重金屬污染河道底泥固化穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

劉珺珺

(1.上海亞新建設(shè)工程有限公司，上海 200436；2.自然資源部大都市區(qū)國土空間生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心，上海 200436)

1 引言

河道底泥中重金屬污染已成為引起河道水質(zhì)下降的一個重要因素。底泥中的重金屬一方面經(jīng)過解析、溶解后進(jìn)入上覆水體，導(dǎo)致二次污染，另一方面通過進(jìn)入食物鏈，影響其它生物，進(jìn)而影響人體健康，并對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成一定危害。并且，底泥重金屬污染具有一定的隱蔽性、持久性及可釋放性，其危害在短期內(nèi)難以消除。因此，開展污染河道底泥修復(fù)迫在眉睫。

當(dāng)前重金屬污染河道底泥修復(fù)技術(shù)主要分為原位和異位兩大類修復(fù)技術(shù)。原位修復(fù)技術(shù)主要包括覆蓋、引水、電化學(xué)技術(shù)，異位修復(fù)技術(shù)主要包括淋洗技術(shù)、固化穩(wěn)定化技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)。其中固化穩(wěn)定化技術(shù)具有易操作、工期短、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，且可以將疏浚工程產(chǎn)生的大量底泥轉(zhuǎn)化為工程用土，是實(shí)現(xiàn)其資源化的一個重要方向[1]，因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于疏浚底泥處理。

2 常用河道底泥固化穩(wěn)定劑

2.1 水泥

水泥是一種粉狀水硬性無機(jī)凝膠材料，加水經(jīng)攪拌后可以生成堅硬的水泥固化體，是最常用的固化劑。水泥固化穩(wěn)定化是通過水化反應(yīng)的產(chǎn)物包裹住目標(biāo)物質(zhì)，將污染底泥中的金屬離子轉(zhuǎn)化為金屬沉淀物或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)不活潑形態(tài)，從而將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成符合指標(biāo)要求的物質(zhì)，降低污染物的遷移和擴(kuò)散[2,3]。在河道重金屬污染土中添加一定比例的水泥進(jìn)行固化，固化后的土壤浸出液中重金屬濃度符合滲濾液污染物濃度的要求，固化后的污染土無限抗壓強(qiáng)度可滿足工程要求[4]。

水泥固化穩(wěn)定化工藝流程簡單、材料易獲取、運(yùn)行費(fèi)用低、不需要對含水率高的底泥進(jìn)行預(yù)處理，固化穩(wěn)定化后的底泥強(qiáng)度、耐熱性較好，便于進(jìn)一步的資源化利用。但是，水泥的使用增加了固體的體積，造成膨脹現(xiàn)象，抗酸性較差，固化后的重金屬在酸性環(huán)境中重新溶出。

2.2 石灰

石灰是一種氣硬性無機(jī)膠凝材料，主要成分為氧化鈣，它可以利用吸附、沉淀、離子交換等作用對重金屬污染底泥進(jìn)行固化修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)：在重金屬污染底泥中加入氧化鈣可以改變重金屬的形態(tài)，增加其穩(wěn)定態(tài)含量，從而降低重金屬的遷移能力[5]。氧化鈣對錳、鉻、鉛、鎘、銅、鋅等重金屬均具有較好的穩(wěn)定化效果[6～8]。

石灰固化穩(wěn)定化成本低廉、工藝簡單，操作方便，但會使底泥固化后的體積增加，固化物容易受到酸性溶液的侵蝕且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不如水泥固化穩(wěn)定化，不宜單獨(dú)使用。

