锌厂土壤污染综合治理工程实例分析

肖 潇，纪智慧，刘向荣，周 旋

（湖南新九方科技有限公司，湖南 株洲 412007）

本锌厂位于湖南省株洲市清水塘工业区，该工业区是国家“一五”时期和“二五”期间重点投资建设的老工业基地，聚集了株洲冶炼集团、中盐湖南株洲化工集团等以冶炼、化工为主的多家企业。由于长期粗放式发展，其基础设施老化，落后产能集中，环境污染严重，安全隐患突出。锌厂占地面积为18 380 m，以生产次氧化锌、粗铟、硫酸锌为主，于2011年12月停产。由于环保措施不到位、雨水淋溶等原因，生产过程中产生的污染物、堆放的原料和半成品等出现扩散，对湘江水环境及区域空气质量造成严重影响。据场地环境调查，厂界内重金属污染物主要有铅（Pb）、镉（Cd）、锌（Zn）和砷（As）。本工程采取异位和原位修复措施，对该场地受重金属污染的土壤进行治理，2020年3月开始施工，2021年6月竣工。

1 场地污染情况

1.1 土壤污染情况

根据场地环境调查，共布设土壤采样点位18 个，采集样品175 个。以湖南省地方标准《重金属污染场地土壤修复标准》（DB43/T 1165—2016）为参照，场地内上层（0.0 ～0.5 m）土壤样品中重金属总量超标的元素有铅、镉、锌和砷。以《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅳ类标准为参照，厂界范围内重金属浸出浓度超标的元素主要有铅、镉、锌和砷，最大污染深度为9 m。土壤污染情况统计结果如表1所示。

表1 土壤污染情况统计结果

1.2 地下水污染情况

根据场地环境调查，共布设地下水采样点位3 个，采集样品3 个。场地所在的株洲市清水塘工业区执行《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）的Ⅲ类标准，场地范围内地下水中镉、锌、砷、硫酸盐、氨氮和亚硝酸盐氮的最大超标倍数分别为18 倍、0.5 倍、0.52 倍、4.53 倍、11.8 倍、0.5 倍。pH 不进行超标分析。

本场地位于株洲市清水塘工业区的核心区，单个场地地下水修复对区域地下水的扰动较大。目前，株洲市政府已对该区重新规划，主要为商业、港口用地，治理后污染源基本得到消除，且区域内地下水不作为饮用水。因此，不单独对该场地地下水进行修复，而是开展地下水长期监测。

1.3 工程量

总污染面积为18 380 m，污染土方量为76 936 m。 其中，上层（0.0 ～0.5 m）污染土壤量为8 144 m（重金属总量和浸出浓度均超标6 132 m，仅重金属总量超标2 012 m），下层（0.5 ～9.0 m）仅重金属浸出浓度超标的土壤量为68 792 m。

2 修复技术路线

本场地包括上层（0.0 ～0.5 m）重金属总量和浸出浓度均超标的土壤、上层（0.0 ～0.5 m）仅重金属总量超标的土壤、下层（0.5 ～9.0 m）仅重金属浸出浓度超标的土壤等。采用单一修复技术很难满足技术、经济、环境均可行的要求。本工程根据不同的污染浓度、类型及分布范围，选择具有最佳修复效果和成本优势的综合治理方案。技术路线如图1所示。

图1 技术路线

本场地修复后，未来土地利用规划为港口、加油加气站、绿地（非社区公园或儿童公园用地）和公路用地，土壤重金属总量与浸出浓度的修复标准值如表2 所示。土壤重金属铅、镉、锌、砷的总量执行《重金属污染场地土壤修复标准》（DB43/T 1165—2016）的工业用地标准；场地边界2 km 范围内不存在水环境敏感点，重金属浸出浓度执行《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅳ类标准限值。

表2 土壤重金属总量与浸出浓度的修复标准值

3 工程实施

3.1 上层（0.0 ～0.5 m）污染土壤治理

对于场地内上层（0.0 ～0.5 m）重金属总量和浸出浓度均超标的土壤，破碎筛分预处理后进行异位固化/稳定化处理，固化/稳定化药剂为自主研发的硫基、磷基复合盐类，投加比例（质量比）为4%～6%，处理达标后运至Ⅱ类一般工业固废填埋场安全填埋处置。对于区域内上层（0.0 ～0.5 m）仅重金属总量超标的土壤，清挖转运至Ⅰ类一般工业固废填埋场填埋处置。

