场地修复之土壤阻隔填埋技术

Posted 2023-01-12 土壤

篇首语：早晨要撒你种，晚上也不要歇你手。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了场地修复之土壤阻隔填埋技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1技术名称
土壤阻隔填埋，英文名称：SoilBarrierandLandfill
2技术适用性
1)适用的介质：污染土壤。
2)可处理的污染物类型：适用于重金属、有机物及重金属有机物复合污染土壤。
3)应用限制条件：不宜用于污染物水溶性强或渗透率高的污染土壤，不适用于地质活动频繁和地下水水位较高的地区。
3技术介绍
1)原理：将污染土壤或经过治理后的土壤置于防渗阻隔填埋场内，或通过敷设阻隔层阻断土壤中污染物迁移扩散的途径，使污染土壤与四周环境隔离，避免污染物与人体接触和随降水或地下水迁移进而对人体和周围环境造成危害。按其实施方式，可以分为原位阻隔覆盖和异位阻隔填埋。
2)原位阻隔覆盖是将污染区域通过在四周建设阻隔层，并在污染区域顶部覆盖隔离层，将污染区域四周及顶部完全与周围隔离，避免污染物与人体接触和随地下水向四周迁移。也可以根据污染场地实际情况结合风险评估结果，选择只在场地四周建设阻隔层或只在顶部建设覆盖层。
3)异位阻隔填埋是将污染土壤或经过治理后的土壤阻隔填埋在由高密度聚乙烯膜(HDPE)等防渗阻隔材料组成的防渗阻隔填埋场里，使污染土壤与四周环境隔离，防止污染土壤中的污染物随降水或地下水迁移，污染周边环境，影响人体健康。该技术虽不能降低土壤中污染物本身的毒性和体积，但可以降低污染物在地表的暴露及其迁移性。
4)系统构成和主要设备：原位土壤阻隔覆盖系统主要由土壤阻隔系统、土壤覆盖系统、监测系统组成。土壤阻隔系统主要由HDPE膜、泥浆墙等防渗阻隔材料组成，通过在污染区域四周建设阻隔层，将污染区域限制在某一特定区域；土壤覆盖系统通常由粘土层、人工合成材料衬层、砂层、覆盖层等一层或多层组合而成；监测系统主要是由阻隔区域上下游的监测井构成。异位土壤阻隔填埋系统主要由土壤预处理系统、填埋场防渗阻隔系统、渗滤液收集系统、封场系统、排水系统、监测系统组成。其中：该填埋场防渗系统通常由HDPE膜、土工布、钠基膨润土、土工排水网、天然粘土等防渗阻隔材料构筑而成。根据项目所在地地质及污染土壤情况需要，通常还可以设置地下水导排系统与气体抽排系统或者地面生态覆盖系统。
5)主要设备包括：阻隔填埋技术施工阶段涉及大量的施工工程设备，土壤阻隔系统施工需冲击钻、液压式抓斗、液压双轮铣槽机等设备，土壤覆盖系统施工需要挖掘机、推土机等设备，填埋场防渗阻隔系统施工需要吊装设备、挖掘机、焊膜机等设备，异位土壤填埋施工需要装载机、压实机、推土机等设备，填埋封场系统施工需要吊装设备、焊膜机、挖掘机等设备。阻隔填埋技术在运行维护阶段需要的设备相对较少，仅异位阻隔填埋土壤预处理系统需要破碎、筛分设备、土壤改良机等设备。
4关键技术参数或指标
影响原位土壤阻隔覆盖技术修复效果的关键技术参数包括：阻隔材料的性能、阻隔系统深度、土壤覆盖层厚度等。
1)阻隔材料：阻隔材料渗透系数要小于10-7/s，阻隔材料要具有极高的抗腐蚀性、抗老化性，具有强抵抗紫外线能力，使用寿命100年以上，无毒无害。阻隔材料应确保阻隔系统连续、均匀、无渗漏。
