重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化應(yīng)用探究

葛易 章振杰 邢德穩(wěn)

摘要：在我國(guó)工業(yè)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，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(biāo)。在河里大量淤積生成重金屬污染底泥，如果沒有對(duì)這些底泥進(jìn)行治理很容易對(duì)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(fèi)，而且酸堿值明顯偏高。本文對(duì)重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，對(duì)于水體底泥的污染治理對(duì)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(huì)導(dǎo)致二次污染，對(duì)河道的管理控制造成嚴(yán)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(dòng)性，減少污染擴(kuò)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(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，對(duì)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(bǔ)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(duì)水中生物和微生物造成嚴(yán)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(duì)河道重金屬污染底泥的固化穩(wěn)定化處理效果顯著增強(qiáng)。為了確保河道、港口的穩(wěn)定運(yùn)行，需要定期進(jìn)行疏浚工作，在疏浚的過程中河道底泥的重金屬物質(zhì)會(huì)快速流動(dòng)，有必要針對(duì)重金屬污染底泥進(jìn)行適當(dāng)?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(jià)低廉，但受到空間的限制對(duì)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(shì)，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(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用。

2固化穩(wěn)定化的主要特點(diǎn)

固化穩(wěn)定化技術(shù)就是直接利用物理和化學(xué)手段對(duì)有害物質(zhì)和污染物進(jìn)行固化，減少在環(huán)境中的流動(dòng)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?dòng)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(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染底泥的無害化、資源化、減量化處理就需要在對(duì)重金屬污染底泥處理開展前針對(duì)重金屬的有機(jī)物、無機(jī)物進(jìn)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(yán)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(jìn)行及時(shí)的預(yù)處理，如果依然沒有達(dá)到固化穩(wěn)定化技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，那么就需要選擇其他的處理方式，對(duì)底泥資源進(jìn)行重新評(píng)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(huì)引發(fā)二次污染。

土壤和污染物之間主要通過三種作用機(jī)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(gè)無機(jī)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(duì)底泥的資源利用評(píng)估非常關(guān)鍵，在實(shí)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(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中還要明確具體的配比，不同的用途也會(huì)影響不同的材料抗壓強(qiáng)度、滲透性以及污染浸出率等相關(guān)性能。一旦選擇對(duì)重金屬污染底泥固化穩(wěn)定化處理，就必須要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，避免浸出率增大，導(dǎo)致污染物析出，對(duì)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(duì)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(duì)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(qiáng)，要高度重視對(duì)底泥的長(zhǎng)期可持續(xù)管理，不僅要考慮到對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成的干擾，更應(yīng)該考慮如何實(shí)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(duì)于重金屬的溶解度會(huì)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(huì)明顯減少。底泥中的有機(jī)質(zhì)能夠直接反映底泥肥力，不僅對(duì)底泥結(jié)構(gòu)進(jìn)行明顯改良，還能夠增強(qiáng)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(duì)底泥形態(tài)有很大的影響。通過增強(qiáng)底泥的有機(jī)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(shí)要盡可能地與適量的水混合處理，增強(qiáng)對(duì)污染物的充分反應(yīng)。對(duì)水分進(jìn)行嚴(yán)格地控制，避免過多的水分阻礙整個(gè)固化的進(jìn)程。

4.2固化穩(wěn)定劑的種類和用量

針對(duì)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(duì)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(huì)產(chǎn)生不同的效果。例如，磷酸鹽中對(duì)Pb的固化穩(wěn)定化明顯更強(qiáng)，對(duì)于富含鐵鋁的材料則能夠?qū)s進(jìn)行固化處理。要嚴(yán)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(huì)對(duì)重金屬穩(wěn)定化的效果產(chǎn)生不良影響，當(dāng)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(huì)對(duì)重金屬產(chǎn)生不同的穩(wěn)定機(jī)理，水泥會(huì)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(shí)，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(hù)也是影響固化穩(wěn)定性的關(guān)鍵。為了增強(qiáng)固化體的整體穩(wěn)定性，需要養(yǎng)護(hù)28天以上。在水泥固化養(yǎng)護(hù)時(shí)還要考慮養(yǎng)護(hù)的溫度，如果溫度過低則很容易導(dǎo)致固化效果無法達(dá)到預(yù)期，甚至?xí)黾游廴疚锏慕?。穩(wěn)定效果最好的藥劑分別為膨潤(rùn)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(duì)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(rùn)土對(duì)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(píng)價(jià)策略

