固化、稳定化在重金属污染场地修复中的应用
污染土壤固化、稳定化施工方案
污染土壤固化/稳定化施工方案1、技术原理固化/稳定化技术，是将污染土壤与能聚结成固体的黏结剂或能将重金属元素螯合稳定化的药剂相混合，从而将重金属污染物捕获、稳定或固定在固体结构中的技术。
该技术普遍应用于土壤或污泥重金属污染的快速控制和修复，对于同时处置含多种重金属混合污染的土壤或污泥具有明显的优势。
国内已有多项的碎土壤进行固化/稳定化修复案例，结果表明，经稳定化处理后的浸出液中重金属的浓度基本达到达标。
且与其它技术相比，该技术的成本低，处理所需时间短，而且局限性小，适用范围广。
固化技术中污染土壤或污泥与黏结剂之间可以不发生化学反应,只是机械地将污染物固封在结构完整的固态产物（固化体）中，隔离污染物与外界环境的联系，从而达到控制污染物迁移的目的；稳定化是指稳定化药剂与污染物发生络合、螯合等化学反应，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形态来实现其无害化，降低对生态系统危害性的风险，对于重金属和多环芳烧类污染物均适用。
在实际应用中往往将固化技术和稳定化技术结合起来以便达到更好的效果。
本项目拟采用在国内多个项目上已成功应用的固化/稳定化药剂对碑、镉、铅等污染土壤进行修复，所选的固化/稳定化药剂是以碱性稳定剂为主、同时含有Ca、Si、Al等成分的复合固化/稳定化药剂。
其主要修复原理是利用Mg、Ca>Si、AI等与目标金属污染物发生凝硬反应，降低土壤中重金属的迁移和浸出能力。
其固化反应包括水酸化物生成时的固化、难溶性盐生成时的固化或者水化合物生成时的吸附固定。
本项目中影响固化/稳定化效果的主要因素包括以下几个方面：（1）污染物浓度对碑污染土壤及一般固体废物进行固化/稳定化治理，采用以碱性稳定剂为基料的固化药剂。
药剂投加比一般不高于20%（干重质量比），具体投加量可通过小试进一步确定。
（2）水分含量水是固化/稳定化反应进行的物质基础，本项目拟采用的复合固化/稳定化药剂在反应时，需保持土壤或或一般固体废物与药剂混合物的含水率在20%以上。
铬污染土壤固化／稳定化技术工程应用研究
铬污染土壤固化/稳定化技术工程应用研究[摘要]我国是世界铬盐生产大国，每年产生大量的铬渣，铬渣堆放对土壤环境造成严重污染。
国家”十二五”规划明确提出了重点地区铬污染土壤的治理目标，铬污染土壤的治理工作正迅速展开。
固化/稳定化技术工艺操作简单、处理时间短、固化剂易得，目前在我国70%以上铬污染土壤治理工程中得到应用。
本文通过铬污染土壤固化/稳定化技术工程应用环节的研究探讨，分析总结实施过程中的存在问题，并对该技术的工程应用提出展望。
[关键字]铬污染土壤固化稳定化技术工程应用问题与展望1铬污染土壤固化/稳定化技术工程应用背景我国是世界铬盐生产大国，年产量超过60万吨，在其生产过程中产生大量铬渣。
铬渣中含有0.3-1.5%可溶性Cr（VI），经降雨和地表水的冲刷，Cr（VI）进入周围土壤和地下水，对环境造成严重污染。
国家环境保护”十二五”规划中，将铬渣堆场列为我国土壤重金属污染重点治理对象。
铬在土壤中一般以两种价态存在，Cr（VI）和Cr（III）。
Cr（VI）以易溶于水的铬酸根（CrO42-）和重铬酸根（Cr2O72-）存在，在土壤和地下水系统中迁移性很强。
Cr（VI）对于细胞具有较强的穿透能力，还有较高的氧化能力，对生物体有较强的毒性和致癌作用。
Cr（III）是高等动物必须的微量元素之一，高浓度下也有一定的毒性，在一般地下水环境中不易移动。
铬污染土壤治理有堆肥技术、电动修复技术、生物修复技术、热解还原技术、淋洗技术、固化/稳定化技术[1]。
综合这些技术的可靠性、可操作性、治理时间和成本，目前工程中应用最多的是固化/稳定化技术。
美国环保署将固化/稳定化技术称为处理有毒有害废物的最佳技术，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217个场地修复使用固化/稳定化技术[2]。
在我国，固化稳定化技术是工程中常用的修复技术，铬污染土壤治理中应用达70%以上。
