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垃圾填埋場土壤修復(fù)治理方案研究——以寧波市某垃圾填埋場為例

作者:韓正平 張立偉 楊永健  來源:《環(huán)境衛(wèi)生工程》 
評論: 更新日期:2020年10月21日

【摘要】 以寧波市某垃圾填埋場的污染土壤修復(fù)為例,結(jié)合該場地土壤污染的實際情況與后期用地的安排,給出了場地污染土壤修復(fù)的具體修復(fù)步驟與工藝流程。分析了該方案下場地土壤修復(fù)的經(jīng)濟效益,并結(jié)合垃圾填埋場污染情況的復(fù)雜性以及治理目標的嚴苛性,確定了一套完整的垃圾填埋場土壤修復(fù)治理方案。同時針對污染物的多樣性,采用不同方法,經(jīng)比較后得出治理方案。為同類型舊垃圾填埋場的土壤修復(fù)治理提供了理論依據(jù),并具有極高的實用價值。

目前,對已封場的垃圾填埋場和舊垃圾場進行生態(tài)修復(fù)、改造工作是國家環(huán)境保護規(guī)劃內(nèi)容的一個重點,其中對于填埋場的土壤修復(fù)更是整治改造工作中的重中之重。本研究以寧波市某垃圾填埋場的修復(fù)為對象,對該填埋場的土壤修復(fù)進行了方案設(shè)計研究,在綜合考慮場地實際條件與修復(fù)目標后,結(jié)合不同土壤修復(fù)方案,比較后給出了治理設(shè)計方案,為該填埋場地塊修復(fù)治理工程的實施提供了科學(xué)的支持。此舉不僅增加了土地的使用率,而且可以避免垃圾中有害物質(zhì)進入地下水污染周圍土壤造成損害,也為我國同類型垃圾填埋場提供了治理經(jīng)驗。

1 治理場地土壤情況現(xiàn)狀

污染地土壤修復(fù)包括對場地土壤的調(diào)查研究和對土壤進行修復(fù)。首先要對目標區(qū)域進行土壤情況調(diào)研,然后根據(jù)目標情況給予相應(yīng)的處理方案。寧波市在2013年對該地塊進行了現(xiàn)場踏勘,并且在2015年對整個場址進行了初步的環(huán)境調(diào)查,隨后又對場址進行了加密調(diào)查,結(jié)合這2 次的調(diào)查結(jié)果,總結(jié)了治理場地土壤的地形及污染情況。

1.1 目標區(qū)域地形與地貌

勘察場地為寧波市某垃圾填埋場,位于寧波市西南郊,距市區(qū)中心僅10km左右。場地地貌單元主要為濱海淤積平原,原為奉化江下游彎曲航道,經(jīng)截彎取直,筑壩堵水后,將奉化江改道,利用廢棄后的航道空間作為垃圾填埋場地。場地原標高為-10.63~3.04m,現(xiàn)在地面標高為3.16~15.38m,場地大面積回填有1.40~25.30m厚的填土(包括碎石填土、黏性土填土和生活垃圾雜填土)。

1.2 土壤污染現(xiàn)狀調(diào)研

1.2.1 土壤污染情況。

場地土壤污染主要由重金屬污染與有機物污染2部分組成,其中土壤重金屬污染是土壤污染中的主要問題。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研,共有25個點位發(fā)現(xiàn)土壤超標現(xiàn)象,見表1。依據(jù)GB36600—2018土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標準(試行),土壤超標因子主要涉及砷、鎳、銅、鉛、汞、鈸、苯并【a】芘、1,2,3-三氯丙烷等,見表2。項目無篩選值因子主要為1,1-二氯丙烯、順-1,3-二氯丙烯、反-1,3-二氯丙烯、4-異丙基甲苯等。由表1可知本場地土壤超標或無篩選值因子主要涉及到上述因子中的砷、苯并【a芘及1,2,3-三氯丙烷。

