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原位水平阻隔风险管控技术在某退役工业污染场地治理中的应用.pdf
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1、原位水平阻隔风险管控技术在某退役工业污染场地治理中的应用臧常娟,孙玉超,刘志阳,蒋梦迪,郭宝蔓江苏大地益源环境修复有限公司摘要为满足人体健康风险管控目标,结合某退役工业污染场地后期开发工作情景,分别针对室内外区域设计了针对性的风险管控方案。室内区域建筑物地基下方2 m 污染土采用土壤气阻隔控制工程,在建筑物地基底板与导气层之间喷涂隔气膜对土壤气进行阻隔,控制建筑物下方导气层负压为52 Pa,利用抽提系统对土壤气进行集中收集,经尾气处理系统处理达标排放;室外区域原始地面标高3 m 以下污染土采用 HDPE 膜(两布一膜)进行水平阻隔,阻隔层上方采用清洁黏土覆盖压实。工程设施完工 1 年内开展的风
2、险管控效果评估结果表明,室内外区域风险管控工程的工程性能指标及污染物指标均符合评估标准要求,达到预期效果,工程已于 2021 年 12 月通过生态环境主管部门验收,进入后期环境监管。关键词工业污染场地;原位水平阻隔;隔气膜;风险管控中图分类号:X53 文章编号:1674-991X(2023)04-1497-09doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20220677Application of in-situ horizontal barrier risk control technology in the treatmentof a decommissioned indu
3、strial contaminated siteZANG Changjuan,SUN Yuchao,LIU Zhiyang,JIANG Mengdi,GUO BaomanDDBS Environmental Remediation Co.,Ltd.AbstractIn order to meet the goal of human health risk control,targeted risk control schemes were designed forindoor and outdoor areas in combination with the working situation
4、 of later site development scenarios of adecommissioned industrial contaminated site.For the 2 m contaminated soil under the foundation of indoorregional buildings,the soil gas barrier control project was adopted.The soil gas was blocked by spraying a filmbetween the foundation and the air guide lay
5、er of the building,and the negative pressure of the air guide layer belowthe building was controlled to be 5-2 Pa.The soil gas was collected by the extraction system,which was treatedby the tail gas treatment system to reach the standard before discharge.HDPE film(two cloth and one film)wasused as a
6、 horizontal barrier for contaminated soil with an original ground elevation below 3 m in outdoor areas,andclean clay was used for cover and compaction above the barrier layer.The results of the risk control effectivenessevaluation carried out within one year after project completion showed that the
7、engineering performance indicatorsand pollutant indicators of the indoor and outdoor areas met the evaluation standards and achieved the expectedeffect.The project passed the acceptance of the ecological environment department in December 2021 and enteredthe later stage of environmental supervision.
8、Key wordsindustrial contaminated site;in-situ horizontal barrier;air barrier;risk control“十三五”时期,我国退役工业场地污染土壤修复大多是地产驱动型,普遍采取快速高效的修复措施,以消除污染土壤人体健康风险,使土壤污染加重趋势得到了初步遏制1-4。进入“十四五”时期,退役工业场地修复总体上仍受土地开发利用速度和规模影响,在开发建设需求不急迫时,风险管控措施将是未来的发展趋势5。相较于修复措施,风险管控既能有效控制污染物暴露及扩散,缓解污染土壤环境问题,又能更大程度兼顾经济可行性,实现土壤及地下水环境保护与经
