中新生态城污水库治理工程中重金属污染治理工程实例

中新生态城污水库治理工程中重金属污染治理工程实例

1中新生态城污水库发展现状天津生态城是中国和新加坡之间的国际合作项目。作为世界上第一个国家间合作开发而建的生态城市，它为中国乃至世界其他城市的可持续发展提供了模式。中新生态城污水库由于承接了三十余年的化工废水,水生态系统基本丧失。污水库位于中新天津生态城规划范围的中部,是生态城“生态核”的核心,污水库的环境治理是中新天津生态城开发建设的首要任务。该污水库治理工程,无论是污染物的总量,还是污染程度和复杂性,都是国际上同类治理工程中规模和难度最大的,没有成熟的先例可以借鉴。2该项目的特点2.1水生态系统基本丧失污水库占地为256.67×104m2,始建于1976年,承接化工废水三十余年,水生态系统基本丧失。污水库底泥是由固、液两相物质组成的相互关联的多种化合物的复杂混合体,属于重金属和难降解有机物的复合污染,汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、镉(Cd)、六六六、滴滴涕为底泥中的特征污染物。2.2底泥量的确定根据《中新天津生态城“一泥三水”环境质量调查评估报告》以及在实施前的现场实测,最终确定底泥量约为300×104m3。其中水溶胶亚层(含水率约为98%)为74.41×104m3;黑色絮凝亚层(含水率约为90%)为53.88×104m3;黑灰色泥层(含水率约为85%)为171.09×104m3。2.3确定治理标准由于我国水体沉积物污染判定及治理标准体系不够完善,本次工程中查阅了目前已经颁布执行的其他相关标准,结合污水库治理工程的实际情况,在保证安全可靠的前提下,最大程度地降低处置的环境风险,并对底泥的专项风险进行了评估,最终安全、科学地确定了本工程的治理标准。3发挥底泥治理以现状污水库为代表的污染水体,采用隔咸措施,修复生态城内的水体环境;妥善处理现状污水库的底泥,实现无害化处置。通过分析生态城的指标体系要求,结合中新生态城的建城理念,即实现人与人和谐共存、人与经济活动和谐共存、人与环境和谐共存的“三和”宗旨,并最终达到能复制、能实行、能推广的目标。所以项目组提出,在制定总体治理思路时要实现如下四个原则、五个关系、三个目标。3.1设备、资金、成本同时考虑与技术①按照泥水协同治理、分步实施的方针,合理安排,力求工期短,体现简单实用、技术可行性。②对污染的治理要彻底,技术可靠,同时兼顾创新,体现技术先进合理、安全可靠性。③尽量利用周边现有环境设施,以降低工程造价,最大化实现工程投资的效益,体现成本可控、经济可行性。④治理过程中不对周围环境造成二次污染,不对生态城远期城市管理和市民生产生活留有隐患,体现环境可接受性,确保治理工程的环境效益。3.2处理五个关系处置底泥的方案比选本次污水库治理工程主要包括污水的治理和底泥的治理,二者的治理不能简单地孤立看待,无论是在清除污水和底泥的方案选择上,还是在处理污水和处置底泥方案的制定上,二者均密切相关,互为条件,不可强制分割开来,污水既可以作为底泥清除的载体,也可以作为防止底泥暴露的覆体;反过来底泥在处理过程中也可以起到对污水“过滤”的作用,所以处理好二者的关系,建立科学的联系,达到协同治理的目的,也是制定总体技术路线的关键问题。污水库的生态修复污水库的治理是生态修复的前提,生态修复是污水库治理的最终目标,所以污水库的治污不是工程的最终目标,只是工程中的一个阶段目标。污水库的整体治理工程结合生态修复的要求,既要对现状污水库的污染水体进行治理,对污染的底泥实现无害化处置;还要采用隔咸措施,修复污水库治理后的库内水体环境及生态系统。