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朱俊民，王云丽，周 虹，胡培良
（1.湖南有色环保研究院有限公司，湖南 长沙 410100；
2.永清环保股份有限公司，湖南 长沙 410100）
我国工矿业废弃地土壤环境问题突出，根据2014年公布的《全国土壤污染状况调查公报》［1］显示“在调查的70个矿区的1 672个土壤点位中，超标点位占33.4%，主要污染物为镉、铅、砷及多环芳烃，其中有色金属矿区周边土壤镉、砷、铅等污染较为严重”。
矿山的采选生产及冶炼加工过程均将产生大量固体废物（如废石、尾矿、冶炼渣等）［2］。根据生态环境部颁布的《全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》数据统计［3］，2019年有色金属产生一般工业固体废物4.6亿t，其综合利用率为27.1%。固体废物经露天堆放或处置不当，将会释放大量有毒有害的重金属元素，并进入到土壤和水体中，给周边土壤环境带来危害。
原位阻隔技术在我国较为成熟，是污染场地治理中应用较广泛的风险管控措施［4］，主要应用于不宜大范围开挖的污染场地，如污染土壤或固废、老旧垃圾填埋场整治、尾矿库防治、煤矸石山治理等领域。
原位阻隔技术原理是将污染区域通过在四周建设阻隔层，并在污染区域顶部覆盖隔离层，将污染区域四周及顶部完全与周围隔离，避免污染物与人体接触和随地下水向四周迁移，也可以根据场地实际情况综合评估，选择只在场地四周建设阻隔层或只在顶部建设覆盖层。该技术虽不能降低土壤中污染物本身的毒性和体积，但可以明显降低污染物在土壤地表中的暴露性及其可迁移性［5］。
本文结合甘肃某废弃矿区污染场地实际治理案例，构建原位风险管控技术体系和工程措施，以期为日后类似项目的实施提供案例指导。
1.1 场地现状
甘肃某无主金矿，矿区面积约4.4万m2，遗留有3处矿采废石矿区和6处氰化废渣。由于该矿区无序开采和冶炼工艺落后，氰化废渣、采矿废石随意堆放，加之矿区裸露无人管理，水土流失严重，对当地人畜健康和生态环境安全产生了严重威胁。
1.2 水文地质条件
场地调查主要为第四纪地质调查。最大调查深度为15.9 m，根据钻孔揭露，场区地块地层构造简单，场地地层除场地南部渣堆的杂填土外主要为第四系冲洪积物卵石为主。地层岩性特征描述见表1。
表1 地层一览表
经过场地勘察，矿区区域地下水类型为松散岩类孔隙水，地下水为潜水，含水层岩性为第四系冲洪积砂砾卵石。地下水水位埋深0.4～2.8 m，随着含水层埋深变化，包气带岩性上部为人工填土，下部为含砾粉质粘土，隔水底板为三叠系砂岩（上部强风化带含水），地下水由南向北方向径流，水力坡度6%～10.5%。根据抽水试验，矿区潜水含水层单井涌水量约0.76 m3／h，水量较小。
1.3 场地污染情况
根据调查结果及风评结果，地下水未受到污染，主要污染介质为废渣和土壤，主要污染指标为重金属和氰化物。
场地内矿采废石分布于开采区，主要的集中渣堆共计三个片区，氰渣堆共计六处。对采矿废石按照标准《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》（HJ 557-2010）进行浸出毒性测试，对照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类水标准进行评价，所送检样品的浸出液中砷和氰化物均不超标。对氰渣堆进行重金属含量分析，结果表明氰渣中砷的含量为211～10 085 mg／kg，远远高于土壤样品中砷含量值。根据本项目的场地环境调查与风险评估报告中对氰渣经过《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）和《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》（HJ 557-2010）分析，结合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599-2001）判断本项目氰渣属于第Ⅱ类固废。
场地土壤中铜、铅、锌、汞、镍、铍和镉7种重金属元素的含量均不超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）中筛选值限值。场地土壤中砷的浓度范围为15.7～2 087 mg／kg，跟筛选值进行对照，超标率为90%，超标倍数为0.48～82.48；
同管制值进行对照，超标率为45%，超标倍数为0.04～19.87。土壤中氰化物的浓度范围为0.005～1.42 mg／kg，均低于筛选值和管制值。
土壤中类金属砷作为主要关注污染物。为了避免污染源扩散，保障周边居民身体健康以及牧区生态环境安全，针对该矿区治理工作十分必要紧迫。
2.1 氰渣修复目标
场地内的氰化物废渣进行填埋封场妥善处置，使其毒性不危害周边环境。
2.2 阻隔填埋验收目标
本方案对污染土壤原地风险管控，不涉及污染土壤清挖，故不设置污染土壤清挖目标。由于本方案采用原位阻隔技术并没有降低土壤中污染物的浓度，只是通过工程措施将其与周边环境隔离开来，降低污染物在地表的暴露及其迁移性，从而达到治理的效果。因此设置阻隔填埋验收目标，其验收不以污染土壤的污染物浓度为验收目标，只从填埋的效果及对环境的影响作为其评价验收的标准，其场地防渗系数要不大于1×10-7cm／s。
