中新生態城污水庫治理工程中重金屬污染治理工程實例

1中新生態城污水庫發展現狀天津生態城是中國和新加坡之間的國際合作項目。作為世界上第一個國家間合作開發而建的生態城市，它為中國乃至世界其他城市的可持續發展提供了模式。中新生態城污水庫由于承接了三十余年的化工廢水,水生態系統基本喪失。污水庫位于中新天津生態城規劃范圍的中部,是生態城“生態核”的核心,污水庫的環境治理是中新天津生態城開發建設的首要任務。該污水庫治理工程,無論是污染物的總量,還是污染程度和復雜性,都是國際上同類治理工程中規模和難度最大的,沒有成熟的先例可以借鑒。2該項目的特點2.1水生態系統基本喪失污水庫占地為256.67×104m2,始建于1976年,承接化工廢水三十余年,水生態系統基本喪失。污水庫底泥是由固、液兩相物質組成的相互關聯的多種化合物的復雜混合體,屬于重金屬和難降解有機物的復合污染,汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu)、鎘(Cd)、六六六、滴滴涕為底泥中的特征污染物。2.2底泥量的確定根據《中新天津生態城“一泥三水”環境質量調查評估報告》以及在實施前的現場實測,最終確定底泥量約為300×104m3。其中水溶膠亞層(含水率約為98%)為74.41×104m3;黑色絮凝亞層(含水率約為90%)為53.88×104m3;黑灰色泥層(含水率約為85%)為171.09×104m3。2.3確定治理標準由于我國水體沉積物污染判定及治理標準體系不夠完善,本次工程中查閱了目前已經頒布執行的其他相關標準,結合污水庫治理工程的實際情況,在保證安全可靠的前提下,最大程度地降低處置的環境風險,并對底泥的專項風險進行了評估,最終安全、科學地確定了本工程的治理標準。3發揮底泥治理以現狀污水庫為代表的污染水體,采用隔咸措施,修復生態城內的水體環境;妥善處理現狀污水庫的底泥,實現無害化處置。通過分析生態城的指標體系要求,結合中新生態城的建城理念,即實現人與人和諧共存、人與經濟活動和諧共存、人與環境和諧共存的“三和”宗旨,并最終達到能復制、能實行、能推廣的目標。所以項目組提出,在制定總體治理思路時要實現如下四個原則、五個關系、三個目標。3.1設備、資金、成本同時考慮與技術①按照泥水協同治理、分步實施的方針,合理安排,力求工期短,體現簡單實用、技術可行性。②對污染的治理要徹底,技術可靠,同時兼顧創新,體現技術先進合理、安全可靠性。③盡量利用周邊現有環境設施,以降低工程造價,最大化實現工程投資的效益,體現成本可控、經濟可行性。④治理過程中不對周圍環境造成二次污染,不對生態城遠期城市管理和市民生產生活留有隱患,體現環境可接受性,確保治理工程的環境效益。3.2處理五個關系處置底泥的方案比選本次污水庫治理工程主要包括污水的治理和底泥的治理,二者的治理不能簡單地孤立看待,無論是在清除污水和底泥的方案選擇上,還是在處理污水和處置底泥方案的制定上,二者均密切相關,互為條件,不可強制分割開來,污水既可以作為底泥清除的載體,也可以作為防止底泥暴露的覆體;反過來底泥在處理過程中也可以起到對污水“過濾”的作用,所以處理好二者的關系,建立科學的聯系,達到協同治理的目的,也是制定總體技術路線的關鍵問題。污水庫的生態修復污水庫的治理是生態修復的前提,生態修復是污水庫治理的最終目標,所以污水庫的治污不是工程的最終目標,只是工程中的一個階段目標。污水庫的整體治理工程結合生態修復的要求,既要對現狀污水庫的污染水體進行治理,對污染的底泥實現無害化處置;還要采用隔咸措施,修復污水庫治理后的庫內水體環境及生態系統。