張海秀，郭 貝，王風(fēng)玉，王廷濤，林云青，陳 鳳，韓清潔

（青島新天地環(huán)境保護(hù)有限責(zé)任公司，山東 青島 266100）

重金屬污染底泥穩(wěn)定化/固化技術(shù)應(yīng)用

張海秀，郭 貝，王風(fēng)玉，王廷濤，林云青，陳 鳳，韓清潔

（青島新天地環(huán)境保護(hù)有限責(zé)任公司，山東 青島 266100）

穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)周期短、見(jiàn)效快、易操作、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是重金屬污染修復(fù)的常用技術(shù)之一。以含錳、鎳、鈷復(fù)合重金屬污染底泥為研究對(duì)象，配制、篩選出有效的穩(wěn)定化/固化藥劑，優(yōu)化該工程污染底泥的施工技術(shù)參數(shù)及條件。在研究的基礎(chǔ)上，使污染底泥達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值，降低其生物有效性。工程的實(shí)施為含錳、鎳、鈷等復(fù)合重金屬污染介質(zhì)的修復(fù)工程提供了技術(shù)參考。

河道底泥；重金屬污染；穩(wěn)定化/固化藥劑

1　引言

重金屬污染指由重金屬（比重大于5的金屬，約有45種，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、釩、鈮、鉭、鈦、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等）或其化合物造成的環(huán)境污染，主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。因人類活動(dòng)導(dǎo)致環(huán)境中的重金屬含量增加，超出正常范圍，并導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量惡化［1］，是當(dāng)今最受關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。重金屬污染與其他有機(jī)化合物的污染不同，很難通過(guò)自然界本身物理的、化學(xué)的或生物的凈化，使有害性降低或解除。因此，重金屬污染治理技術(shù)的研究，成為關(guān)注及研究熱點(diǎn)。

基于重金屬修復(fù)原理，主要修復(fù)技術(shù)有穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)、淋洗修復(fù)技術(shù)、電動(dòng)修復(fù)技術(shù)、熱解析修復(fù)技術(shù)、氧化還原修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)等［2］，其中穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)被美國(guó)環(huán)保署稱為處理有毒有害廢物的最佳技術(shù)［3］，具有處理費(fèi)用低、修復(fù)周期短、可同時(shí)修復(fù)多種復(fù)合重金屬污染，易操作等優(yōu)點(diǎn)［4］，在實(shí)際工程中應(yīng)用較多［5，6］。穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)已成為我國(guó)現(xiàn)階段處理重金屬污染的主要治理技術(shù)。

穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)是指向污染土壤中加入藥劑，通過(guò)對(duì)重金屬吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用，將重金屬捕獲或固定在固體結(jié)構(gòu)中，從而達(dá)到降低重金屬的生物有效性。該技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇經(jīng)濟(jì)有效的針對(duì)某一類或復(fù)合重金屬的藥劑。本研究以鎳、錳、鈷污染的底泥為研究對(duì)象，篩選適于含錳、鎳、鈷重金屬污染底泥的穩(wěn)定化/固化藥劑，并應(yīng)用于實(shí)際工程中。

2　項(xiàng)目概括

湖南某鋰電池生產(chǎn)廠家發(fā)生爆炸起火事故，鋰電池生產(chǎn)原料（酸性原料及含錳、鎳、鈷等重金屬原料）伴隨消防水外泄至本區(qū)農(nóng)田水利灌溉干渠內(nèi)；通過(guò)對(duì)干渠分段堵截，將污水堵截在可控范圍內(nèi)，未對(duì)下游水質(zhì)造成影響。溝渠內(nèi)的污水通過(guò)污水處理廠處理已達(dá)標(biāo)排放。由于底泥具有較大的比表面積和大量的活性官能團(tuán)，富集了大量重金屬，在特定的環(huán)境下，底泥吸附、固化的重金屬可能會(huì)重新釋放。為避免遺留污染，成為溝渠水資源的污染源，對(duì)溝渠底泥進(jìn)行了徹底清淤，放置底泥的位置鋪設(shè)了防滲層，并做好導(dǎo)排溝（用于底泥滲水導(dǎo)排至污水處理廠）。清淤的底泥共計(jì)約8000m3，待處理。

表1檢測(cè)數(shù)據(jù)為清淤前檢測(cè)的底泥中重金屬含量。從表1可看出，底泥已吸附集聚了錳、鎳、鈷（無(wú)含量標(biāo)準(zhǔn)，但其浸出濃度超過(guò)《銅、鈷、鎳工業(yè)污染源排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25467-2010）的標(biāo)準(zhǔn)限值1.0mg/L）等重金屬，其中鎳的含量超過(guò)了《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)200mg/kg。