9、济发展双赢6。污染场地风险管控技术包括工程控制技术及制度控制技术。工程控制技术是利用工程措施将污染 收稿日期:2022-07-04基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC1802405)作者简介:臧常娟(1983),女,高级工程师,硕士,主要从事土壤与地下水修复研究, Vol.13,No.4环境工程技术学报第 13 卷,第 4 期Jul.,2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 7 月臧常娟,孙玉超,刘志阳,等.原位水平阻隔风险管控技术在某退役工业污染场地治理中的应用 J.环境工程技术学报,2023,13(4):
10、1497-1505.ZANG C J,SUN Y C,LIU Z Y,et al.Application of in-situ horizontal barrier risk control technology in the treatment of a decommissioned industrialcontaminated siteJ.Journal of Environmental Engineering Technology,2023,13(4):1497-1505.物封存在原地,限制其迁移,切断暴露途径,以降低污染风险和保护受体安全的阻隔技术7,主要包括固化/稳定化、封顶、阻隔填
11、埋、地下水阻隔墙、可渗透反应墙等技术形式。工程控制技术具有单位成本相对较低、建设周期短、对不同类型污染风险管控效果好等优点,在国内外污染场地风险管控中已有大量的工程应用2,8-10,常用的工程控制措施有垂直阻隔和水平阻隔 2 种形式。垂直阻隔是利用地下阻隔墙体封存污染物或改变地下水流向以达到控制污染物的目的,其墙体渗透系数需107 cm/s,且需具有连续性和耐久性。按照材料和施工方式,垂直阻隔措施可分为泥浆墙、灌浆墙、板桩墙、土壤深层搅拌、土工膜等11-13。水平阻隔也称水平覆盖层或表层阻隔,由 6 个基本层组成,包括表层、保护层、排水层、阻隔层、气体收集层和基础层,层数与场地特征有关14。在
12、我国,工程控制技术在垃圾填埋场的应用中取得了较好的防渗效果15-17。垂直阻隔技术已被广泛应用于水利工程防渗,在污染场地风险控制时,以帷幕灌浆技术为主18-19。水平阻隔在工矿用地封场管控中应用广泛20-21,以高密度聚乙烯(HDPE)土工膜为主材料。目前,结合场地开发工作情景,针对室内区域建筑物下方污染土壤,采用喷涂型隔气膜材进行土壤气阻隔的工程应用在国内鲜见报道。笔者结合实际工程案例,总结了原位水平阻隔技术在退役工业污染场地室内外区域风险管控中的应用经验,以期为同类工程实施提供参考。1污染场地概况 1.1场地信息本项目为我国南方某焦化制气厂土壤风险管控工程。该制气厂于 1983 年 6 月
13、破土动工,1986 年建成投产,厂区总占地面积约 70 万 m2,主要生产产品有焦炭、煤气、煤焦油、粗苯、硫酸铵、黄血盐钠、硫磺等。为响应政府“退二进三”政策要求,该制气厂于 2016 年 11 月全面停产。未来用地规划依托原址优异的区位优势,保留工厂内部自有铁路专用线,原址将作为国际物流基地。1.2水文地质条件工程钻探揭露本场地 27.2 m 深度范围地层大致分为四大层,自上而下分别为第四系人工填土层(Q4ml)、第四系残坡积层(Q4el+dl)、二叠系下统倒石头组(P1d)和二叠系下统栖霞茅口组(P1q+m),其分布情况详见表 1,部分钻孔岩心照片见图 1。表 1 场地地层分布Table
14、1 Site stratigraphic distribution地层层厚/m岩性描述第四系人工填土层(Q4ml)0.36.5颜色为褐红、褐黄、杂色,土质松散,稍湿;该层主要由混凝土、黏土夹碎石组成第四系残坡积层(Q4el+dl)0.424.5颜色为红色、褐黄色,土质从稍密至中密,稍湿,可塑至硬塑状;该层主要由原生红黏土组成二叠系下统倒石头组(P1d)顶板埋深2.411.5颜色为灰白色,岩层全风化、层状构造;该层主要由白云岩组成二叠系下统栖霞茅口组(P1q+m)顶板埋深2.118.2,未揭穿颜色为灰、灰白色,岩层中风化、节理裂隙发育;该层主要由石灰岩组成 场区地下水类型主要为第四系残坡积层孔隙
15、水(Q4el+dl)、二叠系阳新组灰岩岩溶水(P1y)及少量二叠系倒石头组碎屑岩裂隙水(P1d),水文地质剖面见图 2。场区上部第四系残坡积层孔隙水水位埋深2.259.73 m,平均埋深 5.60 m,地层渗透性小,富水性弱,多以上层滞水存在;场区下部岩溶水赋存于二叠系阳新组灰岩地层中,水位埋深 4.3017.87 m,平均埋深 8.19 m,地层溶蚀裂隙、溶孔发育,富水性强,平均水力梯度约 2.5%,地下水流速为 0.714 24 m/d。1.3场地污染分布特征本项目一期场地土壤中的特征污染物为挥发性有机物苯和半挥发性有机物多环芳烃。考虑到风险管控设计主要关注的特征污染物为苯,图 3 展示了
16、污染物苯的三维空间分布。由图 3 可见,苯污染深度不一,浅层和深层均有涉及,最深达 18 m(点位JXS19);苯浓度分布不均,浅层污染较重,最大浓度为 888 mg/kg(点位 JXS19)。1.4场地风险评估及管控目标 1.4.1一期场地风险评估本项目一期场地规划用地类型为商业用地和物 图 1 钻孔岩心照片Fig.1 Photo of drill core 1498 环境工程技术学报第 13 卷流仓储用地,按照非敏感用地方式进行健康风险评估,其主要暴露受体为在物流区域及酒店等室内办公人群、室外办公人群、定期或不定期在区域活动人群。根据 HJ 25.32014污染场地风险评估技术导则,按照危
17、害识别、暴露评估、毒性评估、风险表征、土壤风险控制值计算过程进行风险评估,结果显示土壤中苯、苯并(a)蒽、苯并(a)芘、苯并(b)荧蒽、萘的风险超过人体健康可接受水平。针对受扰动大、不确定性高的浅层污染土壤采用相对保守的“源去除”修复模式,采用本项目一期场地风险评估报告中确定的风险管控值作为修复目标值;针对受扰动小的深层污染土壤,采用途径阻断、长期监测相结合的管控模式,以节约治理成本,风险管控目标需结合优化后的途径阻断管控模式风险水平计算结果确定。注:图中字母数字(如 JXS20)代表点位编号。图 3 典型特征污染物苯三维空间分布Fig.3 Three-dimensional spatial
