土壤修復(fù)技術(shù)介紹

1 技術(shù)名稱

技術(shù)名稱：原位固化/穩(wěn)定化

英文名稱：In-situ Solidification/Stabilization

2 技術(shù)適用性

2.1 適用的介質(zhì)

污染土壤。

2.2 可處理的污染物類型

金屬類，石棉，放射性物質(zhì)，腐蝕性無(wú)機(jī)物，氰化物以及砷化合物等無(wú)機(jī)物;農(nóng)藥/除草劑，石油或多環(huán)芳烴類，多氯聯(lián)苯類以及二噁英等有機(jī)化合物。

2.3 應(yīng)用限制條件

該技術(shù)不宜用于揮發(fā)性有機(jī)物化合物，不適用于污染物總量為驗(yàn)收目標(biāo)的項(xiàng)目。

3 技術(shù)介紹

3.1 原理

通過(guò)一定的機(jī)械力在原位向污染介質(zhì)中添加固化劑/穩(wěn)定化劑，在充分混合的基礎(chǔ)上，使其與污染介質(zhì)、污染物發(fā)生物理、化學(xué)作用，將污染介質(zhì)固封在結(jié)構(gòu)完整的具有低滲透系數(shù)固態(tài)材料中，或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)不活潑形態(tài)，降低污染物在環(huán)境中遷移和擴(kuò)散。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備

主要由挖掘、翻耕或螺旋鉆等機(jī)械深翻松動(dòng)裝置系統(tǒng)、試劑調(diào)配及輸料系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)、工程現(xiàn)場(chǎng)取樣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。

主要設(shè)備包括機(jī)械深翻攪動(dòng)裝置系統(tǒng)(如挖掘機(jī)、翻耕機(jī)、螺旋中空鉆等)、試劑調(diào)配及輸料系統(tǒng)(輸料管路、試劑儲(chǔ)存罐、流量計(jì)、混配裝置、水泵、壓力表等)、氣體收集系統(tǒng)(氣體收集罩、氣體回收處理裝置)、工程現(xiàn)場(chǎng)取樣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng)器、取樣鉆頭、固定裝置)、長(zhǎng)期穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(氣體監(jiān)測(cè)探頭、水分、溫度、地下水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等)。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或指標(biāo)

主要包括：污染介質(zhì)組成及其濃度特征、污染物組成、污染物位置分布、固化劑/穩(wěn)定化劑組成與用量、場(chǎng)地地質(zhì)特征、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)以及污染物浸出特性。

(1)污染介質(zhì)組成及其濃度特征：污染介質(zhì)中可溶性鹽類會(huì)延長(zhǎng)固化劑的凝固時(shí)間并大大降低其物理強(qiáng)度，水分含量決定添加劑中水的添加比例，有機(jī)污染物會(huì)影響固化體中晶體結(jié)構(gòu)的形成，往往需要添加有機(jī)改性黏結(jié)劑來(lái)屏蔽相關(guān)影響，修復(fù)后固體的水力滲透系數(shù)會(huì)影響到地下水的侵蝕效果。

(2)污染物組成：對(duì)無(wú)機(jī)污染物，添加固化劑/穩(wěn)定化劑即可實(shí)現(xiàn)非常好的固化/穩(wěn)定化效果;對(duì)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物共存時(shí)，尤其是存在揮發(fā)性有機(jī)物(如多環(huán)芳烴類)，則需添加除固化劑以外的添加劑以穩(wěn)定有機(jī)污染物。

(3)污染物位置分布：污染物僅分布在淺層污染介質(zhì)當(dāng)中時(shí)，通常采用改造的旋耕機(jī)或挖掘鏟裝置實(shí)現(xiàn)土壤與固化劑混合;當(dāng)污染物分布在較深層污染介質(zhì)當(dāng)中時(shí)，通常需要采用螺旋鉆等深翻攪動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)試劑的添加與均勻混合。

(4)固化劑組成與用量：有機(jī)物不會(huì)與水泥類物質(zhì)發(fā)生水合作用，對(duì)于含有機(jī)污染物的污染介質(zhì)通常需要投加添加劑以固定污染物。石灰和硅酸鹽水泥一定程度上還會(huì)增加有機(jī)物質(zhì)的浸出。同時(shí)，固化劑添加比例決定了修復(fù)后系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性特征。

(5)場(chǎng)地地質(zhì)特征：水文地質(zhì)條件、地下水水流速率、場(chǎng)地上是否有其他構(gòu)筑物、場(chǎng)地附近是否有地表水存在，這些都會(huì)增加施工難度并會(huì)對(duì)修復(fù)后系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

(6)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：修復(fù)后固體材料的抗壓強(qiáng)度一般應(yīng)大于50Pa/ft2 帕/平方英(約合538.20Pa/m2)，材料的抗壓強(qiáng)度至少要和周圍土壤的抗壓強(qiáng)度一致。

(7)滲透系數(shù)：衡量固化/穩(wěn)定化修復(fù)后材料的關(guān)鍵因素。滲透系數(shù)小于周圍土壤時(shí)，才不會(huì)造成固化體侵蝕和污染物浸出。固化/穩(wěn)定化后固化體的滲透系數(shù)一般應(yīng)小于10-6cm/s。

(8)浸出性特征：針對(duì)固化/穩(wěn)定化后土壤的不同再利用和處置方式，采用合適的浸出方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，具體方法見(jiàn)表1。

