污染场地土壤修复技术对比分析

王泓泉

（上海伊世特科技管理有限公司 上海 200001）

引言

随着我国城市化和工业化的快速发展，出现大量因工业企业搬迁而遗留的污染场地。污染场地是指因从事生产、经营、处理、贮存有毒有害物质，以及从事矿山开采等活动造成的污染危害超过人体健康或生态环境可接受风险水平的地块。我国土壤环境污染形势十分严峻，土壤受到污染后，污染物容易进入水体、大气和生物中，威胁生态环境和人体健康[1]。污染土壤修复技术的筛选是污染场地修复的重要环节，其适用性是影响场地修复效果的主要因素[2]。修复费用、能源消耗、治理效果和处理周期是污染场地修复实践中重点考虑的问题。

1 污染场地修复技术筛选

污染场地修复技术根据修复工程位置分为原位技术和异位技术，根据修复原理主要分为物理技术、化学技术、热处理技术和生物技术等[3]。污染土壤修复技术种类较多，不同修复技术的应用条件、环境需求均存在较大差异。我国多采用加权加和法（SAW）和层次分析法（AHP）等数值评分法进行污染场地修复技术筛选，有时难以区分不同修复技术之间的差别[4]。合理有效的修复技术是将污染场地中目标污染物对人体健康的风险降至可接受水平，而不是将目标污染物彻底清除[2]。如何通过成本效益分析筛选修复技术，并运用修复技术来解决污染、降低能耗和费用是场地修复成败的关键因素。本文主要对污染土壤修复技术的原理、应用、能耗、费用等进行对比分析。

2 主要土壤修复技术分析

2.1 固化/稳定化技术

固化/稳定化技术是指向污染土壤中添加固化剂/稳定剂（硅酸盐水泥、石灰等），通过物理、化学作用将土壤中的有毒有害物质固定起来，或将污染物转化成化学性质不活泼的形态，降低污染物在环境中的迁移和扩散。该技术较多应用于重金属污染土壤的快速治理，尤其是对多种重金属复合污染土壤的治理具有显著优势。

固化剂/稳定剂成分及添加量、土壤与药剂的混匀程度、污染物组成及浓度特征等因素是影响固化/稳定化修复效果的关键指标，其中药剂的成分及添加量对土壤污染物的稳定效果起关键作用，需要通过试验确定固化剂/稳定剂的配方及添加量。目前国内外应用的固化/稳定剂添加量比例大多数低于20%。某钢丝绳生产企业采用添加4%的固化/稳定剂和8%水泥、石灰（水泥∶石灰=2∶1）处理铅污染土壤，经过一段时间养护后土壤铅浓度低于修复目标值[5]。

固化/稳定化技术的处理周期根据处理土壤体积、污染物化学性质及浓度、土壤特性等因素而定。一般情况下，原位固化/稳定化处理周期为3-6个月，异位固化/稳定化每日处理量从100至1200m3不等。修复成本根据污染物类型、固化剂/稳定剂的种类及添加量、土壤污染程度等因素综合确定。原位固化/稳定化对浅层污染场地的修复费用约50-80美元/m3，对深层污染场地的修复费用约为195-330美元/m3；异位固化/稳定化对小型场处理成本约为160-245美元/m3，大型场地处理成本约为90-190美元/m3[6]。

2.2 化学氧化/还原技术

化学氧化/还原技术是指向污染土壤中添加氧化剂（Fenton试剂、过氧化氢等）或还原剂（二氧化硫、零价铁等），通过氧化或还原作用，污染物转化为无毒物质或降低污染物的毒性。该技术对苯系物、多环芳烃、有机农药等有机物污染土壤处理效果较好，一般应用于土壤和地下水同时被有机物污染的联合修复。

氧化/还原剂的添加量、污染物类型及污染程度、土壤性质等参数是影响化学氧化/还原修复效果的关键指标，其中修复药剂的添加量是影响修复效果及成本的主要因素。某特殊钢生产场地采用主要成分为过硫酸盐及专利活化的药剂与多环芳烃污染土壤搅拌、充分混合及反应后达到修复目标的要求，其中修复药剂的费用占总修复费用的40%-50%[6]。

化学氧化/还原技术的处理周期与污染物性质、污染物浓度、药剂与污染物的反应机理、污染深度及范围相关。一般而言，原位化学氧化/还原修复通常需要3-24个月，异位化学氧化/还原治理在数周至数月内可以完成。治理成本与工程规模、场地特性、污染物性质、药剂影响效果等因素相关。国外原位化学氧化/还原治理费用约为123美元/m3；异位化学氧化/还原处理成本在国内介于500-1500元/m3之间，在国外约为200-660美元/m3[6]。

