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污染场地工程控制技术应用研究 陈素云王峰王文峰王建飞张学平 北京市勘察设计研究院有限公司， 北京 100038 摘要 工程控制技术主要是利用工程措施将污染物封存在原地， 限制污染物迁移， 切断暴露途径， 降低污染物的暴露风 险， 保护受体安全。工程控制技术在国外污染场地的应用比例逐渐提高， 而国内的污染场地修复处在初期阶段， 存在 过度修复等问题， 根据超级基金制度发展的经验， 中国污染场地问题亟待发展经济合理的工程控制措施。以某化工厂 搬迁场地风险控制为例， 从实施的可行性、 成本、 时间、 风险控制的有效性等方面进行工程控制技术应用研究， 以期为 工程控制技术在国内的实施提供依据。 关键词 污染场地; 风险控制; 工程控制技术; 水平覆盖; 垂直阻隔; 气体暴露控制 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201405034 ＲESEAＲCH AND APPLICATION OF ENGINEEＲING CONTＲOL IN CONTAMINATED SITES Chen SuyunWang FengWang WenfengWang JianfeiZhang Xueping BGI Engineering Consultants Ltd，Beijing 100038， China AbstractEngineering control technology is the that pollutants will be sealed in situ by engineering measures，and pollutant migration will be limited，pollutant exposure route will be cut off，pollutant exposure risk will be reduced，receptor’ s safety will be protected． Application of engineering control technology in foreign counties in contaminated sites increases gradually，however，the contaminated sites remediation is still in early stages in China，and there are excessive remediation problems． According to the development of super fund experience，engineering control technology is a economic measure that used in contaminated site remediation，and will be developed urgently in China． A chemical plant sites risk control was taken as example，the validity，feasibility，cost，duration，risk control of the engineering control was researched ，in order to provide basis for the engineering control technology in the domestic implementation． Keywordscontaminated site;risk control;engineering control technology;capping;subsurface vertical barrier;vapor exposure control * 收稿日期 2013 －07 －29 工程控制技术主要是利用工程措施将污染物封 存在原地， 限制污染物迁移， 切断暴露途径， 降低污染 物的暴露风险， 保护受体安全 ［1 ］。国外常见的工程 控制技术包括围挡、 表面覆盖系统、 垂直阻隔技术、 底 部阻隔技术、 水力控制、 气体暴露控制等 ［2 ］。在超级 基金制度实施的初期 20 世纪 80 年代早期 ， 修复方 案通常是将场地的污染物挖掘后， 埋到一个更为安全 的地方。20 世纪 80 年代后期至 90 年代初， 对场地 的修复从简单的填埋逐渐转变为较为理想的修复模 式， 即“挖掘 焚烧” 的方式， 此修复费用大幅上 涨 ［3- 4 ］。