某地块重金属污染土壤范围划定及其修复技术筛选

于德义

（上海出岫环境科技工程有限公司，上海 200000）

随着我国工业化、城镇化进程不断加快及产业结构调整的深入推进，大量工业企业被关停并转、破产或搬迁，腾出不少遗留场地，这些场地往往涉及严重的土壤污染问题，不仅使环境受到破坏，更造成土质的大幅度降低。因此，污染土壤引起的环境问题亟待解决。

1 场地污染特征

本文通过对某地块进行调查，根据初步调查及详细调查监测点位的土壤样品，发现砷的检出值为5.48～27.2 mg/kg，其中9个土壤样品中重金属砷的检测结果超过了《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）[2]中水田风险筛选值20 mg/kg（pH＞7.5）、《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）[3]中一类敏感用地筛选值20 mg/kg。

2 场地修复范围与理论修复方量

2.1 计算原则

场地修复范围框定和方量计算过程遵循以下原则。

2.1.1 基于风险的原则

按照人体健康风险评估的方法，以受污染场地影响最大的人群致癌风险目标值确定风险控制值；

2.1.2 便于施工的原则

污染超标区域地块形状不规则，在不遗漏超标地块的前提下，对修复区域规整化，截弯取直，以便现场施工。

2.2 场地清理目标值

基于初步估算的风险控制值，本文综合考虑了场地规划用地性质及评估使用的土壤标准值等因素，最终确定了场地土壤砷的清理（清挖）目标值，具体详见表1。

表1 土壤中关注污染物修复目标值 单位：mg/kg

2.3 修复范围划定

场地需要进行风险控制的污染土壤分布在0～3.5 m，超风险因子为重金属砷。泰森多边形是对空间平面的一种剖分，其特点是多边形内的任何位置离该多边形的样点距离最近，离相邻多边形内样点的距离远，且每个多边形内含且仅包含一个样点。由于泰森多边形在空间剖分上的等分性特征，因此可用于解决最近点、最小封闭圆等问题，以及许多空间分析问题，如邻接、接近度和可达性分析等。当前泰森多边形法广泛用于降雨量计算、污染场地范围划定等[5]。

表层土壤超标样品（采样深度为0～0.5 m）所在区域的修复起始埋深为0 m，修复结束埋深为1.0 m，修复厚度为1.0 m；采样深度为1 m的超标样品所在区域的土壤修复起始埋深为1.0 m，修复结束埋深为2.0 m，修复厚度为1.0 m，此深度下XS2-1、XS4-1超标点位与表层土壤样品重合，故在计算方量时土壤修复起始埋深为1.0 m，修复结束埋深为2.0 m；采样深度为2.5 m的超标样品所在区域的土壤修复起始埋深为1.0 m，修复结束埋深为3.5 m，修复厚度为1.0 m。

经计算得知，需修复土壤理论方量约为3 260.40 m3。考虑到上述划定的修复区域为泰森多边形法计算得出，可能会与实际污染情况有一定偏差，因此在实际修复过程中，需要针对开挖完成后的基坑以及侧壁土壤进行采样检测，以确保该基坑污染土壤已全部挖掘转运。土壤的修复范围划定见图1所示。

图1 土壤修复范围

3 污染场地修复技术筛选

3.1 场地修复模式

3.1.1 原位修复技术

原位修复技术是指无需对场地内污染土壤进行转运，通常采用微生物处理方法或者使用化学氧化方法对场地内土壤中的污染物进行处理，或是在污染区域使用物理方法进行隔离工程处理。原位修复技术的优点是修复作业在污染区域内完成，可有效避免污染处理过程中可能造成的二次污染。

3.1.2 原地异位修复技术

原地异位修复技术是指先将场地内部分非作业区进行阻隔硬化处理，随后将场地内的污染土壤清挖转运至非作业区进行技术处理，并最大程度有效利用场地内资源。该种修复方式主要是在场地范围内完成操作，因此可以有效避免在转移污染土壤过程中可能造成的二次污染。

3.1.3 异位修复技术

异位修复技术是指将场地内污染土壤进行清挖后，转运至场地外其他区域进行污染土壤的修复。异位修复技术与原位修复和原地异位修复两种修复方式相比不同之处在于，在对污染土壤进行清挖、转运、异位暂存和处置的过程中，容易造成二次污染，必须对全过程进行严格监督，该技术对管理的要求较高。

本文结合本场地污染特征及开发要求，推荐采用原地异位修复的修复模式，将被污染土壤挖掘清理后，在场地内完成修复。

3.2 土壤修复技术简介

土壤修复技术是指通过多种技术对含有污染物的土壤采用一定的技术手段进行修复，从而提高土壤的净化力。在修复过程中，场地内污染物的种类及存在形式对于修复技术的选择起着重要的决定性作用。目前国际上常见的重金属污染土壤修复技术如表2所示。

表2 不同修复技术可处理污染物类型

3.2.1 焚烧技术

焚烧技术主要结合传统水泥窑或多孔砖窑，将污染土壤在焚烧炉或窑中高温焚烧，使高分子有机物分解成二氧化碳和水。该技术在重金属污染土壤治理初期应用较多。但近几年由于水泥厂和砖厂的调整和外迁，污染土壤运输受到限制，若新建焚烧炉，则一方面受相关环保政策的限制，另一方面由于其能耗较高，导致其应用受到局限。