2)阻隔系统深度：通常阻隔系统要阻隔到不透水层或弱透水层，否则会消弱阻隔效(3)土壤覆盖厚度：对于粘土层通常要求厚度大于300mm，且经机械压实后的饱和渗透系数小于10-7cm/s；对于人工合成材料衬层，满足《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》(CJ/T234)相关要求。
影响异位土壤阻隔填埋技术修复效果的关键技术参数包括：防渗阻隔填埋场的防渗阻隔效果及填埋的抗压强度、污染土壤的浸出浓度、土壤含水率等。
1)阻隔防渗效果：该阻隔防渗填埋场通常是由压实粘土层、钠基膨润土垫层(GCL)和HDPE膜组成，该阻隔防渗填埋场的防渗阻隔系数要小于10—7cm/s。
2)抗压强度：对于高风险污染土壤，需经固化稳定化后处置。为了能安全贮存，固化体必须达到一定的抗压强度，否则会出现破碎，增加暴露表面积和污染性，一般在0.1-0.5MPa即可。
3)浸出浓度：高风险污染土壤经固化稳定化处置后浸出浓度要小于相应《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3)中浓度规定限制。
4)土壤含水率：土壤含水率要低于20%。
5技术应用基础和前期准备
在利用土壤阻隔技术前，应进行相应的可行性测试，目的在于评估污染土壤是否适用该技术。原位土壤阻隔覆盖技术测试参数包括：土壤污染类型及程度、场地水文地质、土壤污染深度、土壤渗透系数等，可根据需要在现场进行工程中试。异位土壤阻隔填埋技术测试参数包括：土壤含水率、土壤重金属含量、土壤有机物含量、土壤重金属浸出浓度、土壤渗透系数、场地水文地质等，可以在实验室开展相应的小试或中试实验。
6主要实施过程
根据污染程度与污染土壤的不同情况，该技术可以与其他修复技术联合使用。
对于高风险污染土壤可以联合固化/稳定化技术使用后，对污染土壤进行填埋；对于低风险污染土壤可直接填埋在阻隔防渗的填埋场内或原位阻隔覆盖。该技术一方面可以隔绝土壤中污染物向周边环境迁移，另一方面可使其污染物在阻隔区域内自然降解。
原位土壤阻隔覆盖技术主要实施过程：(1)确定污染阻隔区域边界；(2)在污染阻隔区域四周设置由阻隔材料构成的阻隔系统；(3)在污染区域表层设置覆盖系统；(4)定期对污染阻隔区域进行监测，防止渗漏污染。
异位土壤阻隔填埋技术主要实施过程：(1)对挖掘后的污染土壤进行适当的预处理；(2)建设填埋场防渗系统，根据地下水位情况建设地下水导排系统；(3)将预处理后的污染土壤填埋在阻隔填埋场；(4)填埋完毕后进行填埋场封场系统，并建设相应的排水系统，根据填埋土壤性质建设导气收集系统；(5)填埋场监测系统，定期监测地下水水质，防止渗漏造成污染。
7运行维护和监测
原位土壤阻隔覆盖技术的运行维护主要是定期维护阻隔体的完整性，指标包括：HDPE膜有无破损、覆盖粘土层是否有大型植物生长、上下游地下水水质情况(监测污染土壤中特征污染因子)等。
异位土壤阻隔填埋技术的运行维护主要是对阻隔防渗填埋场的运行维护。根据填埋土壤的不同类型，设置必要的运行维护措施。若填埋的是有机物污染土壤，为防止有机污染物在降解过程中产生气体，要设置相应的气体收集系统、渗滤液收集系统；如填埋的是重金属污染土壤，则只需要设置渗滤液收集系统。同时为了防止降水进入填埋区域，在技术实施完毕后应进行封场生态恢复，一方面可以防止雨水和积水进入该填埋区域，避免污染物浸泡；另一方面封场生态恢复后可以重新恢复该填埋区域的利用价值，可以建设公园绿地等。
对该阻隔系统的监测主要是沿着阻隔区域地下水水流方向设置地下水监测井，监测井分别设置在阻隔区域的上游、下游和阻隔区域内部。通过比较分析流经该阻隔区域内的地下水中目标污染物含量变化，及时了解阻隔区域对周围环境的影响，并适时作出响应，防止二次污染。
