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污染土壤异位固化稳定化技术简介与应用案例

时间:2021-08-18 来源网站:呼伦贝尔化工机械网

污染土壤异位固化/稳定化技术简介与应用案例

技术介绍

1 技术名称技术名称:异位固化/稳定化英文名称:Ex-Situ Solidification/Stabilization2 技术适用性2.1 适用的介质污染土壤2.2 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。2.3 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。3 技术介绍3.1 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。3.2 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,土壤修复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)。3.3 关键技术参数或指标(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。(a)物理学评价指标经固化/稳定化处理后的固化体,其无侧限抗压强度要求大于50psi(0.35MPa),而固化后用于建筑材料的无侧限抗压强度至少要求达到4000 psi(27.58MPa)。渗透系数表征土壤对水分流动的传导能力,经固化处理后的渗透系数一般要求不大于1×10-6 cm/s。(b)化学评价指标针对固化/稳定化后土壤的不同再利用和处置方式,采用合适的浸出方法和评价标准。典型固化/稳定化处理效果评价方法详见表1。4 技术应用基础和前期准备土壤物理性质(机械组成、含水率等)、化学特性(有机质含量、pH 值等)、污染特性(污染物种类、污染程度等)均会影响到异位固化/稳定修复技术的适用性及其修复效果。应针对不同类型的污染物,特别是砷、铬等毒性和活性较大的污染物,选择不同的固化/稳定剂;应基于土壤类型研究固化/稳定剂的添加量与污染物浸出毒性的相互关系,确定不同污染物浓度时的最佳固化/稳定剂添加量。5 主要实施过程(1)根据场地污染空间分布信息进行测量放线之后开始土壤挖掘;(2)挖掘出的土壤根据情况进行土壤预处理(水分调节、土壤杂质筛分、土壤破碎等);(3)固化/稳定剂添加;(4)土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护;(5)固化/稳定体的监测与处置、验收。其中(2)、(3)、(4)也可以在一体式混合搅拌设备中同时完成。6 运行维护和监测(1)土壤挖掘安全:围栏封闭作业,设立警示标志,规避地下隐蔽设施。(2)安全防护:工人应注意劳动防护。(3)防止二次扩散:采取措施防止雨水进入土壤,防止降雨冲洗土壤携带污染物进入周边环境,防止刮风尘土飞扬,造成二次扩散。(4)长期监测:根据国外经验,对于固化/稳定化后采用回填处理的土壤,需要在地下水的下游设置至少1口监测井,每季度监测一次,持续2年,确保没有泄漏。7 修复周期及参考成本污染土壤方量、修复工艺、土壤养护时间、施工设备、修复现场平面布局等均显著影响处理周期。一般而言,水泥基固化修复需要较长的养护时间,稳定化修复需要的养护时间较短。根据施工机械台班等设置情况,异位土壤固化/稳定化修复的每日处理量从100 至1200m3不等。根据污染物不同类型及其污染程度需要添加不同剂量、不同种类的固化/稳定剂;土壤污染深度、挖掘难易程度、短驳距离长短等都会影响修复成本。据美国EPA 数据显示,对于小型场地(1000 立方码〔cy〕,约合765 m3)处理成本约为160-245 美元/ m3,对于大型场地(50000cy,约合38228 m3)处理成本约为90-190 美元/ m3;国内一般为500-1500 元/m3。应用案例8 国外应用情况固化/稳定化是比较成熟的固体废物处置技术,上世纪八九十年代,美国环境保护署率先将固化/稳定化技术用于污染土壤的修复研究。据美国超级基金项目统计,1982-2008 年污染源处理项目中,有203 项应用该技术,占污染源异位修复项目的21.4%,是使用最多的污染源修复技术。2004 年,英国环保署组织编写了《污染土壤稳定/固化处理技术导则》。9 国内典型案例某地块原为某发电厂,将开发为文化创意街区。对场地进行网格化划分后进行土壤质量监测,确定污染单元后进行加密监测。由于该地块要求尽量削减修复时间,以缓解地块再开发面临的施工进度压力,同时该地块对现场遗留土壤质量的要求较高,综合考虑以上因素,确定采用污染土壤清挖、现场处理、异地处置的方式对地块进行修复,以《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350-2007)的A级标准作场地清理的判断标准。场地面积为5400m2,土壤污染深度约为1-4m,需修复的总土方量约为1.24万m3。场地大部分地块土壤污染物为重金属铜、铅、锌,其中一个地块为多环芳烃。污染物的最大监测浓度为:铜7220mg/kg、铅4150mg/kg、锌3340mg/kg、苯并(a)蒽4.6mg/kg、苯并(b)荧蒽5.78mg/kg、苯并(a)芘4.07mg/kg。土壤为粘性土,呈微碱性。铜、铅、锌在土壤中主要以二价阳离子形式存在,较易转化为氢氧化物或被吸附。该修复项目要求时间短,同时污染物以重金属和低浓度的多环芳烃为主,基于现场土壤开展了异位固化/稳定修复技术可行性评价研究,该技术能满足制定的修复目标;从场地特征、资源需求、成本、环境、安全、健康、时间等方面进行详细评估,最终选定处理时间短、技术成熟操作灵活、且对场地水文地质特性要求较为宽松的固化/稳定化技术进行处理。修复工程技术路线和施工流程主要过程包括污染土壤挖掘、土壤含水量控制、粉状稳定剂布料添加、混匀搅拌处理、养护反应、外运资源化利用、现场验收监测等环节。采用挖掘机进行土壤挖掘,挖掘深度深于1m时,土壤含水量较高,采用晾晒风干方式降低土壤含水量;使用筛分破碎铲斗进行土壤与粉状稳定剂的混匀搅拌,同时实现土壤的破碎。验收监测包括挖掘后基坑采样及污染物全量分析、稳定化处理后土壤采样及浸出毒性测试。关键设备主要有土壤挖掘设备、土壤短驳运输设备、土壤/稳定剂混合搅拌设备等组成。该项目包含建设施工投资、稳定剂费用、设备投资、运行管理费用,处理成本约480万元,其运行过程中的主要能耗为挖掘机及筛分破碎铲斗的油耗、普通照明、生活用水用电,约为60万元。经过挖掘后所采集土壤样品中污染物含量均低于制定的修复目标值。稳定处理后的土壤,参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)提取浸出液,浸出液中污染物的浓度均低于制定的土壤浸出液污染物浓度目标值,满足修复要求并通过业主独立委托的某地环境监测中心验收监测。