原位阻隔技术在遗留污染场地治理中的应用

刘安富张修磊乔雄彪刘慧芳

(1.中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038；2.潍坊市水利建筑设计研究院有限公司,山东潍坊 261205)

0 前言

目前污染场地[1]治理模式主要有场地修复、风险管控及两者的组合。场地修复是指彻底清除场地内的污染源，消除污染源对外界环境的影响；风险管控是通过工程措施将污染对外界环境的影响控制在安全范围内，并辅以长期跟踪监测。原位处置技术是污染场地治理中应用较广泛的风险管控措施，主要应用于不宜大范围开挖的污染土壤或固废、老旧垃圾填埋场整治、尾矿库防治、煤矸石山治理等领域。本文结合实际工程案例，总结了原位阻隔技术在污染场地治理中的应用经验，以期为同类工程实施提供借鉴参考。

1 项目概况

南方某冶炼厂位于章江上游河畔，距离河岸直线距离200 m，占地面积约12 万m2，场地现状如图1 所示。该冶炼厂始建于20 世纪50 年代，于2009年废弃，采用火法冶炼工艺，主要产品为三氧化二砷、钴系产品、金锭、银锭，副产品为镍、铜等。由于冶炼工艺水平落后，环保意识薄弱，冶炼废渣在厂区内长期无组织堆弃，加之冶炼厂废弃后无人管理，雨水长期冲刷，厂区土壤及地下水受到大范围污染，严重威胁周边居民健康，影响章江下游水质安全。

图1 场地现状图

经前期场地环境调查，场地的污染包括遗留危废和第Ⅱ类一般工业固废，主要污染因子为重金属砷、镉、镍和铅。遗留危险固废方量约180 m3，主要是砷灰、烟道灰及污水池沉积多年的底泥；第Ⅱ类一般工业固废为冶炼废渣，方量约4 000 m3。污染土壤约40 万m3，主要分布在地表下1～3 m，局部深8 m，污染土壤的砷含量最高达37 800 mg/kg。

为了防控场地污染扩散，保障周边居民身体健康以及章江下游水质安全，针对该冶炼厂搬迁遗留污染场地开展治理工作十分必要紧迫。

2 项目修复目标

2.1 土壤及废渣修复目标

场地土地利用的规划为景观绿化用地，治理项目将其修复后开发为郊野公园。按照《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018) 规定，本场地属于第二类建设用地[2]。项目风险评估确定场地的目标污染物[2]为砷、镉、镍和铅。基于风险评估值并综合考虑当地社会经济环境状况、土地利用规划、施工成本及实施周期等因素，最终确定的项目修复目标见表1。

表1 污染土壤及废渣修复目标值 mg/kg

GB 36600—2018 要求当风险评估值小于筛选值时，修复目标取筛选值，但本项目是2015 年完成的技术方案，而GB 36600—2018 于2018 年才发布，不过即使如此，项目修复目标值也是符合GB 36600—2018 的规定。

2.2 危险固废处置目标

本场地遗留的危险固废采用专用危废吨袋打包后在场地内安全暂存，防渗标准参照《危险废物贮存污染控制标准》(GB 18597—2001)[3]执行，待赣州市危废中心建成后再外运进行安全处置。

2.3 地下水控制目标

地下水污染源于地表污染废渣和土壤[4]，根据环保规范处置污染废渣和土壤，隔离地下水与污染废渣和土壤的水力联系，间接控制和减轻地下水污染，并开展长期监测，实时预警。

2.4 场地生态恢复目标

按照土地利用规划，本场地为景观绿化用地，本项目将其修复后开发为郊野公园，重构生态景观，美化环境防治水土流失的同时，也娱乐周边居民。

3 项目技术路线

本项目技术路线的选取以场地调查和风险评估结果为基础，以实现修复目标为宗旨，本着“无害化、减量化、资源化”的基本原则，结合污染场地特征条件、目标污染物污染状况和迁移特性，并综合考虑场地空间、实施周期、施工成本等因素。

经方案比选(表2)，最终确定方案3——场地内原位封存阻隔为项目总体技术路线，其技术流程如图2 所示，典型工程做法如图3 所示。该技术路线的核心是垂直隔离墙的底部要进入相对不透水层，形成垂向防渗，顶部则规范化封场，形成水平防渗，将污染土壤与外界环境隔离，最终实现污染场地管控目的。

图2 原位封存阻隔工艺技术流程图

图3 原位封存阻隔工程典型做法

表2 总体技术路线方案比选

4 工程技术方案

4.1 水文地质概况

4.1.1 地形地貌

冶炼厂主厂区建在走向约70°的山梁上，山梁南侧与北侧均为沟谷，东侧(下部)宽大，西侧(上部)狭小；山梁自然坡度为15°～20°，山梁至两侧沟谷自然坡度为25°～30°，两侧沟谷均为U 型谷，坡降度不大；山梁最低高程处与东侧章江的平均高差为10 m。

