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【三棱环境·行业新闻】我国污染场地土壤修复技术 | 工程应用、案例与商业模式分析

发布日期:2020-07-11 17:13:18 浏览次数:168

研究背景

近年来,随着我国产业结构的调整及城市化进程的加快,全国的大中城市都实施了“退二进三”“退城进园”的政策,大批涉及化工、冶金、石油、交通运输、轻工等行业的污染企业先后搬迁或关闭。大量工业企业搬迁遗留场地的污染土壤在再开发利用过程中,污染物会直接对该区域土地上从事生产、生活人员的健康构成威胁。随着我国土壤污染面积不断扩大,更是出现了复合型、混合型的高风险污染区,并呈现出城郊向农村延伸、局部向区域蔓延的趋势。


2005-04—2013-12,国家环境保护部和国土资源部联合对全国土壤污染状况进行了调查,调查点位覆盖全部耕地,部分林地、草地、未利用地和建设用地。调查结果表明:全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出,工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因。在有限的土地资源和脆弱的环境承载能力状况下,积极开展土壤污染修复治理工作可为我国实现绿色可持续发展提供有力保障。

摘 要

基于我国土壤污染形势及污染场地的特点,介绍了几种典型的污染场地土壤修复技术在国内的工程应用现状,包括工程技术适用范围、系统构成、主要工程装备、工程案例、参考成本等。并结合当前我国土壤修复行业的特点,系统分析了现阶段国内污染场地土壤修复行业的商业模式及其未来的发展方向。

我国污染土壤修复技术的工程应用现状

1.解吸脱附技术

1.1 工程应用

解吸脱附技术可分为常温解吸热解吸,热解吸又称为热脱附技术,可根据解吸温度分为低温热脱附(土壤加热温度低于315 ℃)及高温热脱附(土壤加热温度高于315 ℃)。在国内工程应用时,常温解吸技术通常将污染土壤堆置成条形土垛,通过翻抛设备对土垛进行翻抛作业,使土壤中的挥发性污染物经挥发去除。热解吸技术用到的处理系统及设备相对复杂,如滚筒式热脱附系统、流化床式热脱附系统、微波热脱附系统及远红外线热脱附系统。国内工程中应用的主要是滚筒式热脱附系统,该系统主要由进料系统、热解吸系统和尾气处理系统组成,加热方式可以选择直接加热或间接加热。一般情况下,直接加热处理土壤的温度为150~650 ℃,间接加热处理土壤温度为120~530 ℃。在国内工程应用中,为保证热脱附的效率和能耗,土壤进料前需进行预处理使其含水率低于25%,最大土壤粒径不超过50 mm。


1.2 工程案例

某化工厂退役后,经场地调查与风险评估发现,厂区内土壤均受到以VOCs和SVOCs为主的复合有机物污染,主要污染物为BTEX、有机磷农药、多环芳烃等,工程规模约20万m3。轻度污染土壤采用常温解吸技术,重度污染土壤采用滚筒式热脱附技术将污染土壤均匀加热到300~550 ℃,氧化焚烧室污染物去除率大于99.9%,修复后的土壤中污染物浓度达到修复目标,项目实际工程费用约为1000元/m3。


2.化学氧化/还原技术

2.1 工程应用

目前国内在化学氧化/还原技术的应用中,常见的氧化还原剂包括芬顿试剂、锰酸盐、过硫酸盐、臭氧、硫化氢、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、多硫化钙和零价铁等,其中过硫酸盐和零价铁是目前国内外较为推崇的氧化剂和还原剂。工程应用技术可分为原位处理技术和异位处理技术。异位处理系统主要包括土壤预处理、药剂混合及防渗系统等。预处理系统是对污染土壤进行破碎、筛分或添加改良剂等,主要设备包括破碎筛分斗、挖掘机等。药剂混合系统是将污染土壤与药剂进行混合搅拌,主要设备包括土壤改良机、浅层土壤搅拌机等。防渗系统是具有抗渗能力的反应池,并且能够防止搅拌设备对其损坏,通常采用抗渗混凝土或防渗膜加保护层。原位处理系统主要由药剂制备/储存系统、注入系统、监测系统等组成。药剂通过注射井注入到污染区,注射井的数量和深度根据污染区的范围及污染程度进行设计,在注射井的周边及污染区域的外围布署监测井,以便在修复过程中及修复后对污染区的污染物,及药剂的分布和迁移情况进行监测。对于渗透性较低的土壤,可以采用土壤混合技术或液压破裂技术帮助化学药剂分散到污染区土壤中。


