重金属-总石油烃复合污染湖泊底泥修复工程实例_何凡.pdf

第 3 期收稿日期:20220812作者简介:何凡，女，硕士研究生，环保工程师，主要研究环境污染控制工程及生态环境修复。通信作者:贾洪柏，博士研究生，环保工程师，主要研究环境修复微生物菌剂及生物修复技术体系。重金属总石油烃复合污染湖泊底泥修复工程实例何凡1，许超1，刘军1，吴江南1，严鑫星2，贾洪柏3*(1安吉国千环境科技有限公司，浙江 湖州313300;2南通安装集团股份有限公司，江苏 南通226000;3东北林业大学，黑龙江 哈尔滨150000)摘要:采用异位化学氧化及固化稳定化技术联合修复重金属总石油烃复合污染湖泊底泥，底泥中六价铬、镍、锌和总石油烃 4 项指标均超出浙江省 污染场地风险评估技术导则(DB 33/T8922013)中住宅及公共用地筛选值，修复底泥方量总计 159104m3。项目竣工验收时底泥质量满足 污染场地风险评估技术导则 和 地下水质量标准 类水质标准，可回用作为路基材料。工程的成功实施为类似湖泊污染底泥修复提供了参考和借鉴。关键词:湖泊污染底泥;重金属;总石油烃;化学氧化;固化稳定化中图分类号:X524文献标识码:B文章编号:1008021X(2023)03022303A Case Study on estoration of Heavy MetalTotal Petroleum HydrocarbonComposite Polluted Lake SedimentHe Fan1，Xu Chao1，Liu Jun1，Wu Jiangnan1，Yan Xinxing2，Jia Hongbai3*(1Anji Goachieve Environmental Technology Co，Ltd，Huzhou313300，China;2Nantong Installation Group Co，Ltd，Nantong226000，China;3Northeast Forestry University，Harbin150000，China)Abstract:Using exsitu chemical oxidation and solidification stabilization technology to jointly repair heavy metaltotal petroleumhydrocarbon composite polluted lake sediment，the four indicators of heavy metal chromium，nickel，zinc and total petroleumhydrocarbon in the sediment all exceeded the screening value of residential and public land in egulations of ZhejiangProvinces Contaminated Site isk Assessment Technology Guide(DB 33/T8922013)the total amount of repaired sedimentis 159104m3When the project is completed and accepted，the quality of the sediment meets the Grade IV water qualitystandards in the Technical Guidelines for isk Assessment of Polluted Sites and the Groundwater Quality Standard，and can bereused as roadbed materialsThe successful implementation of the project provides a reference for the restoration of pollutedsediments in similar lakesKey words:lake sediment pollution;heavy metal;total petroleum hydrocarbons;chemical oxidation;solidification and stabilization湖泊底泥是底部土壤、沉淀物和淤泥的统称，是湖泊生态系统的重要组成部分。