本工程根据特定的场地类型、水文地质条件以及综合考虑修复成本，构建原位风险管控体系，选择“垂直防渗+水平封场+生态修复”等多种技术组合，对废弃矿区进行风险管控。原位风险管控技术路线图如图1所示。
图1 原位风险管控技术路线图
具体方案设计如下：
1.对场地内的氰渣和污染土壤进行原地封存阻隔填埋。
2.本项目氰渣属于第Ⅱ类固废，另外场地内氰渣满足《黄金行业氰渣污染控制技术规范》（HJ 943-2018）中对于入氰渣填埋场处置的氰渣的要求，即本场地氰渣中总铜、总铅、总锌、总砷、总汞、总镉、总铬、铬（六价）低于GB 18598入场填埋污染控制限值要求，且根据HJ／T 299制备的浸出液中氰化物（以CN计）按照HJ484总氰化物测定方法测得的值不大于5 mg／L时，可进入填埋场处置。为了节省环境工程治理成本，本项目拟将氰渣与污染土壤一并原地进行阻隔封存处置。
3.场地满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18559-2001）中Ⅱ类场选址要求，并按照《黄金行业氰渣污染控制技术规范》（HJ 943-2018）中对填埋场的要求进行防渗。采用“垂直阻隔+水平覆盖”组合技术进行场地填埋处置。
4.垂直阻隔采用“地下高压旋喷+地上挡土墙”技术，水平封场结合“HDPE膜+GCL”复合防渗结构进行防渗。采用的高压旋喷桩技术，在应用于土壤修复之前，早已在水利、建筑等行业广泛用作基地加固和防渗处理措施，技术成熟。
5.对治理区域进行生态植被恢复，恢复场地内生态环境，减少地质灾害。
6.最后通过地下水长期监测手段对场地内氰渣进行长期风险管控。
1.清挖收集工程。临时氰渣占地面积1 310 m2，氰渣体积为11 790 m3。对临时氰渣区进行清挖，运至氰渣堆存区，与堆存区氰渣一并阻隔封存。氰渣采用运输卡车和挖掘机进行清挖和转运。
2.地下防渗工程。氰渣清挖运输至堆存区后，将对堆存区自上游向下游采取三面防渗的施工，地下部分采用高压旋喷桩阻隔措施。高压旋喷桩双重管工艺设计，平均深度为7.0 m，高压旋喷桩桩径一般为1.0 m，为保证成桩效果，搭接宽度0.2 m，桩深7.0 m，底部深入基岩1.0 m。高压旋喷桩工艺参数见表2。施工流程及施工顺序如图2、图3所示。
表2 高压旋喷桩工艺参数
图2 高压旋喷施工流程图
图3 高压旋喷施工顺序示意图
3.挡土墙工程。地面以上采用混凝土隔离墙墙体，墙体沿高压旋喷桩顶部布设，共计400 m，墙高5.0 m，墙体C30砼，墙体顶宽0.5 m，底宽1.0 m。混凝土挡土墙施工流程：测量放线→基础开挖→铺设垫层→隔离墙砌筑→勾缝、抹面、养护。
4.封场绿化工程。（1）对开采破碎区和氰渣堆存区进行封场绿化。其中开采破碎区地势较陡，对开采破碎区（废石）采用挖高填低的分级平整方式，平整后的场地呈梯田状，每级坡面高10 m，坡比为1∶2，共分9级，每两级坡面间设置一道宽为5 m的马道，马道之间边坡坡度＜35°，形成有利于植被恢复的地表条件。封场施工顺序依次为：测量放线→场区平整→GCL层施工→HDPE膜施工→土工布施工→黏土层施工→植被层施工→撒播草籽→洒水养护；
（2）锚固沟施工。为保证防渗膜边坡铺设的稳定性，库区周边均设置顶部锚固沟。锚固沟直接开挖而成，距库顶边缘1.0 m，沟宽1.0 m，深度1.0 m，防渗膜铺设后用开挖土料回填并压实，并铺设混凝土方砖一层。
5.截排水工程。为保障阻隔填埋场建设封场后，不被雨水和洪水冲走，设置排水渠。阻隔填埋场四周建永久排水渠，同时为保证填埋场场内排水能够顺利排出，在场内建设排水渠，并与场外排水渠连通，截留的雨水排入填埋场东侧的自然河道中。
6.监测井工程。在项目区域上游、下游以及山体侧面各设置一座监测井。上游井1个作为对照井，下游井2个、侧面井2个，用于监测污染向下游方向和侧面方向污染的情况。主要施工工序为：选定井位→钻进成孔→下井管→滤层、封隔层围填→平台、井口保护设施安装→洗井。
7.隔离及标识工程。场地外围布设一道安全隔离栏，采用半Y型圆管立柱围栏，将山上开采区及山下阻隔封存场与外界环境进行隔离，本工程建设隔离围栏1 480 m，并配备一扇隔离门。在场地治理修复完成后，在场地入口处和封存场位置处分别设置场地标识牌，以起到告知作用。
该工程于2019年竣工验收，共投资约1千万元。本工程经监理见证取样，地下阻隔墙、挡土墙以及土工材料均符合设计要求。该区域地表水、地下水、土壤、空气监测均达标，环境效益改善明显。污染土壤及遗留废渣全部处置完毕，未出现二次污染情况，该项目污染场地治理效果符合修复要求。项目通过填埋阻隔和植被恢复，有效的防止水土流失，同时重构矿区生态环境，促进社会和谐。
本工程通过采用原位阻隔技术，对原有采矿区进行风险管控。项目充分利用原有场地地形、水文地质条件，构建原位阻隔填埋体系。通过地下高压旋喷桩工程、地上挡土墙工程、封场系统以及生态恢复，将消除该区域堆浸渣、矿渣等对环境和人居安全的威胁，避免了废渣及污染土壤对地下水的污染，为今后类似工程有借鉴作用。
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