2.2 工程案例

某农药生产厂地,经场地调查与风险评估发现其主要污染物为邻甲苯胺、对氯甲苯、1,2-二氯乙烷等多有机污染物,其地下水污染面积约6000 m2,污染深度达18 m。综合场地污染物特性、污染物浓度、土壤特征以及项目开发需求,选用原位化学氧化技术进行非挖掘区地下水污染治理,整个修复项目的运营管理费用为2000~2500/m2。


3.化学淋洗技术

3.1 工程应用

在化学淋洗技术的应用中,有机污染选择的淋洗剂一般为表面活性剂和有机溶剂,重金属污染选择的淋洗剂一般为无机酸、有机酸、络合剂等,对于有机物和重金属复合污染,可考虑两类淋洗剂的复配。工程应用技术也可分为原位处理技术和异位处理技术,但在国内的工程应用中,受场地条件等因素限制,很少使用原位处理技术,工程中更多地偏向于使用异位化学淋洗技术。异位处理系统主要包括土壤预处理、筛分、淋洗、水土分离、污水处理及挥发气体控制系统等。主要设备包括土壤预处理设备(如破碎机、筛分机等)、输送设备(如螺旋输送机、带输送机等)、物理筛分设备(如湿法振动筛、滚筒筛等)、增效淋洗设备(如淋洗搅拌罐、水平振荡器、加药配药设备等)、水土分离及脱水设备(如脱水筛、压滤机、离心分离机等)、污水处理系统(如沉淀池、物化处理系统等)、泥浆输送系统(如泥浆泵、管道等)、自动控制设备等。该技术对于污染物集中的大颗粒土壤(如砂砾、沙和细沙及相似土壤等)更为有效,对黏土的处理较为困难,土壤中细粒的百分含量是决定该技术修复效果和成本的关键因素,若土壤中含有25%以上的黏粒,则修复成本会大大提高,这种情况下通常不会考虑采用化学淋洗技术。


3.2 工程案例

某有机氯农药厂经场地调查与风险评估发现,场地中部分区域土壤存在有机物污染,主要污染物为六六六和滴滴涕,最大浓度分别达46.4,33.2 mg/kg,工程规模约为1000 m3。污染土壤主要为杂填层,粗粒(2~10 mm)含量在58%左右,砂粒(0.3~2 mm)含量接近25%,细粒(小于0.3 mm)在17%左右,综合场地污染物特性、污染物浓度及土壤性质,选用异位化学淋洗技术对该杂填土进行污染治理,修复后土壤中污染物去除率高于85%,均达到修复目标要求,项目系统设备运行成本约为300元/m3,淋洗剂及污水处理药剂的成本约为240元/m3。


4.固化/稳定化技术

4.1 工程应用

固化/稳定化技术使用的修复材料主要分为3类无机黏合剂(水泥、火山灰质材料、石灰、磷灰石和矿渣等)、有机黏合剂(有机黏土、沥青、环氧化物、聚脂和蜡类等)、专用添加剂(活性碳、pH调节剂、中和剂和表面活性剂等)。工程应用包括原位和异位两种处理技术,在国内的工程应用中,更多地偏向于使用异位固化/稳定化技术。异位处理系统主要包括土壤预处理、药剂添加及混合搅拌系统等。主要设备包括土壤挖掘设备(如挖掘机等)、土壤水分调节设备(如输送泵、喷雾器、脱水机等)、土壤破碎筛分设备(如破碎机、破碎斗、振动筛、筛分破碎斗等)、土壤与药剂混合搅拌设备(双轴搅拌机、单轴螺旋搅拌机、切割锤击混合式搅拌机等)。在修复实施过程中,土壤和药剂的混合程度是该技术能否成功应用的关键性指标,混合越均匀则固化/稳定化效果越好,而对土壤的预处理破碎有利于后续与药剂的充分混合接触,一般要求破碎后的土壤颗粒粒径不宜大于50 mm。


4.2 工程案例

某电子电镀车间,经场地调查与风险评估发现,场地中大部分区域土壤存在重金属污染,主要污染物为铜、锌和银,最大浓度分别达1560,385,3306 mg/kg,工程规模约为2000 m3。污染土壤主要为黏性土和粉质黏土,污染深度1~4 m。综合场地污染物特性、污染物浓度及土壤性质,选用异位固化/稳定化技术对污染土壤进行污染治理,修复后土壤均满足修复目标要求,项目综合成本约为600元/m3。


