原位固化/穩(wěn)定化
英文名稱：In-situ Solidification/Stabilization
1技術適用性
1) 適用的介質(zhì)：污染土壤。
2) 可處理的污染物類型：金屬類，石棉，放射性物質(zhì)，腐蝕性無機物，氰化物以及砷化合物等無機物;農(nóng)藥/除草劑，石油或多環(huán)芳烴類，多氯聯(lián)苯類以及二噁英等有機化合物。
3) 應用限制條件：該技術不宜用于揮發(fā)性有機化合物，不適用于以污染物總量為驗收目標的項目。
2技術介紹
1) 原理：通過一定的機械力在原位向污染介質(zhì)中添加固化劑/穩(wěn)定化劑，在充分混合的基礎上，使其與污染介質(zhì)、污染物發(fā)生物理、化學作用，將污染介質(zhì)固封在結(jié)構(gòu)完整的具有低滲透系數(shù)固態(tài)材料中，或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化成化學性質(zhì)不活潑形態(tài)，降低污染物在環(huán)境中遷移和擴散。
2) 系統(tǒng)構(gòu)成和主要設備：主要由挖掘、翻耕或螺旋鉆等機械深翻松動裝置系統(tǒng)、試劑調(diào)配及輸料系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)、工程現(xiàn)場取樣監(jiān)測系統(tǒng)以及長期穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)組成。主要設備包括機械深翻攪動裝置系統(tǒng)(如挖掘機、翻耕機、螺旋中空鉆等)、試劑調(diào)配及輸料系統(tǒng)(輸料管路、試劑儲存罐、流量計、混配裝置、水泵、壓力表等)、氣體收集系統(tǒng)(氣體收集罩、氣體回收處理裝置)、工程現(xiàn)場取樣監(jiān)測系統(tǒng)(驅(qū)動器、取樣鉆頭、固定裝置)、長期穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)(氣體監(jiān)測探頭、水分、溫度、地下水在線監(jiān)測系統(tǒng)等)。
3關鍵技術參數(shù)或指標
主要包括：污染介質(zhì)組成及其濃度特征、污染物組成、污染物位置分布、固化劑/穩(wěn)定化劑組成與用量、場地地質(zhì)特征、無側(cè)限抗壓強度、滲透系數(shù)以及污染物浸出特性。
1) 污染介質(zhì)組成及其濃度特征：污染介質(zhì)中可溶性鹽類會延長固化劑的凝固時間并大大降低其物理強度，水分含量決定添加劑中水的添加比例，有機污染物會影響固化體中晶體結(jié)構(gòu)的形成，往往需要添加有機改性黏結(jié)劑來屏蔽相關影響，修復后固體的水力滲透系數(shù)會影響到地下水的侵蝕效果。
2) 污染物組成：對無機污染物，添加固化劑/穩(wěn)定化劑即可實現(xiàn)非常好的固化/穩(wěn)定化效果；對無機物和有機物共存時，尤其是存在揮發(fā)性有機物(如多環(huán)芳烴類)，則需添加除固化劑以外的添加劑以穩(wěn)定有機污染物。
3) 污染物位置分布：污染物僅分布在淺層污染介質(zhì)當中時，通常采用改造的旋耕機或挖掘鏟裝置實現(xiàn)土壤與固化劑混合；當污染物分布在較深層污染介質(zhì)當中時，通常需要采用螺旋鉆等深翻攪動裝置來實現(xiàn)試劑的添加與均勻混合；
4) 固化劑組成與用量：有機物不會與水泥類物質(zhì)發(fā)生水合作用，對于含有機污染物的污染介質(zhì)通常需要投加添加劑以固定污染物。石灰和硅酸鹽水泥一定程度上還會增加有機物質(zhì)的浸出。同時，固化劑添加比例決定了修復后系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性特征。
5) 場地地質(zhì)特征：水文地質(zhì)條件、地下水水流速率、場地上是否有其他構(gòu)筑物、場地附近是否有地表水存在，這些都會增加施工難度并會對修復后系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。
6) 無側(cè)限抗壓強度：修復后固體材料的抗壓強度一般應大于50Pa/ft2帕/平方英尺，(約合538.20Pa/m2)，材料的抗壓強度至少要和周圍土壤的抗壓強度一致。
7) 滲透系數(shù)：衡量固化/穩(wěn)定化修復后材料的關鍵因素。滲透系數(shù)小于周圍土壤時，才不會造成固化體侵蝕和污染物浸出。固化/穩(wěn)定化后固化體的滲透系數(shù)一般應小于10-6cm/s。
8) 浸出性特征：針對固化/穩(wěn)定化后土壤的不同再利用和處置方式，采用合適的浸出方法和評價標準，具體方法見表6-1。
4技術應用基礎和前期準備
在利用該技術進行修復前，應進行相關測試評估污染場地應用原位固化/穩(wěn)定化技術的可行性，并為下一步工程設計提供基礎參數(shù)。具體測試參數(shù)包括：
(1)固化/穩(wěn)定化藥劑選擇，需考慮藥劑間的干擾以及化學不兼容性、金屬化學因素、處理和再利用的兼容性、成本等因素；
(2)分析所選藥劑對其他污染物的影響；
(3)優(yōu)化藥劑添加量；
(4)污染物浸出特征測試；
(5)評估污染介質(zhì)的物理化學均一性；
(6)確定藥劑添加導致的體積增加量；
(7)確定性能評價指標；
(8)確定施工參數(shù)。
5主要實施過程