20 世纪 90 年代后期， 人们在筛选修复技术 时， 更多地考虑了现实的因素， 如场地修复经费的来 源、 未来土地的利用方式等， 同时对修复技术的认识 也在改变。这使得修复技术的筛选更具灵活性， 如为 了节省经费， 将场地修复至指定用途的土壤质量， 而 不是将场地土壤质量修复到可作为任何用途。同时 人们认识到， 在一些场地， 采用非处理手段 如工程 控制和制度控制 ， 不失为一种有效而低廉的控制手 段。因此， 在这一时期， 工程控制和制度控制在修复 技术应用中的比例逐步提高［5 ］。 而在国内， 随着城市的发展， 市区内大量的企业 外迁， 工业废弃场地的再开发利用是可持续发展的必 然选择 ［6- 7 ］， 诸多工业废弃场地的再开发利用面临着 污染场地风险控制问题， 而国内由于受到工业废弃场 641 环境工程 Environmental Engineering 地再开发利用时间的限制， 大部分污染场地风险控制 采用超级基金制度实施初期的异位修复的“挖掘 焚烧” 或 “挖掘 焚烧 填埋” 方式， 根据超级基金制 度发展的经验， 中国污染场地问题亟待发展经济合理 的工程控制措施。 以某化工厂搬迁场地风险控制为例， 从实施的可 行性、 成本、 时间、 风险控制的有效性等方面进行工程 控制技术应用研究， 以期为工程控制技术在国内的实 施提供依据。 1场地概况 某化工厂搬迁遗留场地， 有 40 多年的历史， 其中 部分场地内埋深 17 m 以内的土壤和地下水均受到不 同程度的污染， 主要污染物为挥发性有机物 主要为 苯、 甲苯、 乙苯、 二甲苯等 、 半挥发性有机物 主要为 多环芳烃 等。该场地拟开发为居住用地。 1. 1场地的地质与水文地质条件 按土层岩性、 透气性及赋水特征， 场地埋深 20 m 内的地层分布特征如下 埋深 8 m 内主要为粉土、 粉 砂、 细砂; 8 ～8. 5 m 主要为黏性土; 8. 5 ～17 m 主要为 细、 中砂层， 从赋水特征来看， 该层可构成相对含水层; 17 ～20 m 主要为黏性土层。场地典型地层剖面见图1。 场地约 20 m 深度范围内主要分布 1 层地下水， 该层地下水主要赋存于埋深 9 m 以下的细、 中砂层 中。2009 年 12 月于地下水监测井中测量的该层地 下水静止水位埋深在 13 m 左右， 静止水位标高为 18 m左右， 其地下水类型为潜水。该层地下水的天然 动态类型属渗入 － 径流型， 以地下水侧向径流、 越流 和 “天窗” 渗漏补给为主， 排泄方式主要为地下水侧 向径流和越流。其水位年动态具有较好的规律性 一 图 1试验区典型地层剖面 Fig．1Typical stratigraphic section of the pilot site 般每年 11 月至来年 3 月份水位较高， 其他月份水位 较低， 水位年变幅为 2 m 左右。 该层地下水的总体流向为自西北向东南， 平均水 力梯度约为 1‰。 1. 2污染物特征 场地内埋深17 m 以内的土壤和地下水中的污染物 主要有苯系物、 多环芳烃， 其中苯系物的检出物有苯、 甲 苯、 乙苯、 间 ＆ 对二甲苯、 苯乙烯、 邻二甲苯， 在检出指标 中苯浓度最高， 土壤中苯浓度高达1.8 103mg/kg， 地下 水中苯浓度高达2.13 103μg/L。多环芳烃的检出物有 萘、 苊烯、 苊、 芴、 菲、 蒽、 荧蒽、 芘、 苯并 a 蒽、 屈、 苯并 b ＆ k 荧蒽、 苯并 a 芘、 茚并 1， 2， 3- cd 芘、 二苯并 a， h 蒽、 苯并 g， h， i 芘， 土壤样品中以萘、 苊、 芴的浓度 较高， 萘的最高浓度为3.75 103mg/kg、 苊的最高浓度 为9.90 103mg/kg、 芴的最高浓度为3.66 103mg/kg。 地下水中 LNAPLs 的面积有 8 400 m2， 厚度为 0. 7 ～1. 3 m。LNAPLs 的成分与土壤及地下水中污染 物一致。场地内污染物分布情况见图 2。 图 2场地内污染物分布示意 Fig． 2Schematic diagram of pollutant concentration distribution in the site 741 土 壤 修 复 Soil Ｒemediation 1. 3场地开发计划 场地拟开发为居住用地， 设 2 层地下室， 基础底 板埋深 12. 5 m。 2风险暴露途径及风险控制方案比选 2. 1风险暴露途径 场地在建期间污染风险的主要受体为建筑工人， 存在潜在的暴露途径包括 1 与土壤的直接接触; 2 周围气体的吸入。 项目完工后污染风险的主要受体为居民， 存在的 潜在暴露途径包括 1 与土壤的直接接触; 2 环境或 室内空气吸入; 3 地下水位高的情况下受影响的地 下水影响地下结构或设施。 2. 