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蘭州潔華土壤修復技術介紹:固化穩定化技術

【作者:蘭州潔華  】 【來源:甘肅環評  】 【發布時間:2017-04-17 16:36:43  】

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


甘肅環評

      根據EPA的定義,固化和穩定化具有不同的含義。固化技術中污染土壤與黏結劑之間可以不發生化學反應,只是機械地將污染物固封在結構完整的固態產物(固化體)中,隔離污染土壤與外界環境的聯系,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實現其無害化,降低對生態系統危害性的風險。固化產物可以方便地進行運輸,而無需任何輔助容器;而穩定化不一定改變污染土壤的物理性狀。

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

      對重金屬污染土壤而言,固化/穩定化技術并沒有減少污染物的總量,因此,在環境條件變化時,污染物可能被重新活化。為了達到更好的處理效果,通常把兩種技術聯合使用,例如在固化技術實施之前常要進行污染物的穩定化。本文中的固化/穩定化技術主要是指以化學或物理穩定化為基礎的固化技術。

      能在物理、化學作用下,從具有流動性的漿體變成堅固的石狀體,并能膠結其它物料的物質統稱為膠凝材料。膠凝材料分為無機和有機兩大類別,按照硬化條件無機膠凝材料可分為水硬性和非水硬性兩種,其中水泥是最常用的無機水硬性膠凝材料。常用的膠凝材料可以分為以下 4 類:①無機粘結物質,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、酚醛塑料和環氧化物等;④玻璃質物質。由于技術和費用等方面的原因,水泥和石灰等無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生硬化,主要通過吸附或改變污染物的化學性質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特征和土壤物質組成等因素。

固化/穩定化處理流程

可行性評價

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

污染現場小型試驗

      與室內試驗不同,污染現場的土壤溫度和濕度會隨著深度的不同而發生變化。固化劑一般呈堿性,發生水化反應時會產生熱量,處理大量土壤時這種放熱效應就會被放大,因此現場試驗的溫度控制很困難。另外,在室內試驗進行的過程中,現場土壤的物理化學性質可能發生了一定的變化,因此在進行大型修復工程之前需要對實驗室結果進行驗證。

      污染現場小型試驗的流程與實驗室研究內容大致相同。但現場試驗的土壤混合技術更加復雜,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。現場養護也容易受到周圍環境變化的影響,需要進行保溫保濕處理,防止干濕交替和凍融現象的發生。

處理工程操作

      現場小型試驗對實驗室研究結果加以修正后,就可以在污染現場開展大型處置工程。這個過程中污染土壤與固化劑的充分混合是至關重要的步驟。按處置位置的不同,可以將固化/穩定化技術分為原位和異位處置。

      異位固化/穩定化技術是將土壤從最初污染位置挖掘出來,運輸至一個處理系統中實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圍擴散的可能性,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地。

      原位固化/穩定化技術不需要對污染土壤進行搬運,節省了運輸費用,減小了有機污土壤污染物揮發的可能性。為了實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,就可以采用這種方法。

展望

      固化技術具有工藝操作簡單、價格低廉、固化劑易得等優點,但常規固化技術也具有以下缺點,如固化反應后土壤體積都有不同程度的增加,固化體的長期穩定性較差等。而穩定化技術則可以克服這一問題,如近年來發展的化學藥劑穩定化技術,可以在實現廢物無害化的同時,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濟性;還可以通過改進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螯合作用得到強化,進而提高穩定化產物的長期穩定性,減少最終處置過程中穩定化產物對環境的影響。由此可見,穩定化技術有望成為土壤重金屬污染修復技術領域的主力。
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