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工程案例

土壤修复与土壤固化剂概述

来源:西安同鑫伟业环保科技有限公司  发布时间:2018-05-31  阅读量:565次
1 引言

土壤是地球上各种人为的和自然的污染物的“汇”,世界上大部分的污染物最终都滞留在土壤中。土壤又是污染物扩散进入相邻水、气、环境介质的“源”,可使地表水、地下水、空气和生物体受到污染,进而导致人类疾病。土壤污染具有普遍性、严峻性和复杂性,为了合理、有效地消除土壤污染,土壤修复学科应运而生。土壤修复是控污、减污、降毒、化险的综合净化过程,以去污染、复质量、再利用、保安康为目的,旨在消除污染毒害、恢复土壤功能并美化景观。

二十世纪以来,我国从漫长的农耕经济时代进入快速工业经济时代,简单粗放的大规模工业生产使个别地区土壤遭受了严重污染。随着我国社会经济向新常态过渡,稳定的、健康的、环保的、具有环境修复功能的工业生产和经济增长模式正在向我们招手,土壤修复和土壤功能的恢复将成为我们下一阶段面临的重要任务之一。

土壤污染主要包括重金属污染、农药和有机物污染等多种类型。

       我国土壤修复工程针对的污染物类型主要是有机物和重金属。其中,对有机物和重金属污染开展的土壤修复工程分别占到39%和36%,而有机物和重金属同时存在的复合污染土壤修复工程占到了25%,这表明我国土壤污染情况十分复杂。很多情况下,同一场地存在不同类型的多种污染物,这使得修复工程难度增大、费用提高,因而,我国土壤修复正面临着巨大挑战。

2 土壤修复技术

土壤修复有原位修复和异位修复两种方式,具体包括工程修复、物理-化学修复、生物修复及联合修复等多种修复技术。

2.1 工程修复技术

土壤的工程修复技术主要包括换土、去表土、客土和深耕翻土等措施。

(1) 客土法是向污染土壤内加入大量的干净土壤,覆盖在表层或混匀,使污染物浓度降低或减少污染物与植物根系的接触。

(2) 换土就是把污染土壤取走,换入新的干净土壤。

(3) 深耕翻土就是深翻土壤,使聚集在表层的污染物分散到土壤深层,达到稀释和自处理的目的。

深耕翻土用于修复轻度污染的土壤,而客土和换土则是重污染土壤的常用修复方法。工程修复技术具有彻底、稳定的优点,但其工程量大、投资费用高,容易破坏土体结构,引起土壤肥力下降,另外还需对换出的污土进行堆放或处理。

2.2 物理-化学修复技术

物理-化学修复是利用污染物或污染介质的物理化学特性,以破坏(如改变化学性质)、分离或固化污染物实现清洁土壤的技术,它具有实施周期短、可用于处理各种污染物等优点。物理-化学修复技术包括热处理技术、土壤淋洗技术和土壤氧化-还原技术等。

2.2.1 热处理技术

热处理技术是将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度(150°C-540°C),使有机污染物挥发或分离的过程。按温度高低,热处理技术可分为低温热处理技术(土壤温度为150°C-315°C)和高温热处理技术(土壤温度为315°C-540°C)。

热处理技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点,缺点是设备价格昂贵、脱附时间过长、处理成本过高等问题。该技术适用于处理土壤中挥发性有机污染物、半挥发性有机污染物、农药和高沸点氯代化合物等,不适用于处理土壤中的重金属(Hg和Se除外)、腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂等。

2.2.2 土壤淋洗技术

土壤淋洗技术指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的溶剂,通过水力压头推动清洗液,将其注入被污染土层中,然后再将包含污染物的液体从土层中抽提出来,进行分离和处理的技术。土壤淋洗技术可分为原位土壤淋洗技术和异位土壤淋洗技术两种。原位土壤淋洗技术适用于水力传导系数大于10-3cm/s的多孔隙、易渗透的土壤,如沙土、砂砾土壤、冲积土和滨海土,不适用于红壤、黄壤等质地较细的土壤;异位土壤淋洗技术适用于土壤粘粒含量低于25%、被重金属、放射性核素、石油烃类、挥发性有机污染物、多氯联苯和多环芳烃等污染的土壤。

