突发事故重污染场地应急修复的探索与实践

Posted 2023-01-12 土壤

篇首语：蹉跎莫遣韶光老，人生唯有读书好。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了突发事故重污染场地应急修复的探索与实践相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

近年来，我国石化、化工等行业爆炸、火灾、泄露等事故时有发生，其中发生于2005年11月13日的中国石油吉林石化公司双苯厂爆炸事故(以下简称“吉林石化11.13事故”)，因导致松花江特别重大污染，成为我国环境保护史上的重要事件。突发事故情况下，大量化学物质在短时间内集中排放，通常会造成复杂且严重的场地污染，如不及时加以治理，将对区域环境质量(地表水、地下水、土壤、大气)和人体健康造成严重威胁，事故企业也无法恢复正常生产。本文将以清华大学作为技术支持单位主持完成的吉林石化11.13事故重污染场地应急修复工程为例，简述突发事故污染场地应急修复基本流程。
污染场地修复工作程序依次为：场地调查、目标确定、技术选择和工程实施。与常规污染场地修复相比，事故污染场地应急修复通常缺乏必要的参考标准和储备技术，但必须在短期内完成实施，而且社会关注度较高，具有特别的紧迫性、敏感性和复杂性，必然会面临更多的困难和更大的挑战。
一、场地调查
吉林石化11.13爆炸事故泄露了大量的硝基苯、苯胺和苯等化学品物料，一部分积存于爆炸形成的坑地内，大部分随消防水进入附近雨排水管线(东10号线，由多段尺寸和结构不一的地下排水涵管和一段明渠构成)，因未得到及时管控而流入松花江，从而造成松花江重大水污染。
污染场地应急修复对象主要包括爆炸现场、排水明渠、地下排水涵管，需要处理的废物包括污染土壤、明渠底泥、涵管沉积物、非水相液态污染物(NAPL)及积存受污染水。考虑到受污染含水层及地下水修复周期较长，无法在短时间内实施完毕，因而未包含在应急修复对象之中，仅要求查明污染状况，提出修复方案，然后开展常规修复。可以看出，事故污染场地应急修复对象的多样性和复杂性均超出了常规污染场地修复。
场地调查的主要目的是确定污染的特征、程度和范围，掌握场地地质与水文地质条件，分析可能受影响的人群及设施，为制定修复方案提供依据。场地调查开展的工作主要包括：
(1)对爆炸现场土壤进行密集取样分析；
(2)在爆炸现场及周边区域设置49眼地下水监测井，每隔3天对地下水进行取样，分析其中硝基苯、苯胺和苯的浓度；
(3)将排水管线作为重点对象，按走向分为8段，详细调研其布局、埋深、结构、材质、检查井分布、渗漏点位、检修历史等信息，估算其中沉积物和积存水量，取样分析管线沉积物、积存水和气体中污染物浓度；
(4)收集场区地质及水文地质资料，以及排水管线沿线的市政及工业设施、单位分布等信息。爆炸现场及排水管线分布见图1。

