复污染场地的工程应用案例很多，该技术也是美国超级基金修复场地最常用的五种处理方法之一，
23、自1982 年以来，采用该技术已经修复了160 多处场地。国内也有采用稳定化/固化技术作为重金属污染土壤的修复技术。3.6.3 技术可行性分析无锡锡钢场地的重金属污染为中度、轻度污染适合采用稳定化/固化处置技术。3.7 原位生物稳定化/固化技术3.7.1 技术原理原位生物稳定化/固化治理的工艺原理是在一定pH 的范围内，加入化学还原剂之后在地下水中加入有机碳类营养剂，促进微生物大量生长，大量生长的微生物将可以吸收重金属离子，并形成菌团紧紧附着在土壤上。在微生物的生长晚期，通过内源呼吸消耗掉菌团的能量，最后形成稳定的生物沉淀。原位生物稳定化/固化处置设备由注射井、药剂存储设备、药剂注射设备以及链
24、接管道组成。原位生物稳定化/固化包括三个阶段，详述如下：(1) 确定水力半径后，在现场等比例设置注射井。(2) 抽出受污染的地下水并注射还原药剂，按照前期试验基础，结合在现场对注射井内的地下水进行的本底数据的调查，确定注射药剂的浓度、数量、频次和注射速度。(3) 完成药剂注射后拆除大部分注射井（约占全部注射井的三分之二），剩余的注射井在一年后，根据固化效果决定拆除与否。(4) 如果某些区域的水力传导效果不好，可考虑用大口径注射井，或者设置注射暗渠、地下水平管等来加大药剂扩散速度。(5) 根据采样数据，决定营养药剂注射时间。在处置达标的区域可逐步拆除注射井。优点：技术成熟，操作简单、安全，排放少
25、，适用于重金属重度污染以及不宜拆迁和挖掘的场地修复。缺点：比异位固化过程困难，成本相对也高3.7.2 技术应用情况由于许多污染物过程相互复合作用的长期效应尚未有现场实际经验可以参考，污染物埋藏深度会影响、限制一些具体的应用过程，必须控制好粘结剂的注射和混合过程，防止污染物扩散进入清洁土壤，与水的接触或者结冰/解冻循环过程会降低污染物的固定化效果。3.7.3 技术可行性分析无锡锡钢场地的重金属污染为中度、轻度污染，且该场地急需进行转让和开发，不适合原位修复。因此，本场地修复项目不适宜生物稳定化/固化技术。3.8 土壤淋洗技术3.8.1 技术简介土壤淋洗是用淋洗液(清水或含有能提高重金属可溶性的试
26、剂溶液)来淋洗污染土壤，把土壤固相中的重金属转移到土壤液相。将挖掘出的地表土经过初期筛选去除表面残渣，分散大块土后，与某种提取剂充分混合，经过第二步筛选分离后，用水淋洗除去残留的提取剂，处理后“干净” 的土壤可归还原位被再利用，富含重金属的废水进一步处理可回收重金属和提取剂。用来提取土壤重金属的提取剂很多，包括有机或无机酸、碱、盐和螯合剂，其中主要有硝酸、盐酸、磷酸、硫酸、氢氧化钠、草酸、柠檬酸、EDTA和DTPA等。土壤淋洗法按处理土壤的位置可以分为原位土壤淋洗和异位土壤淋洗。原位土壤淋洗通过注射井等向土壤施加淋洗剂, 使其向下渗透,穿过污染物并与之相互作用。在此过程中,淋洗剂从土壤中去除污
27、染物,并与污染物结合,通过解吸、溶解或络合等作用,最终形成可迁移态化合物。含有污染物的溶液可以用提取井等方式收集、存储,再进一步处理,以再次用于处理被污染的土壤。从污染土壤性质来看,该方法适用于多孔隙、易渗透的土壤；从污染物性质来看,该方法适用于重金属、具有低辛烷/水分配系数的有机化合物、羟基类化合物、低分子量醇类和羟基酸类等污染物。原位土壤淋洗系统主要由三个部分组成: ( 1) 向土壤施加淋洗剂的设备； ( 2) 下层淋出液收集系统； ( 3) 淋出液处理系统。同时, 有必要把污染区域封闭起来, 通常采用物理屏障或分割技术。异位土壤淋洗指把污染土壤挖出来，然后用淋洗剂来清洗、去除污染物,再处
28、理含有污染物的淋出液,然后将洁净的土壤回填或运到其他地点。通常先根据处理土壤的物理状况，将其分成不同的部分,然后根据二次利用的用途和最终处理需求，采用不同的方法将这些部分清洁到不同程度。在固液分离过程及淋出液的处理过程中，污染物或被降解破坏，或被分离，最后将处理后的清洁土壤转移到恰当位置。优点: 1) 可去除大部分污染物，如半挥发性有机物、多环芳烃 (PAHs)、重金属、氰化物及放射性污染物等；2) 操作灵活,可原位进行也可异位处理，异位修复又可进行原位修复(on site remediation) 或离场修复 (off site remediation)；3) 应用灵活，可单独应用，也可作为
29、其他修复方法的前期处理技术；4) 修复效果稳定、彻底，周期短，效率高。缺点:对质地比较粘重、渗透性比较差的土壤修复效果相对较差；目前去除效率较高的淋洗剂价格都比较昂贵，难以用于大面积的实际修复；洗脱废液的回收处理问题；淋洗剂在土壤中的残留可能造成的土壤和地下水的二次污染问题。3.8.2 技术应用情况在使用淋洗修复技术前,应充分了解土壤性状、主要污染物等基本情况,针对不同的污染物选用不同的淋洗剂和淋洗方法,进行可处理性实验,才能取得最佳的淋洗效果,并尽量减少对土壤理化性状和微生物群落结构的破坏。无锡柠檬酸厂土壤修复项目采用了异位土壤淋洗技术。3.8.3 技术可行性分析土壤淋洗技术适用于砂土土质，无锡土质主要为粉砂质壤土。因此，该技