5.联合修复

我国部分土壤污染区域呈现出复合污染的特点,使用单一修复方法很难达到理想效果,因此需要发展多技术联合的修复技术。对于复合污染土壤的修复,可将解吸脱附、化学氧化/还原、化学淋洗及固化/稳定化等技术结合使用。例如,化学淋洗技术在固化/稳定化修复的预处理阶段使用,可有效除去污染物中的一些挥发性和半挥发性有机污染物,使固化效果更佳;在化学氧化修复之前,使用常温解吸技术可有效除去污染物中的一部分挥发性有机污染物,减少氧化药剂的使用,从而降低修复成本。

我国污染土壤修复行业商业模式分析

“十二五”期间,用于全国污染土壤修复的中央财政资金约有300亿元,根据业内人士分析,在此带动下,最终可能吸引到地方政府和社会资本,土壤修复市场有望达到千亿乃至万亿元。然而,虽然我国土壤修复产业市场规模潜力巨大,但由于没有完善的商业模式,使得资金匮乏问题一直困扰着土壤修复产业的发展。目前,我国土壤修复行业的资金来源主要有3个类型,“谁污染,谁治理”、“谁受益,谁治理”以及“政府出资”。

1)“谁污染,谁治理”模式,适用于污染责任主体明确的污染场地,该模式属于“污染者付费模式”。针对污染场地,明确法律意义上的有关责任主体,由污染责任主体筹措资金用于污染场地的修复治理。

2)“谁受益,谁治理”,该模式属于“受益者付费模式”,该模式充分利用市场机制,由污染场地的开发商或使用者筹措污染场地的修复资金,将对污染土地开发再利用所带来的预期增值,作为土壤污染修复治理的商业回报。

3)“政府出资”模式,对于污染责任主体不明确、缺乏良好收益机制的污染场地,由国家或地方政府负责筹措资金用于这类污染场地的修复工程费用。


由于历史原因,我国土壤污染主体大多是各类国有工厂,经过多轮的改制重组,很多工厂产权归属关系已经灭失,无法明确造成污染的责任主体,单纯由“政府出资模式”筹措资金用于污染场地的修复,给政府带来了巨大的财政压力,如何解决资金不足的问题,提高污染治理的效率,成为了阻碍土壤修复行业发展的瓶颈。针对这种情况,近年来出现的PPP模式被证明是符合中国国情的,有望成为土壤修复行业新型商业模式。


PPP模式全称Public-Private-Partnership,即公私合营。从广义上来说,但凡政府与私人机构之间进行合作(如常见的BOT、BT、EPC模式),均可以认为是PPP模式。但从狭义上来说,PPP模式是指政府与私人机构通过合作共担风险,政府授权私人机构特许经营权运营项目,最终共同分享收益。例如,国内某环境修复公司在2014年与湘潭市岳塘区开展合作,政企双方成立合资公司对岳塘区工业园重金属污染土壤进行综合治理,修复完成后,这片工业区将整体开发为生态新城,该环境修复公司从后期土地交易中获取治理收益。“岳塘模式”即是PPP模式的一种应用,采用的土壤修复开发转让获取增值收益的模式,打破了行业发展的资金瓶颈,引入了第三方资金,完善了从土地修复到收益实现的机制。

结束语

我国土地资源紧缺,土壤污染形式严峻,随着近年来在各大城市进行场地的调查评估和修复工作的开展,通过不断引进国外先进技术和设备,我国的污染土壤修复技术已基本实现了工程化应用。但成套引进现成的技术装备,受到国外知识产权保护,费用昂贵,同时也存在着水土不服的问题,需要根据我国土壤污染特点进行适应性分析,消化吸收国外的先进经验,加强国内修复材料和设备的研究开发,早日形成我国自主知识产权的工程技术、修复材料和工程装备。


随着我国对土壤环境污染问题的日益重视,土壤修复行业的前景非常广阔,但当前大多数项目仍面临着环境治理资金不足的困境,PPP模式下的环保治理服务商业模式是化解环保治理服务困境的一剂良药,未来随着我国环境税的开征以及《土壤污染防治行动计划》的颁布,地方政府财政补贴的来源将更加广泛,将会有更多的污染土壤修复项目采用PPP模式,这将大大推进我国土壤修复工作的进程。


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