葛易 章振杰 邢德穩(wěn)

摘要：在我國工業(yè)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的同時，各種工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水排向河道，導(dǎo)致河水中的重金屬物質(zhì)明顯超標。在河里大量淤積生成重金屬污染底泥，如果沒有對這些底泥進行治理很容易對河流造成二次污染。傳統(tǒng)的底泥重金屬穩(wěn)定技術(shù)需要大量的土壤，造成土地資源浪費，而且酸堿值明顯偏高。本文對重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化的應(yīng)用進行深入分析，對于水體底泥的污染治理對生態(tài)環(huán)保的發(fā)展具有非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：重金屬污染底泥;固化穩(wěn)定化;應(yīng)用

引言

由于很多重金屬污染物通過大氣沉降、廢水排放、雨水淋融沖擊到水體之中，在河道底部逐漸沉積并富集產(chǎn)生大量的重金屬污染底泥。這些重金屬物質(zhì)不僅破壞了河道內(nèi)的水生態(tài)環(huán)境，而且也會導(dǎo)致二次污染，對河道的管理控制造成嚴重影響。固化穩(wěn)定化技術(shù)能夠采用物理、化學(xué)等多種手段，有效避免重金屬有害物質(zhì)和污染物在水環(huán)境中的流動性，減少污染擴散的概率。

1重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化的重要作用

在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，對生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量要求不斷提高，根據(jù)“水十條”的治理要求，在城市河道治理中要高度重視控源截污、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、清水補給、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)。目前大多數(shù)的河道底泥中含有較多的重金屬污染物，在天然河道底泥中大量堆積，對水中生物和微生物造成嚴重破壞。目前常用的重金屬污染底泥治理主要以固化為主，確保對河道重金屬污染底泥的固化穩(wěn)定化處理效果顯著增強。為了確保河道、港口的穩(wěn)定運行，需要定期進行疏浚工作，在疏浚的過程中河道底泥的重金屬物質(zhì)會快速流動，有必要針對重金屬污染底泥進行適當?shù)墓袒迯?fù)。目前最常用的污染底泥修復(fù)主要以垃圾填埋、海洋傾倒等，盡管這些方法造價低廉，但受到空間的限制對生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，不符合可持續(xù)發(fā)展的理念。固化穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用具有減量化、無害化和資源化等顯著優(yōu)勢，能夠減少重金屬的浸出濃度，經(jīng)過處理之后的底泥也可以直接作為建筑或者路基填充材料，實現(xiàn)循環(huán)再利用。

2固化穩(wěn)定化的主要特點

固化穩(wěn)定化技術(shù)就是直接利用物理和化學(xué)手段對有害物質(zhì)和污染物進行固化，減少在環(huán)境中的流動性，能夠直接吸附污染物，固定在被污染的土壤底泥或者建筑材料中，通過化學(xué)或物理手段直接去除。固化就是指封裝廢棄物或形成固體材料的技術(shù)，不涉及污染物與添加劑之間的化學(xué)反應(yīng)，能夠快速地形成固體生成物。穩(wěn)定化就是采用化學(xué)手段使得污染物轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰兹?、流動性差、無毒的形式，降低廢棄物的潛在危害。固化穩(wěn)定化技術(shù)的發(fā)展需要與其他技術(shù)相結(jié)合，在開展固化穩(wěn)定化技術(shù)處理之前一定要對相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進行篩選，選擇最佳的處理方案。

3重金屬污染物底泥固化穩(wěn)定化處理技術(shù)應(yīng)用流程

由于重金屬污染底泥的河道受到自然因素、人為因素、環(huán)境因素的影響，有著不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，河道底泥作為常見的固體廢棄物，具有富集污染物、疏浚量大、可利用性低等問題。要想實現(xiàn)對重金屬污染底泥的無害化、資源化、減量化處理就需要在對重金屬污染底泥處理開展前針對重金屬的有機物、無機物進行分類。固化穩(wěn)定化的浸出污染物濃度隨著原始污染物濃度增大而增加，如果底泥的污染嚴重直接采用固化穩(wěn)定化技術(shù)，不能夠取得良好的控制效果。大部分的重金屬污染底泥自身含水量比較大，需要采取措施進行及時的預(yù)處理，如果依然沒有達到固化穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用標準，那么就需要選擇其他的處理方式，對底泥資源進行重新評估，判斷是否能夠?qū)崿F(xiàn)資源再利用。由于固化穩(wěn)定化技術(shù)的材料受到外界因素和自身因素的影響，導(dǎo)致工程材料的性能下降、浸出效果差，會引發(fā)二次污染。

