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报告:污染场地修复技术之异位固化/稳定化技术

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学社巡查 发表于 2019-8-3 17:48 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
1 技术名称
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, s$ P+ d* n" b+ ]技术名称:异位固化/稳定化,英文名称:Ex-Situ Solidification/Stabilization3 f+ {8 Y6 J! u8 z- |  t2 `
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2 技术适用性

. B: Z4 C5 Z- @, v7 F) G8 o& A- i) S, l* L/ B  Y7 X
2.1 适用的介质:污染土壤
" Y2 T# @; D1 S' K4 v3 L
7 r$ O' r4 n! f8 }4 Y: W2.2 可处理的污染物类型:金属类、石棉、放射性物质、腐蚀性无机物、氰化物、砷化合物等无机物以及农药/除草剂、石油或多环芳烃类、多氯联苯类以及二噁英等有机化合物。' u9 r  C5 {5 l, U( R& C! o/ n
+ P5 C5 E8 _" j" S* ?
2.3 应用限制条件:不适用于挥发性有机化合物和以污染物总量为验收目标的项目。3 l2 N0 H/ M9 m5 w& `. _# H% P- R

! W) q' u. V9 `) f2 ~, ^当需要添加较多的固化/稳定剂时,对土壤的增容效应较大,会显著增加后续土壤处置费用。- {8 ~6 L; y3 H. ^

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3 技术介绍
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3.1 原理:向污染土壤中添加固化剂/稳定化剂,经充分混合,使其与污染介质、污染物发生物理、化学作用,将污染土壤固封为结构完整的具有低渗透性的固化体,或将污染物转化成化学性质不活泼形态,降低污染物在环境中的迁移和扩散。3 z' c) }* q" \% V$ Y+ s
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3.2 系统构成和主要设备:主要由土壤预处理系统、固化/稳定剂添加系统、土壤与固化/稳定剂混合搅拌系统组成。其中,土壤预处理系统具体包括土壤水分调节系统、土壤杂质筛分系统、土壤破碎系统。主要设备包括土壤挖掘系统(如挖掘机等)、土壤水分调节系统(如输送泵、喷雾器、脱水机等)、土壤筛分破碎设备(如振动筛、筛分破碎斗、破碎机、土壤破碎斗、旋耕机等)、土壤与固化/稳定剂混合搅拌设备(双轴搅拌机、单轴螺旋搅拌机、链锤式搅拌机、切割锤击混合式搅拌机等)。+ Q$ ~" C$ L; K- g9 I" s
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3.3 关键技术参数或指标
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  G4 z. c& L/ k( B9 P5 C(1)固化/稳定剂的种类及添加量% D, I( }) G% @

! H7 Q9 @6 O8 X3 q, R固化/稳定剂的成分及添加量将显著影响土壤污染物的稳定效果,应通过试验确定固化/稳定剂的配方和添加量,并考虑一定的安全系数。目前国外应用的固化/稳定化技术药剂添加量大都低于20%。$ J( e; F3 b, Z4 c* }# K2 U

" k& D4 F4 q1 s(2)土壤破碎程度' ~7 M* r8 Q5 t' |  \

8 P* p9 K. a1 O: v: Q8 Z土壤破碎程度大有利于后续与固化/稳定剂的充分混合接触,一般要求土壤颗粒最大的尺寸不宜大于5 cm。
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* q1 o# f4 \# u; x9 C2 U(3)土壤与固化/稳定剂的混匀程度% h! ^4 ?8 G7 f' C3 A+ i+ \

$ a) p0 T' d/ e混合程度是该技术一个关键性瓶颈指标,混合越均匀固化/稳定化效果越好。土壤与固化/稳定剂的混匀程度往往依靠现场工程师的经验判断,国内外还缺乏相关标准。4 q" ?2 {: v" O4 l. K3 B! |, l0 s: k# i

& N8 ], l9 c$ r" G" `' C' o(4)土壤固化/稳定化处理效果评价) H; n2 o4 j" v+ A9 p
; m& \5 T. X3 `! @1 j- n! Q  b
土壤固化/稳定化修复效果通常需要物理和化学两类评价指标:物理指标包括无侧限抗压强度、渗透系数;化学指标为浸出液浓度。% g% }) ^/ D" }$ Z