底泥是水体中重金属的主要宿体，是一个污染物沉积的“仓库”，一定条件下底泥中的重金属释放进入上覆水体会造成二次污染1。近年来，污染土壤修复是环境领域研究的热点，主要污染因子多为重金属，对湖泊重金属总石油烃复合污染底泥修复研究较少。随着我国工业基地不断升级改造，工业区环境治理要求越来越严苛，尤其是对管网错接漏接导致污染物流向最终受纳体 污染底泥的治理，直接关系到周边水系及土壤质量安全，因此对工业区内湖泊复合污染底泥的治理显得尤为重要23。本文对已通过竣工验收的浙江省湖州市某工业区内的重金属总石油烃复合污染湖泊底泥修复工程进行相关介绍。对该工程的背景、治理目标、修复技术路线、工程实施和效果评价等内容展开系统介绍，研究湖泊污染底泥修复技术和实施效果，以期为其他类似工业区内湖泊污染底泥修复工程的设计和实施提供参考。1工程概况本工程污染湖泊位于湖州市某工业区内，总面积为 133104m2，该湖泊连接工业区排水管道与苕溪支流，是一处过渡湖泊。工业区内有电镀厂、颜料厂及生物制药厂等企业，由于管道错接漏接的历史遗留问题，未经处理的废水通过排水管道汇集进入湖泊，污染物日积月累造成湖泊水体黑臭。将湖泊水体排空后，底泥表面呈红黑色，并伴随刺激性气味，对湖泊底泥进行系统布点取底泥样品送至第三方检测公司检测污染物，结果显示底泥中六价铬、镍、锌以及总石油烃(C16)4 项指标均超过浙江省 污染场地风险评估技术导则(DB 33/T8922013)中住宅及公共用地筛选值，其中六价铬超出标准值 107 倍，镍超出标准值 396 倍，锌超出标准值 014 倍，总石油烃(C16)质量浓度高达 1 200 mg/kg，超出标准值 422 倍，湖泊底泥检测指标数据详见表 1。322何凡，等:重金属总石油烃复合污染湖泊底泥修复工程实例DOI:10.19319/ki.issn.1008-021x.2023.03.021山东化工表 1本项目湖泊底泥污染情况污染物平均值/(mgkg1)住宅及公共用地浙江风评导则筛选值/(mgkg1)超标倍数六价铬518250107镍24850396锌3 9903 500014总石油(C16)1 2002304222修复目标及工程量21修复目标结合本工程湖泊底泥污染特征和浙江省地方标准要求，针对超标重金属采用固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ/T 2992007)标准进行浸出，浸出液浓度达到 地下水质量标准(GB/T 1484893)类水质标准;针对总石油烃(C16)，以住宅及公共用地筛选值作为修复目标值，具体如表 2 所示。表 2湖泊复合污染底泥修复目标污染物修复目标参考标准六价铬/(mgL1)01镍/(mgL1)01锌/(mgL1)5地下水质量标准(GB/T 1484893)类水质标准总石油烃(C16)/(mgkg1)230浙江省 污染场地风险评估技术导则(DB 33/T 8922013)住宅及公共用地的筛选值22修复工程量污染湖泊面积为 133104m2，污染底泥深度为 0520 m，根据受污染的程度确定清淤深度。底泥清出后，根据底泥堆积方量进行测量计算，确定修复底泥总方量为 159104m3。3修复工艺确定31修复技术选择湖泊复合污染底泥修复技术路线的确定需综合考虑场地现状、处置成本以及修复技术适用性和成熟性等因素。本工程重点关注污染物为重金属和总石油烃(C16)，根据湖泊的特征条件、修复目标和修复要求，应选择修复周期短、对周边环境影响小、技术经济可行性较高的技术路线，故确定项目总体思路以异位修复为主。通过综合考虑技术、经济、时效和环境等因素，确定本项目采用异位化学氧化及固化稳定化技术联合进行修复。化学氧化修复技术主要原理是通过向污染底泥添加氧化剂，通过氧化作用，使底泥中的污染物转化为无毒或毒性相对较小的物质4。常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、次氯酸盐、高锰酸钾和芬顿试剂等。该方法适用于石油烃、BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、酚类、MTBE、含氯有机物、多环芳烃、农药等在环境中长期存在且难以被生物降解的污染物的修复。