18、distribution profile of typical characteristic pollutant benzene 1.4.2途径阻断管控模式风险水平计算途径阻断管控模式涉及室内区域(3#仓库)和室外区域(3#仓库以外区域)2 种情形,其中 3#仓库为规划新建建筑,仓库无地下空间构筑物,其地基底板及承台施工扰动深度约 2.6 m。室内区域和室外区域 2 种情形下的苯污染风险水平计算如下。(1)室内区域(3#仓库)采取途径阻断管控模式后,人员主要在室内办公情景中,受土壤污染影响暴露途径由 6 种减少为1 种:吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物。考虑后期人员在室内区域的工作情景,
19、暴露浓度应采用概化分层内数据平均值 95%置信上限值,通过专业数据统计软件 ProUCL 确定数据分布特征,得到建议置信上限值作为暴露浓度。经计算,38m 层风险水平为 1.63106(表 2),超过可接受范围(1.0106)。考虑在楼底下方增加负压环境,使楼底底板下方气压始终低于室内气压,假设人工措施使室内外压差达到2 Pa,经计算,38 m 层风险水平为 6.061012(表 3),远低于可接受水平,说明提供负压环境能够有效达到风险管控的目的。(2)室外区域(3#仓库以外区域)采取途径阻断管控模式后,人员主要在室外办公定期或不定期在区域活动情景中,受土壤污染影响暴露途径由 5 种减少为 1
20、 种:吸入室外空气中来自下层土壤的气态污染物。表 2 室内区域概化分层暴露浓度及风险计算结果Table 2 Exposure concentration and risk calculation results ofgeneralized stratification(indoor areas)分层/m暴露浓度取值方法暴露浓度/(mg/kg)风险水平38不符合正态分布,采用最大值70.11.631068以下伽马分布拟合参数法计算95%置信上限6.41.82107注:土层概化为2层,38 m为包气带层,8 m以下为饱和层。全文同。表 3 室内区域增加底板负压环境后风险计算结果Table 3 Ri
21、sk calculation results after adding negative pressureenvironment of floor indoors分层/m增加负压/Pa暴露浓度/(mg/kg)风险水平38270.16.061012 考虑后期人员在室外区域中的工作情景,通过ProUCL 软件确定数据分布特征,得到暴露浓度。经 图 2 场地水文地质剖面Fig.2 Hydrogeological section of the site 第 4 期臧常娟等:原位水平阻隔风险管控技术在某退役工业污染场地治理中的应用 1499 计算,38 m 层风险水平为 1.14106(表 4),超过可
22、接受范围(1.0106)。表 4 室外区域概化分层暴露浓度及风险计算结果Table 4 Exposure concentration and risk calculation results ofgeneralized stratification(outdoor areas)分层/m暴露浓度取值方法暴露浓度/(mg/kg)风险水平38最小方差无偏估计方法计算95%置信上限52.91.141068以下最小方差无偏估计方法计算95%置信上限46.42.33107 室外区域仅 JXS19-2 点位 34 m 土壤苯浓度(696 mg/kg)及 JXS19 点位 46 m 土壤苯浓度(713mg/k
23、g)显 著 高 于 其 他 样 点,超 出 GB 36600 2018 第二类用地管制值(40 mg/kg)15 倍以上,应予以处理。假设处理至管制值以下,重新计算概化分层内数据平均值 95%置信上限值,通过 ProUCL 软件确定数据分布特征,得到苯暴露浓度为 10.6mg/kg,经计算,健康风险为 2.3107(表 5),远低于风险可接受水平。这说明室外区域高浓度点位苯削减至管制值以下,并在其 3 m 深度以上保障 1 m 厚土层阻隔,能够实现对一期室外区域有效风险管控。表 5 室外区域高浓度点位削减至管制值后的风险计算结果Table 5 Risk calculation results
24、after reducing outdoor highconcentration point to the control value分层/m浓度削减暴露浓度取值方法暴露浓度/(mg/kg)风险水平38JXS19-2点位34 m土壤(苯浓度696 mg/kg)及JXS19点位46 m土壤(苯浓度713 mg/kg)苯浓度削减至低于40 mg/kg最小方差无偏估计方法计算95%置信上限10.62.3107 1.4.3途径阻断管控措施及监测目标场地未受扰动层污染土壤管控目标为使用情境下人体健康可接受,及采取管控措施后风险水平通过相对保守计算方式结果满足风险可接受水平要求,致癌风险水平低于 1.01
25、06,危害商低于 1。(1)室内区域(3#仓库)途径阻断管控措施通过安装楼底负压系统使楼底气压较室内气压低于 2 Pa 以上,土壤气通过导排系统处理达标排到室外,实现安全使用室内办公空间的风险管控目标。(2)室外区域(3#仓库以外区域)途径阻断管控措施针对室外区域,对 JXS19-2 点位的 34 m 污染土壤(苯浓度 696 mg/kg)及 JXS19 点位 46 m 污染土壤(苯浓度 713 mg/kg)采用化学氧化方式处理至苯浓度低于 40 mg/kg,并在 3 m 深度以上保障阻隔层工程参数满足厚度不小于 1 m。阻隔层材料采用当地原土或性状相当的清洁黏土覆盖,实现室外区域风险管控目标
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