表1　底泥中重金屬含量（除pH外，單位都為mg/kg）

表2為待處置底泥中重金屬的浸出濃度。浸出方法參照《固體廢物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）。從表2的檢測(cè)結(jié)果可以看出，16個(gè)底泥樣品中，只有兩個(gè)樣品的重金屬浸出濃度未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，其余樣品的重金屬浸出濃度都超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.2修復(fù)目標(biāo)值

基于處理后底泥的去處以及各污染物的標(biāo)準(zhǔn)限值，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，該污染底泥的修復(fù)目標(biāo)值見(jiàn)表3。

表3　底泥修復(fù)目標(biāo)

表2　待處置底泥中重金屬的浸出濃度

3　最佳施工條件

穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)實(shí)際上為固定化和穩(wěn)定化兩種技術(shù)［4，7］，其中，固化技術(shù)是將污染物封入特定的晶格材料中，或在其表面覆蓋滲透性低的惰性材料，以限制其遷移活動(dòng)；穩(wěn)定化技術(shù)是將污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式，以降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)［8］。為了達(dá)到更好的處理效果，實(shí)際工程中，常把兩種技術(shù)聯(lián)合使用，固化前，一般先將污染物進(jìn)行穩(wěn)定化處置。最常用的穩(wěn)定化/固化材料為水泥、石灰、沸石、碳酸鈣、磷酸鹽、硅酸鹽和促進(jìn)還原作用的有機(jī)物質(zhì)等［9-11］。

本研究的關(guān)鍵是篩選出合適的藥劑，并確定穩(wěn)定化/固化實(shí)施的最佳條件?；趶?fù)合重金屬的特點(diǎn)，篩選的穩(wěn)定化/固化的藥劑材料以鈣、鎂基化合物、重金屬沉淀劑（磷制劑和硫化物）、黏土礦物為基礎(chǔ)組分和其他特殊的材料按照一定的比例進(jìn)行配比組合，篩選出適應(yīng)于項(xiàng)目的最佳藥劑配比。藥劑組分的主要功能是在堿性環(huán)境條件下，能夠使重金屬產(chǎn)生水化、凝膠以及共沉淀等，把重金屬固定或者包裹在原有污染介質(zhì)或藥劑的晶格中，其遷移性降低，使之不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生危害，從而使被污染介質(zhì)達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。

該藥劑組分經(jīng)過(guò)多次配比及試驗(yàn)，穩(wěn)定化/固化處置的最佳條件如下：

（1）藥劑的組分：鈣、鎂基化合物35%～40%、重金屬沉淀劑（磷制劑和硫化物）10%～15%、黏土礦物40%～45%、其他特殊的材料2%～5%。

（2）藥劑添加量：藥劑的添加量是一個(gè)工程處置效果和處置成本的決定性因素。本研究在（1）的藥劑組分條件下，藥劑的添加量為每噸污染底泥的2%，其處理效果優(yōu)于修復(fù)目標(biāo)值（見(jiàn)表4），已滿足工程條件。

表4　穩(wěn)定化/固化試驗(yàn)前后底泥的浸出濃度

（3）含水率：在穩(wěn)定化/固化的過(guò)程中，水是水化反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，但水過(guò)量也會(huì)阻礙固化的過(guò)程［12］。由于本研究以污染底泥為對(duì)象，根據(jù)檢測(cè)分析，其含水率在20%～40%，具有較高的含水率，已具備穩(wěn)定化/固化的要求，無(wú)需再添加水分。

（4）混合均勻度：藥劑與污染底泥的混合程度是穩(wěn)定化/固化處置中至關(guān)重要的步驟，也影響穩(wěn)定化/固化過(guò)程中藥劑的添加量。整個(gè)混勻過(guò)程是為了保證藥劑與被污染介質(zhì)中的污染物充分接觸并反應(yīng)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，處置過(guò)程的混勻大多借助于機(jī)械設(shè)備，且通過(guò)主觀判斷是否混勻，因此，藥劑的添加量可能會(huì)比小試試驗(yàn)多。

（5）養(yǎng)護(hù)條件：藥劑與污染底泥混合處理的養(yǎng)護(hù)時(shí)間是污染物在介質(zhì)中被固定或捕獲的重要階段。一般養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3～7天。本研究的穩(wěn)定化/固化后的氧化時(shí)間為5天，為保持處置后底泥的含水率，需對(duì)養(yǎng)護(hù)底泥進(jìn)行防護(hù)苫蓋。