本次工程仅仅实现了第一步,即对现存污染的污水和底泥进行治理,对整个污水库治理工程而言,在完成了第二步即生态修复后,才标志着最终治理目标的实现。所以本次工程在治污的过程中,将污染治理和生态保护与修复结合起来考虑,体现工程的系统性。污水库—③污水库治理与城市总体规划的关系根据生态城的总体规划,以蓟运河与蓟运河故道围合的区域为生态核心区,定义为生态城的生态核,而治理后的污水库又是生态核的核心,这足以说明治理后的污水库无疑是未来生态城的“城市名片”,是未来生态城的核心生态景观区,是环境污染转变为生态文明的经典示范,极具推广、复制的价值,也是生态城建城理念的重要体现。为了能实现规划的目标,要求对污水库的污水和底泥要治理彻底,万无一失,不留任何隐患;技术处理要设施完善、考虑周密、安全可靠。污水库治理工程是实现生态城总体规划的重要环境基础。污水库及其周围区域的生态环境鉴于污水库的污染现状、污染特征以及污染物的行为,要求在治理的过程中要充分处理好与周边区域环境的关系,周边区域环境既包括生态城内的污水库周围的生态环境,又包括生态城外的生态城周围区域的生态环境。围绕污水库四周的蓟运河故道以及两侧的缓冲带,是生态城的生态链,现状为自然湿地。在治理过程中,要尽量保护污水库周围的天然湿地,不对周围的环境造成影响和破坏。另外污水库的治理也不能以牺牲生态城周边的环境为代价,避免对城内和城外的环境造成二次污染和环境破坏。这就要求在污水库的治理过程中要采取污染控制的技术路线和工程措施,并考虑足够的保护措施,体现环境友好性。环境卫生设施污水库治理工程是生态城的环境治理的头号工程,投资规模巨大,因此如何很好地利用现有的环境卫生设施,对降低工程投资和控制环境影响将起到直接的作用。故在制定技术路线时也要充分了解和掌握周边(包括生态城内部及外部)环卫设施的现状与规划建设情况,经方案比较、多路线工艺分析,进而产生最优、最适合的治理技术路线。3.3生态景观设计采用方案“能实行”①污水库治理的技术管理模式“能复制”、基本技术路线“能推广”、工程实施方案“能实行”。②彻底治理污染,为实现规划生态景观水体创造条件,保证环境安全。③在安全可靠的前提下,力争对部分底泥进行资源化利用,避免治理此方、污染彼方的局面。4底泥治理目标工程目标:污水库的污染底泥需得到彻底治理,做到减量化、稳定化、无害化,争取部分资源化。无害化:通过有效的、安全可靠的、投资合理的方式将重度污染的底泥进行安全处置是本次底泥治理的最终目标。稳定化:污水库底泥中的重金属以稳定态存在的比例大部分在50%以下,具有很强的迁移性和释放性,如何控制这些迁移性强的重金属,降低综合环境风险,以及如何在工程实施过程中,有效控制和避免汞污染底泥由于直接暴露而对工人产生影响,是本次工程的重点。减量化:进一步提高污泥的含固率,减少污泥最终处置前的体积,以降低污泥处理及处置的费用。资源化:对部分轻微污染的底泥尽可能通过必要的处理手段,达到一定程度的再次利用,以实现其资源价值。5污水库竖向及污染分区整个污水库的污染物分布特征是,四周高,中心低;表层高,底层低。污水库底泥的污染呈现“进出口位置高于中间位置,周边区域高于中心区域”的特征。整个污水库在水平上划分为3个污染分区:重度污染区、中度污染区、轻度污染区。由于竖向收敛性较好,在竖向上又进一步划分,即重污染区的下层底泥划分为中度污染;中度污染的底层底泥划分为轻度污染;轻度污染的表层划分为中度污染。结合风险评估,各污染区的特性定义为:轻度污染沉积物,可用于除直接暴露于人体以外的各类用途;中度污染沉积物,采取工程措施处理达到相关标准后,可用于除直接暴露于人体以外的各类用途;重度污染沉积物,必须采取工程措施进行安全处置。