3.2.2 固化/稳定化技术

固化/稳定化技术分为两种类型，即固化与稳定化两类。其中，稳定化技术主要是对污染物的有效性进行处理，通过使用稳定化药剂，将污染物转化为不易被其他物质溶解的物质并以降低其转移能力或毒性的方式来实现无害化，从而降低污染对生态系统的危害。固化技术主要是通过使用固化药剂，将污染物锁于缝隙狭小或不透水的材料中，限制污染物的转移，从而减少污染物与溶液的接触面，进而降低土壤污染对环境造成的危害。

固化/稳定化技术可分为原位修复或异位修复两种形式，工艺流程为将固化/稳定化药剂与预处理后的污染土壤充分搅拌与养护，通过一系列物理化学反应过程，最终将污染介质中的污染物长期稳定化于低溶出的形态，甚至固定在原始矿石结构中。相关人员一般根据修复场地的操作空间，污染物土壤深度以及固化/稳定化药剂类型等来选择采用原位还是异位技术。

3.2.3 植物修复技术

植物修复技术可分为原位植物修复技术和异位植物修复技术，主要是通过植物的络合与区域化作用将重金属离子吸收进植物体内，并应用体内的相关物质降低重金属离子的毒性，从而减少其对场地环境的污染。该技术具有成本低、不易引起二次污染等优点[6]。针对本场地，本文建议进行原位植物修复，原位修复主要针对河道底泥疏浚，可选用生物量较大、适应性较强且对镉有耐受性的陆生植物。根据植物的生物量、栽培条件、生长环境等因素，本场地采用东南景天或者本地优选植物作为修复植物，修复周期主要参照植物的生长周期（商陆一般在2月播种，花期为6～8月；东南景天在早春播种，花期为4～5月，果期为6～8月），初步设置一年，实际修复工程可根据修复情况延长修复周期。工作人员需每个月对土壤及植物进行采样分析。

3.2.4 异位土壤洗脱技术

该技术也称土壤淋洗技术，是指应用淋洗设备将场地介质中的污染物与淋洗液充分混合，并通过淋洗液的解吸、螯合、溶解等化学作用，使污染物与土壤颗粒分离。土壤淋洗可分为3个步骤：首先是利用药剂投加设备将淋洗液加入到滚筒中，其次是收集淋洗出来的废液，最后将废液通过污水处理设备进行处置，验收合格后回用。目前常用的淋洗剂主要有无机溶剂、螯合剂、表面活性剂。

3.3 修复技术的选择及可行性评估

根据场地污染特征和场地内的水文地质条件，本文针对初步选择的4种修复技术在技术成熟度、修复时间、成本、效果等方面进行综合比选，具体的比选与评估过程见表3。

表3 修复技术的比选与评估

从修复时间来看，固化/稳定化技术和焚烧技术两种方式用时较短，可用于场地的修复；从成本来看，固化/稳定化技术、化学氧化/还原技术、土耕法和生物堆四种方式成本较低；从修复效果来看，以上的几种方法修复目标达成度均处于较高水平，而固化/稳定化技术和化学氧化/还原技术相对于其他技术实用性更强。考虑到固化/稳定化技术仅改变污染物的状态，不能彻底减少污染物含量，因此本场地针对污染浓度低的土壤采用翻耕后植物修复技术，污染浓度高的土壤淋洗后再进行肥力恢复。

由表3可知，重金属固化/稳定化修复技术虽然成本较低、效率高，并且其技术、环境和安全指标均能满足施工需要，但是在污染物去除过程中，并不能减少重金属的总量。鉴于本场地是农用地，超风险管制值区域的污染深度为0.4 m，且参考标准中主要是对重金属镉的总量要求，另外场地污染土壤原为河道底泥，底泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素以及植物生长所必需的各种微量元素Ca、Mg等，因此，在本次土壤修复中，本文建议采用植物修复技术，其对环境和安全影响较小，经济可行，尽管需要的修复周期较长，但是能有效降低土壤中的重金属砷，从而达到修复的效果。综上所述，本场地修复建议选取植物修复对重金属砷超风险管制值区域进行修复，对重金属砷超风险筛选值未超风险管制值区域则采取农艺调控和替代种植等安全利用措施。

4 修复方案设计

4.1 修复目标值

根据前期的调查与健康风险评估、风险控制值、场地修复范围的测算及修复模式/方法的筛选，本场地砷检测浓度最大值为27.2 mg/kg，修复目标值为20 mg/kg，修复方量为3 260.40 m3。

4.2 修复技术路线

首先将要处理的污染土壤按照污染浓度分开并暂存堆放，针对污染浓度低的土壤采用翻耕后植物修复技术，污染浓度高的土壤淋洗后再进行肥力恢复。

4.2.1 植物修复技术

结合现场情况，本场地修复模式采用原地异位修复，污染浓度低的土壤建议采用植物修复。（1）针对主要农作物种类、品种和农作制度等具体情况，推广实施低积累品种替代、水肥调控、土壤调理等农艺调控措施，降低农产品有害物质超标风险。（2）定期开展农产品质量安全监测和调查评估，实施跟踪监测，根据监测和评估结果及时优化调整农艺调控措施。

4.2.2 重金属污染土壤修复技术

（1）土壤挖掘后堆放至指定修复工程施工区域；（2）对土壤进行筛分、破碎、含水率调节等预处理；（3）控制土壤洗脱设备参数，包括水土比、洗脱时间、洗脱次数、洗脱剂的选择、增效洗脱废水的处理与药剂回收；（4）通过全量分析方式进行污染物去除效果评估，达标后土壤可回填。