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蘭州潔華土壤修復技術(shù)介紹：固化穩定化技術(shù)

【作者：蘭州潔華】【來(lái)源：甘肅環(huán)評】【發(fā)布時(shí)間：2017-04-17 16:36:43 】

土壤固化-穩定化技術(shù)是化學(xué)修復技術(shù)的一種。土壤修復技術(shù)中的固化-穩定化技術(shù)(Solidification/Stabilization)是將污染物在污染介質(zhì)中固定，使其處于長(cháng)期穩定狀態(tài)，是較普遍應用于土壤重金屬污染的快速控制修復方法，對同時(shí)處理多種重金屬復合污染土壤具有明顯的優(yōu)勢。美國環(huán)保署將固化-穩定化技術(shù)稱(chēng)為處理有害有毒廢物的最佳技術(shù)。中國一些冶煉企業(yè)場(chǎng)地重金屬污染土壤和鉻渣清理后的堆場(chǎng)污染土壤也采用了這種技術(shù)。國際上已有利用水泥固化-穩定化處理有機與無(wú)機污染土壤的報道。

  根據EPA的定義，固化和穩定化具有不同的含義。固化技術(shù)中污染土壤與黏結劑之間可以不發(fā)生化學(xué)反應，只是機械地將污染物固封在結構完整的固態(tài)產(chǎn)物(固化體)中，隔離污染土壤與外界環(huán)境的聯(lián)系，從而達到控制污染物遷移的目的;穩定化是指將污染物轉化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式來(lái)實(shí)現其無(wú)害化，降低對生態(tài)系統危害性的風(fēng)險。固化產(chǎn)物可以方便地進(jìn)行運輸，而無(wú)需任何輔助容器;而穩定化不一定改變污染土壤的物理性狀。

  固化-穩定化技術(shù)與其他修復技術(shù)相比，具有處理時(shí)間短、適用范圍較廣等優(yōu)勢，1982-2005年間，美國超級基金共對977個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行修復或擬修復，其中有217個(gè)場(chǎng)地修復使用固化-穩定化技術(shù)。美英等國家率先開(kāi)展了污染土壤的固化-穩定化研究，并制定了相應的技術(shù)導則。而我國污染土壤的固化-穩定化技術(shù)研究比較滯后，大型的處置工程相對匱乏。

  對重金屬污染土壤而言，固化/穩定化技術(shù)并沒(méi)有減少污染物的總量，因此，在環(huán)境條件變化時(shí)，污染物可能被重新活化。為了達到更好的處理效果，通常把兩種技術(shù)聯(lián)合使用，例如在固化技術(shù)實(shí)施之前常要進(jìn)行污染物的穩定化。本文中的固化/穩定化技術(shù)主要是指以化學(xué)或物理穩定化為基礎的固化技術(shù)。

  能在物理、化學(xué)作用下，從具有流動(dòng)性的漿體變成堅固的石狀體，并能膠結其它物料的物質(zhì)統稱(chēng)為膠凝材料。膠凝材料分為無(wú)機和有機兩大類(lèi)別，按照硬化條件無(wú)機膠凝材料可分為水硬性和非水硬性?xún)煞N，其中水泥是最常用的無(wú)機水硬性膠凝材料。常用的膠凝材料可以分為以下 4 類(lèi)：①無(wú)機粘結物質(zhì)，如水泥、石灰等;②有機粘結劑，如瀝青等熱塑性材料;③熱硬化有機聚合物，如尿素、酚醛塑料和環(huán)氧化物等;④玻璃質(zhì)物質(zhì)。由于技術(shù)和費用等方面的原因，水泥和石灰等無(wú)機材料為基料的固化/穩定化應用最為廣泛。添加劑與水混合不發(fā)生硬化，主要通過(guò)吸附或改變污染物的化學(xué)性質(zhì)起到穩定污染物的作用。黏結劑由一種或幾種膠凝材料組成，也可以含有添加劑，因此黏結劑可以理解為膠凝材料和添加劑的組合體。由于常用于廢物的固化處理，黏結劑也常被稱(chēng)作固化劑。

  水泥和石灰的水化作用是其凝固和硬化的必要條件，因此影響水化反應的因素都會(huì )影響污染土壤固化/穩定化的效果，主要指土壤pH特征和土壤物質(zhì)組成等因素。