2风险控制方案比选 2. 2. 1方案设计 根据场地的开发计划及风险暴露途径， 该场地采 取的风险控制方案为工程控制技术或采用异位处理 技术处理土壤和地下水， 具体的方案设计见表 1。 2. 2. 2成本估算 根据表 1 提供的设计基本信息， 对方案 A 及方 案 B 的大概成本进行估算， 成本估算见表 2。 表 1风险控制方案比选 Table 1Comparison of the chosen risk control schemes 介质处理深度/m方案 A 工程控制技术方案 B 异位处理技术 土壤0 ～13在地下室施工过程中开挖部分受污染的土壤; 开挖的土壤采用异位焚烧 处理。 在地下室两侧和底板安装聚合物阻隔墙 或喷膜 。 全部开挖， 异位焚烧。 地下水 及土壤 13 ～17 在地下水污染区域四周建立垂直阻隔墙， 墙体厚度 0. 9 m， 墙体深度为 18 m 进入弱透水层 1 ～1. 5 m ， 墙体的渗透系数小于 1 10 －7 cm/s; 在 阻隔墙与建筑之间设置小流量 10 个抽提井， 在地下水污染区与及阻隔 墙的下游安装 8 个监测井。 采用帷幕的方式， 地下水抽出异位处理， 待 地下水抽出完毕后， 土壤全部开挖 开挖深 度 17 m ， 异位焚烧。 表 2成本估算 Table 2Cost estimation 任务单价数量总费用 方案 A 13 m 之上污染土壤开挖、 运输、 送至焚烧厂焚烧处理1 400 元/m31 850 840. 7 m3 210 870. 9 万元 13m 之上没受污染土壤的开挖、 运输、 处置80 元/m33 671 022. 6 m3 21 930. 9 万元 在地下室的两侧及底板安装气体阻隔墙 喷膜150 元/m2 345 083. 5 m25 176. 3 万元 在地下水污染区域四周安装垂直阻隔墙2 000 元/m344 133. 7 m38 826. 7 万元 安装监测井、 抽提井， 包括钻孔和安装、 材料和监管800 元/m324 m25. 9 万元 抽提系统费用及其运行费用、 污水处理费用500 元/m370 年12 775 万元 从地下室周围的环境中和室内空气中采集气体样品进行污染物成分分析3 000 元/次1 次0. 3 万元 工程控制措施每年检验， 检验 70 年; 地下水每年监测， 监测 70 年; 环境和 室内空气中气体样品的收集和分析， 每 5 年进行一次， 验证工程控制效果。 20 000 元/年 70 年 140 万元 合计259 746 万元 方案 B 13 m 之上污染土壤开挖、 运输、 送至焚烧厂焚烧处理1 400 元/m31 850 840. 7 m3 210 870. 9 万元 13m 之上没受污染土壤的开挖、 运输、 处置80 元/m33 671 022. 6 m3 21 930. 9 万元 地下帷幕500 元/m103 531m5 176. 6 万元 地下水的抽出处理500 元/m31 554 161. 7 m377 708. 1 万元 13 ～17 m 深度的土壤开挖、 运输、 送至焚烧厂处理1 400 元/m3459 493. 2 m3 64 329. 0 万元 13 ～17 m 深度的土壤开挖、 运输、 处置80 元/m31 239 541. 9 m3 9 916. 3 万元 合计389 931. 8 万元 由表 2 可以看出 采用工程控制技术的费用 方 案 A 为 259 746 万元， 采用去除/治理技术 方案 B 的费用为 389 931. 8 万元， 方案 A 的费用为方案 B 费 用的 66. 6。 采用工程控制技术， 不仅节约治理成本， 也同时满 足场地开发利用的时间要求， 避免了过度修复等问题。 2. 2. 3工程控制技术方案设计细节 1在地下室的两侧及底板安装气体阻隔墙 喷膜 。设计示意图见图 3。 地下室底板结构主要包括原状土基层、 加强型衬 841 环境工程 Environmental Engineering 图 3在地下室的两侧及底板安装气体阻隔墙设计示意 Fig．3Design sketch for installing gas barrier around the basement 底材料、 涂膜、 涂膜层保护材料、 素混凝土垫层、 结构底 板; 地下室侧面结构主要包括结构墙、 涂膜、 加强型衬 底材料。这种在地下室的两侧及底板安装气体阻隔墙 喷膜 的结构在常州华润国际社区 G 地块住宅工程 上已有应用， 并取得了良好的阻隔污染气体的效果 ［ 8 ］。 2地下连续墙、 抽提井、 监测井的设计， 其平面 布置见图 4。 地下连续墙深入埋深 17 ～ 20 m， 黏性土层 1 ～ 1. 5 m， 墙体深度约 18 m， 墙体周长为 2 724. 