鉻污染土壤固化-穩(wěn)定化技術(shù)工程應(yīng)用探究

1、輅污染土壤固化/穩(wěn)定化技術(shù)工程應(yīng)用探究摘要我國(guó)是世界鎔鹽生產(chǎn)大國(guó)，每年產(chǎn)生大 量的鎔渣，鎔渣堆放對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重污染。國(guó)家”十二 五”規(guī)劃明確提出了重點(diǎn)地區(qū)鑄污染土壤的治理目標(biāo)，輅污 染土壤的治理工作正迅速展開(kāi)。固化/穩(wěn)定化技術(shù)工藝操作 簡(jiǎn)單、處理時(shí)間短、固化劑易得，目前在我國(guó)70%以上輅污 染土壤治理工程中得到應(yīng)用。本文通過(guò)絡(luò)污染土壤固化/穩(wěn) 定化技術(shù)工程應(yīng)用環(huán)節(jié)的研究探討，分析總結(jié)實(shí)施過(guò)程中的 存在問(wèn)題，并對(duì)該技術(shù)的工程應(yīng)用提出展望。關(guān)鍵字鎔污染土壤固化穩(wěn)定化技術(shù)工程應(yīng)用 問(wèn)題與展望中圖分類號(hào)x54 文獻(xiàn)碼b 文章編號(hào) 1000-405x (2012) -11-65-21鑄污染土壤固化/

2、穩(wěn)定化技術(shù)工程應(yīng)用背景我國(guó)是世界洛鹽生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量超過(guò)60萬(wàn)噸，在其 生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量鎔渣。鎔渣中含有0. 3-1. 5%可溶性cr (vi),經(jīng)降雨和地表水的沖刷，cr (vi)進(jìn)入周?chē)寥篮?地下水，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。國(guó)家環(huán)境保護(hù)”十二五”規(guī) 劃中，將輅渣堆場(chǎng)列為我國(guó)土壤重金屬污染重點(diǎn)治理對(duì)象。洛在土壤中一般以兩種價(jià)態(tài)存在，cr (vi)和cr (iii)o cr(vi)以易溶于水的鎔酸根(cr042-)和重鎔酸根("2072-) 存在，在土壤和地下水系統(tǒng)中遷移性很強(qiáng)。cr (vi)對(duì)于細(xì) 胞具有較強(qiáng)的穿透能力，還有較高的氧化能力，對(duì)生物體有 較強(qiáng)的毒性和致癌作用。cr (

3、iii)是高等動(dòng)物必須的微量 元素之一，高濃度下也有一定的毒性，在一般地下水環(huán)境中 不易移動(dòng)。洛污染土壤治理有堆肥技術(shù)、電動(dòng)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù) 技術(shù)、熱解還原技術(shù)、淋洗技術(shù)、固化/穩(wěn)定化技術(shù)1。綜 合這些技術(shù)的可靠性、可操作性、治理時(shí)間和成本，目前工 程中應(yīng)用最多的是固化/穩(wěn)定化技術(shù)。美國(guó)環(huán)保署將固化/穩(wěn) 定化技術(shù)稱為處理有毒有害廢物的最佳技術(shù)，1982-2005年 間，美國(guó)超級(jí)基金共對(duì)977個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行修復(fù)或擬修復(fù)，其中 217個(gè)場(chǎng)地修復(fù)使用固化/穩(wěn)定化技術(shù)2。在我國(guó)，固化穩(wěn) 定化技術(shù)是工程中常用的修復(fù)技術(shù)，輅污染土壤治理中應(yīng)用 達(dá)70%以上。2.鎔污染土壤固化/穩(wěn)定化系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 1洛污染土

4、壤的固化/穩(wěn)定化系統(tǒng)輅污染土壤的固化/穩(wěn)定化包括兩個(gè)過(guò)程：穩(wěn)定化和固 化。穩(wěn)定化是將六價(jià)絡(luò)還原為三價(jià)鎔，降低輅在環(huán)境中的遷 移性和生物可利用性，從而降低鎔污染的危害。固化是將被 牢各污染的土壤與某種粘合劑混合通過(guò)粘合劑固定其中的鎔， 使鎔不再向周?chē)h(huán)境遷移。在輅污染土壤固化/穩(wěn)定化技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要綜合 考慮氧化還原、膠凝固化、吸附三方面因素，鎔污染土壤固 化穩(wěn)定化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的藥劑有：(1) 還原劑(穩(wěn)定劑)：硫酸亞鐵、過(guò)硫化鈣、硫代硫 酸鈉、亞硫酸氫納、零價(jià)鐵、煤炭、紙漿廢液、鋸木屑、谷 殼、高爐渣。(2) 固化劑(堿性物質(zhì)+固化基材)：氫氧化鈉、氫氧 化鈣、硅酸鹽水泥、石灰窯灰渣。(