常用的土壤淋洗剂有水、酸/碱溶液、络合剂、表面活性剂、氧化剂和超临界CO2流体等。土壤淋洗技术的周期短,效率高。由于该技术需要用水,所以修复场地要求靠近水源,同时因需要处理废水而增加了成本。

2.2.3 土壤氧化-还原技术

土壤氧化-还原技术是通过向土壤中投加氧化剂或还原剂,使其与污染物质发生化学反应来实现净化土壤的目的。如采用纳米级粉末零价铁脱氯,采用土壤光催化修复受农药等污染的土壤等。

此外,物理化学修复技术还包括固化-稳定化技术、电动力学修复技术、土壤蒸气浸提技术和土壤性能改良技术等。

2.3 生物修复技术

生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,是指综合运用现代生物技术,使土壤中的有害污染物得以去除,土壤质量得以提高或改善的过程。土壤生物修复技术包括植物修复技术、微生物修复技术和生物联合修复技术等。

2.3.1 植物修复技术

植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复技术。可被植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等。目前已成功开展苜蓿、黑麦草等植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作,该技术也已成功应用于砷、镉、铜、锌、镍和铅等重金属污染土壤的修复[7]

2.3.2 微生物修复技术

微生物修复技术是指利用微生物的代谢过程将土壤中的污染物转化为二氧化碳、水、脂肪酸和生物体等无毒性物质的修复过程。该技术主要应用于地下储油罐污染地、原油污染海湾、石油泄漏污染地及其废弃物堆置场,含氯和苯等溶剂的多种有机物污染土壤的修复。常见修复微生物有假单胞菌属、黄杆菌属和白腐菌等[8]

2.4 联合修复技术

联合修复技术主要包括微生物/动物-植物联合修复技术和物理-化学联合修复技术等。

2.4.1 微生物/动物-植物联合修复技术

微生物(细菌、真菌)-植物、动物(蚯蚓)-植物联合修复是土壤生物修复技术研究的新内容。筛选有较强降解能力的菌根真菌和适宜的共生植物是微生物/动物-植物联合修复技术的关键。例如紫花苜蓿可以大幅度降低土壤中多氯联苯的浓度,而根瘤菌和菌根真菌双接种能强化紫花苜蓿对多氯联苯的修复作用。

2.4.2 物理-化学联合修复技术

土壤物理-化学联合修复技术是适用于污染土壤异位处理的修复技术。溶剂萃取-光降解联合修复技术是利用有机溶剂或表面活性剂提取有机污染物后进行光降解的一项新的物理-化学联合修复技术。例如,可以利用环己烷和乙醇将污染土壤中的多环芳烃提取出来后进行光催化降解,改善了污染土壤的修复效果。

3 土壤固化剂

土壤固化剂是在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物反应生成胶凝物质的土壤硬化剂。土壤固化剂固化土壤的本质是与土壤颗粒之间发生物理化学反应,改善土壤颗粒之间的接触面,强化土壤颗粒间的连结结构。与传统的固化材料相比,其具有固结速度快、前期和后期强度高、施工方便以及造价低等优点。

3.1 分类

土壤固化剂分类:

按形态分为:

1液体土壤固化剂   2粉体土壤固化剂   3、液粉土壤固化剂

按成分分为:

1石灰、水泥、粉煤灰、矿渣类无机固化剂

2有机酶蛋白(生物酶)土壤固化剂

3高分子聚合类的固化剂

4离子类土壤固化剂

3.2 作用机理

土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用于固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质,能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来,使得土壤胶团表面电流降低,胶团所吸附的双电层减薄,电解质浓度增强,颗粒趋于凝聚,体积膨胀而进一步填充土壤孔隙,在压实功的作用下,使固化土易于压实和稳定, 从而形成整体结构,并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤,其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大的提高,从而延长了道路的使用寿命,节省了工程维修成本,经济环境效益俱佳,是当前理想的筑路材料选择。

3.3 优势

1节约筑路成本,缩短工期。与使用传统的路面基层材料筑路相比可节约筑路成本的30%~50%,可缩短工期约50%

2抗压强度高。在不改变施工条件的情况下,无侧限抗压强度可提高40%~60%

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