4　工程實(shí)施

4.1實(shí)施工藝路線

對(duì)于已暫存的底泥，項(xiàng)目的施工工藝（工藝流程見(jiàn)下圖）。

項(xiàng)目實(shí)施工藝流程圖

（1）前期準(zhǔn)備：首先根據(jù)施工要求進(jìn)行場(chǎng)地平整、水通、電通、路通“三通一平”工程，布置施工作業(yè)區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)、底泥暫存區(qū)以及辦公生活區(qū)等，以及其他的施工輔助設(shè)備設(shè)施；進(jìn)行小試試驗(yàn)，篩選出最佳施工條件。

（2）穩(wěn)定化/固化處置：穩(wěn)定化/固化處置是項(xiàng)目的主體工程。依據(jù)小試試驗(yàn)篩選出來(lái)的最佳施工條件，設(shè)置穩(wěn)定化/固化處置參數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定化/固化處置。底泥經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化/固化后，養(yǎng)護(hù)5天時(shí)間，進(jìn)行檢測(cè)分析，如果檢測(cè)結(jié)果達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值，則進(jìn)行填埋處置；如果檢測(cè)結(jié)果達(dá)不到修復(fù)目標(biāo)值，則需返工，重復(fù)穩(wěn)定化/固化程序。

（3）竣工驗(yàn)收：驗(yàn)收主要有兩部分：一是暫存區(qū)域的污染底泥；二是暫存區(qū)的表層土壤，該部分的驗(yàn)收主要是檢驗(yàn)污染底泥是否通過(guò)防滲層污染了暫存區(qū)的土壤。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以修復(fù)目標(biāo)值為標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表3）。

4.2穩(wěn)定化/固化處置過(guò)程

（1）預(yù)處理：采用破碎篩分斗對(duì)底泥進(jìn)行篩分，主要去除底泥中石塊、草根等雜物，利用自卸車轉(zhuǎn)移至穩(wěn)定化處置作業(yè)區(qū)。

（2）加藥攪拌：根據(jù)小試試驗(yàn)篩選出的施工條件，添加一定比例（2%～3%）的穩(wěn)定化/固化藥劑，采用專用攪拌設(shè)備將污染底泥與藥劑充分混勻。

（3）養(yǎng)護(hù)：攪拌均勻的底泥，轉(zhuǎn)移至養(yǎng)護(hù)區(qū)堆存，養(yǎng)護(hù)5天時(shí)間，在養(yǎng)護(hù)期間，為了保持底泥的含水量，需對(duì)養(yǎng)護(hù)堆體進(jìn)行苫蓋。

（4）檢測(cè)分析：經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)后的底泥，按照至少500m3取一個(gè)混合樣品進(jìn)行毒性浸出試驗(yàn)，毒性浸出方法參照《固體廢物浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007），底泥中的重金屬浸出濃度達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值（見(jiàn)表3），即為修復(fù)合格。

5　結(jié)論

（1）以含錳、鎳、鈷等復(fù)合重金屬污染底泥為研究對(duì)象，篩選出適合于含錳、鎳、鈷等復(fù)合重金屬污染的穩(wěn)定化/固化藥劑，并優(yōu)化了施工技術(shù)參數(shù)及條件。

（2）工程采用穩(wěn)定化/固化修復(fù)技術(shù)處置含錳、鎳、鈷等復(fù)合重金屬污染底泥，使之達(dá)到無(wú)害化。工程實(shí)施周期短，操作簡(jiǎn)單，達(dá)到了修復(fù)要求。

（3）該工程的實(shí)施，可以為含錳、鎳、鈷等復(fù)合重金屬污染介質(zhì)的修復(fù)提供技術(shù)參考。

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Medicament Proportioning Application of Stabilization/Solidification from Heavy Metal Contaminated Bed Mud

ZHANG Hai-xiu， GUO Bei， WANG Feng-yu， WANG Ting-tao， LIN Yun-qing， CHEN Feng， HAN Qing-jie
（Qingdao New World Environmental Protection Co.， Ltd， Shandong Qingdao 266100， China）

Based on the compound heavy metal contaminated sediments containing manganese， nickel and cobalt as a research object， This research puts up and screens the effective medicaments of stabilization/solidification， and optimizes the construction technical parameters and conditions of the contaminated sediments. On the basis of this study， the target value of remediation will be reached in contaminated sediments and the biological efficiency will be reduced.

Sediment； Heavy Metal Pollution； Reagent of Solidification/ Stabilization

X703

A

1006-5377（2016）09-0061-04

青島市民生科技項(xiàng)目，編號(hào)14-2-3-71-nsh。