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炼焦煤气厂污染场地修复工程案例分析 刘宝蕴闫永旺 博大和谐环境科技 北京 有限公司，北京 100082 摘要 土壤污染不仅引起场地内土质的劣化， 还严重影响场地上及场地周边地区整体环境的安全， 需通过多种工程手 段进行控制和修复。目前我国土壤修复工作处于起步阶段， 通过实际案例分析， 介绍了典型炼焦煤气厂污染场地修复 工程的技术方案及其主要影响因素， 总结了项目实施要点， 提出了覆盖全面的工程方案、 科学合理的施工组织、 以及阶 段检测动态施工的工作方法。 关键词 污染场地; 土壤修复; 场地调查 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201410037 CASE STUDIES OF COKE GASWOＲKS SITE ＲEMEDIATION PＲOJECT Liu BaoyunYan Yongwang Boda Ecology Technology BeijingCo． ， Ltd，Beijing 100082， China AbstractSoil contamination not only causes deterioration of soil quality，but also seriously affect the security of environment surrounding region as a whole． So it is necessary to do soil remediation through a variety of means． At present，China soil remediation work is in its infancy． The site remediation technology program and the main factors of a typical coke gasworks project was described through case analysis． It was also summarized the main points of project implementation，and proposed a solution consists of a comprehensive plan， a scientific construction organization， phase inspection， and dynamic implemention scheme． Keywordscontaminated site;soil remediation;site investigation 收稿日期 2014 －01 －27 0引言 污染场地是指因堆积、 储存、 处理、 处置或其他方 式 如迁移 承载了有害物质的， 对人体健康和环境 产生危害或具有潜在风险的空间区域， 包括土壤、 水、 空气、 构筑物、 设施、 生物 ［1 ］。典型污染场地大致可 分为三类， 即工业污染场地 棕地 、 矿山、 污染农田。 对污染场地的认识和修复最早开始于 20 世纪 80 年 代的欧美， 经过几十年的发展已经形成了健全的法 规、 完善的市场以及一系列的工程技术和设备［2 ］。 但是由于污染场地的地区差异性极大， 因此国外的经 验不能直接在中国套用， 需要从我国当地实际情况出 发进行工程方案设计。 近年来， 土壤污染的问题在我国越来越受到重 视， 北京、 重庆等大城市在全国率先开展了污染场地 的调查与修复工作， 并制定了一系列有针对性的地方 法规、 标准和指导性文件， 通过修复项目的实施积累 了国内最早的场地修复工程经验。本文通过对典型 炼焦煤气厂污染场地修复工程的分析， 总结了项目要 点， 以期为类似的工程设计和实施提供借鉴和参考。 1项目背景 该项目所在地位于北京城区， 原为某大型机械加 工厂的煤气制备厂， 总面积为 840 000 m2， 成立于 1958 年， 至2011 年彻底停产转为文化产业园， 主要从事钢 铁热加工和机加工生产。位于南厂区西侧的煤气站建 于1969 年， 1970 年正式投产， 采用发生炉制煤气技术 为整个厂区提供动力燃料， 1998 年停止使用， 并于 2003 年因抵债将煤气站进行拆除， 而其他设施如焦油 池等仍然存在。2009 年此机械加工厂通过场地调查和 风险评估， 结果表明仅原煤气站存在污染， 污染物为多 环芳烃 PAHs 污染物含量及修复目标值如表 1、 表 2 所示 ， 修复面积约10 800 m2， 修复土方量约21 600 m3， 需清理焦油量为 734 m3。2011 年采用异位技术对原 煤气站区域实施了场地修复。 