6污水、底泥处理处置方案污水处理方案:首先污水库要实现截污,然后污水通过新建的临时预处理设施处理后,进入营城污水处理厂,经处理后最终达标排放。底泥治理方案:重度污染底泥通过环保疏浚至临时场地进行土工管袋脱水以及稳定化处理,后经固化后外运进行安全处置,安全处置有两个途径,一是烧结造粒,二是安全掩埋;中度污染底泥和轻度污染区的表层底泥通过疏浚至造岛区进行土工管袋脱水,稳定化后进行造岛填埋;轻度污染底泥通过原位固化稳定化处理后,经监测符合标准后,结合后期建湖造岛工程进行选择性利用。本总体解决方案遵循了生态城城市总体规划、响应了生态城的建设宗旨与理念,以严谨的科学态度、积极的创新意识,在进行多项调查、小试试验、环境评估的基础上,针对污水库内污水、污染底泥的治理重点和技术难点,经多方案的详细论证和认真比选,最终推荐出污水、底泥的处理处置工艺技术路线。其中,中度污染底泥处理处置技术路线见图1。7底泥处置的可行性分析工程自2008年初开始项目前期工作,2009年1月完成了可行性研究报告的初稿,期间完成了环境本地调查,污水库底泥处置环境风险评估,回填土层污染物扩散通量及其环境风险评估,底泥用作道路路基用土的环境风险评估,污水治理风险评估,重金属化学形态分析、底泥的岩土力学参数和其他如粒径分布分析等理化特性参数的测定,以及底泥处置小试研究等多项调查、研究、试验工作。这为科学地完成可行性研究报告奠定了必要的基础条件。于2009年10月完成了初步设计,期间完成了现场扩大试验。通过现场扩大试验,许多施工过程中的问题提前暴露出来,同时合理确定了土工管袋脱水充填周期、土工管袋的最佳等效孔径、固化稳定化的药剂配给、投加顺序、投加点等技术细节。整个工程于2009年底开工,并于2011年6月整体竣工。8土工管袋技术①提出分质异治的概念,最大化降低处置成本,即将沉积物划分为三种污染程度,对不同的污染程度的沉积物选用不同的治理技术路线,并给出不同的最终处置方向。②在国内首次将土工管袋技术应用于水体沉积物底泥脱水减容处理。土工管袋脱水耗能小,更可与填埋场地联合使用,省略了二次倒运,可达到全程封闭作业进行脱水。③首次将环保疏浚、重金属稳定化技术与土工管袋技术联合应用,形成了真正意义的全封闭处理重金属污染底泥的概念,极大降低了治理重金属污染底泥过程中的二次污染,通过现场扩大化试验证明了该技术达到了较好的预期效果,也为解决治理含重金属污染底泥项目提供了一条新途径。④对经过处理的污染底泥实现了最大化的资源化利用。轻度污染直接利用,重度污染间接利用,重度污染安全处置。9经验总结泥处理技术路线在充分翔实的环境本底调查基础上,做了相关的小试试验,最终确定了具有创新性的底泥处理技术路线。在底泥方案论证中,针对目前国内缺少底泥沉积物相关标准的情况,在污水库环境本底调查的基础上,充分了解区域内的土壤环境本底值,通过底泥处置途径的可能选择,开展了多个环境风险评估工作,最终确定底泥处置的目标值和最终出路。严格按照工程实际设计,试验数据是基础在工程大规模实施前,进行了现场生产性试验,试验严格按照工程实际需求设计,过程中总结得出了大量试验数据,为今后完成科学合理、安全可靠的工程设计奠定了坚实的基础。确定泥处置目标工程结合了当地的土壤背景值、土地属性及治理后土地利用性质,并结合底泥处置的最终出路开展相应的环境风险评估,还适当结合其他国家的土壤治理标准,确定了适合实际的土壤治理目标。目前美国、荷兰、日本等国家均有相应的标准,其中荷兰的标准最为严格,可作参考但不建议直接采用。