4.1.2 地表水

地表水的补给方式主要为大气降水，雨季时雨水沿着场地两侧山沟向东汇入章江。

4.1.3 地下水

地下水主要为第四系松散岩类的孔隙水及基岩裂隙水，岩层本身不富水，主要靠大气降水及地表水入渗补给。

4.1.4 垂直防渗墙轴线下卧岩土层渗透性

垂直防渗墙轴线下卧岩土层渗透性见表3。

表3 垂直防渗墙走向轴线下卧岩土层渗透性

4.2 环保隔离区范围

环保隔离区范围的确定主要考虑以下几点：1)隔离区应覆盖大部分被污染的土壤，特别是重度、中度污染土壤；2)隔离区内能够形成一定的库容，用以堆存隔离区外开挖的污染物；3)不影响南侧沟谷的行洪要求；4)便于施工。

结合以上几点，综合考虑场地调查报告中污染土壤的空间分布情况，以砷的污染分布范围确定隔离区边界(图4)，最终确定的环保隔离区面积为42 455 m2，周长为852 m，可直接封存污染土壤约30 万m3，占污染土壤总方量的3/4，最大限度地减少污染土壤开挖，防控二次污染扩散，节省工程投资。

图4 生态隔离区边界范围

4.3 垂直防渗系统

垂直防渗系统应综合考虑场地水文、工程地质等条件，利用场地下方的不透水或弱透水层和相对独立的水文地质单元等条件，在场地四周或上游使用防渗、防污性能良好的材料施工，形成垂向的帷幕或墙体将污染源封闭，使污染源与外界环境隔离，以阻止污染物进入周围土壤和水体，并防止地下水和地表水进入场地内，从而达到控制污染物扩散的效果[5]。

本项目下伏岩土层的渗透系数基本在10-4～10-5cm/s 量级，岩土层属于弱透水岩层，不具备形成含水层的条件，为本项目采用垂直隔离技术控制污染源扩散提供了有利条件。综合考虑墙体渗透性要求、地层岩土性质、施工成本等因素，经方案比选(表4)，垂直防渗墙采用“塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆”方案，设计结构如图5 所示。其中塑性混凝土防渗墙平均深度为10 m，底部进入相对不透水层的深度不小于2 m[6]；帷幕灌浆深度为5 m，可进一步降低相对不透水层的渗透性。此外，为了避免地下水外溢，在隔离区下游垂直防渗墙内侧设置3 口渗滤液抽提井，其底部通过排渗盲沟相连通，在抽提井内设置液位泵。当隔离区内部水位高于外部水位时，即启动抽提井液位泵降低隔离区的内部水位，始终保持内部水位低于外部水位。

图5 “塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆”设计结构图

表4 垂直防渗墙结构形式方案比选

塑性混泥土防渗墙的设计厚度为60 cm，材料配比为水泥∶砂子∶石子∶粘土∶膨润土∶水=135 ∶640∶920∶145∶70∶280，施工前应进行验证试验，要求成墙渗透系数达到10-7cm/s 数量级，密度达19～21 kN/m3，弹模值在200～1 000 MPa，28 d 抗压强度大于2 MPa。

4.4 封场系统

场地拆除产生的建筑垃圾、稳定化处理后的重度污染土壤，以及隔离区外部的中、轻度污染土壤合计约18 万m3，全部运往隔离区填埋，然后进行规范化封场[7]，封场结构如图6 所示。隔离区外围开挖造成的基坑回填洁净土覆盖。

图6 封场结构图

5 治理效果

目前项目已于2019 年完工，工程建设投资约5 000 万元，地下水监测结果表明场地污染得到了有效控制。修复后的场地被建设为郊野公园(图7)，恢复植被在防止水土流失的同时，重构生态景观，美化周边环境，娱乐周边居民。

图7 郊野公园效果图

6 结论

原位阻隔技术在污染场地治理修复中应用广泛，本文结合实际工程案例，总结了相关应用经验，主要得到以下结论：

1)场地修复目标的确定应以风险评估结论为基础，并综合考虑土地利用规划、修复时间、修复成本等因素。

2)生态阻隔区的划定应尽可能封存控制绝大部分污染土壤，减小污染土壤开挖量，防控开挖过程中二次污染。

3)垂直防渗墙结构形式应综合考虑墙体渗透性要求、地层岩土性质、施工成本、作业空间等因素综合确定。垂直防渗墙作为环保工程地下水污染防控系统核心措施时，墙体渗透系数应达到10-7cm/s数量级，可以同步采取地下水抽提措施进一步加强防控效果。垂直防渗墙底部进入相对不透水层的深度应通过渗流计算确定，一般建议不小于2 m，可以通过帷幕灌浆方式进一步降低相对不透水层的渗透性。

4)利用封场后的场地进行景观公园开发利用时，要确保防渗结构层的安全而不被破坏。