求重金属污染土壤固化/稳定化修复技术详细介绍

【专家解说】：1. 概况 　　修复重金属污染土壤一直是国际上的难点和热点研究课题。目前常用的土壤重金属修复技术主要包括挖掘、稳定化/固化、化学淋洗、气提、热处理、生物修复等。其中固化/稳定化技术是一种比较成熟的废物处置技术，现已应用于土壤重金属修复的工程领域。 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，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。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。 2. 概念及原理 　　土壤重金属固化/稳定化修复技术指运用物理或化学的方法将土壤中的有毒重金属固定起来，或者将重金属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，从而降低重金属的毒害程度的修复技术。 根据EPA的定义，固化和稳定化具有不同的含义。固定化技术是将污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低渗透性材料，通过减少污染物暴露的淋滤面积达到限制污染物迁移的目的；稳定化是指从污染物的有效性出发，通过形态转化，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无害化，以降低其对生态系统的危害风险。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。 3. 分类 　　常用的固化稳定化凝胶材料可以分为四类： 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/稳定化技术应用最为广泛。水泥或石灰为基础的固化/稳定化技术可以通过以下几种机制稳定污染物：在添加剂表面发生物理吸附；与添加剂中的离子形成沉淀或络合物；污染物被新形成的晶体或聚合物所包被，减小了与周围环境的接触界面。 目前已发展的化学药剂稳定化技术主要包括： 1）pH值控制技术； 2）氧化/还原电势控制技术 3）沉淀技术 4）吸附技术 5) 离子交换技术 4. 影响因素 　　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。主要分为以下两个方面： （1）污染土壤的理化性质，包括：土壤pH值，土壤物质组成； （2）固化/稳定化工艺，包括凝胶材料和添加剂品种与用量、水分含量、混合均匀程度、养护条件等。 5. 药剂选择 　　针对不同种类重金属污染的土壤，充分考虑以上两个方面（土壤理化性质和固化稳定化工艺）因素的影响，设置多种胶凝材料和添加剂的批量试验，根据评价指标来确定最佳组合。 例如，CCT重金属稳定化剂就拥有三个类别的药剂，针对不同重金属污染土壤选择性采用不同类别的稳定化修复药剂。其中，CCT01是一种普适用于绝大部分Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Ag、Hg、Mn、Fe 等非变价重金属污染的稳定化剂，CCT02是一种适合于三价砷等需氧化后处理的重金属污染稳定化剂，而CCT03是一种适用于六价铬等需还原后处理的重金属污染稳定化剂。 6. 效果评价 　　判断一种固化/稳定化方法对污染土壤是否有效，主要可以从处理后土壤的物理性质和对污染物质浸出的阻力两个方面加以评价。 物理性质方面： 通常土壤经固化处理后已经拥有一定的固定形态，不利于对其进行资源化利用，只能作为一些要求不高的建筑材料。固化体的抗压强度、抗冲击性、抗浸泡性和抗冻融性等为主要物理性质评价指标，具体指标评价方法参考相关成熟岩土性质指标评价方法。 稳定化处理后的土壤通常并不改变土壤原始形态，十分有利于配合其它工艺进行资源化利用，如作为水泥路面之下的路基材料或者填埋场的中层覆盖土等。如CCT稳定化药剂治理后的土壤基本不改变其形态，形成具有1MPa 以上的抗压强度的固化材料。 污染物质浸出的阻力： 通常要考察处理后土壤在各种环境中释放重金属的能力，即重金属的浸出效应。固化体性质、颗粒物大小、溶液性质和接触时间等因素都会影响浸提效果。Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP)方法是美国环保署基于毒性对废物进行危险或非危险性鉴别的标准方法，或者说是唯一被RCRA认可的危险废物特性浸出程序。。我国在1997年颁布了《固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法》和《固体废物 浸出毒性浸出方法 翻转法》，后又加以完善，于2007年颁布了《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》和《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》。以上方法根据需要均可用于浸提稳定/固定化处理后的土壤。 各个国家都对浸出液中各个污染物浓度加以限制，该限值可以作为划分危险废物的标准，也可以作为判定固化/稳定化处理是否有效的尺度。我国1996年颁布了《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》，后经修改，2007年颁布了新的标准。目前，我们尚未颁布相关标准用于进一步评价处理后土壤在自然环境下资源化利用的可行性和可靠性。通常根据修复场地的用途，地下水环境质量标准（GB/T14848-93）的II/III类限值，地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的 III/IV类限值，和污水综合排放标准（GB 8978-1996）重金属最高允许排放浓度限值等均可被用于评价处理后土壤浸出液中污染物浓度是否达标。 7. 展望 　　虽然固化/稳定化是一种快速、经济的处理技术，但关于固化体长期稳定性的研究还十分缺乏，因此，有必要定期对固化/稳定化处理的污染土壤进行取样检测，长期追踪污染物在环境中的归趋，但目前的法规并未对上述过程加以要求，这一现状仍有待改善。