本次工程僅僅實現了第一步,即對現存污染的污水和底泥進行治理,對整個污水庫治理工程而言,在完成了第二步即生態修復后,才標志著最終治理目標的實現。所以本次工程在治污的過程中,將污染治理和生態保護與修復結合起來考慮,體現工程的系統性。污水庫—③污水庫治理與城市總體規劃的關系根據生態城的總體規劃,以薊運河與薊運河故道圍合的區域為生態核心區,定義為生態城的生態核,而治理后的污水庫又是生態核的核心,這足以說明治理后的污水庫無疑是未來生態城的“城市名片”,是未來生態城的核心生態景觀區,是環境污染轉變為生態文明的經典示范,極具推廣、復制的價值,也是生態城建城理念的重要體現。為了能實現規劃的目標,要求對污水庫的污水和底泥要治理徹底,萬無一失,不留任何隱患;技術處理要設施完善、考慮周密、安全可靠。污水庫治理工程是實現生態城總體規劃的重要環境基礎。污水庫及其周圍區域的生態環境鑒于污水庫的污染現狀、污染特征以及污染物的行為,要求在治理的過程中要充分處理好與周邊區域環境的關系,周邊區域環境既包括生態城內的污水庫周圍的生態環境,又包括生態城外的生態城周圍區域的生態環境。圍繞污水庫四周的薊運河故道以及兩側的緩沖帶,是生態城的生態鏈,現狀為自然濕地。在治理過程中,要盡量保護污水庫周圍的天然濕地,不對周圍的環境造成影響和破壞。另外污水庫的治理也不能以犧牲生態城周邊的環境為代價,避免對城內和城外的環境造成二次污染和環境破壞。這就要求在污水庫的治理過程中要采取污染控制的技術路線和工程措施,并考慮足夠的保護措施,體現環境友好性。環境衛生設施污水庫治理工程是生態城的環境治理的頭號工程,投資規模巨大,因此如何很好地利用現有的環境衛生設施,對降低工程投資和控制環境影響將起到直接的作用。故在制定技術路線時也要充分了解和掌握周邊(包括生態城內部及外部)環衛設施的現狀與規劃建設情況,經方案比較、多路線工藝分析,進而產生最優、最適合的治理技術路線。3.3生態景觀設計采用方案“能實行”①污水庫治理的技術管理模式“能復制”、基本技術路線“能推廣”、工程實施方案“能實行”。②徹底治理污染,為實現規劃生態景觀水體創造條件,保證環境安全。③在安全可靠的前提下,力爭對部分底泥進行資源化利用,避免治理此方、污染彼方的局面。4底泥治理目標工程目標:污水庫的污染底泥需得到徹底治理,做到減量化、穩定化、無害化,爭取部分資源化。無害化:通過有效的、安全可靠的、投資合理的方式將重度污染的底泥進行安全處置是本次底泥治理的最終目標。穩定化:污水庫底泥中的重金屬以穩定態存在的比例大部分在50%以下,具有很強的遷移性和釋放性,如何控制這些遷移性強的重金屬,降低綜合環境風險,以及如何在工程實施過程中,有效控制和避免汞污染底泥由于直接暴露而對工人產生影響,是本次工程的重點。減量化:進一步提高污泥的含固率,減少污泥最終處置前的體積,以降低污泥處理及處置的費用。資源化:對部分輕微污染的底泥盡可能通過必要的處理手段,達到一定程度的再次利用,以實現其資源價值。5污水庫豎向及污染分區整個污水庫的污染物分布特征是,四周高,中心低;表層高,底層低。污水庫底泥的污染呈現“進出口位置高于中間位置,周邊區域高于中心區域”的特征。整個污水庫在水平上劃分為3個污染分區:重度污染區、中度污染區、輕度污染區。由于豎向收斂性較好,在豎向上又進一步劃分,即重污染區的下層底泥劃分為中度污染;中度污染的底層底泥劃分為輕度污染;輕度污染的表層劃分為中度污染。結合風險評估,各污染區的特性定義為:輕度污染沉積物,可用于除直接暴露于人體以外的各類用途;中度污染沉積物,采取工程措施處理達到相關標準后,可用于除直接暴露于人體以外的各類用途;重度污染沉積物,必須采取工程措施進行安全處置。