固化/穩定化處理流程

可行性評價(jià)

  在對污染土壤進(jìn)行修復工程前首先要進(jìn)行可行性評價(jià)。可處理性研究通常包括兩個(gè)階段：實(shí)驗室研究和污染場(chǎng)地現場(chǎng)試驗。實(shí)驗室研究是在恒定的溫度和濕度環(huán)境條件下進(jìn)行前處理和固化劑選擇的小批量試驗，用以指導現場(chǎng)試驗和處置工程的實(shí)施。包括污染樣品采集、土壤物理化學(xué)性質(zhì)的分析、修復工藝的確定，從固化體的物理性質(zhì)和對污染物質(zhì)浸出的阻力兩個(gè)方面評價(jià)固化穩定化效果。

污染現場(chǎng)小型試驗

  與室內試驗不同，污染現場(chǎng)的土壤溫度和濕度會(huì )隨著(zhù)深度的不同而發(fā)生變化。固化劑一般呈堿性，發(fā)生水化反應時(shí)會(huì )產(chǎn)生熱量，處理大量土壤時(shí)這種放熱效應就會(huì )被放大，因此現場(chǎng)試驗的溫度控制很困難。另外，在室內試驗進(jìn)行的過(guò)程中，現場(chǎng)土壤的物理化學(xué)性質(zhì)可能發(fā)生了一定的變化，因此在進(jìn)行大型修復工程之前需要對實(shí)驗室結果進(jìn)行驗證。

  污染現場(chǎng)小型試驗的流程與實(shí)驗室研究?jì)热荽笾孪嗤５F場(chǎng)試驗的土壤混合技術(shù)更加復雜，需要借助大型機械，因此要求具有較大的空間，且要保證電力設施的正常運行。現場(chǎng)養護也容易受到周?chē)h(huán)境變化的影響，需要進(jìn)行保溫保濕處理，防止干濕交替和凍融現象的發(fā)生。

處理工程操作

  現場(chǎng)小型試驗對實(shí)驗室研究結果加以修正后，就可以在污染現場(chǎng)開(kāi)展大型處置工程。這個(gè)過(guò)程中污染土壤與固化劑的充分混合是至關(guān)重要的步驟。按處置位置的不同，可以將固化/穩定化技術(shù)分為原位和異位處置。

  異位固化/穩定化技術(shù)是將土壤從最初污染位置挖掘出來(lái)，運輸至一個(gè)處理系統中實(shí)現與固化劑的混合和后續養護。挖掘污染土壤增加了運輸成本，并且增大了污染物向周?chē)鷶U散的可能性，但是異位處置能夠很好控制試劑加入量，能夠保證污染土壤與固化劑的充分混合，比較適合于污染深度較淺的場(chǎng)地。

  原位固化/穩定化技術(shù)不需要對污染土壤進(jìn)行搬運，節省了運輸費用，減小了有機污土壤污染物揮發(fā)的可能性。為了實(shí)現土壤和固化劑的混勻，通常要利用各種挖掘、鉆探和耕作設備，現場(chǎng)條件下需要根據不同的土壤深度選擇合適的混合方式。如果污染土壤在挖掘鏟能夠達到的深度時(shí)，就可以采用這種方法。

展望

  固化技術(shù)具有工藝操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、固化劑易得等優(yōu)點(diǎn)，但常規固化技術(shù)也具有以下缺點(diǎn)，如固化反應后土壤體積都有不同程度的增加，固化體的長(cháng)期穩定性較差等。而穩定化技術(shù)則可以克服這一問(wèn)題，如近年來(lái)發(fā)展的化學(xué)藥劑穩定化技術(shù)，可以在實(shí)現廢物無(wú)害化的同時(shí)，達到廢物少增容或不增容，從而提高危險廢物處理處置系統的總體效率和經(jīng)濟性;還可以通過(guò)改進(jìn)螯合劑的結構和性能使其與廢物中的重金屬等成分之間的化學(xué)螯合作用得到強化，進(jìn)而提高穩定化產(chǎn)物的長(cháng)期穩定性，減少最終處置過(guò)程中穩定化產(chǎn)物對環(huán)境的影響。由此可見(jiàn)，穩定化技術(shù)有望成為土壤重金屬污染修復技術(shù)領(lǐng)域的主力。

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