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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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技术名称:异位固化/稳定化,英文名称:Ex-Situ Solidification/Stabilization* T2 I* Y( c  K' b2tech.cn

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2 技术适用性

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# s0 ?. G2 T* d: a; f4 H. J: g2.1 适用的介质:污染土壤
" \. C3 s1 e1 e. A+ ^  H8 b' I3 j! o' Q, c2tech.cn
2.2 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。9 `$ \  u3 a$ e5 L4 h1 B, N6 _2tech.cn

' Q' c6 o. ?7 [0 }8 {* `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。: Z0 W/ w- j4 A3 t$ t1 `: t2tech.cn
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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。
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3 技术介绍

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1 S+ J! Q8 D: ]; Q3.1 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。
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# e+ b. m  X& X" R3.2 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)。! d7 G* F1 S  K/ C$ j0 d4 {$ g2tech.cn
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3.3 关键技术参数或指标
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(1)固化/稳定剂的种类及添加量: X! v$ u; W5 Y: [2tech.cn
, j0 l' Z" f9 O" t' O2tech.cn
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%。; d& `2 y6 z3 i, |' c1 p2tech.cn
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(2)土壤破碎程度
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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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(3)土壤与固化/稳定剂的混匀程度3 @( D4 s: @: |7 a6 ?( [2tech.cn
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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。
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$ B1 M7 ^& T* f% Y' e(4)土壤固化/稳定化处理效果评价* G7 {$ B6 J& u; H1 \5 o$ P* d5 |* k2tech.cn

( z9 q& [+ R) b5 [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。2 U3 Z$ Q4 G5 M7 Y+ L: X2tech.cn
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(a)物理学评价指标
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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。4 Z0 Y6 G1 i: x$ ~% D% s2tech.cn

- l) C. V+ w2 u(b)化学评价指标+ n2 e5 v. O7 |2tech.cn

% m1 ]$ I1 O" @* |0 y' r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。
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4 技术应用基础和前期准备

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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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, q4 I! z' k; n' G(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;
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; A9 A* y) ^( }# X! E(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);
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0 F: c  o) P# Q- H5 Y0 T/ R7 @3 s(3)固化/稳定剂添加;! r. o* `* D/ O  o8 r0 @# |3 H2tech.cn
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(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;
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9 p- C' P. a, f; M$ K5 |(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。. y) A' O) h- v7 X2 P8 N2tech.cn
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6 运行维护和监测
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(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。( u( Y8 d8 X& I7 u( Q! q2 \2tech.cn

. O0 s5 }7 v; b3 }9 n; _' D(2)安全防护:工人应注意劳动防护。5 u+ d6 V9 O: _0 V; e' k, o. s2tech.cn
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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。
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, X/ U: N1 ?; s; W(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。
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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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' t2 X* |5 r- c1 @: o+ N, `9.1 国内应用情况
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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。5 M, U) k, ?; |: u& X2tech.cn
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9.2 国内案例介绍
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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。5 ?+ Z' V  c1 L9 m2tech.cn
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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。  y( C; r  G: z2tech.cn
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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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(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。
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(6)工艺流程和关键设备
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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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2 y4 V7 f- v( D5 F1 B, f(7)主要工艺及设备参数" E4 N3 j# D2 l1 i) F! D2tech.cn

( q1 S3 \: f# e; v; `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。: B) y- W; b$ c6 r; n. Z2tech.cn

  @6 c6 o+ `+ _# s" j(8)成本分析: t3 F0 g) V! n5 G/ Y2tech.cn

# C2 `' B! u8 a  K& c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。
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(9)修复效果: _! h" _8 n( \$ ]/ O" S2tech.cn

3 y% x- N3 d" l8 Z* [; a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)) s; ^: c1 a+ C* ]3 O/ i  Q2tech.cn

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