161 土 壤 修 复 Soil Ｒemediation 表 1场地超标点污染物含量 Table 1Pollutants contents of excessive points in the site 点位位置深度/m超筛选值的污染物浓度/ mg kg －1 筛选值/ mg kg －1 超筛选值倍数 S- 88煤气站的北侧0. 00 ～0. 30苯并 a 芘0. 20. 092 S- 90冷却塔底下0. 10 ～0. 30苯并 a芘0. 30. 093 0. 80 ～1. 00苯并 a 蒽1. 40. 92 苯并 b ＆ k 荧蒽2. 50. 93 苯并 a 芘1. 30. 0914 茚并 1， 2， 3- cd 芘1. 40. 92 S- 91焦油池西侧0. 30 ～0. 70苯并 a 芘0. 10. 091 1. 50 ～1. 70苯并 a 芘0. 20. 092 S- 92煤气站南侧0. 90 ～1. 10苯并 a 芘0. 20. 092 S- 95焦油池东北角0. 40 ～0. 60苯并 a 蒽17. 00. 919 苯并 b ＆ k 荧蒽22. 20. 925 苯并 a 芘12. 10. 09134 茚并 1， 2， 3- cd 芘8. 90. 910 二苯并 a， h 蒽1. 80. 092 表 2场地土壤修复目标值 Table 2Ｒemediation target value of the site soil 污染因子 苯并 a 蒽 苯并 a 芘 茚并 1， 2， 3- cd 芘 二苯并 a， h 蒽 苯并 b ＆ k 荧蒽 修复目标值/ mg kg －1 1. 250. 1251. 250. 1251. 25 2场地调查对项目的影响 进行污染场地修复前， 首先要详细解读和分析场 地调查报告， 掌握场地背景、 污染范围、 污染种类、 未 来用途等重要信息， 这些都是制定修复工程方案的重 要依据。本项目由于场地本身条件的限制， 场地调查 报告本身存在调查不够详尽的地方， 不利于修复工程 的开展。 2. 1采样布点密度不足 煤气站地面厂房、 水池、 铁轨、 沟槽等筑物杂乱， 树木杂草丛生， 大理石板材及生活垃圾任意堆放， 导 致大部分地表被覆盖， 表层土受到人工扰动影响较 大， 多处无法采样。加密采样时约 2 万 m2区域内仅 布设 8 个采样点， 主要分布在煤气站周边， 对场地内 的覆盖不够全面， 且对污染边界的调查不够充分。因 此报告给出的修复范围及深度将与实际情况有很大 出入， 造成超量修复或修复不足的可能性也很高， 修 复土方量的不确定性也将造成预估修复费用的不 准确。 2. 2缺少地下管线分布资料 该场地历史久远， 且荒废多年， 因此场地资料缺 失严重， 特别是场地地下管线的分布没有相关图纸及 文字资料， 只能根据生产工艺和老工人访谈推断地面 下应存在管线和电缆， 并且工艺管线内部可能存在焦 油。由于无法确定其具体位置， 一旦在开挖过程中造 成管线和电缆破损， 将造成环境污染和断电等情况， 这给修复工程带来极大困难， 增加了施工的危险性， 施工进度也将受到影响。 3技术比选与方案设计 3. 1技术比选 污染场地的修复技术有物理修复技术、 化学修复 技术和生物修复技术。具体应用时应当从多方面因 素 见表 3 考虑进行筛选。本项目场地污染物为多 环芳烃， 可采用的修复技术有水泥窑焚烧法、 热脱附 法、 生物堆法、 生物通风法、 化学氧化法。 场地已经规划新的用途， 要求修复在短期内完 成， 因此应采取异位修复技术。场地土壤为黏土且污 染物为半挥发性有机物， 若采用热脱附法则能耗高， 污染物去除率低 ［3 ］， 因此不宜采用。异位化学氧化 操作复杂， 氧化剂的储存使用危险性较大［4 ］， 因此并 非最佳选择。生物堆法修复耗时长， 场地使用费用 高， 污染物去除率不高 ［5 ］， 也不适用于本项目。场地 不存在地下水污染， 土质为黏土， 适合采用水泥窑焚 烧技术， 且项目所在北京地区有成熟的水泥窑焚烧设 施和技术经验， 因此最终选定水泥窑焚烧技术。 水泥生产是各种无机矿物原料经配比均化后， 在 1 400 ℃以上的高温， 经过固相反应来制备水泥产品。 水泥窑焚烧技术就是将污染土按一定比例加入水泥 窑， 利用其高温将有机物污染物彻底分解为无害物 质， 重金属污染物则固化在水泥产品的晶格中， 达到 消除污染的目的。根据水泥生产工艺特点， 重金属污 染土可以从原料直接加入， 而含有有机污染物的土壤 261 环境工程 Environmental Engineering 必须从高温段入窑焚烧， 详见图 1。 