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原位固化/穩定化
英文名稱：In-situ Solidification/Stabilization
1技術適用性
1) 適用的介質：污染土壤。
2) 可處理的污染物類型：金屬類，石棉，放射性物質，腐蝕性無機物，氰化物以及砷化合物等無機物;農藥/除草劑，石油或多環芳烴類，多氯聯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中添加固化劑/穩定化劑，在充分混合的基礎上，使其與污染介質、污染物發生物理、化學作用，將污染介質固封在結構完整的具有低滲透系數固態材料中，或將污染物轉化成化學性質不活潑形態，降低污染物在環境中遷移和擴散。
2) 系統構成和主要設備：主要由挖掘、翻耕或螺旋鉆等機械深翻松動裝置系統、試劑調配及輸料系統、氣體收集系統、工程現場取樣監測系統以及長期穩定性監測系統組成。主要設備包括機械深翻攪動裝置系統(如挖掘機、翻耕機、螺旋中空鉆等)、試劑調配及輸料系統(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(氣體收集罩、氣體回收處理裝置)、工程現場取樣監測系統(驅動器、取樣鉆頭、固定裝置)、長期穩定性監測系統(氣體監測探頭、水分、溫度、地下水在線監測系統等)。
3關鍵技術參數或指標
主要包括：污染介質組成及其濃度特征、污染物組成、污染物位置分布、固化劑/穩定化劑組成與用量、場地地質特征、無側限抗壓強度、滲透系數以及污染物浸出特性。
1) 污染介質組成及其濃度特征：污染介質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構的形成，往往需要添加有機改性黏結劑來屏蔽相關影響，修復后固體的水力滲透系數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/穩定化劑即可實現非常好的固化/穩定化效果；對無機物和有機物共存時，尤其是存在揮發性有機物(如多環芳烴類)，則需添加除固化劑以外的添加劑以穩定有機污染物。
3) 污染物位置分布：污染物僅分布在淺層污染介質當中時，通常采用改造的旋耕機或挖掘鏟裝置實現土壤與固化劑混合；當污染物分布在較深層污染介質當中時，通常需要采用螺旋鉆等深翻攪動裝置來實現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發生水合作用，對于含有機污染物的污染介質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的浸出。同時，固化劑添加比例決定了修復后系統的長期穩定性特征。
5) 場地地質特征：水文地質條件、地下水水流速率、場地上是否有其他構筑物、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的長期穩定性產生較大影響。
6) 無側限抗壓強度：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：衡量固化/穩定化修復后材料的關鍵因素。滲透系數小于周圍土壤時，才不會造成固化體侵蝕和污染物浸出。固化/穩定化后固化體的滲透系數一般應小于10-6cm/s。
8) 浸出性特征：針對固化/穩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/穩定化技術的可行性，并為下一步工程設計提供基礎參數。具體測試參數包括：
(1)固化/穩定化藥劑選擇，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)優化藥劑添加量；
(4)污染物浸出特征測試；
(5)評估污染介質的物理化學均一性；
(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。
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，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，進一步優化實施技術，建立運行性能參數。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控與監測。
實施過程具體包括：
(1)針對污染場地情況選擇回轉式混合機、挖掘機、螺旋鉆等鉆探裝置對深層污染介質進行深翻攪動，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動將粉體或泥漿狀藥劑噴入污染介質中，或使用高壓灌漿管來迫使藥劑進入污染介質孔隙中。通過安裝在輸料系統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以及污染物進行有效的混合；
(3)對于固化/穩定化處理過程中釋放的氣體，通過收集罩輸送至處理系統進行無害化處理；
(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)布置長期穩定性監測網絡，定期對系統的穩定性和浸出性(地下水)進行監測。
6運行維護和監測
修復實施過程質量控制的主要內容包括：
(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/穩定化修復性能指標；
(4)核實處理后的體積。
實施監測的主要內容包括：
(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)固化體是否發生物理或化學退化；
(4)通過地下水監測判斷是否發生污染物浸出；
(5)利用監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、污染物化學性質及其濃度分布情況及地下土壤特性等因素而定。根據美國EPA數據顯示，應用于淺層污染介質修復成本約為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/穩定化是比較成熟的廢物處置技術，經過幾十年的研究，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/穩定化研究，并制訂了相應的技術導則。據美國環保署統計，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，節省了運輸費用，減小了有機污染物揮發的可能性。此外，原位固化/穩定化也成功應用到了棕地污染修復中。
9國內應用分析
9.1國內應用情況該技術在國內處于中試階段。
9.2國內案例介紹
1) 工程背景
某焦化廠占地面積約147.3萬m2，以煤炭為原料，生產煤氣和焦炭，并主要從粗焦油中提取各類煤化工產品。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。該場地修復后將規劃為遺址公園、綜合開發區(居住與商業)、工業用地(車輛段開發)三類用地。本案例為中試試驗。
2) 工程規模：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
場地調查結果表明，污染物主要以4環以上難揮發的PAHs為主，2-3環易揮發的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定化處理，使得污染物被固定在一個完整的固化體內，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
固化區域深度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：環保之家論壇
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