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兰州洁华土壤修复技术介绍:固化稳定化技术

【作者:兰州洁华  】 【来源:甘肃环评  】 【发布时间:2017-04-17 16:36:43  】

      土壤固化-稳定化技术是化学修复技术的一种。土壤修复技术中的固化-稳定化技术(Solidification/Stabilization)是将污染物在污染介质中固定,使其处于长期稳定状态,是较普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法,对同时处理多种重金属复合污染土壤具有明显的优势。美国环保署将固化-稳定化技术称为处理有害有毒废物的最佳技术。中国一些冶炼企业场地重金属污染土壤和铬渣清理后的堆场污染土壤也采用了这种技术。国际上已有利用水泥固化-稳定化处理有机与无机污染土壤的报道。


甘肃环评

      根据EPA的定义,固化和稳定化具有不同的含义。固化技术中污染土壤与黏结剂之间可以不发生化学反应,只是机械地将污染物固封在结构完整的固态产物(固化体)中,隔离污染土壤与外界环境的联系,从而达到控制污染物迁移的目的;稳定化是指将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现其无害化,降低对生态系统危害性的风险。固化产物可以方便地进行运输,而无需任何辅助容器;而稳定化不一定改变污染土壤的物理性状。

      固化-稳定化技术与其他修复技术相比,具有处理时间短、适用范围较广等优势,1982-2005年间,美国超级基金共对977个场地进行修复或拟修复,其中有217个场地修复使用固化-稳定化技术。美英等国家率先开展了污染土壤的固化-稳定化研究,并制定了相应的技术导则。而我国污染土壤的固化-稳定化技术研究比较滞后,大型的处置工程相对匮乏。

      对重金属污染土壤而言,固化/稳定化技术并没有减少污染物的总量,因此,在环境条件变化时,污染物可能被重新活化。为了达到更好的处理效果,通常把两种技术联合使用,例如在固化技术实施之前常要进行污染物的稳定化。本文中的固化/稳定化技术主要是指以化学或物理稳定化为基础的固化技术。

      能在物理、化学作用下,从具有流动性的浆体变成坚固的石状体,并能胶结其它物料的物质统称为胶凝材料。胶凝材料分为无机和有机两大类别,按照硬化条件无机胶凝材料可分为水硬性和非水硬性两种,其中水泥是最常用的无机水硬性胶凝材料。常用的胶凝材料可以分为以下 4 类:①无机粘结物质,如水泥、石灰等;②有机粘结剂,如沥青等热塑性材料;③热硬化有机聚合物,如尿素、酚醛塑料和环氧化物等;④玻璃质物质。由于技术和费用等方面的原因,水泥和石灰等无机材料为基料的固化/稳定化应用最为广泛。添加剂与水混合不发生硬化,主要通过吸附或改变污染物的化学性质起到稳定污染物的作用。黏结剂由一种或几种胶凝材料组成,也可以含有添加剂,因此黏结剂可以理解为胶凝材料和添加剂的组合体。由于常用于废物的固化处理,黏结剂也常被称作固化剂。

      水泥和石灰的水化作用是其凝固和硬化的必要条件,因此影响水化反应的因素都会影响污染土壤固化/稳定化的效果,主要指土壤pH特征和土壤物质组成等因素。

固化/稳定化处理流程

可行性评价

      在对污染土壤进行修复工程前首先要进行可行性评价。可处理性研究通常包括两个阶段:实验室研究和污染场地现场试验。 实验室研究是在恒定的温度和湿度环境条件下进行前处理和固化剂选择的小批量试验,用以指导现场试验和处置工程的实施。包括污染样品采集、土壤物理化学性质的分析、修复工艺的确定,从固化体的物理性质和对污染物质浸出的阻力两个方面评价固化稳定化效果 。

污染现场小型试验

      与室内试验不同,污染现场的土壤温度和湿度会随着深度的不同而发生变化。固化剂一般呈碱性,发生水化反应时会产生热量,处理大量土壤时这种放热效应就会被放大,因此现场试验的温度控制很困难。另外,在室内试验进行的过程中,现场土壤的物理化学性质可能发生了一定的变化,因此在进行大型修复工程之前需要对实验室结果进行验证。

      污染现场小型试验的流程与实验室研究内容大致相同。但现场试验的土壤混合技术更加复杂,需要借助大型机械,因此要求具有较大的空间,且要保证电力设施的正常运行。现场养护也容易受到周围环境变化的影响,需要进行保温保湿处理,防止干湿交替和冻融现象的发生。

处理工程操作

      现场小型试验对实验室研究结果加以修正后,就可以在污染现场开展大型处置工程。这个过程中污染土壤与固化剂的充分混合是至关重要的步骤。按处置位置的不同,可以将固化/稳定化技术分为原位和异位处置。

      异位固化/稳定化技术是将土壤从最初污染位置挖掘出来,运输至一个处理系统中实现与固化剂的混合和后续养护。挖掘污染土壤增加了运输成本,并且增大了污染物向周围扩散的可能性,但是异位处置能够很好控制试剂加入量,能够保证污染土壤与固化剂的充分混合,比较适合于污染深度较浅的场地。

      原位固化/稳定化技术不需要对污染土壤进行搬运,节省了运输费用,减小了有机污土壤污染物挥发的可能性。为了实现土壤和固化剂的混匀,通常要利用各种挖掘、钻探和耕作设备,现场条件下需要根据不同的土壤深度选择合适的混合方式。如果污染土壤在挖掘铲能够达到的深度时,就可以采用这种方法。

展望

      固化技术具有工艺操作简单、价格低廉、固化剂易得等优点,但常规固化技术也具有以下缺点,如固化反应后土壤体积都有不同程度的增加,固化体的长期稳定性较差等。而稳定化技术则可以克服这一问题,如近年来发展的化学药剂稳定化技术,可以在实现废物无害化的同时,达到废物少增容或不增容,从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性;还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中的重金属等成分之间的化学螯合作用得到强化,进而提高稳定化产物的长期稳定性,减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。由此可见,稳定化技术有望成为土壤重金属污染修复技术领域的主力。