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重金屬污染深度最深達到地下14m左右,有機物污染深度最深達到地下12m左右。因此,污染土壤致癌風(fēng)險超過可接受水平的監(jiān)測點位共25 個,主要污染物為苯并【a】芘、1,2,3-三氯丙烷、砷,標準限值參考DB 3/T892—2013污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則。綜上可知土壤污染情況較嚴重,且對人體有害。

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1.2.2 土壤污染分布及特點

根據(jù)實地調(diào)查情況,總結(jié)土壤污染分布分區(qū)如圖1所示,并根據(jù)土壤污染范圍將本場區(qū)分為A、B、C、D區(qū)。分別為未污染區(qū)、重金屬砷污染、苯并【a】芘污染區(qū)、1,2,3-三氯丙烷污染區(qū)。由圖1 可知重金屬砷污染區(qū)和苯并a芘污染區(qū)有重疊區(qū)域,重疊面積約為3.2x10m2。且場地污染土壤厚度大多小于2m。污染土壤分布面積及土方量見表3。

結(jié)合以上調(diào)查結(jié)果,可總結(jié)出寧波市該垃圾填埋場場地特點∶①各類污染嚴重,呈現(xiàn)多種復(fù)合污染,各區(qū)域差異明顯;②有機污染以揮發(fā)性污染物苯為主,部分與重金屬污染重疊;③污染深度不大,污染區(qū)域與廠界一致,成塊狀分布;④土壤黏粒含量高,地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 場地土壤污染修復(fù)標準

垃圾填埋場的污染較為嚴重,且污染情況復(fù)雜,而根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門需求,該場地后期將規(guī)劃為綠地、教育設(shè)施及住宅用地等,因此該場地進行修復(fù)治理需要達到住宅及公共用地標準,消除污染場地對人體健康的危害,為后續(xù)用地規(guī)劃的實現(xiàn)提供條件。在此基礎(chǔ)上提出污染修復(fù)需要達到的目標,并且根據(jù)污染的主要類型將其分為重金屬污染修復(fù)與有機物污染修復(fù)2部分。本場地按照HJ25.3—2014污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則【6】和HJ25.4—2014污染場地土壤修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則(71,并結(jié)合浙江省DB33/T892—201313確定土壤修復(fù)建議目標。具體從土壤重金屬修復(fù)與土壤有機物修復(fù)兩方面制定標準。

2.1 土壤重金屬修復(fù)標準

由調(diào)查數(shù)據(jù)可知,場地重金屬污染源主要為砷,所以將其作為土壤重金屬修復(fù)的主要指標。砷作為一種類金屬,廣泛存在于大自然中,包括巖石、土壤、水環(huán)境、大氣環(huán)境和動植物等各種生物體內(nèi),土壤中的砷超過相關(guān)標準的原因經(jīng)常為巖石自然風(fēng)化、自然沉積造成土壤背景值過高,因此若單以風(fēng)險控制值來作為砷的修復(fù)目標值過于嚴格。本研究將土壤風(fēng)險控制值與浙江省住宅及公共用地篩選值進行對照,制定合理的土壤修復(fù)目標值如表4所示。

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2.2 土壤有機物修復(fù)標準

土壤有機污染物為苯并【a芘,其屬于持久性有機污染物,在環(huán)境中不易被分解。但本場地屬垃圾填埋造成的土壤污染,而填埋層垃圾因填埋年代久遠且生活垃圾組成復(fù)雜,無法判斷其污染來源,國內(nèi)外各標準中苯并【a】芘的土壤標準值范圍為0.20~0.66mg/kg。而1,2,3-三氯丙烷污染也較為嚴重,其是一種無色有強刺激性液體,微溶于水,受熱易分解,具有毒性,必須列入風(fēng)險控制。因此在結(jié)合浙江省的文件與實際情況后,給出了土壤有機物修復(fù)目標,見表5。

