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解析:异位固化/稳定化污染场地修复技术

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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。- ^$ r  J0 P' `5 c0 E* i7 v8 D5 J© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]' _  z6 _/ H+ u4 i$ D+ q9 m1 原理
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异位固化/稳定化(Ex-Situ Solidification/Stabilization):
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© 环保之家[2tech.cn]5 R5 C3 t5 i; c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。7 B1 _2 i; x4 b© 2tech.cn
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图1 土壤固化/稳定化修复工艺) V1 Q  \$ H- t' w; l© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]' A2 z3 Q4 T  \3 c3 k2 技术适用性7 M3 V& a. }% K  {- S2 ~0 ~1 I© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]6 `: N5 U, e5 \$ I& i  x' z2 e: H(1)适用的介质:污染土壤: Z$ s4 f% q" Z: E+ p© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]6 q' a: y5 D2 L5 w- C" m(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。0 B8 N: K9 ?+ ^6 E. v, f© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]4 f0 w* O6 Y, C( ^, l- O' Y(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。5 g# N- t# K0 U' @© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]. ~9 ?& @$ b, _5 R1 P1 Z3 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)。! W  J; e; u. X( G- B: C# h© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]$ R7 F9 \3 t6 ?4 E' ?0 t 环保之家1.JPG : m& D0 Q! G8 I/ V4 m1 j1 A' c9 K© 2tech.cn
图2 土壤筛分破碎设备! b* [7 A3 `1 ^( H  N0 M© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]3 e4 ~  t2 l) f- x; ]0 |) @( M- R& g4 关键技术参数或指标8 h. H$ w8 G8 g  e© 2tech.cn
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(1)固化/稳定剂的种类及添加量
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© 环保之家[2tech.cn]( o2 N/ N, H! |5 G! O6 z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' |: z3 O* a& D/ \! h© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn], c- c* i& @: V! [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。/ \" P2 o1 ^! ?: z! r) W1 d, C© 2tech.cn
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(3)土壤与固化/稳定剂的混匀程度
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© 环保之家[2tech.cn]1 F% f# I; Y! E7 @, {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。# f, x- x. w  v© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]- s* h, S0 J# f. ~3 A(4)土壤固化/稳定化处理效果评价% ?5 K" `: D) s5 M$ A© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]* L& Z! K; N( e* H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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© 环保之家[2tech.cn]; Y0 v* B5 p3 N& L! U" [7 l; d(a)物理学评价指标
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© 环保之家[2tech.cn]& W( s, W) Z7 s9 B' _& B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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(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。% s, o8 o- N, M6 S© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]. o3 _0 f9 G2 ~$ P5 技术应用基础和前期准备
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© 环保之家[2tech.cn]3 X$ M9 C5 e5 j; U2 h3 J# l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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6 主要实施过程& Q" L$ d# C$ e" |9 [/ ?9 |© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]( _3 n4 H8 U4 K! H9 _(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;( S2 G# W8 i; W& a( o- a© 2tech.cn
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(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;/ S: F# l' I5 C6 f! S8 \© 2tech.cn
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(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;' o0 z8 x& X" Z# z" s. d© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]3 r- u0 R* r; b5 V% W& b/ i(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。
© 环保之家[2tech.cn]. S, i) d8 l+ p5 O7 V5 V" |3 d  r. k5 p& `1 J, F© 2tech.cn
环保之家2.JPG 2 [5 h" Q2 b2 D© 2tech.cn
图3 土壤挖掘
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环保之家3.JPG 环保之家4.JPG : f9 \: I5 _, L( |0 y© 2tech.cn
图4 土壤筛分修复& ~. E8 T/ F, t- z% O© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]( q$ c8 d+ i- s1 `7 l/ q7 ^2 A7运行维护和监测. q7 |* [0 v' H2 Y% g% s/ M© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]' h; I. c- D* g4 o7 j% U(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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(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。5 f& e8 O8 A& I7 J© 2tech.cn
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(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。/ g: J5 _1 M3 C% {, C4 O© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]" L( U9 _- ]2 b3 H  W 环保之家5.JPG , U4 V9 E8 X* v% N% e0 B2 U& K© 2tech.cn
图5 基坑围护
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© 环保之家[2tech.cn]& f) V8 k; G0 N  N! P$ [) \- Z1 g. L 环保之家6.JPG 3 `/ N* @$ p/ u8 U8 S© 2tech.cn
图6 个人安全防护2 c2 a2 f& ?. e& E© 2tech.cn
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8修复周期及参考成本# A  O; B( H% i8 f) F& N3 R3 P© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]: j2 Q- l% c6 P( ^* G' ^* a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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© 环保之家[2tech.cn]1 q. d3 N" W" y5 l  f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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