土壤重金屬固化/穩定化技術

土壤重金屬固化/穩定化修復技術指運用物理或化學的方法將土壤中的有毒重金屬固定起來，或者將重金屬轉化成化學性質不活潑的形態，阻止其在環境中遷移、擴散等過程，從而降低重金屬的毒害程度的修復技術。

概況

修復重金屬污染土壤一直是國際上的難點和熱點研究課題。目前常用的土壤重金屬修復技術主要包括挖掘、穩定化/固化、化學淋洗、氣提、熱處理、生物修復等。其中固化/穩定化技術是一種比較成熟的廢物處置技術，現已套用於土壤重金屬修復的工程領域。

固化/穩定化技術與其他修復技術相比，具有處理時間短、適用範圍較廣等優勢，因此，美國環保署將固化/穩定化技術稱為處理有害有毒廢物的最佳技術。1982-2005年間，美國超級基金共對977個場地進行修復或擬修復，其中有217個場地修復使用固化/穩定化技術。美英等國家率先開展了污染土壤的固化/穩定化研究，並制定了相應的技術導則。而我國污染土壤的固化/穩定化技術研究比較滯後，大型的處置工程相對匱乏。

概念及原理

土壤重金屬固化/穩定化修復技術指運用物理或化學的方法將土壤中的有毒重金屬固定起來，或者將重金屬轉化成化學性質不活潑的形態，阻止其在環境中遷移、擴散等過程，從而降低重金屬的毒害程度的修復技術。

根據EPA的定義，固化和穩定化具有不同的含義。固定化技術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，通過減少污染物暴露的淋濾面積達到限制污染物遷移的目的；穩定化是指從污染物的有效性出發，通過形態轉化，將污染物轉化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式來實現無害化，以降低其對生態系統的危害風險。固化產物可以方便地進行運輸，而無需任何輔助容器；而穩定化不一定改變污染土壤的物理性狀。

固化技術具有工藝操作簡單、價格低廉、固化劑易得等優點，但常規固化技術也具有以下缺點，如固化反應后土壤體積都有不同程度的增加，固化體的長期穩定性較差等。而穩定化技術則可以克服這一問題，如近年來發展的化學藥劑穩定化技術，可以在實現廢物無害化的同時，達到廢物少增容或不增容，從而提高危險廢物處理處置系統的總體效率和經濟性；還可以通過改進螯合劑的結構和性能使其與廢物中的重金屬等成分之間的化學螯合作用得到強化，進而提高穩定化產物的長期穩定性，減少最終處置過程中穩定化產物對環境的影響。由此可見，穩定化技術有望成為土壤重金屬污染修復技術領域的主力。

分類

常用的固化穩定化凝膠材料可以分為四類：

(1)無機粘結物質，如水泥、石灰等；

(2)有機粘結劑，如瀝青等熱塑性材料；

(3)熱硬化有機聚合物，如尿素、酚醛塑膠和環氧化物等；

(4)玻璃質物質。

由於技術和費用等方面的原因，水泥和石灰等無機材料為基料的固化/穩定化技術套用最為廣泛。水泥或石灰為基礎的固化/穩定化技術可以通過以下幾種機制穩定污染物：在添加劑表面發生物理吸附；與添加劑中的離子形成沉澱或絡合物；污染物被新形成的晶體或聚合物所包被，減小了與周圍環境的接觸界面。

目前已發展的化學藥劑穩定化技術主要包括：

1）pH值控制技術；

2）氧化/還原電勢控制技術

3）沉澱技術

4）吸附技術

5) 離子交換技術

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，因此影響水化反應的因素都會影響污染土壤固化/穩定化的效果。主要分為以下兩個方面：

(1)污染土壤的理化性質，包括：土壤pH值，土壤物質組成；

(2)固化/穩定化工藝，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、養護條件等。

藥劑選擇

針對不同種類重金屬污染的土壤，充分考慮以上兩個方面（土壤理化性質和固化穩定化工藝）因素的影響，設定多種膠凝材料和添加劑的批量試驗，根據評價指標來確定最佳組合。

例如，CCT重金屬穩定化劑就擁有三個類別的藥劑，針對不同重金屬污染土壤選擇性採用不同類別的穩定化修復藥劑。其中，CCT01是一種普適用於絕大部分Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Ag、Hg、Mn、Fe 等非變價重金屬污染的穩定化劑，CCT02是一種適合於三價砷等需氧化後處理的重金屬污染穩定化劑，而CCT03是一種適用於六價鉻等需還原後處理的重金屬污染穩定化劑。

效果評價

判斷一種固化/穩定化方法對污染土壤是否有效，主要可以從處理后土壤的物理性質和對污染物質浸出的阻力兩個方面加以評價。

物理性質方面：

通常土壤經固化處理後已經擁有一定的固定形態，不利於對其進行資源化利用，只能作為一些要求不高的建築材料。固化體的抗壓強度、抗衝擊性、抗浸泡性和抗凍融性等為主要物理性質評價指標，具體指標評價方法參考相關成熟岩土性質指標評價方法。

穩定化處理後的土壤通常並不改變土壤原始形態，十分有利於配合其它工藝進行資源化利用，如作為水泥路面之下的路基材料或者填埋場的中層覆蓋土等。如CCT穩定化藥劑治理後的土壤基本不改變其形態，形成具有1MPa 以上的抗壓強度的固化材料。

污染物質浸出的阻力：

通常要考察處理后土壤在各種環境中釋放重金屬的能力，即重金屬的浸出效應。固化體性質、顆粒物大小、溶液性質和接觸時間等因素都會影響浸提效果。Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP)方法是美國環保署基於毒性對廢物進行危險或非危險性鑑別的標準方法，或者說是唯一被RCRA認可的危險廢物特性浸出程式。我國在1997年頒布了《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振盪法》和《固體廢物浸出毒性浸出方法翻轉法》，後又加以完善，於2007年頒布了《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩衝溶液法》和《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》。以上方法根據需要均可用於浸提穩定/固定化處理後的土壤。

各個國家都對浸出液中各個污染物濃度加以限制，該限值可以作為劃分危險廢物的標準，也可以作為判定固化/穩定化處理是否有效的尺度。我國1996年頒布了《危險廢物鑑別標準浸出毒性鑑別》，後經修改，2007年頒布了新的標準。目前，我們尚未頒布相關標準用於進一步評價處理后土壤在自然環境下資源化利用的可行性和可靠性。通常根據修復場地的用途，地下水環境質量標準（GB/T14848-93）的II/III類限值，地表水環境質量標準（GB 3838-2002）的III/IV類限值，和污水綜合排放標準（GB 8978-1996）重金屬最高允許排放濃度限值等均可被用於評價處理後土壤浸出液中污染物濃度是否達標。

展望

雖然固化/穩定化是一種快速、經濟的處理技術，但關於固化體長期穩定性的研究還十分缺乏，因此，有必要定期對固化/穩定化處理的污染土壤進行取樣檢測，長期追蹤污染物在環境中的歸趨，但目前的法規並未對上述過程加以要求，這一現狀仍有待改善。