2.铬污染土壤固化/稳定化系统设计2.1铬污染土壤的固化/稳定化系统铬污染土壤的固化/稳定化包括两个过程：稳定化和固化。
重金属锑污染土壤固化-稳定化修复技术研究及应用
重金属锑污染土壤固化-稳定化修复技术研究及应用宋刚练【摘要】固化-稳定化技术具有快速、经济、有效等优点,在重金属污染土壤修复中得到了广泛应用,然而对重金属修复药剂选型及现场实际应用研究仍存在不足.本文首先利用小试实验探究了不同修复药剂对重金属锑的修复效果,筛选出适用药剂及配比,并通过上海某重金属锑污染修复工程的具体实施,总结出一套重金属污染土壤固化-稳定化施工工艺流程,为重金属锑固化-稳定化修复技术的发展及应用提供理论指导和经验借鉴.【期刊名称】《环境与可持续发展》【年(卷),期】2018(043)002【总页数】4页(P61-64)【关键词】重金属;锑;固化-稳定化;修复药剂;工程应用【作者】宋刚练【作者单位】上海市地矿工程勘察院/上海市地矿建设有限责任公司, 上海 200436【正文语种】中文【中图分类】X21近年来，我国重金属污染事件频繁发生，已严重影响到我国的土壤环境质量和粮食安全[1]。
我国土壤重金属污染来源主要有工业场地搬迁、城市垃圾、污水灌溉、大气中沉降以及废弃物的处置不当等[2-4]。
土壤污染具有成因复杂、污染范围广、治理成本高等特点[5]。
因此，土壤重金属污染修复技术的研究备受关注。
目前，国内外已有大量有关土壤重金属污染修复技术的报道，主要包括土壤淋洗法[6]、生物修复法、阻隔填埋法和固化-稳定化法[7]，其修复原理包括二种：一是改变土壤中重金属的形态，使得其在环境中的迁移和生物可利用性降低；二是将重金属从土壤中去除，使其存留浓度达到土壤的允许值[8]。
固化-稳定化技术是指向土壤中添加修复药剂，降低重金属在土壤中的迁移和扩散。
张丽洁等[9]研究了糠醛渣、磷矿粉、风化煤3种修复剂对重金属复合污染土壤的固化效果。
研究得出，不同修复剂对重金属都有一定的修复作用，但修复剂将会对土壤结构造成不利的影响。
因此，重金属污染土壤的研究重点在于能够开发出一种既环保、经济又易于实施的修复技术。
本研究中，分别选取硫酸铁、硫酸亚铁加双氧水、黏土矿物质、生石灰等化学药剂，探究不同药剂配比对重金属锑修复效果的影响，并通过项目实施验证其实用性，探索建立一套既满足修复要求又便于施工管理的重金属锑修复施工工艺。
科技成果——土壤重金属污染的固化、稳定化技术
科技成果——土壤重金属污染的固化、稳定化技术技术开发单位广州市金龙峰环保设备工程股份有限公司
适用范围适用于污染场地环境修复，为工业遗弃地块的功能转换提供技术支撑。
成果简介
土壤重金属污染的固化、稳定化技术主要针对广东土壤重金属污染问题，通过一套集储存、进料、预处理、加药、混合、固化成型的一体化成套设备，直接将污染土壤经过稳定化后制成免烧砌块，实现就地资源化利用，工艺流程图如图1所示。
图1 土壤重金属污染的固化、稳定化技术工艺流程图技术特点
（1）自主研制稳定剂，具有投药量小，对多种重金属污染稳定化效果明显的优点，有利于实现废物资源化，有效降低药剂成本，从而降低生产成本。
（2）一体化设备具效率高、可移动、占地小、施工场地适应能
力强、不易堵塞和运行稳定可靠等优势。
（3）通过小试实验—中试研究—工程应用探究并改进修复系统及相关工艺因素的影响，形成有效实用的土壤重金属修复技术工艺体系，解决了土壤粘度、湿度及进料等工程堵塞实际问题。
应用情况
目前本项目技术已在东莞洪梅镇河西工业园区土壤修复环境调查与污染修复示范项目、东莞市工业废物处理站重金属污染土壤异位稳定化研究、乐昌市坪石镇重金属污染土壤修复项目等开展实际工程，示范效应较好，所有项目均顺利通过当地环保局专家评审验收会议，用户反馈良好。
成本估算
土壤修复成本低至300元/m3，经济效益明显。
污染场地修复常用技术
污染场地修复行业是一个新兴的行业，虽然各大科研院所和公司都在研究很多种技术也取得了一点的进展，但是现在用于工程项目实践的主要还是一下几种技术一：重金属固化稳定化修复技术技术原理该技术是针对受污染的不饱和土壤，将一定配比的固化稳定化试剂加入并与土壤混匀。
