固化、稳定化在重金属污染场地修复中的应用

固化，稳定化技术在重金属场地污染修复中

的模拟应用

1.技术概述

固化、稳定化急速是指将有害废物固定或密封在惰性固体基质中，以降低污染物流动性的一种处理方法。其中，固化是将废物中的有害成分用惰性材料加以束缚的过程，而稳定化使将废物的有害成分进行化学改性或将其导入某种稳定的晶格结构中的过程，即固化通过采用具有高度结构完整性的整块固体将污染物密封起来以降低其物理有效性，而稳定化则降低了污染物的化学有效性[1]。

代表性固化药剂包括水泥、粉煤灰、石灰、沥青等。以水泥固化为例，其固化机理为：

（1）利用水化作用形成的具有高比表面积的C-S-H凝胶吸附污染物；

（2）将污染物包裹于水化产物晶格当中；

（3）使污染土壤形成结构致密、孔隙率少的固化体，降低污染物迁移；（4）水化产物具有较高pH值，可以有效降低酸沉降对固化体的破坏。

代表性的稳定化药剂包括：Daramend-M、EnviroBlend、EHCM（地下水）、磷酸盐、硫化物药剂等。其稳定化主要机理为：

（1）通过氧化还原反应改变污染物形态，降低其毒性，如采用零价铁、

亚硫酸钠、硫化亚铁等还原剂将Cr（VI）还原为Cr（III），或

（2）通过离子交换反应使污染物形成沉淀，降低迁移性，如使用磷酸盐、硫化物药剂处理铅污染土壤。

2.技术应用

2.1工艺流程

图1 施工组织设计图

2.2 主要设备

通过土壤混合装置，对要修复的土壤进行混合。如下图：

图 2 土壤混合装置3.工程模拟

3.1模拟工程概况

规划用地类型：居住用地

占地面积：840亩

主营业务：自行设计、制造、安装的全循环尿素生产样板厂；生产多孔粒状硝酸铵；总氨年生产能力可达到24万吨。

污染物：砷

场地分布平面图如下（图3）：

图3 场地分布平面图

将场地分为A-G7个区间，如下表：

区域编号区域围污染程度

A 西北角煤场中度污染区

B 北部煤场中度污染区

重度污染区

C 净化车间、水煤气储罐、前段

压缩工序

D 水处理系统重度污染区

E 造气车间中度污染区

生活污染区

F 汽油库、机加工、变电站、金

属库、油漆库

G 其它区域轻度污染区

3.2 对场地进行调查以及评价

对场地进行初步调查，调查点分布如下（图4）：

图 4 调查点分布图

采用高精度GPS确定原功能区边界，进行布点，全场完成采样点N个，确定场地主要污染物为As，并判断污染区域。再必要的情况下对场地采取补充调查，补充调查模拟分布图如下（图5、6）：

图 5 补充调查分布图（对红色区域进行补充调查）

图 6 补充调查详细分布图

通过调查评价结果如下：

（1）该化工厂土壤中砷污染较重。居住情景下，致癌风险最高可达1.07×10-2，平均值超过5×10-4，远高于可接受水平。

（2）土壤中砷对人体的危害基本来自摄入及皮肤接触途径，后期修复管理时应主要考虑该途径。

（3）在用地开发情景下，砷对建筑工人的致癌风险最高达1.94×10-4，因此在场地修复和开发过程中要注意现场的污染预防。

（4）由于土壤中的重金属难以直接去除，因此控制暴露途径是降低环境风险，确保人体健康安全的重要手段。

3.3 处治方案

吸附在细土颗粒上的污染物从土体中分离出来。洗涤水可以采用基本的浸出剂、表面活性剂或螯合剂，或通过调节pH值来去除有机物和重金属。土壤和洗涤水在异位的水箱或其它处理单元中混合。洗涤水和各种土壤组分通常采用重沉降分离（土壤修复目标值如下图7）。

图 7 土壤修复目标值

为保守起见，将各层土壤拟作为表土，并以10-6为致癌风险可接受限值，计算场地修复目标值为0.45mg/kg，与美国标准相近，表明模型计算具有合理性。

考虑到项目所在地土壤中砷的表土背景值为14.2±5.08 mg/kg（数据参考《中国土壤元素背景值》），因此采用RBCA计算的修复目标值显得过于保守。此外，考虑到当地的经济发展水平，亦不建议用筛选值作为该场地的修复筛选值。经过综合考虑建议采用我国新推出的《土壤环境质量标准（修订）》

（GB15618-2008，征求意见稿）中，居住用地二级环境质量标准（50 mg/kg），作为判定场地中污染区域的修复目标值。

通过小试，中试等步骤确定修复所需投加的修复药剂量，对污染修复场地进行污染修复。现场采取不同的土样进行小试。（图8）

图 8 采样土小试结果

中试:药剂投加量的确定土壤：砷全量为1412.71 mg/kg，原始浸出浓度为23.28 mg/L。（图9）

图 9 中试药剂投放量和土体PH值变化

确定的修复技术：

（1）对于第一层污染土壤，采用固化/稳定化技术进行修复。

（2）基坑开挖过程中产生的污染土壤，作为表层土壤进行修复，同样采用固化/稳定化技术进行修复。基坑底板之下的污染土壤，结合混凝土底板进行原位阻隔。

（3）基坑之外的第二层污染土壤，采用HDPE膜等进行原位阻隔。

（4）固化/稳定化处理后土壤去向：根据场地开发利用规划，回填于硬化路面，利用硬化地面层。

（5）作为阻隔层，阻隔其与人的接触途径。固化稳定化修复后的土壤杜绝与人体的直接接触。

4. 总结

固化/稳定化技术发展初期，受限于科学水平和机理了解，固化/稳定化药剂以较为简单的固化作用为主。随着对药剂与污染物作用机理探索的深入，固化/稳定化药剂逐渐向稳定性好、用量少、易于使用的稳定化方向进行。在我国固化、稳定化技术好需要进行大力的推广，也会成为主流的处理技术。

[1]引自——发生主编，《污染场地术语手册》