土壤和污染物之間主要通過三種作用機理：“吸附”一般用來描述溶質(zhì)（離子、分子或化合物）在液相（孔隙水）和土壤顆粒界面之間的分配過程?！敖j(luò)合反應(yīng)”是金屬陽離子（堿土金屬或過渡金屬）和一個無機配體（陰離子）發(fā)生的反應(yīng)?！俺恋怼笔堑啄?，土壤固存重金屬的主要原因，重金屬的沉淀作用可以通過PH的調(diào)節(jié)來改變。對底泥的資源利用評估非常關(guān)鍵，在實際的重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化應(yīng)用開展之前，需要選擇合適的固化劑，保證固化效率和穩(wěn)定性。在工程項目實際應(yīng)用中還要明確具體的配比，不同的用途也會影響不同的材料抗壓強度、滲透性以及污染浸出率等相關(guān)性能。一旦選擇對重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化處理，就必須要對現(xiàn)場長期監(jiān)測，避免浸出率增大，導(dǎo)致污染物析出，對自然環(huán)境和人類健康造成威脅。在重金屬污染物底泥固化穩(wěn)定化處理之后，要采取科學(xué)的防滲措施。目前對于重金屬污染底泥的固定化和穩(wěn)定化處理，需要充分考慮化學(xué)和生物的處理方式，分析對周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，在未來隨著重金屬污染底泥的大規(guī)模處理，效果明顯增強，要高度重視對底泥的長期可持續(xù)管理，不僅要考慮到對周邊生態(tài)環(huán)境造成的干擾，更應(yīng)該考慮如何實現(xiàn)底泥的資源再利用。

4影響底泥重金屬固化穩(wěn)定化處理因素

4.1底泥的理化性質(zhì)

目前底泥的pH值與重金屬的賦存形態(tài)、吸附效果、遷移轉(zhuǎn)化和生物特效具有明顯的關(guān)聯(lián)，也是影響重金屬底泥污染治理的關(guān)鍵因素。目前通過固化穩(wěn)定化處理技術(shù)對于重金屬的溶解度會直接影響底泥的固化水平，如果底泥的pH值過高或過低，那么固化穩(wěn)定化的溶解度效果就會明顯減少。底泥中的有機質(zhì)能夠直接反映底泥肥力，不僅對底泥結(jié)構(gòu)進行明顯改良，還能夠增強底泥的保水能力。大多數(shù)的底泥中重金屬具有良好的吸附效果，對底泥形態(tài)有很大的影響。通過增強底泥的有機質(zhì)可以快速修復(fù)重金屬污染，為了確保固化穩(wěn)定化的整體質(zhì)量，在先添加固化材料時要盡可能地與適量的水混合處理，增強對污染物的充分反應(yīng)。對水分進行嚴格地控制，避免過多的水分阻礙整個固化的進程。

4.2固化穩(wěn)定劑的種類和用量

針對不同的重金屬離子要采用不同的固化穩(wěn)定劑。不同種類的穩(wěn)定劑對不同重金屬的固化效果存在明顯差異，而且不同的添加量也會產(chǎn)生不同的效果。例如，磷酸鹽中對Pb的固化穩(wěn)定化明顯更強，對于富含鐵鋁的材料則能夠?qū)s進行固化處理。要嚴格控制好石灰粉煤灰等堿性物質(zhì)的添加量，確保底泥的酸堿值保持平衡。如果堿性材料添加過度必然會對重金屬穩(wěn)定化的效果產(chǎn)生不良影響，當添加5%的石灰，Pb、Cd的浸出率明顯降低。隨著添加量的不斷增加，浸出濃度也明顯升高.不同的固化穩(wěn)定劑也會對重金屬產(chǎn)生不同的穩(wěn)定機理，水泥會直接與重金屬發(fā)生水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣，產(chǎn)生大量的氫氧化合物沉淀。石灰則能夠直接增加底泥的pH值，使重金屬形成氫氧化合物以及硅酸鹽等。其他因素在固化穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用時，最重要的就是確保添加劑與污染物快速地結(jié)合，從而提高了固化的效果，在固化的過程中要利用現(xiàn)代化的攪拌設(shè)備，而后期的固化養(yǎng)護也是影響固化穩(wěn)定性的關(guān)鍵。為了增強固化體的整體穩(wěn)定性，需要養(yǎng)護28天以上。在水泥固化養(yǎng)護時還要考慮養(yǎng)護的溫度，如果溫度過低則很容易導(dǎo)致固化效果無法達到預(yù)期，甚至會增加污染物的浸出。穩(wěn)定效果最好的藥劑分別為膨潤土、膠凝材料及DTCR，而EDTA則使重金屬浸出液濃度升高.除EDTA外，其他藥劑對重金屬Cu和Zn的穩(wěn)定效果要明顯優(yōu)于Ni.根據(jù)穩(wěn)定后重金屬賦存形態(tài)變化結(jié)果，EDTA可使重金屬可交換態(tài)比例升高，而膨潤土對重金屬4種形態(tài)分布基本無影響，其他藥劑使重金屬可交換態(tài)比例降低。

5固化穩(wěn)定化處理效果的評價策略

5.1物理性質(zhì)