3.2 下层（0.5 ～9.0 m）污染土壤原位固化/稳定化处理

根据地质勘查报告，场地0.0 ～9.0 m 深度主要为人工填土层，松散、稍密、黏度较小，有利于药剂向下渗透，可采用高压旋喷注浆法对下层（0.5 ～9.0 m） 污染土壤（仅重金属浸出浓度超标）进行原位固化/稳定化处理。高压旋喷注浆法是将高压水力喷射切割和化学注浆相结合的一种岩土施工技术，可用于污染场地的止水帷幕、固化/稳定化、化学还原、化学氧化等修复治理。

本工程采用三重管高压旋喷注浆法，利用高压管道将药剂注射到待处理下层（-0.5 ～9.0 m）污染土壤的空隙中，有效阻断土壤中污染物的迁移，降低地下水污染风险。

3.2.1 原位固化/稳定化分区

考虑到本场地的未来土地利用规划为港口、加油加气站等，可能需要对治理达标后的土壤进行开挖并开展地下工程建设，本工程原位固化/稳定化分区涉及3 个方面。一是对场地内部区域（除规划道路区域外）的污染土壤采用喷注稳定化药剂的方式进行修复，喷注深度根据各层污染情况确定，稳定化药剂喷注量为80 kg/m土壤。二是在规划道路区域喷注水泥+稳定化药剂混合浆液，水泥喷注量为100 kg/m土壤，稳定化药剂喷注量为50 kg/m土壤，喷注深度根据各层污染情况确定。三是临近场地边界内侧布置双排咬合止水桩，喷注水泥+稳定化药剂混合浆液，水泥喷注量为100 kg/m土壤，稳定化药剂喷注量为50 kg/m土壤，喷注至地面以下9 m。水泥与污染土混合固结后，其在土体中形成具有一定性能和形状的固结体，既能够有效防止场地内喷注的稳定化药剂流失，也能够有效阻隔场地内污染源的扩散。

3.2.2 钻孔布置

本工程钻孔点采用梅花形布置，横向间距为1.5 m，纵向间距为1.0 m，钻孔直径为0.2 m。根据各污染深度的污染范围，对场地进行原位治理钻孔分区，其分为18 个区块，共设置12 430 个钻孔桩位，总钻孔长度为58 475 m。

3.2.3 三重管高压旋喷注浆施工

三重管高压旋喷注浆的主要施工步骤为：测放桩位→引孔钻机就位→钻进成孔→清孔→移钻→插入高喷管→高喷作业→回灌→钻机就位。旋喷注浆过程中，要对传统的岩土工程高压旋喷参数进行优化调整，保证固化/稳定化药剂的有效输送和混合反应均匀，同时又不会造成药剂过量及大量返浆。施工中，压缩空气气压控制在0.5 ～0.7 MPa，气量控制在0.5 ～ 2.0 m/min；水压控制在20 ～30 MPa，流量控制在100 L/min，保证对土体的切割力，喷嘴直径为2.0 ～ 3.2 mm，与钻孔布置相协调，保证旋喷直径；混合浆液压力为4 MPa，流量为100 ～150 L/min；提升速度控制在10 ～25 cm/min，旋转速度控制在10 ～ 20 r/min，增大浆液与土体接触面，确保药剂在不同污染深度的停留时间。

3.3 覆土阻隔及生态恢复

本场地在治理完成后覆盖30 cm 厚压实黏土层及20 cm 厚植被土层，并混播高羊茅、黑麦草、狗牙根草籽进行生态恢复。

4 治理效果

根据《污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则（试行）》（HJ 25.5—2018）进行分析，本场地上层（0.0 ～0.5 m）重金属浸出浓度超标的污染土壤采用异位固化/稳定化处理后，重金属全部修复达标。下层（0.5 ～9.0 m）重金属浸出浓度超标的污染土壤采用三重管高压旋喷注浆法进行原位固化/稳定化处理后，重金属全部修复达标。

沿地下水流动方向，在场区周边设置3 口地下水监测井，开展回顾性评估监测。工程竣工验收后3年内每季度对监测井取样检测一次，长期监测地下水水质情况。检测结果表明，地下水中铅、镉、锌、砷浓度较治理前有下降趋势，说明本工程的实施有效削减了污染源，减少了场地污染向周边水体环境的扩散。

5 结论

本工程采用异位固化/稳定化、填埋处置、原位固化/稳定化等工艺实现对锌厂重金属污染土壤的综合治理，共完成76 936 m污染土壤的修复治理，其中，异位固化/稳定化处理土壤量为6 132 m，转运填埋土壤量为8 144 m，原位固化/稳定化处理土壤量为68 792 m。本工程的实施彻底解决了本场地的土壤重金属污染问题，对湘江流域水质有改善作用，为后续土地再开发利用和周围居民的健康生活提供保障。