6 Y, F% }$ ~+ {4 h- |* u(a)物理学评价指标
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6 p; H3 e. p& s$ Y* g9 [. K: \经固化/稳定化处理后的固化体,其无侧限抗压强度要求大于50psi(0.35MPa),而固化后用于建筑材料的无侧限抗压强度至少要求达到4000 psi(27.58MPa)。渗透系数表征土壤对水分流动的传导能力,经固化处理后的渗透系数一般要求不大于1×10-6 cm/s。
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  z/ X. s+ K  \  G0 z: e6 X(b)化学评价指标9 b0 {1 X5 d8 n, \

- c: B7 h. c& \. d( @/ L针对固化/稳定化后土壤的不同再利用和处置方式,采用合适的浸出方法和评价标准。6 D; `' t% T1 r  O1 \

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4 技术应用基础和前期准备

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+ v% R% c1 k: w+ Q- @土壤物理性质(机械组成、含水率等)、化学特性(有机质含量、pH 值等)、污染特性(污染物种类、污染程度等)均会影响到异位固化/稳定修复技术的适用性及其修复效果。应针对不同类型的污染物,特别是砷、铬等毒性和活性较大的污染物,选择不同的固化/稳定剂;应基于土壤类型研究固化/稳定剂的添加量与污染物浸出毒性的相互关系,确定不同污染物浓度时的最佳固化/稳定剂添加量。
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5 主要实施过程
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(1)根据场地污染空间分布信息进行测量放线之后开始土壤挖掘;0 p5 D- R" a, `! a' ?& I& ?* d

: t: A/ @+ H# p, X  e5 W' d$ f(2)挖掘出的土壤根据情况进行土壤预处理(水分调节、土壤杂质筛分、土壤破碎等);% o, r2 K3 _$ k% |- H' g6 d
4 {& k, ?) r! A) s
(3)固化/稳定剂添加;
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6 h5 V0 a& q0 [- G0 C(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;4 j( h: }" P$ `7 ^
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(5)固化/稳定体的监测与处置、验收。
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其中(2)、(3)、(4)也可以在一体式混合搅拌设备中同时完成。- q1 \# x: s; r1 w" r
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6 运行维护和监测

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1 S1 {: Q& E  X1 o2 e(1)土壤挖掘安全:围栏封闭作业,设立警示标志,规避地下隐蔽设施。+ u7 q& h/ G0 M3 s6 p9 W( p: v# \+ {& M

4 F! t3 |9 ^+ ?+ ^, H5 D) s. u(2)安全防护:工人应注意劳动防护。
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(3)防止二次扩散:采取措施防止雨水进入土壤,防止降雨冲洗土壤携带污染物进入周边环境,防止刮风尘土飞扬,造成二次扩散。  b* H1 Z" F' T0 O7 O* E. |
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(4)长期监测:根据国外经验,对于固化/稳定化后采用回填处理的土壤,需要在地下水的下游设置至少1 口监测井,每季度监测一次,持续2 年,确保没有泄露。
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7 修复周期及参考成本
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污染土壤方量、修复工艺、土壤养护时间、施工设备、修复现场平面布局等均显著影响处理周期。一般而言,水泥基固化修复需要较长的养护时间,稳定化修复需要的养护时间较短。根据施工机械台班等设置情况,异位土壤固化/稳定化修复的每日处理量从100 至1200m3不等。根据污染物不同类型及其污染程度需要添加不同剂量、不同种类的固化/稳定剂;土壤污染深度、挖掘难易程度、短驳距离长短等都会影响修复成本。据美国EPA 数据显示,对于小型场地(1000 立方码〔cy〕,约合765 m3)处理成本约为160-245 美元/ m3,对于大型场地(50000cy,约合38228 m3)处理成本约为90-190 美元/ m3;国内一般为500-1500 元/m3。  K0 k- c% ?& t2 D: ~  V$ p
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8 国外应用情况
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固化/稳定化是比较成熟的固体废物处置技术,上世纪八九十年代,美国环境保护署率先将固化/稳定化技术用于污染土壤的修复研究。据美国超级基金项目统计,1982-2008 年污染源处理项目中,有203 项应用该技术,占污染源异位修复项目的21.4%,是使用最多的污染源修复技术。2004 年,英国环保署组织编写了《污染土壤稳定/固化处理技术导则》。
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9 国内案例分析

