我国土壤污染固化/稳定化修复技术研究进展

我国土壤污染固化/稳定化修复技术研究进展

沈文渊

杭州利环环境集团有限公司

摘要：随着工业生产规模的不断扩大和城市化的快速发展，大量重金属进入土壤，不仅会导致农作物产量和品质下降，而且会通过食物链进入人体，危害人体健康我国的土壤污染问题变得越来越严重。土壤是一切生物生存和生活的根本。因此，土壤污染问题是当今十一世纪亟待解决的几个环境问题之一，解决土壤污染问题刻不容缓。下面就土壤污染问题的现状及固化/稳定化修复技术进行简单分析和探讨。

关键词：土壤污染；重金属；固化稳定化修复技术

改革开放以来，大量的工厂进行工业的生产和制造，对土壤造成的污染也日益严重。其根本原因就是生产和制造的废弃物经过简单、不够彻底地处理，甚至没有经过任何处理而直接排放到土壤中。土壤中有害物质越积越多，从而影响植物以及动物的生长，甚至引起动植物的基因发生变化。而有害的物质通过富集作用，最后会积聚在人体内部，引发多种病症。因此，解决土壤污染问题是人类文明进步和发展的必然趋势，同时也符合绿色发展和可持续发展的主题。

1.我国土壤污染问题的现状

中华人民共和国环境保护部和国土资源部于2014年联合发布的《环境保护部和国土资源部发布全国土壤污染状况调查公报》调查结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。从土地利用类型看，耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%。从污染类型看，以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。从污染物超标情况看，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；六六六、滴滴涕、多环芳烃3类有机污染物点位超标率分别为0.5%、1.9%、1.4%[1]。

就我国土壤污染问题区域分布来说，南方土壤污染重于北方。长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大；镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。

由于以往经济利益的驱使、法律法规的不健全、人们的环境保护意识普遍不高、环保监管处置依据缺失导致了污染废弃物的肆意排放和长期以来片面追求产量而过量增施农药化肥造成的农业面流污染等等原因都造成了土壤的严重污染。

2.固化/稳定化修复技术

污染土壤修复一直是国际上的难点和热点研究课题，目前常用的污染场地修复技术包括挖掘、电动分离、固化/稳定化、化学淋洗、化学氧化、气提、热处理、生物修复等。本文主要对固化稳定化的概念、发展现状以及今后发展方向进行论述。

2.1固化/稳定化修复技术概念简介

固化/稳定化修复技术的起源可以追溯到20世纪50年代对放射性废物的固化处置，例如，美国在处理低水平放射性液体废物时，先用矿物进行吸附或用普通水泥将其固化，然后在进行填埋处置。在欧洲放射性废物基本上是先用水泥固化，再用惰性材料包封，然后进行海洋处置[2]。

固化/稳定化修复技术实际上分为固定化和稳定化两种技术[3]。固定化技术是将污染物封入特定的晶格材料中,或在其表面覆盖渗透性低的惰性材料,以限制其迁移活动的目的，且基本无人体直接暴露的途径，就长期环境安全性来说也较好;稳定化技术是从改变污染物的有效性出发,将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式,以降低其环境风险和健康风险。

目前，我国实施的污染场地由于稳定化修复具有工艺简单和养护时间短等技术特点，土壤固化/稳定化工程大部分采用稳定化技术。采用固化技术的工程较少，这与美国超级基金污染场地采用的固化技术为主形成了鲜明对比。

2.2固化/稳定化常用技术

常用的固化/稳定化技术主要归总为4类：（1）无机粘结物质，如水泥、石灰固化；（2）化学药剂稳定化（3）塑料材料包容固化（4）玻璃化技术。由于技术和费用等原因，水泥和石灰等无机材料的应用最广泛，占项目总数的94%[4]。

1、水泥固化

水泥固化是将含重金属土壤废弃物和水泥混合，利用水泥的水合和水硬胶凝作用使废物形成具有一定强度的固化体，从而达到降低含重金属土壤废弃物中危险成分浸出的一种固化处理的方法。在过去的50年里水泥固定化处理重金属技术被广泛使用。水泥是一种无机胶结材料，经过水化反应后可以生成坚硬的水泥固化体。水泥固化的机理主要是在水泥的水化过程中，重金属可以通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式与水泥发生反应，最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体表面，同时加入的水泥也为含重金属的氢氧化物或络合物提供碱性环境，抑制重金属的渗滤。

如果含重金属土壤废弃物中含有妨碍水合作用的物质，仅用普通水泥处理就存在强度不大、物理化学性能不稳定等问题，需加入适当的添加剂，以吸收有害物质并促进其凝固，并降低有害组分的溶出率。

2、石灰固化

石灰固化是指以石灰，垃圾焚烧飞灰，水泥窑灰以及熔矿炉炉渣等具有波索来反应的物质为固化基材而进行的危险废物固化/稳定化的方法。在适当的催化环境下进行波索来反应，石灰和活性硅酸盐骨料与水反应可生成坚硬的物质，将废物中的重金属成分吸附于所产生的胶体结晶中而达到包容废物的目的。石灰固化固化工艺设备简单，操作方便，但其固化产品具有多孔性，有利于污染物质的浸出，且抗压强度和抗浸泡性能不佳，此外由于添加石灰和其他添加剂，会使废物固化后的体积增加，固化物容易受到酸性溶液的浸蚀。