图1爆炸现场及排水管线分布
二、目标确定
污染场地修复必须首先确定修复要达到的目标，即回答“多干净才算干净”的问题。通常可采用的方法包括：(1)满足标准要求；(2)基于风险评估；(3)达到背景水平；(4)最优技术可达。
前已述及，该场地涉及的应急修复对象包括爆炸现场、排水明渠、地下排水涵管，需要处理的废物包括污染土壤、明渠底泥、涵管沉积物、NAPL及积存受污染水，不同修复对象需要达到不同的修复目标，清除出的土壤、底泥、沉积物等废物需要明确其管理属性。
爆炸现场及排水明渠：吉林石化11.13事故发生时，我国污染场地修复尚未起步，缺乏可以依据的标准，《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)也未涉及硝基苯、苯胺和苯等特征污染物，因此不可能按照“满足标准要求”来确定修复目标。为此，在调研国外污染场地修复相关标准体系的基础上，考虑到该场地在近50年的化工生产活动中必然已经遭受一定程度污染的实际情况，主要采用了“基于风险评估”与“达到背景水平”相结合的方法来确定修复目标。爆炸现场及排水明渠污染土壤修复目标确定为：硝基苯<40mg/kg土壤干重；苯胺<100mg/kg土壤干重；苯<10mg/kg土壤干重。
地下排水涵管：地下排水涵管积存的水需要导排出来，底部的沉积物及四壁附着的NAPL需要全部清除出来。该涵管为市政雨排水管道，修复之后应满足市政雨排水管道的服务功能要求。基于此，确定其修复目标为：清除至涵管内目测没有明显的沉积物、附着NAPL及积水后，再用清水冲洗四壁，积水至涵管内原沉积物最大深度，浸泡24h后，水中硝基苯浓度低于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准限值。
污染土壤、明渠底泥、涵管沉积物：爆炸现场污染土壤、明渠底泥、地下涵管沉积物清除出来后，视污染程度按照危险废物或工业固体废物进行管理。当时实行的《危险废物鉴别标准》(GB5085.3-1996)中的鉴别项目并不包含硝基苯、苯和苯胺，但是清除出来的物质不可能全部按照一般工业固体废物管理，因此首先需要提出判定土壤、沉积物和底泥是否属于危险废物的鉴别标准。同样采用“基于风险评估”的方法，参考当时正在制订中的《危险废物鉴别标准》(GB5085.3-2007)征求意见稿，确定了硝基苯和苯的浸出毒性鉴别限值为：硝基苯>20mg/L；苯>1mg/L。实际执行过程中，将所有清除出来的管线沉积物、明渠底泥和超过修复标准的污染土壤均从严按照危险废物进行管理，因此其运输贮存及处理处置必须满足危险废物相关标准。
三、技术选择
查明场地信息，确定修复目标后，即可制定场地应急修复技术方案，包括沉积物及污染土壤清除、包装运输、处理处置方案。由于属于重大事故条件下应急修复，修复过程中必须严格避免安全事故和二次污染的发生，因此需要提出可行、可靠的全过程安全保障和污染防控措施。技术方案制定框架如图2所示。

图2技术方案制定框架
沉积物及污染土壤清除：本场地涉及约3km长的地下排水涵管，其中沉积物的清除属于地下密闭空间作业，且其中尚有较多积水存在，是应急修复工程的难点。经反复比选论证，地下涵管段采用分段排水，人工为主、机械为辅清淤作业方式，其中残留的高浓度液态污染物采用原位芬顿氧化技术去除；明渠段采用围堰阻水，机械为主、人工为辅清淤作业方式。
包装运输贮存：特征污染物浸出浓度硝基苯>20mg/L或苯>1mg/L的沉积物和土壤，采用金属/塑料桶包装；其余清除出来的固态沉积物和土壤采用内衬塑料的编织袋包装；高含水沉积物直接抽吸至罐车。沉积物和污染土壤的运输与贮存执行危险化学品相关要求。
处理处置：鉴于应急修复“快速、安全、达标”的要求，清除出的沉积物和污染土壤处理处置技术选择的基本原则为：(1)充分利用企业或当地现有的符合标准的处理处置设施，缩短处理处置周期；(2)根据污染物含量高低及特性差异选择多种处理处置技术，降低单一技术风险；(3)在试验基础上确定控制参数及工艺条件，确保满足安全及环保要求。由于吉林石化公司拥有符合国家相关标准的安全填埋场、污泥回转窑焚烧炉和大型污水处理厂，沉积物和污染土壤的处理处置均优先考虑利用上述设施，处理处置技术方案如图3所示。

