搜索

报告:污染场地修复技术之异位固化/稳定化技术

[复制链接]
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

! S3 H1 A3 b9 R# u5 k
9 K8 P1 h0 j" ?2 j. P技术名称:异位固化/稳定化,英文名称:Ex-Situ Solidification/Stabilization
4 ^9 e0 H9 c: ^. q1 l/ v8 C8 U+ Q8 P- \7 u2tech.cn
2 技术适用性
. ^% }/ t# Q5 h( ]  V$ R2tech.cn

7 v! L: O( I" q  u2.1 适用的介质:污染土壤, E) s5 V' {2 V% C5 E2tech.cn

0 ~) q  M" O% c9 v2 _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。5 {" ~. _5 x2 B/ K; d0 x# T8 B! y2tech.cn

$ m  x/ ]! Y0 [8 ~3 h8 n& s7 M2.3 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。
- O4 E! V' V* n' Z8 g, ?+ k
9 B/ I$ e: W6 {# `6 x0 J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。
: _! m/ ?# ?' q# i
/ F( ~. l& S7 [4 t5 Y
3 技术介绍
2 i2 a" x0 e$ x! j2 d7 B% f2tech.cn
+ R: q* Q0 u. A8 z2 {- a% H) ], T2tech.cn
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。9 i5 |7 c5 }8 N6 M: g! z7 A2tech.cn
: ^# C# ?4 Z  j0 G2tech.cn
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)。
- [" ]  J+ F$ F5 l( Z
+ X* o2 n, `" h1 m( l- Z3.3 关键技术参数或指标7 l# S* A2 {$ T8 k2tech.cn
+ o% B6 r! P7 _4 E1 R: s2tech.cn
(1)固化/稳定剂的种类及添加量
- Z/ Z9 H' F" @8 {, _  ?9 Z+ l) a' j/ P7 l. S2tech.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%。! [: I7 t% F0 r5 L2tech.cn

+ g+ o( p  R: e( R2 |" m5 d(2)土壤破碎程度; t1 _5 _/ p0 [3 }; g* t4 D2tech.cn
  E3 L: q8 P3 [" d2tech.cn
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。
1 X8 Y& h) O8 w2 i  U- D: v- Y* k! F# F2tech.cn
(3)土壤与固化/稳定剂的混匀程度
" G3 ]8 C% U1 M) ^! I& u6 L8 Y# u: h. k2tech.cn
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。
/ _: n6 A# g$ O9 }( J3 x) I
; ?$ `0 N2 `9 J5 {2 C# N# W(4)土壤固化/稳定化处理效果评价
6 c, ^( m0 S7 d/ o! W  A3 k! x9 Z0 Z' K) k8 g3 O% p7 A2tech.cn
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。- @0 a' f0 L1 y0 F# [7 ^2tech.cn
# o; |3 U1 m- O& P& k  x2tech.cn
(a)物理学评价指标" V* \7 _7 @1 e( W* l, \$ Z2tech.cn

; [  G6 d( V) o) w) T  Z- R3 P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。5 t2 X( P- C4 N  W; L! p1 ]2 M4 h2tech.cn
# \6 D- m8 T8 x2tech.cn
(b)化学评价指标
( g) h+ D- U% l% d" h) r  W  i. |5 }% p1 x2tech.cn
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。
* d9 C) ~- X& g
/ t& w2 d( k1 A7 h
4 技术应用基础和前期准备
8 p9 ~) J1 l4 H2tech.cn
. T4 g! {2 x, r" E' p& }) L$ {2tech.cn
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。
- E% O' @# ~3 l. b$ H: I) M3 N; u" E" U" R- i2tech.cn
5 主要实施过程
& [0 |8 @$ Y6 v: E3 C( u2tech.cn

& r. Z+ I! u& T(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;. K( e/ O" i" D2tech.cn

- H: t* B9 H2 Z& {(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);
! {0 g$ E8 [9 h% S' p$ `, U# ?
9 ~  D* s' k7 ^3 S$ b(3)固化/稳定剂添加;
  F, ?* c8 ^, [3 B! ]+ K/ D. y) @0 a! E6 o# t2tech.cn
(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;
  A& W- Z+ W+ W0 F% h( }% A# J% W* U' ~! _: P2tech.cn
(5)固化/稳定体的监测与处置、验收。3 i7 B" ?) p' E# t# u: H5 k2 ^2tech.cn

