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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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6 D2 ?5 Q9 z$ Y$ c' a6 Y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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1 原理% E' I( P8 B. z
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异位固化/稳定化(Ex-Situ Solidification/Stabilization):3 b6 `; |+ d  L

& l7 l' X5 S# s6 P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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' t( H4 u: m7 h$ M; g+ i5 \图1 土壤固化/稳定化修复工艺+ n0 A3 K( W; m6 ?4 h
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2 技术适用性7 H& q; X% r$ \4 u3 U( A6 K7 T

; [$ q2 k4 k# O1 e: r( k2 V(1)适用的介质:污染土壤' |0 [8 {! u2 I: o; S3 b5 d" _7 F
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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。7 a/ z+ R- V8 d* H

" X" i0 l; P1 v5 ]+ N1 w9 x8 }(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。  `. N; v# Y: E' v& w( O
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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)。+ X0 O& _2 L8 H2 {9 J% o

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* \6 L+ n1 k, f) Z/ b' h3 u1 m图2 土壤筛分破碎设备
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4 关键技术参数或指标
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# W' H5 j, e, Z(1)固化/稳定剂的种类及添加量: Y) A: h1 u+ G) o5 o$ O0 J& V' Q
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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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  N- g- |" c: Z- B; l6 h(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5cm。
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(3)土壤与固化/稳定剂的混匀程度
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1 l# `* n% Y2 E( m9 d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。* M# ]) i% ]: ~- ^" t
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(4)土壤固化/稳定化处理效果评价
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( r+ D7 u4 |$ g3 _$ }7 n  E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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+ W  a0 O# j& V' b# P- i5 o9 j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。
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0 u- u5 V5 t# j# R" A( I0 e(b)化学评价指标' K8 F- V" U4 g% B* d# i2 i$ r
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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。4 n( N/ }5 A# H. F9 D* m
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5 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。% |8 o0 e6 i: a$ K

' v: a( ~1 i  ^$ |! A6 主要实施过程
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6 |- o2 W) \0 f" O, x(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;* p7 F' M& N8 R: l4 U  x: u' K. b

, a* g& j- x' s; T5 |4 O6 n8 U(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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1 z2 l3 M" ?% @* l# ](3)固化/稳定剂添加;; D$ Y3 j4 N2 _4 z$ p* y
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(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;5 s; f1 `- \# e2 V: N! o, o

! t+ ^: W- e% u2 m4 a(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。, X2 \2 T5 M3 D( n/ _

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0 a- r$ W8 e8 m7 E: s图3 土壤挖掘: |4 f+ Z$ W- g

4 {0 h' D# d! p/ e. A 环保之家3.JPG 环保之家4.JPG ' S2 ]& e6 L) Z+ q" x
图4 土壤筛分修复4 o; L5 J: l' k

/ G) t9 e  c6 w  Z! d3 Y- P7运行维护和监测7 r- ?% N- b8 ]/ g5 Y; @

7 X+ P7 p! s3 \. F0 r(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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- X4 u5 f8 Q5 G; O$ C(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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9 B3 M) _1 Y- H0 X! M* Z& a(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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: o7 |) Q& y6 B. C$ [% O 环保之家5.JPG
; ^( Q: X7 d0 |% ]! v- A1 R图5 基坑围护
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; U/ E7 M1 V) L! y  L/ B图6 个人安全防护7 D1 T- w  k" a) s

/ G  m% c% o1 {+ x! S" \! `% {# E8修复周期及参考成本
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8 b( ?8 d1 D9 w. y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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* k, G* {6 p& T7 c- ^8 Q2 J8 {2 e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。
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