6污水、底泥處理處置方案污水處理方案:首先污水庫要實現截污,然后污水通過新建的臨時預處理設施處理后,進入營城污水處理廠,經處理后最終達標排放。底泥治理方案:重度污染底泥通過環保疏浚至臨時場地進行土工管袋脫水以及穩定化處理,后經固化后外運進行安全處置,安全處置有兩個途徑,一是燒結造粒,二是安全掩埋;中度污染底泥和輕度污染區的表層底泥通過疏浚至造島區進行土工管袋脫水,穩定化后進行造島填埋;輕度污染底泥通過原位固化穩定化處理后,經監測符合標準后,結合后期建湖造島工程進行選擇性利用。本總體解決方案遵循了生態城城市總體規劃、響應了生態城的建設宗旨與理念,以嚴謹的科學態度、積極的創新意識,在進行多項調查、小試試驗、環境評估的基礎上,針對污水庫內污水、污染底泥的治理重點和技術難點,經多方案的詳細論證和認真比選,最終推薦出污水、底泥的處理處置工藝技術路線。其中,中度污染底泥處理處置技術路線見圖1。7底泥處置的可行性分析工程自2008年初開始項目前期工作,2009年1月完成了可行性研究報告的初稿,期間完成了環境本地調查,污水庫底泥處置環境風險評估,回填土層污染物擴散通量及其環境風險評估,底泥用作道路路基用土的環境風險評估,污水治理風險評估,重金屬化學形態分析、底泥的巖土力學參數和其他如粒徑分布分析等理化特性參數的測定,以及底泥處置小試研究等多項調查、研究、試驗工作。這為科學地完成可行性研究報告奠定了必要的基礎條件。于2009年10月完成了初步設計,期間完成了現場擴大試驗。通過現場擴大試驗,許多施工過程中的問題提前暴露出來,同時合理確定了土工管袋脫水充填周期、土工管袋的最佳等效孔徑、固化穩定化的藥劑配給、投加順序、投加點等技術細節。整個工程于2009年底開工,并于2011年6月整體竣工。8土工管袋技術①提出分質異治的概念,最大化降低處置成本,即將沉積物劃分為三種污染程度,對不同的污染程度的沉積物選用不同的治理技術路線,并給出不同的最終處置方向。②在國內首次將土工管袋技術應用于水體沉積物底泥脫水減容處理。土工管袋脫水耗能小,更可與填埋場地聯合使用,省略了二次倒運,可達到全程封閉作業進行脫水。③首次將環保疏浚、重金屬穩定化技術與土工管袋技術聯合應用,形成了真正意義的全封閉處理重金屬污染底泥的概念,極大降低了治理重金屬污染底泥過程中的二次污染,通過現場擴大化試驗證明了該技術達到了較好的預期效果,也為解決治理含重金屬污染底泥項目提供了一條新途徑。④對經過處理的污染底泥實現了最大化的資源化利用。輕度污染直接利用,重度污染間接利用,重度污染安全處置。9經驗總結泥處理技術路線在充分翔實的環境本底調查基礎上,做了相關的小試試驗,最終確定了具有創新性的底泥處理技術路線。在底泥方案論證中,針對目前國內缺少底泥沉積物相關標準的情況,在污水庫環境本底調查的基礎上,充分了解區域內的土壤環境本底值,通過底泥處置途徑的可能選擇,開展了多個環境風險評估工作,最終確定底泥處置的目標值和最終出路。嚴格按照工程實際設計,試驗數據是基礎在工程大規模實施前,進行了現場生產性試驗,試驗嚴格按照工程實際需求設計,過程中總結得出了大量試驗數據,為今后完成科學合理、安全可靠的工程設計奠定了堅實的基礎。確定泥處置目標工程結合了當地的土壤背景值、土地屬性及治理后土地利用性質,并結合底泥處置的最終出路開展相應的環境風險評估,還適當結合其他國家的土壤治理標準,確定了適合實際的土壤治理目標。目前美國、荷蘭、日本等國家均有相應的標準,其中荷蘭的標準最為嚴格,可作參考但不建議直接采用。