表 3污染场地修复技术筛选影响因素 Table 3The selected influencing factors of remediation technique for contaminated site 因素类别因素指标 场地条件土壤含水率、 土壤 pH 值、 阳离子交换量、 土壤渗 透性 技术指标操作复杂程度、 技术成熟度、 技术可获得性、 修 复周期、 污染物去除率 经济指标设备投资、 运行成本、 监测费用、 后处理费用 环境指标二次污染风险、 副产品的危害、 对人员健康的影 响、 对周边气味和景观的影响 图 1污染土壤水泥窑焚烧处理工艺流程示意 Fig． 1Schematic process flow of contaminated soil incineration by cement kiln 3. 2方案设计 3. 2. 1污染土处置流程 针对本项目污染物的性质和分布情况制定了以 水泥窑协同处置为主污染土处置方案， 同时辅以适当 的预处理方法使污染物转化为更加稳定、 性质均一的 状态， 保证污染土处置的安全性和彻底性。详细流程 如下 1 在挖掘现场将较大的石块、 砖块、 金属等异物 分拣出， 然后将污染土运至污染土充气膜大棚内暂 存， 使之与周围环境隔绝， 挖掘和运输过程中要对污 染土进行覆盖， 避免有机物挥发产生二次污染。 2 污染土入窑处置前， 在大棚内利用筛网 网孔 尺寸 50 cm 50 cm 对污染土进行筛分， 进一步除 去异物; 然后送入窑尾高温段直接入窑焚烧。在高温 段焚烧有机物可以避免产生二恶英， 还可以避免有机 物直接向大气中挥发。 3 为方便污染土入窑尾高温段焚烧， 设计在窑 尾加装物料提升装置， 见图 2。入窑设备情况见表 4。 预处理后的污染土壤用专门的运输车从充气大棚储 库转运到预热器塔架旁的存料斗， 为避免卸料时扬尘 造成的二次污染， 将对卸料区进行密封。从卸料斗倾 出的污染土经板式喂料机进入皮带秤计量， 计量后的 土壤经提升机提升后由管道进入窑尾烟室喂料点， 送 入窑尾烟室高温段焚烧， 完成污染土壤的入窑过程。 整个上料装置须进行密闭， 避免粉尘外扬。 图 2窑尾物料提升装置示意 Fig．2Schematic diagram of soil hoister system for kiln tail material 表 4入窑设备表 Table 4Device list of soil hoister system 编号设备名称规格型号、 技术性能数量 1进料仓B4000 mm 5500 mm1 2中型板式喂料机BL600 mm 3000 mm1 3申克喂料秤称量范围 0 ～10 t/h1 4皮带输送机B650 mm 3000 mm， 带速 0. 8m/s， 耐高温， 密闭式 1 5斗式提升机提升距离 10m1 6翻板锁风阀直径 500mm1 7袋式收尘器1 8电动门4 000 mm 6 000 mm1 9空气炮压力 0. 8 atm， 容量 100 L2 10仓振动器CZ6004 3. 2. 2污染土处置量的确定 进行污染土处理的水泥厂产量为5 000 t/d， 由于 所含污染物为有机物， 因此采取从分解炉高温点入窑 的方式进行处置。由于污染土本身含有一定水分， 蒸 发时会吸收热量， 所以需要补充燃煤以稳定污染土入 窑引起的温度波动; 水分蒸发和补充的煤燃烧产生的 烟气增加了预热器出口空气排放量。根据经验设定 处置量为 300 t/d， 再通过水泥厂现有运行数据 表 5 计算， 焚烧有机污染土每小时高温风机风量增加 7 751. 68 m3， 尾排风机风量增加4 857 m3 表6 。可 以看出 高温风机和尾排风机都有富余量， 增加的风 量不会对风机运行造成影响。由表 7 可知 本场地污 染土的成分与砂岩黏土质原料非常接近， SiO2含量 甚至超过了原料砂岩， 可以通过调整配料替代部分硅 质原料， 但需要控制污染土中碱含量对窑工况的影响， 可以采取两种措施 一是将处置量降低为 200 t/d; 二 361 土 壤 修 复 Soil Ｒemediation 是在处置污染土的同时加入高含氯废弃物， 如多氯联 苯、 废变压器绝缘油等［6 ］。 表 5水泥窑相关参数 Table 5The relevent parameters of cement kiln 项目主要参数数值 水泥窑系统分解炉出口温度/℃880 三次风温度/℃ 945 高温风机入口压力/Pa－6 600 高温风机入口温度/℃280 尾排风机入口压力/Pa－1 800 尾排风机入口温度/℃91 高温风机的额定风量/ m3 h －1 830 000 高温风机实际运行风量/ m3 h －1 790 000 尾排风机的额定风量/ m3 h －1 924 000 尾排风机实际运行风量/ m3 h －1 831 600 污染土农药污染土含水率/20. 73 初始温度/℃ 15 煤粉煤粉热值/ kJ kg －1 23 667 水15 ℃比焓/ kJ kg －1 63. 