2.3 热脱附技术

热脱附技术是指通过对污染土壤进行加热，将温度升高到目标污染物的沸点以上，通过控制温度和停留时间使污染物气化挥发，将污染物与土壤颗粒分离，再对气态污染物进行净化。该技术对高污染场地的机物污染土壤的修复具有明显优势。土壤特性（土壤质地、水分含量和土壤粒径分布等）和污染物特性（污染物浓度、沸点范围等）是影响热脱附技术的关键指标。

原位热脱附可以相对快速修复含氯有机物、多环芳烃等大部分有机物，特别适合高浓度、非水相的、游离的以及源头的重污染土壤区域[7]。原位热脱附在国内做规模大的项目可能造成一次性投资过高，对电力或燃气的负荷也很大，需要大量的时间和费用，应用较少[8]。异位热脱附作为一种非燃烧技术，可以避免含氯有机物处置过程中二噁英的生成，以及具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优势，广泛应用于高浓度有机物污染土壤的修复[9]。

热脱附修复周期受设备处理能力、污染土壤及污染物性质、污染土壤体积等因素影响。热脱附处理能力一般在3-160吨/小时。热脱附处置成本受治理规模、燃料类型、土壤性质和污染物性质等因素影响。国内污染土壤热脱附处置费用约为600-2000元/吨。国外对于中小型场地处理成本约为100-300美元/m3，对于大型场地处理成本约为50美元/m3[6]。

2.4 生物通风技术

生物通风技术是指通过向土壤中供给空气或氧气、营养液等措施，促进土壤中能够降解目标污染物的土著微生物或外源微生物的生长，使土壤中的污染物降解成无毒或毒性较小的物质。该技术适用于易生物降解的挥发性、半挥发性有机物污染土壤。土壤理化性质（pH值、温度、含水率等），污染物特性（可生物降解性、浓度等），土壤微生物是影响生物通风修复效果的主要因素。

原位生物通风技术结合了原位土壤气相抽提（SVE）和生物降解的特点，是生物增强式SVE技术，主要由生物通风系统、营养水分调配系统、在线监测系统组成。处置周期与微生物的可降解性相关，一般为6-24个月。处理成本与工程规模相关，在国外应用成本约为13-27美元/m3[6]。原位生物通风在我国尚处于中试阶段，缺乏修复工程应用经验。

异位生物通风技术也称为生物堆技术，主要由土壤堆体、抽气系统、营养水分调配系统、渗滤液收集处理系统、在线监测系统组成。生物堆技术的处置周期和成本一般可以通过实验室小试或现场中试进行估算，处置周期一般为1-6个月，处理成本约300-400元/m3[6]。生物堆技术在国内发展已比较成熟，其修复成本相对低廉，相关配套设施已能够成套化生产制造，并可以有效控制微生物，使它们在特定的环境条件下生存和生长[10]。

2.5 水泥窑协同处置技术

水泥窑协同处置是指将满足或经预处理后满足入窑要求的污染土壤等固体废物投入水泥回转窑，在生产水泥熟料的同时，焚烧处理污染土壤，实现废物无害化处置的过程。该技术主要利用水泥回转窑内的温度高、气体停留时间长、热容量大、热稳定性好等特点，通过焚烧处理污染土壤，将有机污染物转化为无机化合物或将重金属固定在水泥熟料中。

水泥窑协同处置周期与水泥回转窑系统配置和污染土壤添加量相关。污染土壤添加量需要根据水泥生产对进料中氯、硫等元素含量的限值要求，通过对污染土壤特性，包括碱性物质、氯、氟、硫元素含量，以及污染物特性和污染程度进行分析来确定，一般低于水泥熟料的4%。处置成本主要包括运行过程中的燃料消耗和电消耗，在国内的工程应用成本一般为800-1000元/m3[6]。水泥窑协同处置技术已入选2017年《国家先进污染防治技术目录（固体废物处理处置领域）》，可见水泥窑协同处置污染土壤等固体废物在能源利用上具有显著优势。

结语

本文从污染场地主要土壤修复技术的原理、适用介质、应用条件、能源消耗、处置周期和成本进行了基本的对比分析。固化/稳定化技术在治理重金属污染土壤、生物通风在修复易降解有机污染土壤上具有成本优势、并占有较高的应用比例，化学氧化/还原技术适合有机物污染的水土联合修复，热脱附技术和水泥窑协同处置技术适合处理高浓度有机污染土壤。应从我国经济社会发展、污染场地特征、技术储备等多方面综合考虑，选择适宜的修复技术。