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前沿动态 解析:异位固化/稳定化污染场地修复技术 [复制链接]

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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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  |! J1 W0 L$ ~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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# b. y! d# H& I6 h1 原理
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异位固化/稳定化(Ex-Situ Solidification/Stabilization):' ?: E1 T4 G( J4 ~# g4 A

8 T8 A/ [9 _2 O4 p! m" t/ y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。1 b# S, R, ]% Q+ O- I8 ~

; z; }4 L# W7 f 环保之家.JPG
! D4 V; o2 p4 z, m! u4 r7 N' F图1 土壤固化/稳定化修复工艺) v, }, `! G& r$ n" k

) w3 `0 G& d2 N8 R( d2 p; M" u2 技术适用性) l( l0 X) y; {7 {& T/ v4 R0 t

1 g# D6 ]' J/ c# \3 e. i(1)适用的介质:污染土壤
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. O. c% I  r$ j3 k7 h$ K) ?/ F$ u/ Y9 U(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。8 X, K8 }6 r! {8 k. ]

6 f/ \* [# a# |  U(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。; ?. \" ~" j% y: [$ U7 F6 ?0 a

* j0 b& }0 N/ D& f& W2 @7 Q3 E0 w3 系统构成和主要设备
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1 A& Y5 j$ [" G; J; z2 _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)。9 i& A- z  X4 H( M+ i0 c, B
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环保之家1.JPG
/ p  Y# V  O. O7 N" U* K1 `图2 土壤筛分破碎设备
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/ g7 @7 K9 g# N. T$ e4 m! ?4 关键技术参数或指标
. d/ ?# t# i- ^: t8 [' t" m
7 i; Y3 x+ ^+ F0 Y9 l(1)固化/稳定剂的种类及添加量, @/ n" l: b3 J2 L' J1 H- d
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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%。
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(2)土壤破碎程度- l3 F* W( E3 j. S6 f% v$ {

& p, z$ M- C, \8 d/ 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5cm。
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(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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(4)土壤固化/稳定化处理效果评价  l% R/ \2 ]8 [' |- _

, ?+ s1 ?- N" ~5 K; r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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(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。: u- u0 H& m4 r4 Q0 y9 h$ O3 u) P
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(b)化学评价指标. f( T# w/ l! |7 |* }
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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。
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  e9 p* u, d7 o5 T. r, K9 k5 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。6 g2 Z1 A8 S2 m( M
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6 主要实施过程& Z" e; F  P; `! {

. A% Y4 S3 x* D* p(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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$ q5 U" G3 ^% o) a" X# Q(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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(3)固化/稳定剂添加;2 l7 v9 |$ d- ^. G" n

1 ?+ X) c' P/ s) _9 Y' z(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;
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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。6 f* D) D1 ~4 W# I, c

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图3 土壤挖掘
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环保之家3.JPG 环保之家4.JPG
1 c* y2 V" [1 g; |( A' T图4 土壤筛分修复3 v# b+ r5 X5 Q  i7 x

1 \; C; E! m6 k. ~7 y) h7运行维护和监测8 }$ C( n- v6 Z
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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。
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6 M/ u7 f+ ?# K9 Z(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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# d; x# k3 ]" b( f  U(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。, y( ?  \4 S+ {6 d

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图5 基坑围护! U: J1 d3 ^1 R7 ?8 ~7 z

. m. R8 B  t* J 环保之家6.JPG
- j7 C0 [+ Y  r' \4 G1 V图6 个人安全防护
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8修复周期及参考成本1 b, e% f+ e+ D4 y" k* R# K

1 f6 b' }7 T0 g4 Q- ^/ ?! _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。
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0 [6 E( l# `& f4 ?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。( Y! o9 ]' K: H. _3 E2 s9 a9 A

6 [2 S0 H  a9 E7 m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。( x' X9 {# Y# a  Q& ~

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