5、3) 吸附劑：活性炭、粘土、鋸木、沙、粉煤灰、有 機(jī)聚合物。2.2以水泥為基料的固化系統(tǒng)水泥是水硬性膠凝材料，加水后能發(fā)生水化反應(yīng)，逐漸 凝結(jié)和硬化。水泥中的硅酸鹽陰離子以孤立的四面體存在， 水化時(shí)逐漸連接成二聚物以及多聚物一-水化硅酸鈣(csh), 同時(shí)產(chǎn)生氫氧化鈣。csh是一種由不同聚合度的水化物所組 成的固體凝膠，是水泥凝結(jié)作用的最主要物質(zhì)，也可以對(duì)污 染物進(jìn)行物理包封、吸附或化學(xué)鍵合等作用，是污染物穩(wěn)定 化的根本保證。另外，水化反應(yīng)能顯著提高系統(tǒng)的ph,有利 于重金屬轉(zhuǎn)化為溶解度較低的氫氧化物或碳酸鹽3。2.3以石灰為基料的固化系統(tǒng)石灰是一種非水硬性膠凝材料，其中的鈣能夠和土壤中 的硅

6、酸鹽形成水化硅酸鈣，起到固化作用。該系統(tǒng)的固化產(chǎn) 品具有多空性，有利于污染物質(zhì)的浸出，且抗壓強(qiáng)度和浸泡 性能不佳，因而較少單獨(dú)使用，通常與火山灰類物質(zhì)共用。 火山灰類物質(zhì)本身不能發(fā)生凝硬反應(yīng)，但可被堿性物質(zhì)激活 生成csh, csh能夠堵塞石灰固化遺留的空隙增加固化體的 密度，還能對(duì)污染物起到穩(wěn)定作用。3固化/穩(wěn)定化工藝固化穩(wěn)定化工藝有兩種：異位和原位，異位固化穩(wěn)定化 技術(shù)是將污染土壤挖掘出來(lái)，運(yùn)輸至一個(gè)處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與 還原劑固化劑的混合和后續(xù)養(yǎng)護(hù)，異位處置的優(yōu)點(diǎn)是能夠很 好地控制藥劑的加入量，能夠保證污染土壤與固化劑的充分 混合。異位處置的方式主要有3種：混合機(jī)、混合池和噴霧 方式4。混合

7、機(jī)的方式是將污染土壤送至混合機(jī)中與固化 劑混勻，這是目前工程應(yīng)用上最常用的一種方式。原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)不需要將污染土壤挖掘出來(lái)，利 用各種挖掘、鉆探和耕作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)土壤和固化劑的混勻。 改良的中空螺旋鉆可以實(shí)現(xiàn)深層土壤與固化劑的混合，處理 深度可達(dá)20-30米；當(dāng)挖掘鏟能夠到達(dá)污染深度時(shí)，可以利 用挖掘鏟翻轉(zhuǎn)土壤實(shí)現(xiàn)土壤與固化劑的混合過(guò)程；當(dāng)土壤污 染深度較淺且面積較大時(shí)，可以利用改良的旋耕機(jī)實(shí)現(xiàn)土壤 與固化劑的混合。目前鑄污染固化/穩(wěn)定化技術(shù)治理工程應(yīng)用中，由于場(chǎng) 地地質(zhì)資料不全、場(chǎng)地地下水水文情況不清、污染范圍廣、 污染嚴(yán)重，限制了原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)的工程應(yīng)用。在這 種情況下，人們較傾

8、向采用異位固化/穩(wěn)定化治理技術(shù)。4固化穩(wěn)定化影響因素影響穩(wěn)定化的因素有土壤顆粒大小、還原反應(yīng)的液固 比、ph值、反應(yīng)時(shí)間5。鎔污染土壤在進(jìn)行穩(wěn)定化之前， 需要進(jìn)行土壤的預(yù)處理，將土壤經(jīng)過(guò)破碎、篩分等程序使土 壤顆粒達(dá)到穩(wěn)定化工藝要求，根據(jù)預(yù)處理后土壤的粒度確定 還原劑液與污染土壤的液固比，還原劑液與污染土壤混合反 應(yīng)后物料的ph值應(yīng)小于5o根據(jù)液固比、ph值確定單次反 應(yīng)的時(shí)間，應(yīng)保證足夠的反應(yīng)時(shí)間。水泥和石灰的水化作用是凝固和硬化的必要條件，影響 水化反應(yīng)的因素都會(huì)影響污染土壤固化的效果，主要分為兩 個(gè)方面：(1)污染土壤的理化性質(zhì)，包括：土壤的ph值、 土壤物質(zhì)的組成 (2)固化工藝，包括