待试剂稳定化反应结束后，可形成具有一定抗压强度的土体，将处理区域土壤中的污染物固化稳定化，使得各种污染物不挥发、不渗滤、不迁移，将环境风险降到最低，达到修复土壤污染的目的。
技术优势1、被固定的污染物不再迁移，从而降低或消除了其对人体健康的危害；2、固化后的土壤部分可以作为建筑材料进行循环再利用；适用污染物重金属污染物二：污染土壤填埋技术技术原理污染土壤填埋技术是在合适的天然场地上或人工改造的合适的场地上，通过构建完善的防渗设施、地表径流收集设施及覆盖设施，将污染土壤用土层密封起来，同时对填埋后的场地制定必要的监测和管理措施的修复技术。
技术优势1、能够有效地将污染土壤与周围环境进行隔离，切断污染物的暴露途径，长期确保污染物质不会对人类及其生存环境造成影响和危害；2、工艺操作简单、成本低、适用范围广。
适用污染物重金属、持久性有机污染物及石油烃污染物三：水泥窑热解技术技术原理该项技术是将现有的水泥回转窑筒体改造成热解吸装置，通过将预处理的污染土壤粉体加入热解装置，根据受污染的不同程度控制窑体温度，使污染物变成气态和土壤分离的一项土壤修复技术。
技术优势1、充分利用我国现有的工业设备，修复成本低；2、一次性处理土壤量大，修复周期短；3、对于难挥发性污染物去除率高。
适用污染物多环芳烃、多氯联苯和杀虫剂类的不易挥发的有机污染物五：化学氧化修复技术技术原理化学氧化修复技术是指将氧化剂注入或掺进地下环境中，通过氧化反应使地下水或土壤中的污染物质被破坏、降解成无毒的或危害较小的物质。
所用的氧化剂主要有二氧化氯、双氧水及Fenton试剂、高锰酸钾和臭氧。
技术优势1、修复过程中氧化反应的强度大，修复时间短，且修复效果较明显，2、对实施地产生的干扰小，不用进行大规模土方开挖；3、能修复深层污染的土壤或地下水，修复深度能达到地表以下20m；4、有机污染物被氧化成二氧化碳等产物，对环境不会造成二次污染。
科技成果——异位固化、稳定化技术
科技成果——异位固化、稳定化技术技术适用性适用的介质：污染土壤可处理的污染物类型：金属类、石棉、放射性物质、腐蚀性无机物、氰化物、砷化合物等无机物以及农药/除草剂、石油或多环芳烃类、多氯联苯类以及二噁英等有机化合物。
应用限制条件：不适用于挥发性有机化合物和以污染物总量为验收目标的项目。
当需要添加较多的固化/稳定剂时，对土壤的增容效应较大，会显著增加后续土壤处置费用。
成果简介原理：向污染土壤中添加固化剂/稳定化剂，经充分混合，使其与污染介质、污染物发生物理、化学作用，将污染土壤固封为结构完整的具有低渗透性的固化体，或将污染物转化成化学性质不活泼形态，降低污染物在环境中的迁移和扩散。
系统构成和主要设备：主要由土壤预处理系统、固化/稳定剂添加系统、土壤与固化/稳定剂混合搅拌系统组成。
其中，土壤预处理系统具体包括土壤水分调节系统、土壤杂质筛分系统、土壤破碎系统。
主要设备包括土壤挖掘系统（如挖掘机等）、土壤水分调节系统（如输送泵、喷雾器、脱水机等）、土壤筛分破碎设备（如振动筛、筛分破碎斗、破碎机、土壤破碎斗、旋耕机等）、土壤与固化/稳定剂混合搅拌设备（双轴搅拌机、单轴螺旋搅拌机、链锤式搅拌机、切割锤击混合式搅拌机等）。
关键技术（1）固化/稳定剂的种类及添加量固化/稳定剂的成分及添加量将显著影响土壤污染物的稳定效果，应通过试验确定固化/稳定剂的配方和添加量，并考虑一定的安全系数。
目前国外应用的固化/稳定化技术药剂添加量大都低于20%。
（2）土壤破碎程度土壤破碎程度大有利于后续与固化/稳定剂的充分混合接触，一般要求土壤颗粒最大的尺寸不宜大于5cm。
（3）土壤与固化/稳定剂的混匀程度混合程度是该技术一个关键性瓶颈指标，混合越均匀固化/稳定化效果越好。
土壤与固化/稳定剂的混匀程度往往依靠现场工程师的经验判断，国内外还缺乏相关标准。
（4）土壤固化/稳定化处理效果评价土壤固化/稳定化修复效果通常需要物理和化学两类评价指标：物理指标包括无侧限抗压强度、渗透系数；化学指标为浸出液浓度。
异位固化稳定化技术在重金属复合污染土修复工程中的应用