首先基于修復目標建立修復材料的性能參數(shù)，進行實驗室可行性分析，確定固化劑、添加劑和水的最佳混合配料比。然后進行場地試驗，進一步優(yōu)化實施技術，建立運行性能參數(shù)。最后，實施修復工程，并對修復過程實施后的材料性能進行長期監(jiān)控與監(jiān)測。
實施過程具體包括：
(1)針對污染場地情況選擇回轉(zhuǎn)式混合機、挖掘機、螺旋鉆等鉆探裝置對深層污染介質(zhì)進行深翻攪動，并在機械裝置上方安裝灌漿噴射裝置；
(2)通過液壓驅(qū)動、液壓控制將藥劑直接輸送到噴射裝置，運用攪拌頭螺旋攪拌過程中形成的負壓空間或液壓驅(qū)動將粉體或泥漿狀藥劑噴入污染介質(zhì)中，或使用高壓灌漿管來迫使藥劑進入污染介質(zhì)孔隙中。通過安裝在輸料系統(tǒng)閥端的流量計檢測固化劑的輸入速度、摻入量，使其按照預定的比例與污染介質(zhì)以及污染物進行有效的混合；
(3)對于固化/穩(wěn)定化處理過程中釋放的氣體，通過收集罩輸送至處理系統(tǒng)進行無害化處理；
(4)選擇不同的采樣工具，對不同深度和位置的修復后樣品進行取樣分析；
(5)布置長期穩(wěn)定性監(jiān)測網(wǎng)絡，定期對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和浸出性(地下水)進行監(jiān)測。
6運行維護和監(jiān)測
修復實施過程質(zhì)量控制的主要內(nèi)容包括：
(1)確保藥劑添加比例與實驗室及中試階段所驗證比例的一致性；
(2)確保藥劑與污染介質(zhì)的充分混合；
(3)對處理后的材料進行取樣分析以驗證其是否符合固化/穩(wěn)定化修復性能指標；
(4)核實處理后的體積。
實施監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：
(1)地下水是否滲透進入固化材料中；
(2)所有樣品是否超過土壤修復標準；
(3)固化體是否發(fā)生物理或化學退化；
(4)通過地下水監(jiān)測判斷是否發(fā)生污染物浸出；
(5)利用監(jiān)測模型評估未來浸出的可能性。
7修復周期及參考成本
處理周期一般為3-6個月。具體應視修復目標值、工程大小、待處理土壤體積、污染物化學性質(zhì)及其濃度分布情況及地下土壤特性等因素而定。根據(jù)美國EPA數(shù)據(jù)顯示，應用于淺層污染介質(zhì)修復成本約為50-80美元/m3，對于深層修復成本約為195-330美元/m3。
8國外應用情況
原位固化/穩(wěn)定化是比較成熟的廢物處置技術，經(jīng)過幾十年的研究，已成功應用于污染土壤、放射性廢物、底泥和工業(yè)污泥的無害化和資源化。與其他技術相比，該技術對于大多數(shù)的無機污染物以及一些有機污染物都具有顯著的修復效果，此技術在頑固性及混合型污染場地的修復中具有明顯的優(yōu)勢，處理時間短、適用范圍廣，裝置及材料簡單易得。
美英等國家率先開展了污染土壤的固化/穩(wěn)定化研究，并制訂了相應的技術導則。據(jù)美國環(huán)保署統(tǒng)計，2005-2008年應用該技術的案例占修復工程案例的7%。原位技術不需要對污染土壤進行搬運，節(jié)省了運輸費用，減小了有機污染物揮發(fā)的可能性。此外，原位固化/穩(wěn)定化也成功應用到了棕地污染修復中。
9國內(nèi)應用分析
9.1國內(nèi)應用情況該技術在國內(nèi)處于中試階段。
9.2國內(nèi)案例介紹
1) 工程背景
某焦化廠占地面積約147.3萬m2，以煤炭為原料，生產(chǎn)煤氣和焦炭，并主要從粗焦油中提取各類煤化工產(chǎn)品。主要污染物類型為PAHs，污染物最高濃度達到666.43mg/kg，其含量從地表到深層遞減。該場地修復后將規(guī)劃為遺址公園、綜合開發(fā)區(qū)(居住與商業(yè))、工業(yè)用地(車輛段開發(fā))三類用地。本案例為中試試驗。
2) 工程規(guī)模：237.5m2。
3) 主要污染物及污染程度
主要污染物為PAHs，其含量為1.11-666.43mg/kg。
4) 污染物及土壤理化特性
場地調(diào)查結(jié)果表明，污染物主要以4環(huán)以上難揮發(fā)的PAHs為主，2-3環(huán)易揮發(fā)的PAHs濃度較低。表層土壤較為酥松，深層粘土(?9.5 m)對PAHs的吸附能力強，在固化劑添加量達到10%時滿足修復目標的要求。
5) 技術選擇
由于表層土壤較為酥松，深層土壤對污染物的粘滯力較強，污染物難揮發(fā)等特點，在污染深度較淺(小于10m)的情況下，適合于采用原位固化穩(wěn)定化處理，使得污染物被固定在一個完整的固化體內(nèi)，不易進行二次擴散。
6) 工藝流程
圖6-1 中試工藝流程
7) 主要工藝及設備參數(shù)
固化區(qū)域深度0-9.5m，固化劑添加量10%，單套中試裝置處理效率為12.57立方米/小時。該過程采用的鉆桿扭矩為48kN，鉆頭直徑為1.5m。
8) 成本分析
原位固化/穩(wěn)定化技術單位土方修復費用為309.9元/m3，包含設備折舊、人員工資、水電消耗、技術服務、管理費、檢修、保險、稅金等費用。
9) 修復效果
當固化劑用量達到10%時，污染物浸出濃度大幅度下降，表層浸出濃度由583.84mg/kg降至131.29mg/kg，下降77.5%。
來源：環(huán)保之家論壇
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