3、化学药剂稳定化

近几年，国际上提出采用高效的化学稳定药剂，对重金属污染土壤进行无害化处理的概念，并已经称为重金属废弃物处理领域的研究热点。加入药剂的目的是改变土壤的物理、化学性质，具体有以下几种类型：调节重金属污染物的pH值至碱性，使重金属离子的最小浸出值在规定范围内；利用氧化还原电势控制技术讲重金属离子还原为最有利价态，使其更易沉淀；吸附技术；离子交换技术等降低重金属迁移速率。

4、塑料材料包容固化

塑料固化是以塑料为固化基材的一种固化处理方法。根据使用的塑料（树脂）材质不同，分为热固性塑料固化和热塑型塑料固化两类。热固性塑料指在加热时会从液体变成固体并硬化的材料，即使以后再次加热也不会重新液化或软化，它实际上是一种从小分子变成大分子的交链聚合过程。目前使用较多的材料是脉醛树脂、聚酷、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂等；热塑性材料指那些在加热/冷却时能反复转化和硬化的有机材料，如沥青、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、石蜡等.这些材料在常温下为坚硬的固体，而在较高温度下具有可塑性和流动性，从而可以利用这种特性对固体废弃物进行固化处理。

5、玻璃化技术

玻璃化技术也称熔融固化技术，是利用热能在高温下把固态污染物熔化为玻璃状或玻璃月淘瓷状物质，借助玻璃体的致密结晶结构，使固化体永久稳定.污染物经过玻璃化作用后，其中有机污染物将或因热解而被摧毁，或转化为气体逸出，而其中的放射性物质和重金属则被牢固地束缚于己熔化的玻璃体内。熔融固化技术是口前国内外较先进的重金属废渣无害化处理技术。

3.固化/稳定化修复技术展望

1、目前，固化/稳定化技术是我国污染场地，特别是重金属污染场地

常用的一种修复技术。然而常规的稳定化技术，存在一些不可忽视的问题，例如：缺乏对固化/稳定化后产物中的污染物的跟踪研究，确切地说对固化物在不同化学环境中的长期行为的认识不够；浸出毒性检测通常采用硫酸硝酸法，忽略了砷、六价铬等含氧阴离子在中性至弱碱性pH值下溶解度达到最大的情况。造成以上问题的主要原因是：我国至今没有统一和明确的固化/稳定化修复的评价方法和标准，也缺少相关产物最终处置或再利用的管理规范。故需建立基于不同用途的污染土壤固化/稳定化修复效果的标准。

2、开展符合时代需求、高效的固化/稳定化技术的研究，提高产业化和装备技术水平。例如：完善分子键合技术和土壤聚合物固定技术等[5]。分子键合技术是将分子键合剂与重金属污染土壤(或污泥)混合，通过化学反应，把重金属转化为自然界中稳定存在的化合物，实现无害化；土壤聚合物是一种新型的无机聚合物，其分子链由Si,O,Al等以共价键连接而成，是具有网络结构的类沸石，对重金属有较强的固定作用土壤聚合物有望成为新的处置合重金属离子废弃物的固化/稳定化体系.

3、总结我国实际情况，建立固化/稳定化技术修复技术指南。从固化/稳定化修复的技术和方案制定（包括：技术筛选、工艺参数、风险评估、效益分析等）、修复验收、再利用和环境安全性评估等方面进行规范，以指导固化/稳定化在实际工程上的应用。

参考文献

[1]环境保护部,环境保护部和国土资源部发布全国土壤污染状况调查公报[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_270670.htm.2014-04-17.

[2]EdwinFB.Anoverviewofthehistory,presentstatus，andfuturedirectionofsolidification/stabilizationtechnologiesforhazardouswastetreatment.JournalofHazardousMaterials,1990,24:103-109.

[3]郝汉舟,陈同斌,靳孟贵等.重金属污染土壤稳定個化修复技术研宄进展[J].应用生态学报,2011,22(3):816-824.

[4]EPA.TechnologyPerformanceReview:SelectingandUsingSolidification/StabilizationTreatmentforSiteRemediation(EPAEPA/600/R-09/148)Washington:EPA,2009.

[5]郝汉舟，陈同斌，靳孟贵等.应用生态报，2011（3）:817-822.

[1]环境保护部,环境保护部和国土资源部发布全国土壤污染状况调查公报[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_270670.htm.2014-04-17.

[2]EdwinFB.Anoverviewofthehistory,presentstatus，andfuturedirectionofsolidification/stabilizationtechnologiesforhazardouswastetreatment.JournalofHazardousMaterials,1990,24:103-109.

[3]郝汉舟,陈同斌,靳孟贵等.重金属污染土壤稳定固化修复技术研宄进展[J].应用生态学报,2011,22(3):816-824.

[4]EPA.TechnologyPerformanceReview:SelectingandUsingSolidification/StabilizationTreatmentforSiteRemediation(EPAEPA/600/R-09/148)Washington:EPA,2009.

[5]郝汉舟，陈同斌，靳孟贵等.应用生态报，2011（3）:817-822.