在修复有机物污染底泥方面，化学氧化技术具有高效性、快速性和普适性等优点，能将底泥中难溶于水的石油污染物降解为有机物小分子或转化为 CO2，增加底泥的水溶性和生物可利用性。同时，H2O2等氧化剂的分解作用会产生 O2，从而提高了底泥的氧含量，促进好氧微生物对污染物的协同降解5。固化稳定化修复技术是通过物理或化学的方法固封底泥中的有毒重金属，或者将重金属转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等过程，从而降低重金属对环境的毒害程度67。该技术与其他修复技术相比，具有费用低、修复时间短和易操作的显著优势，而且非常适合本项目湖泊多项重金属污染底泥的修复治理，经济技术可行性高。32修复技术路线本工程湖泊底泥为重金属和总石油烃复合污染，底泥经清挖转运后，首先对污染底泥进行预处理，去除底泥中大块杂质，如石块、金属类固体、大块塑料等，防止在底泥修复过程中影响设备搅拌及药剂与底泥融合均匀度，进而影响最终处理效果。然后采用化学氧化技术对总石油烃(C16)进行处理，达标后使用固化稳定化技术处理底泥中超标的六价铬、镍和锌 3 项重金属指标。经养护验收达标后回用作为路基材料。本项目总体修复技术路线如图 1 所示。图 1湖泊重金属总石油烃复合污染底泥修复技术路线33小试试验针对本项目湖泊污染底泥，根据选择的技术路线和特定污染因子确定药剂的种类，根据污染因子的污染程度和小试试验处理效果确定最佳的投药比例。本项目湖泊底泥有机污染因子为总石油烃(C16)，质量浓度为 1 200 mg/kg，需要削减量达到 970 mg/kg 及以上方可满足修复目标值，针对该项污染因子，小试试验采用高效氧化剂及催化剂进行化学氧化处理，最终确定氧化剂最佳投加比例为 20 L/m3，催化剂最佳投加比例为8 L/m3。本项目湖泊污染底泥重金属污染因子为六价铬、锌和镍，超标倍数最高的污染因子为镍，质量浓度为 248 mg/kg，需要削减量达到 198 mg/kg 及以上方可满足修复目标值。针对此类复合重金属污染，小试试验采用固化剂和稳定剂对污染底泥进行固化稳定化处置，使底泥中的重金属在处理后的浸出浓度满足修复要求。综合考虑底泥修复效果及经济因素，确定稳定剂最佳投加比例 50 kg/m3，固化剂最佳投加比例 80 kg/m3。4工程实施41施工准备及现场基础设施建设根据选择的修复技术路线及施工组织设计准备各类机械作业工具，主要包括:(1)挖机:用于污染底泥搅拌处理等;(2)铲车:用于处置场地内污染底泥的短驳等;(3)水泵:用于处置污染底泥时加水。处置场地包括污染底泥临时堆放区、处置后底泥堆放区、底泥处置区、药剂堆放区等施工区域。处置场地四周设置排水422SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷第 3 期沟和集水坑用于截流和导排该功能区污水及雨水，收集后的污水及雨水处理后达标排放，防止产生二次污染。各功能区建设用地面积统计如表 3 所示。处置后期，污染底泥临时堆放区经清扫后可作为处置后底泥堆放区。表 3湖泊复合污染底泥修复场地各功能区用地统计表序号各功能区占地面积/m2用途1污染底泥临时堆放区1 200用于暂存尚未处置的污染底泥2处置后底泥堆放区1 000用于堆放处置后的底泥3底泥处置区500底泥修复主体区域4药剂堆放区200临时存放修复药剂42底泥开挖清运针对该湖泊底部受污染区域，综合考虑所有的污染物，不同位置的污染深度不同，根据检测报告确定开挖的深度，综合考虑平均开挖深度为 12 m，采用分层分块开挖，对于污染严重区块，开挖深度再延伸 50 cm，开挖由浅到深，由远及近，土方车及时转运，运输过程中严禁滴漏撒，避免造成二次污染。开挖期间注意标高位置，确保开挖至设计深度。43预处理污染底泥运至处理场地，由于底泥含水率较高，约 90%95%，不可直接进行修复作业，需对底泥进行适当的预处理。首先对底泥进行翻晾，利用挖机和铲车配合进行翻晒作业，翻晒作业持续 3 d，具体时间可根据含水率进行调整，每天翻晾次数不少于 5 次。控制最终含水率在 45%左右。底泥翻晒过程中，对底泥进行筛分，人工配合机械摊铺，对底泥中的石块、金属类固体、大块塑料进行挑拣，预防底泥改善过程中对设备和底泥修复效果造成影响。44底泥修复441化学氧化处理根据修复工期及化学氧化技术特点，设计底泥处置区长为25 m，宽为 20 m，深为 15 m，为混凝土结构。配药系统由药剂桶、稀释桶、清水桶、搅拌机以及管道等组成。