1. 概況
修復(fù)重金屬污染土壤一直是國(guó)際上的難點(diǎn)和熱點(diǎn)研究課題。目前常用的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)主要包括挖掘、穩(wěn)定化/固化、化學(xué)淋洗、氣提、熱處理、生物修復(fù)等。其中固化/穩(wěn)定化技術(shù)是一種比較成熟的廢物處置技術(shù)，現(xiàn)已應(yīng)用于土壤重金屬修復(fù)的工程領(lǐng)域。
固化/穩(wěn)定化技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)相比，具有處理時(shí)間短、適用范圍較廣等優(yōu)勢(shì)，因此，美國(guó)環(huán)保署將固化/穩(wěn)定化技術(shù)稱為處理有害有毒廢物的最佳技術(shù)。1982-2005年間，美國(guó)超級(jí)基金共對(duì)977個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行修復(fù)或擬修復(fù)，其中有217個(gè)場(chǎng)地修復(fù)使用固化/穩(wěn)定化技術(shù)。美英等國(guó)家率先開(kāi)展了污染土壤的固化/穩(wěn)定化研究，并制定了相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則。而我國(guó)污染土壤的固化/穩(wěn)定化技術(shù)研究比較滯后，大型的處置工程相對(duì)匱乏。
2. 概念及原理
土壤重金屬固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)指運(yùn)用物理或化學(xué)的方法將土壤中的有毒重金屬固定起來(lái)，或者將重金屬轉(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)不活潑的形態(tài)，阻止其在環(huán)境中遷移、擴(kuò)散等過(guò)程，從而降低重金屬的毒害程度的修復(fù)技術(shù)。
根據(jù)EPA的定義，固化和穩(wěn)定化具有不同的含義。固定化技術(shù)是將污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低滲透性材料，通過(guò)減少污染物暴露的淋濾面積達(dá)到限制污染物遷移的目的；穩(wěn)定化是指從污染物的有效性出發(fā)，通過(guò)形態(tài)轉(zhuǎn)化，將污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)害化，以降低其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害風(fēng)險(xiǎn)。固化產(chǎn)物可以方便地進(jìn)行運(yùn)輸，而無(wú)需任何輔助容器；而穩(wěn)定化不一定改變污染土壤的物理性狀。
固化技術(shù)具有工藝操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、固化劑易得等優(yōu)點(diǎn)，但常規(guī)固化技術(shù)也具有以下缺點(diǎn)，如固化反應(yīng)后土壤體積都有不同程度的增加，固化體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差等。而穩(wěn)定化技術(shù)則可以克服這一問(wèn)題，如近年來(lái)發(fā)展的化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)，可以在實(shí)現(xiàn)廢物無(wú)害化的同時(shí)，達(dá)到廢物少增容或不增容，從而提高危險(xiǎn)廢物處理處置系統(tǒng)的總體效率和經(jīng)濟(jì)性；還可以通過(guò)改進(jìn)螯合劑的結(jié)構(gòu)和性能使其與廢物中的重金屬等成分之間的化學(xué)螯合作用得到強(qiáng)化，進(jìn)而提高穩(wěn)定化產(chǎn)物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，減少最終處置過(guò)程中穩(wěn)定化產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的影響。由此可見(jiàn)，穩(wěn)定化技術(shù)有望成為土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的主力。
3. 分類
常用的固化穩(wěn)定化凝膠材料可以分為四類：
1)無(wú)機(jī)粘結(jié)物質(zhì)，如水泥、石灰等；
2)有機(jī)粘結(jié)劑，如瀝青等熱塑性材料；
3)熱硬化有機(jī)聚合物，如尿素、酚醛塑料和環(huán)氧化物等：
4)玻璃質(zhì)物質(zhì)。
由于技術(shù)和費(fèi)用等方面的原因，水泥和石灰等無(wú)機(jī)材料為基料的固化/穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。水泥或石灰為基礎(chǔ)的固化/穩(wěn)定化技術(shù)可以通過(guò)以下幾種機(jī)制穩(wěn)定污染物：在添加劑表面發(fā)生物理吸附；與添加劑中的離子形成沉淀或絡(luò)合物；污染物被新形成的晶體或聚合物所包被，減小了與周圍環(huán)境的接觸界面。
目前已發(fā)展的化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)主要包括：
1）pH值控制技術(shù)；
2）氧化/還原電勢(shì)控制技術(shù)
3）沉淀技術(shù)
4）吸附技術(shù)