3 m， 墙 体渗透系数 1 10 －7 cm/s。在阻隔墙内外设置 4 对 监测井， 在阻隔墙内与建筑物边界设置 10 口抽提井， 图 4地下连续墙、 抽提井及监测井平面布置示意 Fig．4Plane layout of underground continuous wall，extraction wells and monitoring wells 以小流量抽提地下水， 流量控制在 0. 01 L/s。 3工程控制技术应用的前景分析 工程控制技术并不是新兴技术， 在我国的水利工 程、 地质工程和土木工程等方面已有较长的应用历史 和大量成功的工程案例。在污染控制方面， 工程控制 技术主要应用于垃圾填埋场防渗， 其中垂直阻隔技术 用于防止渗滤液污染地下水， 表层阻隔用于防止降水 进入填埋区、 减少和防止渗滤液的产生［9 ］。 现阶段， 工程控制技术应用较少， 主要原因为 1场地风险管理理念不完善， 强调修复技术， 而 对工程控制技术关注较少。 2工程控制技术一般需要同制度控制同时使 用， 国内缺乏相应的政策环境支持。 根据国外的应用经验， 工程控制技术在我国污染 场地可能的应用情景大概分为以下 5 种类型 1污染物容易迁移， 风险高， 未来土地利用不紧 迫的场地 在确定土地利用长期规划的情况下， 短期 内不需要对该场地采取修复技术， 为防止污染物迁 移， 可采取工程控制技术。 2污染情况很复杂， 应用修复技术成本太高， 或 缺乏适宜的污染修复技术的场地 没有相应资金或相 应技术对该场地采取修复技术， 为防止污染物迁移， 可采取工程控制技术。 3受场地条件限制、 政策、 环境要求， 只能采用 工程控制技术的场地 如针对现有修复技术， 没有相 应的场地施工条件， 或进行场地修复会对周围环境， 如人群、 建筑等不可避免的造成影响， 只能采取工程 控制技术。 4污染区范围过大， 进行污染源处理的修复周期 很长、 经济成本很高， 工程控制技术可以在场地的部分 区域 容易扩散的区域 作为主要的风险控制措施。 5可以采用工程控制技术作为实施主动修复前 的辅助风险控制策略的场地。 4结论 1从国外的应用经验来看， 工程控制是一类具 下转第 137 页 941 土 壤 修 复 Soil Ｒemediation 清洁生产评价指标有6 个一级指标 生产技术特征指 标、 资源及能源消耗指标、 产品指标、 污染物产生指 标、 资源综合利用指标及环境管理指标 和25 个二级 指标。其中生产技术特征指标及环境管理指标为定 性指标， 其余均为定量评价指标。 3面对目前严格的节能减排目标和污水排放标 准， 城市污水处理行业本身存在的诸如能耗大、 管理 水平低下等情况， 本文建议对污水处理行业开展基础 调研， 建立不同工艺的城市污水处理行业清洁生产评 价指标体系， 确定合理的清洁生产评价指标值， 作为 清洁生产绩效的比较标准， 以推动城市污水处理厂清 洁生产审核开展。 参考文献 ［1］于宏兵． 清洁生产教程［ M］． 北京 化学工业出版社， 2011 36- 42. ［2］Poritosh Ｒ，Daisuke N，Takahiro O，et al． A review of lifecycle assessmentLCA on some food products［J］ ． J Food Eng， 2009， 90 1- 10. ［3］吕耀平， 黄福群， 求渊， 等． 从 LCA 角度评价塑料用品与木制用品 对环境的影响 ［ J］ ． 环境污染与防治， 2002， 24 6 382- 384. ［4］林亲铁， 李适宇， 厉红梅． 基于生命周期分析的致癌排放物人 体健康风险评价［J］ ． 化工环保， 2004， 24 5 367- 372. ［5］徐晓宇， 李春光． 污水处理厂运行的节能降耗技术进展［J］ ． 给水排水， 2009， 35 12 47- 50. ［6］于宏兵， 宗秀雨， 朱坦， 等． 再生胶清洁生产评价指标的构建 ［ J］． 化工环保， 2010， 35 5 432- 436. ［7］于建民． 三峡库区城市污水处理厂全过程生命周期评价及其 应用研究［D］ ． 重庆 重庆大学， 2009. ［8］国家城市给水排水工程技术研究中心． 给水排水工程概预算 与经济评价手册［ M］ ． 北京 中国建筑工业出版社， 1993. ［9］周咏馨， 苏瑛． 基于生命周期理论评价建筑物能耗及环境影响 ［J］． 管理现代化， 2009， 23 2 109- 112. ［ 10］狄向华， 聂祚仁， 左铁镛． 中国火力发电燃料消耗的生命周期 排放清单［J］ ． 中国环境科学， 2005， 25 5 632- 635. ［ 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