9、膠凝材料和添加劑 品種與用量、水分含量、混合的均勻程度、養(yǎng)護(hù)條件6。 需要著重說(shuō)明的是：污染土壤與還原劑固化劑的充分混合是 實(shí)現(xiàn)鎔污染土壤固化/穩(wěn)定化工藝至關(guān)重要的步驟。5固化穩(wěn)定化效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)固化穩(wěn)定化效果評(píng)價(jià)通常包括三個(gè)方面：抗壓強(qiáng)度、浸 出率、增容比。在實(shí)際修復(fù)效果評(píng)價(jià)中，浸出率是考慮的最 重要的方面。固化體性質(zhì)、顆粒物大小、溶液性質(zhì)和接觸時(shí) 間等因素都會(huì)影響浸提效果，tclp方法是美國(guó)環(huán)保署居于毒 性對(duì)廢物進(jìn)行危險(xiǎn)或非危險(xiǎn)鑒別的標(biāo)準(zhǔn)方法，是唯一被rcra 認(rèn)可的危險(xiǎn)廢物特性浸出程序，應(yīng)用最廣泛。我國(guó)于2007 年頒布了固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法 和固體廢物浸出毒性方法 硫酸

10、硝酸法固體廢物浸出方 法。浸出液中各污染物濃度限值作為判定固化/穩(wěn)定化是否 有效的尺度。根據(jù)修復(fù)場(chǎng)地的用途，危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸 出毒性鑒別，地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)ii/iii類限值，地 表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)iii/iv類限值和污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 重金屬最高允許排放濃度限值等被用于評(píng)價(jià)處理后土壤浸 出液中污染濃度是否達(dá)標(biāo)。另外，輅渣污染治理環(huán)境保護(hù) 技術(shù)規(guī)范，根據(jù)不同的治理工藝及綜合利用途徑對(duì)治理后 的效果規(guī)定了具體的要求。6治理后鎔污染土壤去向穩(wěn)定化后的鎔污染土壤不改變土壤的原始形態(tài)，有利于 配合其他工藝進(jìn)行資源化利用，如作為水泥路面之下的路基 材料或者填埋場(chǎng)的中層覆蓋土等輅污染土壤經(jīng)固化處理后已經(jīng)擁

11、有一定的形態(tài)，不利于 對(duì)其進(jìn)行資源化利用，只能作為一些要求不高的建筑材料由于目前場(chǎng)地污染土方量巨大，很少有填埋場(chǎng)接納治理 后的污染土。多數(shù)情況下，輅污染土壤治理后采用就地回填。 經(jīng)過(guò)固化/穩(wěn)定化的土壤多少改變了土壤的理化性質(zhì)，這在 后續(xù)開(kāi)發(fā)利用中必須引起注意。7問(wèn)題與展望固化/穩(wěn)定化技術(shù)由于其操作簡(jiǎn)單、治理時(shí)間短、固化 穩(wěn)定化藥劑價(jià)廉易得，在鎔污染土壤治理工程中得到廣泛應(yīng) 用。近年來(lái)，鎔污染土壤固化/穩(wěn)定化技術(shù)藥劑、混合設(shè)備 研究開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步為固化/穩(wěn)定技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的市 場(chǎng)前景。不可否定的是：固化/穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用于鉆污染土 壤治理工程，尚處于起步階段，固化體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的研究 還十分缺乏，有必要定期對(duì)固化/穩(wěn)定化處理的污染土壤進(jìn) 行長(zhǎng)期的跟蹤監(jiān)測(cè)。另外，固化/穩(wěn)定化后的土壤去向值得 關(guān)注，原地回填對(duì)將來(lái)的土地開(kāi)發(fā)利用的影響也是不得不考 慮的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)1吳軍年，劉鑫，輅污染土壤修復(fù)方法比選口安徽農(nóng) 業(yè)科技，39卷34期2周啟星，宋玉芳，污染土壤修