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解析:异位固化/稳定化污染场地修复技术 [复制链接]

1974 0
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京东
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。
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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。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。
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  d% o4 I# O1 q0 q# L- i1 原理5 {; u2 z/ s# C/ O/ d
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异位固化/稳定化(Ex-Situ Solidification/Stabilization):+ Q0 T% i7 `. o1 ]5 }/ M
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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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7 J! K$ v9 F6 o* s图1 土壤固化/稳定化修复工艺% p% v. Q' c$ z
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2 技术适用性5 q) W+ s& |* n8 W7 f5 s

2 A* g0 Z5 O, l4 O# y( O9 }(1)适用的介质:污染土壤/ A6 Z! \% d3 N) @, h
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(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。$ n6 Q/ p+ G$ d0 k: m6 s$ H( L. d
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(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。- ~* R; A  A  I, x
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3 系统构成和主要设备
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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# E* M* q1 i8 h5 e: C: _
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4 关键技术参数或指标
5 G  j: A! S/ u# D
- Z% ?% d" u2 W! F(1)固化/稳定剂的种类及添加量
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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%。
) Y0 ^& U! c% l5 \2 E" F$ S$ U( e2 e, P5 ?# Z
(2)土壤破碎程度0 X% V% k, [! {; p; X2 l) N
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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5cm。
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- u2 T- @' R, v(3)土壤与固化/稳定剂的混匀程度
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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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* P3 Y3 M2 }( W) F9 G$ w(4)土壤固化/稳定化处理效果评价5 E/ a: `, {0 B5 G

) u0 e" d/ g/ ?9 c6 @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。
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# _7 t4 h% G% z8 a$ g$ f(a)物理学评价指标! x9 [9 r) X: J* g! t- f. U4 ^: p* @3 M
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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。( h1 [/ Y# e5 X1 O- P

; S) X/ z! x- \4 o9 v$ z+ H5 l' M(b)化学评价指标
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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。' N' x5 X. u9 t, c

  w6 C% U, K+ o# ^' v! d8 F2 l. t/ L5 I5 技术应用基础和前期准备; v; h7 w6 K+ C7 q$ G) V
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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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# I' Q3 O; U) y% p4 m  D% X: b+ Z6 主要实施过程% R6 e6 P2 Q2 }" |0 ^
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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;+ W$ G+ k5 d: v6 B7 s' b

: Y5 {- J) i3 E) f$ 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);
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  t* p$ ^$ D2 h+ L/ w& L- ^(3)固化/稳定剂添加;
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# s8 Y' z& `/ w+ @, I2 D4 i3 c(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;+ g0 k: B: \8 ?6 K4 I8 z
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(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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$ ~: K$ {0 v0 U' T9 W  Z  E% g0 J; n图3 土壤挖掘6 ^* ^" A; ]5 V) d0 g/ ^9 S2 E
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环保之家3.JPG 环保之家4.JPG
& S  l& e4 N' e6 ?图4 土壤筛分修复/ a6 o& A; g0 v1 D$ W' X

8 X8 @. z4 t; ^7运行维护和监测& s3 h3 ?1 _& ?6 {. j
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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。(2)安全防护:工人应注意劳动防护。+ S; d( ?, H. K% F  R0 [: Q" Q

' }' p% j3 O* w! S(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 l3 z6 B) n* u5 u
) T+ v7 a* w) a5 M
(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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环保之家5.JPG ' `" V* V1 N; L! @) s$ T
图5 基坑围护& y# R2 o8 D; L) ~) ]

' `+ p) q& R4 L 环保之家6.JPG
% F& r5 F0 I% P7 u图6 个人安全防护
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0 J/ f( u2 l$ v8修复周期及参考成本- D- g7 _, v2 a5 {" [' V, ]

' A& e5 A1 M0 h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。3 X; O* _# q9 r. p- l1 L

# ?/ }) R% E' E. M( B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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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。5 J/ j4 h3 @) d' o7 H/ u) Q" Y

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