2.3 火山灰質(zhì)混合材料

火山灰質(zhì)混合材料的主要成分為二氧化硅和氧化鋁，該類材料加水后能在常溫下和氫氧化鈣反應(yīng)，生成具有膠凝性的水硬性產(chǎn)物?；鹕交屹|(zhì)混合材料本身沒有水硬性，需要加入其他堿性材料激發(fā)。賈曉蕾在穩(wěn)定重金屬時采用在水泥中添加不同比例的粉煤灰的方法，研究發(fā)現(xiàn)，適量加入粉煤灰可以加強(qiáng)固化強(qiáng)度，固化后的重金屬浸出濃度明顯降低[9]。喬秀臣等發(fā)現(xiàn)廢棄粗粉煤灰-水泥系統(tǒng)可以用作鉛、鋅和銅的固化穩(wěn)定材料，粗粉煤-水泥的長期效果更優(yōu)于細(xì)粉煤灰-水泥系統(tǒng)[10]。劉立新等在水泥中摻入不同比例的粉煤灰，隨著粉煤灰摻入量的增加及固化時間的延長，固化淤泥的含水率下降、抗壓強(qiáng)度提高[11]。王東星等發(fā)現(xiàn)活性MgO-粉煤灰摻量及MgO/粉煤灰配比增加可有效提高固化淤泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度[12]。當(dāng)?shù)啄噘|(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時，添加不同比例摻雜了水泥、石灰和膨潤土的粉煤灰都可以實(shí)現(xiàn)較好的穩(wěn)定化效果[13]。

火山灰質(zhì)混合材料固化穩(wěn)定化成本低廉、固化效果好，但其成分復(fù)雜，無法單獨(dú)使用，在修復(fù)過程中摻加一定比例的火山灰質(zhì)混合材料可以減少水泥、石灰等的用量，減少增容比，在資源化利用火山灰質(zhì)混合材料的同時降低成本。

2.4 化學(xué)藥劑

化學(xué)藥劑固化穩(wěn)定化是指向底泥中加入藥劑改變重金屬的存在形態(tài)，使其轉(zhuǎn)變成低毒性、低溶解性和低遷移性的物質(zhì)。磷酸鹽將重金屬元素吸附在其表面或者與重金屬發(fā)生反應(yīng)生成沉淀或礦物，達(dá)到固化效果[14]。硅鈣類固化劑的主要組成材料是氧化鈣和氧化鎂，其可以通過改變底泥的酸堿性從而改變電荷，同時也能夠更好的吸附重金屬離子。含鐵類的藥劑既能夠吸附固體雜物，同時還能夠吸附狀態(tài)不太穩(wěn)定的膠體[15]。謝華明在重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)中，將水泥、粉煤灰及有機(jī)硫穩(wěn)定劑DTCR按一定比例調(diào)配，固化體的壓強(qiáng)及重金屬浸出濃度均符合填埋場入場標(biāo)準(zhǔn)[16]。方盛榮等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，螯合劑可與底泥中可交換離子態(tài)反應(yīng)生成較穩(wěn)定的有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)，從而達(dá)到處理重金屬的效果，降低環(huán)境風(fēng)險[17]。此外，使用海泡石、蒙脫石、高嶺土、膨潤土等具有污染物吸附能力的礦物材料，不但具有很好的鈍化效果，同時還可以顯著增強(qiáng)底泥的凈化能力[18]。化學(xué)藥劑固化穩(wěn)定化針對性強(qiáng)，穩(wěn)定化速度快，效果明顯，可以在實(shí)現(xiàn)無害化的同時，達(dá)到底泥不增容或少增容，但其成本較高且部分藥劑易造成二次污染。

3 結(jié)論與展望

雖然固化穩(wěn)定化技術(shù)因其易操作、工期短、費(fèi)用低被廣泛應(yīng)用于重金屬污染河道底泥的處理，但因固化穩(wěn)定化技術(shù)只是改變重金屬在底泥中的存在形態(tài)，并未徹底去除重金屬，所以固化穩(wěn)定化后的底泥利用有一定的局限性。今后在探索固化穩(wěn)定化技術(shù)運(yùn)用的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究河道底泥的資源化利用途徑，促進(jìn)河道底泥由單純的消納處置向著資源與能源的綜合利用轉(zhuǎn)變，這將對改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)良性循環(huán)起到更加積極的作用。