在對固化穩(wěn)定化技術(shù)處理效果評價中，要根據(jù)固體的物理性質(zhì)進行分析。通常經(jīng)過固化之后的底泥可以直接作為資源實現(xiàn)再利用，要保證固化后的材料具有良好的抗?jié)B能力、抗浸出性和足夠的機械硬度，為了節(jié)約成本，在固化時要保證材料消耗明顯下降，增容比也要減少，抗壓強度和增容比也是評判底泥固化之后的性能指標。

5.2浸出毒性

大多數(shù)的底泥都含有大量的重金屬離子，這些物質(zhì)進出會造成二次污染，通過對底泥的污染物進出進行評判，能夠提高污染物的治理效果。固體廢物在遇水浸出后會導(dǎo)致有害物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，甚至引起生態(tài)環(huán)境破壞，而判斷固體廢物是否有大量有害物質(zhì)，需要嚴格按照硫酸硝酸法、水平振蕩法、醋酸緩沖溶液法，對固體廢物浸出毒性進行檢測，一旦任何一種污染物的濃度超過相關(guān)規(guī)定，則說明該固體物質(zhì)具有明顯的危險廢物。

5.3形態(tài)分析與微觀檢測

形態(tài)分析是重金屬檢測的關(guān)鍵方法，能夠直接萃取對重金屬進行提取，判斷重金屬在底泥中的化學(xué)分布能力?；瘜W(xué)形態(tài)法可以對底泥中的金屬遷移和轉(zhuǎn)化進行準確的判斷，還能夠預(yù)測其生物有效性，對重金屬的環(huán)境效應(yīng)進行準確的分析，在底泥中重金屬固定之后，由于微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，可以直接對固化穩(wěn)定化與重金屬之間的作用進行探究，明確不同的結(jié)合機制是小型試驗在重金屬污染物小型實驗，可以采用盆栽實驗來判斷原位修復(fù)的效果，對植物的生長狀況進行觀測，判斷植物生物量和植物組織的重金屬濃度，經(jīng)過一段時間之后就能夠明確固化穩(wěn)定修復(fù)后的底泥之中重金屬的含量而受到現(xiàn)場實驗環(huán)境因素的干擾，在開展小型實驗之前，能夠?qū)颖具M行初步評估。

6重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化處理的問題和展望

在固化穩(wěn)定化技術(shù)實際應(yīng)用中具有操作簡單、成本低等相關(guān)優(yōu)勢。但從實際情況來看，固化穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用還存在很多的不足，一方面是固化穩(wěn)定化技術(shù)，只對重金屬在底泥中的形態(tài)進行改變，但并沒有全面的清楚，對于污染濃度高的地區(qū)無法應(yīng)用。甚至還會造成二次污染，在固化穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用時還處于初步階段，對于重金屬的穩(wěn)定劑種類選擇比較少，而且修復(fù)效果還明顯不高，固體化的長期穩(wěn)定性缺乏科學(xué)驗證，大多數(shù)的固化穩(wěn)定化既具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和作用機理，目前對于固化穩(wěn)定化的具體應(yīng)用研究不夠深入固化穩(wěn)定化技術(shù)，還有很多的措施依然處于初期起步階段，缺少大規(guī)模的實驗論證。

針對這些問題，在新時期重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用，必須要不斷的發(fā)展探究對現(xiàn)有的固化穩(wěn)定劑進行適當?shù)募庸じ牧?，或者尋找全新的固化穩(wěn)定化劑。既要保證處理效率高、速度快，又要減少此成本投入，避免材料的大量消耗，減少對生態(tài)環(huán)境造成的破壞以及二次污染，提高底泥的生產(chǎn)力和恢復(fù)效果。要高度重視對固化穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)進行深入的研究，明確作用機制，判斷底泥酸堿值、有機質(zhì)含量、鐵錳氧化物含量、時間、溫、度濕度等不同的環(huán)境影響因素，確保最終的恢復(fù)效果達到預(yù)期要求。要高度重視對固化穩(wěn)定化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，將科研成果在實際工作中廣泛應(yīng)用充分考慮修復(fù)的整體質(zhì)量和水平，并且對潛在的風險問題加以及時評估，保證最后的處理效果達到預(yù)期。高度重視對固化穩(wěn)定化技術(shù)的綜合應(yīng)用，無論是電化學(xué)法、化學(xué)淋洗法，還是生物修復(fù)法，都需要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況針對性地處理，確保不同修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，最終提高重金屬底泥固化的整體質(zhì)量。

結(jié)語

重金屬污染物底泥的固化穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用可以極大地降低重金屬離子浸出濃度，滿足生態(tài)環(huán)境保護的要求，這些改性的土壤可以直接作為建筑用土綠化營養(yǎng)土，實現(xiàn)了重金屬污染底泥的資源再利用。在具體使用之前要根據(jù)生態(tài)環(huán)境的具體要求進行分析，加強對固化穩(wěn)定化技術(shù)的監(jiān)控，為污染防治提供恰當?shù)目尚行约夹g(shù)支持。

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