* z! `) k7 U5 w( M/ W其中(2)、(3)、(4)也可以在一体式混合搅拌设备中同时完成。
3 m5 q4 M: V) [# O8 K! b% W+ E% ?7 b+ \# Q/ A/ a# G5 ?2tech.cn
6 运行维护和监测
; u7 B! U9 ^+ l" U2 y  C) h9 `2tech.cn
% h9 X# [( k' l% s) d: I8 ?) I2tech.cn
(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。& ?% Y7 @/ z0 B# H2tech.cn

; x+ g; v% _/ e4 d& c; W(2)安全防护:工人应注意劳动防护。/ R+ I" }, z& ~) x/ p  }2tech.cn

* J3 a  w. q0 j* P(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。
' J. L- z& O( z2 W# n3 T  D; h, ]3 w) ^! H. Z5 W: ^* e2tech.cn
(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。% d8 V  u) F6 Q2 x2tech.cn
4 z- M4 q2 q/ O/ E  c2tech.cn
7 修复周期及参考成本

/ B' T, T$ {" n
5 U* k: w* `& ]/ B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。  h2 d; O$ c0 K5 _. \2tech.cn

4 v5 u3 e% B; ?3 v: z: h
8 国外应用情况

3 Z9 t! i% U$ I4 p3 j0 C0 J0 ~  ?) F, l' M: ?2tech.cn
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》。" o8 X' t4 L7 b: g! w' M, r! ^2tech.cn

9 m: }4 N4 j" f% ?$ f4 W
9 国内案例分析

% S& n5 e$ Q* ]# T
: j: `" n  P6 R9.1 国内应用情况% l5 U  D" ?2 o* ]2tech.cn
5 y. z) n' {# q. g; O2 ?& T/ m2tech.cn
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。  j& D$ s) R$ W  `" O2tech.cn

/ J( I0 x6 c1 [5 H2 K' B, n9.2 国内案例介绍* D9 {& h" N* i! W2tech.cn

& ?9 S1 g5 K7 E(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。
7 ^' j& X/ b- f% ^
0 m8 ~- L" j9 ^- _* B% S  [" q(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。1 c% ?: e6 @7 _  ]7 Z3 p2tech.cn
& C. J$ L# b  p$ _& l9 m/ @) u1 m, Q2tech.cn
(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。
' j) a! D. E, s& Q& Y( s& ?: Z6 s; G: D) e2tech.cn
(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。6 a- g* {* y, q) I. M2tech.cn
+ T  a3 e2 V0 B0 m* z8 T" n4 I2 w2tech.cn
(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。
0 e/ u& F1 Q8 C$ t2 s- F  s, q) U
, o$ |  }& t) E# ]1 W7 a(6)工艺流程和关键设备/ z& k1 u! _# W' U! |2tech.cn

$ w1 G; w% ?( l1 p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。
/ T4 R& R+ p# {; W+ {$ H: d. p) p. E  m7 a4 J; t# ?2tech.cn
(7)主要工艺及设备参数
+ f& t6 t9 ]6 m2 j) S
& u% r/ R2 v6 \/ I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。
4 f/ @. m: ], [; z/ A# ?
7 R+ e9 Y: C$ e# N(8)成本分析
! T3 R8 G! B1 u2 X4 A# D6 \. M2 e* d  p: i2tech.cn
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。
; Q7 o/ ^; n) i# y2 }- E* B* l! P
' a7 z, H9 U2 J(9)修复效果9 T0 a* R. h+ e, P5 \- @5 a2tech.cn
4 g( [5 [9 u3 [0 z+ q  g( t2tech.cn
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)0 p$ D  d: i% P4 j1 z3 d& W, D2tech.cn
8 e6 @/ r% n" U4 @  i2tech.cn

© 声明:本文仅表作者或发布者个人观点,与环保学社[2TECH.CN]无关。其原创性及陈述文字、内容、数据及图片均未经证实,对本文及其全部或部分内容、图片、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,仅做参考并自行核实。如有侵权,请联系我们处理,在此深表歉意。

您需要登录后才可以回帖 马上登录 | 中文注册

本版积分规则

技术话题

关于我们
关于我们
友情链接
联系我们
帮助中心
网友中心
购买须知
支付方式
服务支持
资源下载
售后服务
定制流程
关注我们
官方微博
官方空间
官方微信
快速回复返回顶部 返回列表