本阶段主要采用调节剂、催化剂和高效氧化剂对湖泊污染底泥进行修复，药剂采用吨桶和吨袋运至处置现场，暂存在药剂堆放区。首先采用调节剂对底泥理化性质进行调节，再加入催化剂和氧化剂进行反应。处置过程中，使用挖机对底泥与药剂进行充分搅拌，确保药剂与底泥混合均匀。在底泥化学氧化处置施工过程中，需监测残余药剂含量、中间产物、氧化还原电位、pH值及含水率等指标，根据检测结果变化规律判断修复效果并及时调整。442固化稳定化处理底泥经化学氧化处理总石油烃浓度合格后，再进行固化稳定化处置。首先，向污染底泥中添加稳定剂 A，添加量为50 kg/m3，使用挖机进行均匀搅拌;再添加石灰将底泥的 pH 值调整至中性。最后，根据底泥的含水率，加入一定比例的固化剂B，添加量为 80 kg/m3，并用挖机进行搅拌，使药剂与底泥颗粒充分接触。底泥固化/稳定化施工期间，利用手持式金属检测仪，对底泥样品进行质量检测，检测指标包括底泥目标污染物、pH 值、湿度等参数，以确定底泥处置效果。443养护底泥经固化稳定化处置后先静置 1 h，随后将底泥转移至处置后堆放区，进行为期 35 d 的养护处理。在养护阶段，每 2 d对其取样检测，测量其重金属浸出浓度、含水率以及 pH 值，若明显偏离控制范围，则立即添加稳定化药剂、水分和碱性物质，直至养护达标。5修复效果评价及验收本项目修复底泥方量共计 159104m3，按照每个样品代表方量不超过 500 m3计，划分为 32 个采样单元，共采集 32 个底泥样品送至第三方检测机构进行检测分析。重金属指标采用固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ/T 2992007)标准进行浸出，修复后底泥六价铬未检出，锌最大检出值0256 mg/L，镍最大检出值 0057 mg/L，总石油烃(C16)检出质量浓度均低于 20 mg/kg，4 项指标均优于修复目标值，达到污染场地风险评估技术导则(DB 33/T8922013)住宅及公共用地的修复目标值。6总结(1)本工程以受重金属总石油烃(C16)复合污染的湖泊底泥为治理对象，共修复受污染底泥 159104m3。(2)本工程根据现场条件及底泥污染特征，采用异位化学氧化技术与固定稳定化技术联合修复湖泊污染底泥，修复效果较好，治理后底泥中的六价铬、镍、锌和总石油烃(C16)四项指标均优于浙江省 污染场地风险评估技术导则(DB 33/T8922013)住宅及公共用地的修复目标值，通过工程竣工验收。(3)本项目施工内容主要包括污染底泥的清挖转运、预处理、化学氧化处置、固化稳定化处置、处置后自检等服务内容，治理费用综合单价为 530 元/m3。(4)修复后的底泥经第三方检测合格，经养护后用作路基填土材料。(5)通过本工程的实施，针对工业区内湖泊复合污染底泥的联合修复技术有了成功应用，可为同类湖泊污染底泥治理提供参考和借鉴。参考文献 1FAN W H，WANG W X，CHEN J S，et alCu，Ni，and Pbspeciation in surface sediments from a contaminated bay ofnorthern China J Marine Pollution Bulletin，2002，44(8):816832 2 阳金希，张彦峰，祝凌燕中国七大水系沉积物中典型重金属生态风险评估J 环境科学研究，2017，30(3):423432 3杨海军，许海云，刘亚宾，等清水塘工业区池塘底泥典型重金属污染特征及其风险评价 J 地球与环境，2019，47(5):671679 4潘栋宇，侯梅芳，刘超男，等多环芳烃污染土壤化学修复技术的研究进展 J 安全与环境工程，2018，25(3):5460+66 5李佳，曹兴涛，隋红，等石油污染土壤修复技术研究现状与展望 J 石油学报(石油加工)，2017，33(5):811833 6曹心德，魏晓欣，代革联，等土壤重金属复合污染及其化学钝化修复技术研究进展J 环境工程学报，2011，5(7):14411453 7 刘敏，刘骁勇，崔朋，等山东某电镀厂停产后地块镍、六价铬复合污染土壤修复工程实例J 山东化工，2022，51(1):280283(本文文献格式:何凡，许超，刘军，等重金属总石油烃复合污染湖泊底泥修复工程实例J 山东化工，2023，52(3):223225)522何凡，等:重金属总石油烃复合污染湖泊底泥修复工程实例