前沿动态 解析：异位固化/稳定化污染场地修复技术

污染场地指对潜在污染场地进行调查和风险评估后，确认污染危害超过人体健康或生态环境可接受风险水平的场地。污染场地包含的污染介质形式多样，既有土壤又有水，涉及的污染物种类繁多，主要是各类有机污染物和重金属污染物，如农药、石油烃、多氯联苯、汞、铅、砷等。
8 d0 b7 P# u0 ?$ ]$ k% T3 T( T
0 d2 L* o  y; z5 w$ ~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。我国的污染土壤固化/稳定化研究起步于本世纪初。2010 年以来，该技术在工程上的应用快速增长，已成为重金属污染土壤修复的主要技术方法之一。
* U/ c, }7 t/ M7 A; B: y, N
1 原理

异位固化/稳定化(Ex-Situ Solidification/Stabilization)：
& S1 {2 U( P" J' J' ~+ I$ g
/ h# C6 |+ i/ k+ |0 v5 ^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。
0 w; I& {' k9 C' v* x

6 J, Q7 W, j$ f( r  t. |图1 土壤固化/稳定化修复工艺
/ v1 @2 A0 _3 s' Q
2 技术适用性
. k7 {1 ~/ Q' `' n- S" x$ o- `( ~
（1）适用的介质：污染土壤
+ n5 b8 y4 w( u5 V
; |+ @/ z. e0 K. J（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。

（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。
, S9 L$ c; A3 |4 H! U; U3 B
3 系统构成和主要设备
  P4 P9 z  u$ o" S  }
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）。
8 |( l4 P& W3 e* S2 Z6 ^
1 l$ r  l' \7 V+ h
5 \7 ~2 j5 P4 m6 R0 f图2 土壤筛分破碎设备

4 关键技术参数或指标
. R) f2 F2 f/ K* Z
4 b! D9 k4 X( Y9 G（1）固化/稳定剂的种类及添加量
3 [0 Z  H$ E7 ]+ k' _
! T9 f' [( h& [  l& I* e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
! A3 f. O9 {* A6 N  e6 P
. S1 r% ]$ g' _' e5 `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。

: u" F5 V4 E. K（3）土壤与固化/稳定剂的混匀程度

- `% y$ e1 c9 i  ]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 @& U8 B) O: `7 f, D# w- o/ C（4）土壤固化/稳定化处理效果评价

7 ]- r- o) p; p2 _0 X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

4 `7 D9 V& h' q" u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。
: |4 r8 x3 L8 G
( |2 c* r" V. R5 技术应用基础和前期准备
" P# s, x( |8 j. X% E/ C
1 S6 U9 H& J3 w* j, B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。

, h# c& G$ n: C6 主要实施过程
  k: Q% d$ J- A( ?. X( O8 t& ~
（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）；

% S6 r; q1 M9 b4 k% ~（3）固化/稳定剂添加；
- }& {1 y5 Z; C$ L# {
8 H6 y" L; _! g3 c9 q$ |0 P（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。

$ o) X3 i; q8 b/ T) X$ q5 @; U% k
图3 土壤挖掘
  {& M3 t* g8 W5 Z9 B5 K6 H

图4 土壤筛分修复
; _% q1 t" {3 b$ _, z/ m" ], n/ V7 t
) n2 _# D3 g- U( V+ D' H# {7运行维护和监测
; X; }! e- o8 u& D& W
9 @- q0 B# \6 B( C  t  H（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。
8 _& c( ^/ l! v" ?3 |
（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。
) y; o& o6 I, y" q) y
% @7 x' E) T5 S& E4 B3 ]6 ?! ~（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，确保没有泄露。
9 ?8 p6 y7 e+ _, w4 O4 X
( e: f4 B6 s4 {! C+ j$ C
; _+ A& @! O% S" M4 ?; j% M图5 基坑围护

. y; c! R4 h8 t7 l7 ]
图6 个人安全防护

5 n5 t8 Q" _$ f8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。
  I8 h9 Q/ A8 Q" `8 x! [' T
% Z" }( F! ?& e! Z$ C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。

土地资源是人类从事生产活动重要的自然资源, 也是人类赖以生存的物质基础, 更是生态环境的重要组成部分。加强土地资源环境保护, 防治土壤和地下水污染, 是我国实现可持续发展战略的重要任务。
& Z* E. U& |+ R) s; P

2 z- d8 L( e- h, z* L# Z