4 技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和前期準(zhǔn)備

在利用該技術(shù)進(jìn)行修復(fù)前，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試評(píng)估污染場(chǎng)地應(yīng)用原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)的可行性，并為下一步工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)。具體測(cè)試參數(shù)包括：(1)固化/穩(wěn)定化藥劑選擇，需考慮藥劑間的干擾以及化學(xué)不兼容性、金屬化學(xué)因素、處理和再利用的兼容性、成本等因素;(2)分析所選藥劑對(duì)其他污染物的影響;(3)優(yōu)化藥劑添加量;(4)污染物浸出特征測(cè)試;(5)評(píng)估污染介質(zhì)的物理化學(xué)均一性;(6)確定藥劑添加導(dǎo)致的體積增加量;(7)確定性能評(píng)價(jià)指標(biāo);(8)確定施工參數(shù)。

5 主要實(shí)施過(guò)程

首先基于修復(fù)目標(biāo)建立修復(fù)材料的性能參數(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室可行性分析，確定固化劑、添加劑和水的最佳混合配料比。然后進(jìn)行場(chǎng)地試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施技術(shù)，建立運(yùn)行性能參數(shù)。最后，實(shí)施修復(fù)工程，并對(duì)修復(fù)過(guò)程實(shí)施后的材料性能進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)控與監(jiān)測(cè)。

實(shí)施過(guò)程具體包括：(1)針對(duì)污染場(chǎng)地情況選擇回轉(zhuǎn)式混合機(jī)、挖掘機(jī)、螺旋鉆等鉆探裝置對(duì)深層污染介質(zhì)進(jìn)行深翻攪動(dòng)，并在機(jī)械裝置上方安裝灌漿噴射裝置;(2)通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)、液壓控制將藥劑直接輸送到噴射裝置，運(yùn)用攪拌頭螺旋攪拌過(guò)程中形成的負(fù)壓空間或液壓驅(qū)動(dòng)將粉體或泥漿狀藥劑噴入污染介質(zhì)中，或使用高壓灌漿管來(lái)迫使藥劑進(jìn)入污染介質(zhì)孔隙中。通過(guò)安裝在輸料系統(tǒng)閥端的流量計(jì)檢測(cè)固化劑的輸入速度、摻入量，使其按照預(yù)定的比例與污染介質(zhì)以及污染物進(jìn)行有效的混合;(3)對(duì)于固化/穩(wěn)定化處理過(guò)程中釋放的氣體，通過(guò)收集罩輸送至處理系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)害化處理;(4)選擇不同的采樣工具，對(duì)不同深度和位置的修復(fù)后樣品進(jìn)行取樣分析;(5)布置長(zhǎng)期穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，定期對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和浸出性(地下水)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

6 運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)測(cè)

修復(fù)實(shí)施過(guò)程質(zhì)量控制的主要內(nèi)容包括：(1)確保藥劑添加比例與實(shí)驗(yàn)室及中試階段所驗(yàn)證比例的一致性;(2)確保藥劑與污染介質(zhì)的充分混合;(3)對(duì)處理后的材料進(jìn)行取樣分析以驗(yàn)證其是否符合固化/穩(wěn)定化修復(fù)性能指標(biāo);(4)核實(shí)處理后的體積。實(shí)施監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：(1)地下水是否滲透進(jìn)入固化材料中;(2)所有樣品是否超過(guò)土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn);(3)固化體是否發(fā)生物理或化學(xué)退化;(4)通過(guò)地下水監(jiān)測(cè)判斷是否發(fā)生污染物浸出;(5)利用監(jiān)測(cè)模型評(píng)估未來(lái)浸出的可能性。

7 修復(fù)周期及參考成本

處理周期一般為3-6 個(gè)月。具體應(yīng)視修復(fù)目標(biāo)值、工程大小、待處理土壤體積、污染物化學(xué)性質(zhì)及其濃度分布情況及地下土壤特性等因素而定。根據(jù)美國(guó)EPA 數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用于淺層污染介質(zhì)修復(fù)成本約為50-80 美元/m3，對(duì)于深層修復(fù)成本約為195-330 美元/m3。

應(yīng)用案例

8 國(guó)外應(yīng)用情況

原位固化/穩(wěn)定化是比較成熟的廢物處置技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾十年的研究，已成功應(yīng)用于污染土壤、放射性廢物、底泥和工業(yè)污泥的無(wú)害化和資源化。與其他技術(shù)相比，該技術(shù)對(duì)于大多數(shù)的無(wú)機(jī)污染物以及一些有機(jī)污染物都具有顯著的修復(fù)效果，此技術(shù)在頑固性及混合型污染場(chǎng)地的修復(fù)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，處理時(shí)間短、適用范圍廣，裝置及材料簡(jiǎn)單易得。

美英等國(guó)家率先開展了污染土壤的固化/穩(wěn)定化研究，并制訂了相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則。據(jù)美國(guó)環(huán)保署統(tǒng)計(jì)，2005-2008年應(yīng)用該技術(shù)的案例占修復(fù)工程案例的7%。原位技術(shù)不需要對(duì)污染土壤進(jìn)行搬運(yùn)，節(jié)省了運(yùn)輸費(fèi)用，減小了有機(jī)污染物揮發(fā)的可能性。此外，原位固化/穩(wěn)定化也成功應(yīng)用到了棕地污染修復(fù)中。