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. V1 M: Q* P6 S+ j6 h9 B6 q9.1 国内应用情况
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& q+ V9 w1 @  [$ r我国的污染土壤固化/稳定化研究起步于本世纪初。2010 年以来,该技术在工程上的应用快速增长,已成为重金属污染土壤修复的主要技术方法之一。据不完全统计,目前国内实施土壤固化/稳定化修复的工程案例已超过50 项。
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# l0 Q  R# D4 Y& }/ O' p+ Y( p9 L* N9.2 国内案例介绍5 d. I7 [" N. u% o
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(1)工程背景:某地块原为某发电厂,将开发为文化创意街区。对场地进行网格化划分后进行土壤质量监测,确定污染单元后进行加密监测。由于该地块要求尽量削减修复时间,以缓解地块再开发面临的施工进度压力,同时该地块对现场遗留土壤质量的要求较高,综合考虑以上因素,确定采用污染土壤清挖、现场处理、异地处置的方式对地块进行修复,以《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350-2007)的A 级标准作场地清理的判断标准。3 ~1 W. ^2 Y8 Z' s# a
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(2)工程规模:场地面积为5400 m2,土壤污染深度约为1-4 m,需修复的总土方量约为1.24 万 m3。
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(3)主要污染物及污染程度:场地大部分地块土壤污染物为重金属铜、铅、锌,其中一个地块为多环芳烃。污染物的最大监测浓度为:铜7220 mg/kg、铅4150 mg/kg、锌3340mg/kg、苯并(a)蒽4.6 mg/kg、苯并(b)荧蒽5.78 mg/kg、苯并(a)芘4.07 mg/kg。3 n( U5 R5 h4 S4 o
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(4)土壤理化特征:土壤为粘性土,呈微碱性。铜、铅、锌在土壤中主要以二价阳离子形式存在,较易转化为氢氧化物或被吸附。
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" f' l* C0 h" ]' s) b* A7 @(5)技术选择:该修复项目要求时间短、修复费用低,同时污染物以重金属和低浓度的多环芳烃为主,基于现场土壤开展了异位固化/稳定修复技术可行性评价研究,该技术能满足制定的修复目标;从场地特征、资源需求、成本、环境、安全、健康、时间等方面进行详细评估,最终选定处理时间短、技术成熟操作灵活、且对场地水文地质特性要求较为宽松的固化/稳定化技术进行处理。$ H0 R: Y. V( w
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(6)工艺流程和关键设备& r2 g# d2 V& y% W/ ~- ]0 |
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修复工程技术路线和施工流程主要过程包括污染土壤挖掘、土壤含水量控制、粉状稳定剂布料添加、混匀搅拌处理、养护反应、外运资源化利用、现场验收监测等环节。采用挖掘机进行土壤挖掘,挖掘深度深于1 m 时,土壤含水量较高,采用晾晒风干方式降低土壤含水量;使用筛分破碎铲斗进行土壤与粉状稳定剂的混匀搅拌,同时实现土壤的破碎。验收监测包括挖掘后基坑采样及污染物全量分析、稳定化处理后土壤采样及浸出毒性测试。关键设备主要有土壤挖掘设备、土壤短驳运输设备、土壤/稳定剂混合搅拌设备等组成。
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(7)主要工艺及设备参数7 Z& @7 d* c+ p" ]! K
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基于现场污染土壤进行了大量实验室研究,确定了最佳稳定剂类型和添加量。稳定剂主要由粉煤灰、铁铝酸钙、高炉渣、硫酸钙以及碱性激活剂组成,另外,为了增强对重金属污染物的吸附作用添加了约30%的粘土矿物。稳定剂的质量添加比例为16.5%。土壤/稳定剂混合搅拌设备为筛分破碎铲斗,该设备能实现土壤与稳定剂的混匀,由于土壤水分含量较低,在混匀搅拌过程中可实现土壤的破碎。! h; g5 y' o0 b+ _$ |0 u

* R+ I" v% O3 P# I+ J9 j(8)成本分析5 f3 w" z1 s, J) g$ A0 S

+ B( V: B3 K/ h0 o0 n; e该项目包含建设施工投资、稳定剂费用、设备投资、运行管理费用,处理成本约480万元,其运行过程中的主要能耗为挖掘机及筛分破碎铲斗的油耗、普通照明、生活用水用电,约为60 万元。$ c; T) r+ Q/ o7 V
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(9)修复效果
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- |% h& L* I( Z( ?6 c3 w经过挖掘后所采集土壤样品中污染物含量均低于制定的修复目标值。稳定处理后的土壤,参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)提取浸出液,浸出液中污染物的浓度均低于制定的土壤浸出液污染物浓度目标值,满足修复要求并通过业主独立委托的某地环境监测中心验收监测。(案例提供单位:上海市环境科学研究院)! b" `5 S0 }  B3 F8 i
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