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3 場地土壤污染修復(fù)體系設(shè)計

3.1 修復(fù)工程總體框架設(shè)計

首先需運用科學(xué)的方法,綜合考慮該垃圾填埋場的污染情況、修復(fù)目標以及土壤修復(fù)技術(shù),確保修復(fù)后場地的二次開發(fā)不受影響。并且要在場地土壤污染調(diào)查、標準制定等工作上,從實際出發(fā),充分考慮修復(fù)工時、修復(fù)效益、修復(fù)工程的環(huán)境影響等因素,分析并篩選切實有效的修復(fù)方法,因地制宜,選取并制定合適的修復(fù)方案。最后要盡量減少修復(fù)完成后污染物對未來環(huán)境的不良影響。因此根據(jù)以上原則,污染場地土壤修復(fù)方案總體框架制定見圖2。

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3.2 治理方案確定

污染土壤修復(fù)包括異位修復(fù)和原位修復(fù)技術(shù)。2014年環(huán)保部公布的《污染場地修復(fù)技術(shù)目錄》中,土壤異位修復(fù)技術(shù)包括固化/穩(wěn)定化技術(shù)與化學(xué)氧化/還原技術(shù),而熱脫附、土壤洗脫、水泥窯協(xié)同處置、土壤阻隔填埋與生物堆等技術(shù)也是常用的技術(shù)。土壤原位修復(fù)技術(shù)則主要由生物通風(fēng)技術(shù)、固化/穩(wěn)定化技術(shù)、原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)、土壤植物修復(fù)技術(shù)等組成。結(jié)合各項技術(shù)特點,以及該場地的污染土壤主要目標污染物為砷、苯并【a】芘和1,2,3-三氯丙烷的實際情況,又因為原位修復(fù)技術(shù)時間較長,在不同技術(shù)對比試驗下,優(yōu)先選擇異位修復(fù)技術(shù)。

其中,砷污染土壤可通過固化/穩(wěn)定化技術(shù)、土壤洗脫技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)、土壤阻隔填埋技術(shù)等進行修復(fù)治理。由于洗脫技術(shù)會產(chǎn)生大量污水,水泥窯協(xié)同處置技術(shù)需要污染場地周邊有水泥窯場,土壤阻隔填埋技術(shù)需要污染場地周邊有合適的填埋場,因此最終選擇固化/穩(wěn)定化技術(shù)對砷污染土壤進行修復(fù)治理。

苯并a芘和1,2,3-三氯丙烷污染土壤可借助化學(xué)氧化/還原技術(shù)、熱脫附技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)、土壤阻隔填埋技術(shù)、生物堆技術(shù)、多相抽提技術(shù)修復(fù)治理。由于化學(xué)氧化/還原技術(shù)需大量化學(xué)試劑且會產(chǎn)生污水,水泥窯協(xié)同處置技術(shù)需要污染場地周邊有水泥窯場,土壤阻隔填埋技術(shù)需要污染場地周邊有合適的填埋場,生物堆技術(shù)修復(fù)治理周期較長,多相抽提技術(shù)主要用于具有LNAPL相的土壤和地下水復(fù)合污染,因此最終選擇熱脫附技術(shù)對有機污染土壤進行修復(fù)治理。

4 場地土壤修復(fù)治理方案工藝流程及效益分析

4.1 砷污染土壤修復(fù)治理工藝流程

以固化/穩(wěn)定化技術(shù)對砷污染土壤進行修復(fù)治理為對象,闡述其工藝流程。主要分為土壤預(yù)處理、土壤攪拌穩(wěn)定化、土壤穩(wěn)定化驗收。

土壤預(yù)處理包括土壤的挖掘、運輸、粗篩、破碎。挖掘機現(xiàn)場挖掘土壤直接抓至泥斗車,由泥斗車運至處理場暫存。暫存土壤由抓斗機上料至轉(zhuǎn)筒篩進行粗篩。粗大塊土壤轉(zhuǎn)輸至破碎設(shè)備,無法破碎石塊將輸出。細小顆粒由皮帶輸送至雙軸攪拌器。土壤攪拌穩(wěn)定化即向雙軸攪拌器內(nèi)添加確定量的水、藥劑,攪拌足夠長時間后由皮帶輸出至潔凈土壤暫存地,在暫存地進行覆蓋養(yǎng)護。土壤穩(wěn)定化驗收就是抽查土壤暫存地穩(wěn)定化產(chǎn)物,按照HJ/T299—2007固體廢物 浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法【進行檢測,重金屬浸出濃度低于地下水Ⅲ類水質(zhì)指標限值即為合格,合格的土壤將作為路基材料,應(yīng)用于路基建設(shè)。若不合格,則根據(jù)含量高低摻合到篩分污染土壤進行再次穩(wěn)定化,工藝流程見圖3。按此步驟可將土壤重金屬污染去除。