1 880 ℃比焓/ kJ kg －1 4 349. 9 945 ℃比焓/ kJ kg －1 4 507. 24 另外场地内除污染土壤， 还存在焦油、 建筑垃圾、 生活垃圾， 地面构筑物部分保留， 因此在编制方案时， 除土壤修复技术方案还要编制相应的其他工程方案。 表 6热量平衡计算结果 Table 6The calculation results of thermal balance 污染土处置量/t补充喂煤量/kg 空气需求量/m3燃烧气体体积/m3 137. 60233. 52286. 28 表 7原料及污染土成分分析 Table 7Compositions of raw materials and contaminated soil 原料烧失量 SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O 石灰石41. 932. 351. 710. 3553. 320. 27 砂岩6. 03 66. 213. 343. 432. 252. 23 铁质校正原料 －3. 95 32. 248. 2445. 518. 976. 74 铝质校正原料5. 63 64. 6814. 876. 561. 462. 01 污染土1. 07 76. 114 12. 463. 8961. 455 1. 347 1. 9971. 093 4工程实施要点 4. 1科学合理的施工组织 本项目场地面积不大， 但场地条件比较复杂， 地 面构筑物多， 地下沟槽、 管线情况不详， 需要同时处理 污染土壤、 一般固废和危险废物， 因此必须做好科学 合理的施工组织安排才能保证修复工程顺利进行。 入场放线后， 首先进行场地平整， 清除杂草灌木及 大理石板材， 然后拆除除焦油池外的一般地面构筑物， 并清理建筑垃圾。同时在南侧较平整的区域开始污染 土壤清挖， 逐渐向北侧推进， 同时做好保留建筑物的保 护。然后清理最北侧焦油池表面覆盖的生活垃圾， 以及 其他焦油池内的积水， 再由专门人员入场清理焦油池残 余焦油， 并对焦油池底板和四壁进行清理。最后完成全 部场地污染土壤清理。此过程中要严格控制不同种类 废物的出场顺序、 计量和去向， 所有出场车辆必须强制 清洗后才能放行， 洗车设施结构如图3、 图4 所示。 图 3运输车辆洗车池平面布置 Fig． 3Layout of the tank to wash transport vehicles 图 4运输车辆洗车池剖面结构示意 Fig． 4Sectional structure of the tank to wash transport vehicles 4. 2阶段监测的动态施工方法 为了保证污染物得到彻底清除， 并保证施工进 度， 采用阶段监测的动态施工方法。污染土壤开挖 时， 先挖探坑查明地下管网情况， 再根据场地调查报 告， 以污染点位为中心向外开挖至周边无污染点位， 然后移至下一污染点位开挖。对已经完成开挖的基 坑按 DB 11/T 7832011污染场地修复验收技术规 范 中的规定进行取样检测， 根据检测结果确定开挖 是否到位， 对仍存在污染的基坑继续扩大开挖范围， 下转第 156 页 461 环境工程 Environmental Engineering ［3］Pollard S J T，Montgomery D M，Sollars Ｒ P，et al． Organic compoundsinthecement- basedstabilisation/solidificationof hazardous mixed wastesMechanistic and process considerations ［J］． Journal of Hazardous Materials， 1991， 28 3 313- 327． ［4］Zhang A J，Humayoun A，Frank K C． Solidification/stabilization applied to chromium species［ J］ ． Journal of Environmental Science and Health， 1997， 32 6 1731- 1742． ［5］Parsa J，Munson S， Steiner Ｒ．Stabilisation/solidification of hazardous wastes using fly ash［J］ ．Journal of Environmental Engineering， 1996， 122 10 935- 940． ［6］Jesse Ｒ C，Steve H． A 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