8修复周期及参考成本
该技术的处理周期与工程规模、污染物类别、污染程度密切相关，相比其他修复技术，该技术处理周期较短。
该技术的处理成本与工程规模等因素相关，通常原位土壤阻隔覆盖技术应用成本为500～800元/m2；异位土壤阻隔填埋技术应用成本为300～800元/m3。
9国外应用情况
污染土壤阻隔填埋技术早在20世纪80年代初期就已经开始应用，该技术在国外已经应用30多年，已成功用于近千个工程，技术已经相对比较成熟，国外部分案例信息表如下。
表1土壤阻隔填埋技术应用案例

10国内应用分析
10.1国内应用情况
我国对该技术的最早应用是在2007年，以阻隔填埋方式处置重金属污染土壤；2010年，某工程采用HDPE膜作为主要阻隔材料，阻挡污染物随地下水的水平迁移，将污染物以及污染土壤与外界环境隔绝，杜绝污染扩散，保护周围土壤和地下水。
原位土壤阻隔覆盖技术未对污染物进行降解和去除，由于“以风险控制为目标”的修复理念尚未被国内环境管理部门认可，该技术在国内尚未大规模推广。土壤异位阻隔填埋技术通常与固化/稳定化修复技术联用，在国内发展已比较成熟，已广泛用于重金属污染土壤的处置，相关技术设备已能够完全本土化。该联用技术具有处置速度快、效果好、可操作性强、成本低、对土壤质地限制要求少，可适用不同类型污染土壤的优点。
10.2国内案例介绍
1)工程背景：某水源地对重金属污染土壤进行综合治理，以异位土壤阻隔填埋方法治理土壤中重金属污染，该区域原为企业用地后变更为水源地，由于该工期较短为5个月，修复标准严格，清挖参照《展览会用地土壤环境质量标准》A级标准，阻隔填埋标准参照《地表水环境质量标准》IV类水体标准值，为此对高风险污染土壤经清挖处置后，采取土壤阻隔填埋技术。
2)工程规模：17万m3污染土壤。
3)主要污染物及污染程度：Cr(铬)、Pb(铅)、Cd(镉)、As(砷)、Cu(铜)、Zn(锌)、Hg(汞)、Ni(镍)。Cr最高污染浓度28500mg/kg；Pb最高污染浓度7514mg/kg；Cd最高污染浓度0.97mg/kg；As最高污染浓度30.41mg/kg；Cu最高污染浓度3560mg/kg；Zn最高污染浓度3926mg/kg；Hg最高污染浓度6.05mg/kg；Ni最高污染浓度106mg/kg。
4)土壤理化特性：该项目污染土壤主要为粉粘和粘土，渗透系数较低，达到10-7～10-8cm/s。
5)技术选择：综合以上污染物特性、污染物浓度、土壤特征、以及项目开发建设需求，最终选定技术成熟、成本较低、运行管理简单的污染土壤阻隔填埋技术。
6)工艺流程和关键设备：

图1工艺流程图
具体为：
a.污染土壤清挖预处理包括土壤破碎筛分、固化稳定化；
b.土壤阻隔填埋场建设；
c.土壤分层填埋压实；
d.土壤填埋完毕封场。
7)关键设备：本处置过程用到的关键处置设备为土壤改良机、土壤压实机、挖掘机等。
8)主要工艺及设备参数：
考虑到本项目重金属污染较为严重，采取固化/稳定化处置后，再进入填埋场阻隔填埋。污染土壤固化稳定化采用土壤改良机，该设备由进料设备、加药设备和搅拌出料设备构成，履带移动式，可方便到达任何修复现场，最大处理能力50～80立方米/小时。填埋场阻隔防渗主要选用1.5mmHDPE膜和600g/m2土工布，采用热熔挤压式手持焊接机、温控自行式热合机、土工布缝纫机等设备进行焊接。
9)成本分析：该项目包含建设施工投资、设备投资、运行管理费用等的处理成本约500元/m3。
10)修复效果：项目实施后满足修复要求并通过环保局的修复验收，保护了水源地水质安全。