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4.2 有機物污染土壤修復(fù)治理工藝流程

有機污染物(主要為苯并Ja芘和1,2,3-三氯丙烷)污染土壤挖掘后,經(jīng)過破碎和篩分,分選出的大于5cm污染土重新破碎,小于5cm的污染土進入暫存區(qū)暫存,在其中與處理后的土壤混合,調(diào)節(jié)含水率小于25%后進入合金回轉(zhuǎn)干燥器。處理完畢的土壤經(jīng)加濕器降溫后回填或作為土壤水分調(diào)理劑與污染土壤混合?;剞D(zhuǎn)干燥器產(chǎn)生的有機廢氣,經(jīng)旋風(fēng)除塵器后,通過焚燒器,將有機廢氣轉(zhuǎn)化為CO2、H0和 HCl。再依次經(jīng)過冷卻塔、中和反應(yīng)器和布袋除塵器,最終達標排放。技術(shù)路線如圖4所示。經(jīng)此處理有機物污染可被有效治理。

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4.3 場地土壤修復(fù)效益評估

通過風(fēng)險評估法,以DB33/T892—2013浙江省污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則中居住用地標準的土壤風(fēng)險評估篩選值為標準,與治理土壤結(jié)果進行比對,可認為按照本設(shè)計的土壤修復(fù)體系進行治理,可使土壤中重金屬污染(主要為砷)及有機物污染(主要為苯并【a】間芘和1,2,3-三氯丙烷)的問題得到解決,其中砷污染降至 20mg/kg 以下,苯并【a】芘和1,2,3-三氯丙烷污染對應(yīng)的修復(fù)值分別可降到0.2mgkg和0.05 mg/kg,實施修復(fù)方案后,對多監(jiān)測點進行檢測評估,超標項目預(yù)估檢測結(jié)果見表6,取10點位作為評估對象,對比修復(fù)目標可知修復(fù)結(jié)果符合文件規(guī)定。

污染土壤修復(fù)效益由直接效益和間接效益2 部分構(gòu)成,土壤修復(fù)后的場地可用作居住用地與商業(yè)用地,由于該地位于市區(qū),經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。同時,工程竣工后將處理處置3.0×10t生活垃圾及污染土、1.5×10°t建筑垃圾渣土,可徹底解決污染土壤對當(dāng)?shù)睾恿魉|(zhì)的威脅,對河流下游的水源地及場地周圍地下水起到一定的保護作用,并可逐步恢復(fù)已被破壞的堆放地周邊的生態(tài)環(huán)境。本工程的土壤修復(fù)效益是顯著的。

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5 結(jié)論

本研究以寧波某填埋場的土壤修復(fù)為例,從實際情況入手,結(jié)合場地土壤的污染特點,根據(jù)規(guī)劃要求,提出了相應(yīng)的修復(fù)指標與修復(fù)方案,并對其具體流程與手段進行了探討,在此基礎(chǔ)上給出了關(guān)于重金屬污染和有機物污染土壤的工藝流程,并分析了潛在的經(jīng)濟效益,為解決舊垃圾填埋場的土壤污染問題提供了理論與實踐支撐,具有重要的實用價值。

本研究的創(chuàng)新點主要有∶①在土壤修復(fù)方案的制定中,研究對象為垃圾填埋場,本研究給出了此類場地土壤修復(fù)的詳盡方案,對同類型場地土壤修復(fù)工作具有參考價值。②在土壤修復(fù)過程中采用重金屬、有機物污染雙治理,針對不同污染物采取不同的解決方案,并進行方法間的橫向比較,得出了一套有效且節(jié)約資源的修復(fù)方案。

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