5.1物理性質(zhì)

在對(duì)固化穩(wěn)定化技術(shù)處理效果評(píng)價(jià)中，要根據(jù)固體的物理性質(zhì)進(jìn)行分析。通常經(jīng)過固化之后的底泥可以直接作為資源實(shí)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(jī)械硬度，為了節(jié)約成本，在固化時(shí)要保證材料消耗明顯下降，增容比也要減少，抗壓強(qiáng)度和增容比也是評(píng)判底泥固化之后的性能指標(biāo)。

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(jìn)出會(huì)造成二次污染，通過對(duì)底泥的污染物進(jìn)出進(jìn)行評(píng)判，能夠提高污染物的治理效果。固體廢物在遇水浸出后會(huì)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(yán)格按照硫酸硝酸法、水平振蕩法、醋酸緩沖溶液法，對(duì)固體廢物浸出毒性進(jìn)行檢測(cè)，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(xiǎn)廢物。

5.3形態(tài)分析與微觀檢測(cè)

形態(tài)分析是重金屬檢測(cè)的關(guān)鍵方法，能夠直接萃取對(duì)重金屬進(jìn)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(duì)底泥中的金屬遷移和轉(zhuǎn)化進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，還能夠預(yù)測(cè)其生物有效性，對(duì)重金屬的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)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(duì)固化穩(wěn)定化與重金屬之間的作用進(jìn)行探究，明確不同的結(jié)合機(jī)制是小型試驗(yàn)在重金屬污染物小型實(shí)驗(yàn)，可以采用盆栽實(shí)驗(yàn)來判斷原位修復(fù)的效果，對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行觀測(cè)，判斷植物生物量和植物組織的重金屬濃度，經(jīng)過一段時(shí)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境因素的干擾，在開展小型實(shí)驗(yàn)之前，能夠?qū)颖具M(jìn)行初步評(píng)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(shí)際應(yīng)用中具有操作簡(jiǎn)單、成本低等相關(guān)優(yōu)勢(shì)。但從實(shí)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(duì)重金屬在底泥中的形態(tài)進(jìn)行改變，但并沒有全面的清楚，對(duì)于污染濃度高的地區(qū)無法應(yīng)用。甚至還會(huì)造成二次污染，在固化穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用時(shí)還處于初步階段，對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性缺乏科學(xué)驗(yàn)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(jī)理，目前對(duì)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(shí)驗(yàn)論證。

針對(duì)這些問題，在新時(shí)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(duì)現(xiàn)有的固化穩(wěn)定劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸じ牧迹蛘邔ふ胰碌墓袒€(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(duì)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(duì)固化穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)進(jìn)行深入的研究，明確作用機(jī)制，判斷底泥酸堿值、有機(jī)質(zhì)含量、鐵錳氧化物含量、時(shí)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(dá)到預(yù)期要求。要高度重視對(duì)固化穩(wěn)定化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，將科研成果在實(shí)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(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)問題加以及時(shí)評(píng)估，保證最后的處理效果達(dá)到預(yù)期。高度重視對(duì)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(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況針對(duì)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(hù)的要求，這些改性的土壤可以直接作為建筑用土綠化營(yíng)養(yǎng)土，實(shí)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(jìn)行分析，加強(qiáng)對(duì)固化穩(wěn)定化技術(shù)的監(jiān)控，為污染防治提供恰當(dāng)?shù)目尚行约夹g(shù)支持。

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