土壤固化稳定化技术路线

土壤重金属污染固化/稳定化治理技术

一、基本概念

固化/稳定化土壤修复技术指运用物理或化学的方法将土壤中的有害污染物固定起来，或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等过程，从而降低污染物质的毒害程度的修复技术。

固化/稳定化技术与其他修复技术相比，有费用低、修复时间短、可处理多种复合重金属污染、易操作、适用范围较广等优势，因此，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。

二、常用的固化/ 稳定化技术系统

目前，常用的固化/ 稳定化技术主要包括以下几种类型：（1）水泥、石灰、粉煤灰等无机材料固化；（2）沥青、聚乙烯等热塑性有机材料和脲甲醛、聚酯等热固性有机材料固化；（3）玻璃化技术；（4）硫酸亚铁、磷酸盐、氢氧化钠、高分子有机物等药剂稳定化。由于技术和费用等方面的原因，以水泥、石灰、粉煤灰等无机材料为添加剂的固化/ 稳定化应用最广泛，占项目数的94%，在项目中使用无机-有机复合添加剂的占项目数的3%。

1、水泥固化

水泥基粘结剂是固化技术普遍使用的材料。在过去的50 年里水泥固定化处理重金属技术被广泛使用。水泥是一种无机胶结材料，经过水化反应后可以生成坚硬的水泥固化体。水泥固化的机理主要是在水泥的水化过程中，重金属可以通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式与水泥发生反应，最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体表面，同时水泥的加入也为重金属提供了碱性环境，抑制了重金属的渗滤。

水泥的种类很多，包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、矾土水泥、沸石水泥等都可以作为废物固化处理的基材，其中最常用的是普通硅酸盐水泥。影响水泥固化的因素很多，为达到满意的固化效果，在固化操作过程中要严格控制水灰比、水泥与废物比、凝固时间、添加剂和固化块的成型条件等工艺参数。如果被处理废物中含有妨碍水合作用的物质，仅用普通水泥处理就存在强度不大、物理化学性能不稳定等问题，需加入适当的添加剂，以吸收有害物质并促进其凝固，并降低有害组分的溶出率。活性氧化铝具有助凝作用，是常用的添加剂，

将其加入普通水泥，在高温下可以促进水泥迅速凝结生成针状结晶，这种结晶能够防止重金属的溶出。对含有大量硫酸盐的废物，使用高炉矿渣水泥作固化剂，再添加人造砂作混合剂，可以防止由于硫酸盐和水泥成分发生化学反应、生成结晶体时发生体积膨胀而导致的固体破裂。而采用蛭石作为添加剂，可以起到骨料作用和吸水作用。

水泥固化也存在一些缺点，如绝大多数硫酸盐对于硅酸盐水泥的硬化浆体都有显著的侵蚀作用，这主要是由于硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与硅酸盐水泥浆体所含的氢氧化钙反应生成硫酸钙，或进一步与水化铝酸钙反应生成钙钒石，从而使固相体积大大增加，造成膨胀现象。另外，硅酸盐水泥抗酸性较差，我国很多地区酸雨较严重，水泥的不抗酸性使得经水泥固化的重金属在酸性环境中重新溶出。

2、石灰/粉煤灰稳定化

石灰是一种碱性的非水硬性胶凝材料，它对土壤中重金属的影响主要是增加土壤的pH，促进重金属生成碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物沉淀。粉煤灰属于硅酸盐或铝硅酸盐体系，当其活性被激发时，具有类似水泥的胶凝特性。石灰可以激活粉煤灰中的活性成分产生粘结性物质，对污染物进行物理化学稳定，因此粉煤灰通常与石灰混用。

3、塑性材料固化/稳定化

从使用材料的性能上可以把该技术分为热固性塑料包容和热塑性材料包容两种。

热固性塑料指在加热时会从液体变成固体并硬化的材料，即使以后再次加热也不会重新液化或软化，它实际上是一种从小分子变成大分子的交链聚合过程。目前使用较多的材料是脲醛树脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂等。采用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂胶结材料、催化剂为助剂、废弃固体物质为集料拌合而成树脂混凝土，其固化物不仅强度高，且耐腐蚀、高抗渗、抗冻性好。在热固性塑料中，脲醛树脂使用方便，固化速度快，与有害物质形成的固化体有较好的耐水性、耐腐蚀性，价格也较便宜，使用较广泛。

热塑性材料指那些在加热/冷却时能反复转化和硬化的有机材料，如沥青、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、石蜡等。这些材料在常温下为坚硬的固体，而在较

高温度下具有可塑性和流动性，从而可以利用这种特性对固体废物进行固化处理。

4、玻璃化

玻璃化技术也称熔融固化技术，是利用热能在高温下把固态污染物熔化为玻璃状或玻璃鄄陶瓷状物质，借助玻璃体的致密结晶结构，使固化体永久稳定。污染物经过玻璃化作用后，其中有机污染物将或因热解而被摧毁，或转化为气体逸出，而其中的放射性物质和重金属则被牢固地束缚于己熔化的玻璃体内。熔融固化技术是目前国内外较先进的重金属废渣无害化处理技术。

5、药剂稳定化

药剂稳定化是指向土壤中加入药剂改变重金属在土壤中的存在形态，使其转变成低毒性、低溶解性和低迁移性的物质，其主要技术包括氧化还原电势技术、pH 控制技术、离子交换技术、沉淀技术、吸附技术等。目前，常用的稳定化药剂有氢氧化钠、硫化钠、磷酸盐、硅酸盐、硫酸亚铁、氯化铁和高分子有机稳定剂等。

6、有机物料稳定化

有机物料不仅对改良土壤重金属污染有重要作用，而且对提高土地生产力也有十分重要的意义，加之来源比较广泛、成本低，因而在土壤重金属固化/稳定化处理中应用比较广泛。目前常用的有机添加剂主要有：有机堆肥、生物质秸秆、禽畜粪便、城市污泥等。有机物料对土壤重金属污染的净化机制主要是通过腐殖酸与金属离子发生的络合(螯合)反应来进行的。一些研究表明，堆肥等有机物不但可以显著降低污染土壤中As、Cd、Pb、Zn 等的生物有效态含量，降低植物吸收，并可显著促进植物生长。

7、矿物材料稳定化

环境矿物材料是指由矿物及其改性产物组成的，对生态环境友好或具有防治污染和修复环境功能的一类矿物材料。目前，研究发现，一些矿物材料如高岭土、蒙脱石、海泡石、膨润土、沸石等具有吸附污染物质的能力，而且对矿物材料进行改性或几种材料混合使用，可以显著增强其净化能力。矿物材料修复土壤重金属污染具有成本低、操作简单、效果好、不易破坏生态环境以及能增强土壤自净能力等优点，它是一种比较理想的用于土壤重金属污染固定/ 稳定化修复的添加