前沿动态解析：异位固化/稳定化污染场地修复技术

查看全部 · 发表于 2021-4-6 16:47:35

污染场地指对潜在污染场地进行调查和风险评估后，确认污染危害超过人体健康或生态环境可接受风险水平的场地。污染场地包含的污染介质形式多样，既有土壤又有水，涉及的污染物种类繁多，主要是各类有机污染物和重金属污染物，如农药、石油烃、多氯联苯、汞、铅、砷等。

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。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。

1 原理

异位固化/稳定化(Ex-Situ Solidification/Stabilization)：

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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图1 土壤固化/稳定化修复工艺

2 技术适用性

（1）适用的介质：污染土壤

（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。

（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。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。

3 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）。

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图2 土壤筛分破碎设备

4 关键技术参数或指标

（1）固化/稳定剂的种类及添加量

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%。

（2）土壤破碎程度

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5cm。

（3）土壤与固化/稳定剂的混匀程度

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）土壤固化/稳定化处理效果评价

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。

（a）物理学评价指标

经固化/稳定化处理后的固化体，其无侧限抗压强度要求大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。

（b）化学评价指标

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。

5 技术应用基础和前期准备

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。

6 主要实施过程

（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；

（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）；

（3）固化/稳定剂添加；

（4）土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护；

（5）固化/稳定体的监测与处置、验收。其中（2）、（3）、（4）也可以在一体式混合搅拌设备中同时完成。

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图3 土壤挖掘

图4 土壤筛分修复

7运行维护和监测

（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。（2）安全防护：工人应注意劳动防护。

（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。

（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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图5 基坑围护

图6 个人安全防护

8修复周期及参考成本

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。

土地资源是人类从事生产活动重要的自然资源, 也是人类赖以生存的物质基础, 更是生态环境的重要组成部分。加强土地资源环境保护, 防治土壤和地下水污染, 是我国实现可持续发展战略的重要任务。