炼焦煤气厂污染场地修复工程案例分析

原文：炼焦煤气厂污染场地修复工程案例分析 刘宝蕴等 环境工程  2014,32(10),161-164+156

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。

表1 场地超标点污染物含量Table 1 Pollutants contents of excessive points in the site

表2 场地土壤修复目标值Table 2 Remediation target value of the site soil   

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 3 The selected influencing factors of remediation technique for contaminated site  

图1 污染土壤水泥窑焚烧处理工艺流程示意Fig.1 Schematic 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.2 Schematic diagram of soil hoister system for kiln tail material

表4 入窑设备表Table 4 Device list of soil hoister system    

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, Si O2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 5 The relevent parameters of cement kiln   

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 6 The calculation results of thermal balance   

表7 原料及污染土成分分析Table 7 Compositions of raw materials and contaminated soil    

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.3 Layout of the tank to wash transport vehicles

图4 运输车辆洗车池剖面结构示意Fig.4 Sectional 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 783—2011《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, 直至检测结果符合场地评价报告规定的修复目标值。对于污染范围不十分明确的场地, 采用这种施工方法, 一方面能够确保清理到位, 弥补前期调查不足的缺陷, 另一方面可以减少不必要的超挖, 节约修复费用。

5 总结

 通过对具体工程项目的分析总结得到以下经验:

1) 场地调查报告为修复工程提供了大量参考信息, 但调查报告大都存在一定不确定性, 应当客观分析、辨别。

2) 多因素综合比选修复技术, 不但要满足目标污染物清理的需要, 还要符合工程对操作、经济、环境的要求, 工程方案内容应覆盖全面。

3) 根据项目特点科学合理组织施工, 保证修复效果和工程进度。

4) 采用阶段监测的动态施工方法能够提高施工效率, 节省修复成本。