异位固化稳定化技术在重金属复合污染土修复工程中的应用三航局本部 张海三航科研院有限公司刘伟三航上海分公司 李时亮[摘要]本文以湖南株洲湘江沿岸某污染场地修复工程为例，利用异位固化稳定化修复技术，结合配置的 适量比例固化稳定化药剂，成功地修复了镉、铅、砷、汞4种重金属同时超标的复合污染土壤，为异位固化稳定化 修复技术的应用积累了经验，对其他同类工程具有借鉴意义。
[关键词]异位固化稳定化重金属复合污染土1引言异位固化稳定化修复重金属污染土壤技 术是将污染土挖掘后进行固化稳定化处理，相对于其他技术而言，具有处理时间短、适用 范围较广、工程实施简便等优势[11。
重金属因 移动性差、不能被轻易降解、滞留时间长等因 素，自然净化非常困难i2_31。
目前，土壤重金属 污染的修复主要集中在单一元素上，而对土 壤多种重金属并存的复合污染的同时修复研 究较少|41。
湖南省株洲市某场地污染土壤中 的镉、铅、砷、汞4种金属的致癌、非致癌风险 同时超过了人体可接受水平，需进行修复才 可后续再利用。
本文以该场地修复工程为依 托，利用配置的适量比例固化稳定化药剂，论 述了异位固化稳定化修复技术在重金属复合 污染土修复工程中的应用。
异位固化稳定化修复技术是向污染土壤 中添加固化稳定化药剂，经充分混合，使其与 污染介质、污染物发生物理、化学作用，将污 染土固封为结构完整的、具有低渗透系数的 固化体，或将污染物转化成化学性质不活泼形 态，降低污染物在环境中的迁移和扩散|51。
与 其他技术相比，固化稳定化技术修复重金属污 染土壤具有以下优点:①可以同时修复多种重 金属污染;②费用低廉;③加工设备容易转 移;④所形成的固体毒性降低，稳定性增强；⑤凝结在固体中的微生物很难生长，不易破坏 结块结构。
污染场地修复的具体处理方法可 按不同依据进行分类|5_61,如表1所示。
异位固化稳定化修复技术按对污染物质 的作用形式，属于去除、稳定、包裹、固化联合 处理；按处理机理属于物理一化学处理；按 处理位置属于异位处理。
土壤原位固化稳定化修复工程案例
土壤原位固化稳定化修复工程案例咱先来说说啥是土壤原位固化稳定化修复工程哈。
简单来讲呢，就像是给生病的土壤做一场特殊的“治疗”，不用把土壤挖出来，就在它原来待的地方把它治好。
一、某工业污染场地的案例。
这个工业污染场地可真是个大麻烦。
以前啊，那片土地上有个老工厂，生产了好些年，各种化学物质就渗到土里去了。
那土壤里的重金属含量超标得厉害，就像一个装满了脏东西的大口袋。
工程师们到了现场，就开始他们的“魔法之旅”。
首先呢，他们进行了详细的检测，就像医生给病人做全面检查一样。
他们得知道土壤里到底有哪些重金属，含量是多少，分布得有多广。
检测完了发现，铅、镉这些重金属到处都是。
然后就开始进行原位固化稳定化的操作了。
他们把一种特殊的药剂，就像是专门给土壤治病的“药”，通过一些设备注入到土壤里。
这个药剂可神奇了，它一接触到土壤里的重金属，就像小磁铁一样把重金属吸附住，然后让它们变得老老实实的，不再到处乱跑，也不会轻易地被雨水冲刷走或者被植物吸收了。
在施工过程中，还有个小插曲呢。
刚开始注入药剂的时候，因为土壤的结构有点复杂，药剂在有些地方扩散得不太均匀。
就好比你给蛋糕抹奶油，有的地方厚有的地方薄。
不过工程师们可没被难倒，他们调整了注入的压力和角度，还增加了一些监测点，就像给蛋糕的每个角落都仔细地抹上奶油一样，最后让药剂均匀地分布在土壤里。
经过一段时间的处理后，再检测土壤，重金属的活性大大降低了，这片土壤就像是从一个病恹恹的状态慢慢恢复了健康。
之后这片土地就可以重新规划利用了，比如可以建个小公园或者做一些对土壤要求没那么高的工业设施。
二、道路建设中的土壤修复案例。
在修一条新公路的时候，也遇到了土壤的问题。
要修路的那块地啊，土壤比较松软，而且有一些盐分超标。
如果直接在这上面修路，那路肯定不结实，说不定过不了多久就会坑坑洼洼的。
工程师们就想到了原位固化稳定化的办法。
他们把一种含有水泥成分的固化剂注入到土壤里。
这个固化剂就像建筑工人手里的胶水一样，把土壤颗粒紧紧地粘在一起。
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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》。