5) 離子交換技術(shù)
4. 影響因素
水泥和石灰的水化作用是其凝固和硬化的必要條件，因此影響水化反應(yīng)的因素都會(huì)影響污染土壤固化/穩(wěn)定化的效果。主要分為以下兩個(gè)方面：
（1）污染土壤的理化性質(zhì)，包括：土壤pH值，土壤物質(zhì)組成；
（2）固化/穩(wěn)定化工藝，包括凝膠材料和添加劑品種與用量、水分含量、混合均勻程度、養(yǎng)護(hù)條件等。
5. 藥劑選擇

針對(duì)不同種類重金屬污染的土壤，充分考慮以上兩個(gè)方面（土壤理化性質(zhì)和固化穩(wěn)定化工藝）因素的影響，設(shè)置多種膠凝材料和添加劑的批量試驗(yàn)，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)確定最佳組合。
例如，CCT重金屬穩(wěn)定化劑就擁有三個(gè)類別的藥劑，針對(duì)不同重金屬污染土壤選擇性采用不同類別的穩(wěn)定化修復(fù)藥劑。其中，CCT01是一種普適用于絕大部分Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Ag、Hg、Mn、Fe 等非變價(jià)重金屬污染的穩(wěn)定化劑，CCT02是一種適合于三價(jià)砷等需氧化后處理的重金屬污染穩(wěn)定化劑，而CCT03是一種適用于六價(jià)鉻等需還原后處理的重金屬污染穩(wěn)定化劑。
6. 效果評(píng)價(jià)
判斷一種固化/穩(wěn)定化方法對(duì)污染土壤是否有效，主要可以從處理后土壤的物理性質(zhì)和對(duì)污染物質(zhì)浸出的阻力兩個(gè)方面加以評(píng)價(jià)。
物理性質(zhì)方面：
通常土壤經(jīng)固化處理后已經(jīng)擁有一定的固定形態(tài)，不利于對(duì)其進(jìn)行資源化利用，只能作為一些要求不高的建筑材料。固化體的抗壓強(qiáng)度、抗沖擊性、抗浸泡性和抗凍融性等為主要物理性質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體指標(biāo)評(píng)價(jià)方法參考相關(guān)成熟巖土性質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法。
穩(wěn)定化處理后的土壤通常并不改變土壤原始形態(tài)，十分有利于配合其它工藝進(jìn)行資源化利用，如作為水泥路面之下的路基材料或者填埋場(chǎng)的中層覆蓋土等。如CCT穩(wěn)定化藥劑治理后的土壤基本不改變其形態(tài)，形成具有1MPa 以上的抗壓強(qiáng)度的固化材料。
污染物質(zhì)浸出的阻力：
通常要考察處理后土壤在各種環(huán)境中釋放重金屬的能力，即重金屬的浸出效應(yīng)。固化體性質(zhì)、顆粒物大小、溶液性質(zhì)和接觸時(shí)間等因素都會(huì)影響浸提效果。Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP)方法是美國(guó)環(huán)保署基于毒性對(duì)廢物進(jìn)行危險(xiǎn)或非危險(xiǎn)性鑒別的標(biāo)準(zhǔn)方法，或者說(shuō)是唯一被RCRA認(rèn)可的危險(xiǎn)廢物特性浸出程序。。我國(guó)在1997年頒布了《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》和《固體廢物 浸出毒性浸出方法 翻轉(zhuǎn)法》，后又加以完善，于2007年頒布了《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》和《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》。以上方法根據(jù)需要均可用于浸提穩(wěn)定/固定化處理后的土壤。
各個(gè)國(guó)家都對(duì)浸出液中各個(gè)污染物濃度加以限制，該限值可以作為劃分危險(xiǎn)廢物的標(biāo)準(zhǔn)，也可以作為判定固化/穩(wěn)定化處理是否有效的尺度。我國(guó)1996年頒布了《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》，后經(jīng)修改，2007年頒布了新的標(biāo)準(zhǔn)。目前，我們尚未頒布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)用于進(jìn)一步評(píng)價(jià)處理后土壤在自然環(huán)境下資源化利用的可行性和可靠性。通常根據(jù)修復(fù)場(chǎng)地的用途，地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14848-93）的II/III類限值，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）的 III/IV類限值，和污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978-1996）重金屬最高允許排放濃度限值等均可被用于評(píng)價(jià)處理后土壤浸出液中污染物濃度是否達(dá)標(biāo)。
7. 展望
雖然固化/穩(wěn)定化是一種快速、經(jīng)濟(jì)的處理技術(shù)，但關(guān)于固化體長(zhǎng)期穩(wěn)定性的研究還十分缺乏，因此，有必要定期對(duì)固化/穩(wěn)定化處理的污染土壤進(jìn)行取樣檢測(cè)，長(zhǎng)期追蹤污染物在環(huán)境中的歸趨，但目前的法規(guī)并未對(duì)上述過(guò)程加以要求，這一現(xiàn)狀仍有待改善。

標(biāo)簽：穩(wěn)定化重金屬污染固化