图3沉积物和污染土壤处理处置方案
考虑到焚烧炉处理能力有限，清除出的沉积物和污染土壤(污染物含量超过修复目标限值C1)优先采用安全填埋方式处置。特征污染物含量超过安全填埋准入限值C2的沉积物和污染土壤进行高温焚烧，安全填埋准入限值同样采用风险评估方法确定：硝基苯10000mg/kg干重，苯500mg/kg干重。高含水沉积物送污水处理厂处理。
由于清除出的沉积物和污染土壤中的特征污染物含量仍较高，处理处置过程的安全及环保隐患较大，必须经过适当预处理，达到入场(厂)要求，同时严格控制处理处置过程工艺条件，避免二次污染和事故的发生。在清华大学和吉林石化合作开展的室内和现场系列试验基础上，确定了处理工艺。
安全填埋：以水泥和石灰为固化剂，同时添加少量水玻璃和活性炭以促进凝固和抑制挥发(废物∶水泥∶石灰∶添加剂=75∶12∶10∶3)，对沉积物和污染土壤进行固化稳定化，经检测硝基苯和苯的浸出浓度低于危险废物鉴别标准限值后，在安全填埋场设定独立单元进行填埋，填埋完成后该单元整体采用水泥封盖。该项工作开创了我国含毒性有机物危险废物或污染土壤固化稳定化处理的先河。
高温焚烧：由于硝基苯的爆炸界限为1.8-40%，且易挥发逸出，控制难度较大，只能掺加至回转窑焚烧炉正常处理的脱水污泥中，在安全可控范围内焚烧处理。根据沉积物和污染土壤中硝基苯等的含量，核定掺加比、投加周期及通入空气量，并通过试烧确定焚烧工艺条件为：沉积物和污染土壤掺加比10～20%；回转窑温度800～900℃，过剩空气量100～150%；二燃室温度1100～1200℃，二燃室过剩空气量80%，出口烟气氧气含量6～10%(干气)。
生化处理：高含水沉积物中的特征污染物浓度依然较高，采用芬顿氧化处理降低污染物浓度后，进入污水处理厂处理。通过实验确定了保证污水处理厂出水达标的硝基苯最高负荷为0.0047kg硝基苯/(kg污泥·d)，苯的最高负荷为0.0102kg苯/(kg污泥·d)；芬顿氧化最佳反应条件为：废水pH值3～4，硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)≥0.06kg/m3，混合均匀后再投加H2O2，H2O2(35%或27%)≥2kg/m3，反应时间≥30min。
四、工程实施
吉林石化11.13事故重污染场地应急修复由清华大学在科技部应急专项支持下负责制定工程技术方案，方案得到原国家环保总局批准后，由中国石油吉林石化公司完成工程实施。清华大学研究人员于2005年12月2日进入现场，与吉林石化技术人员密切配合开展场地调查工作，在此基础上完成应急修复工程技术方案，先后通过清华大学、吉林石化、中国石油、国家环保总局组织的专家论证。
2006年2月22日，原国家环保总局正式发文，明确同意应急修复工程技术方案，委托吉林省环保局负责该应急修复工程实施期间的环境保护监督检查工作并组织工程验收。2006年4月27日，应急修复工程全部实施完成，通过吉林省环境保护局组织的专家验收。2006年6月1日，国家环境保护总局批复同意吉林石化公司东10号线重新开通投入使用。工程实施过程见图4。
应急修复工程严格按照工程技术方案得以顺利实施，沉积物和污染土壤清除、安全填埋、高温焚烧、生化处理等环节全部达到拟定指标要求，全过程未造成二次污染与安全事故，实施后核定的污染土壤与沉积物清除量、特征污染物处理量均与技术方案中的估算值基本一致。
工程技术方案很好地指导了应急修复工程实践，接受了即刻投入实施的实际工程极为严苛的检验。该工程为我国首例事故条件下的重污染场地应急修复工程，在应急响应的基本流程、技术应用、工程实践、管理监督上均做出了有益探索，积累了宝贵经验。

图4应急修复工程实施过程