重金属污染底泥固化稳定化应用探究

葛易 章振杰 邢德稳

摘要：在我国工业农业快速发展的同时，各种工业废水、农业污水排向河道，导致河水中的重金属物质明显超标。在河里大量淤积生成重金属污染底泥，如果没有对这些底泥进行治理很容易对河流造成二次污染。传统的底泥重金属稳定技术需要大量的土壤，造成土地资源浪费，而且酸碱值明显偏高。本文对重金属污染底泥固化稳定化的应用进行深入分析，对于水体底泥的污染治理对生态环保的发展具有非常重要的作用。

关键词：重金属污染底泥;固化稳定化;应用

引言

由于很多重金属污染物通过大气沉降、废水排放、雨水淋融冲击到水体之中，在河道底部逐渐沉积并富集产生大量的重金属污染底泥。这些重金属物质不仅破坏了河道内的水生态环境，而且也会导致二次污染，对河道的管理控制造成严重影响。固化稳定化技术能够采用物理、化学等多种手段，有效避免重金属有害物质和污染物在水环境中的流动性，减少污染扩散的概率。

1重金属污染底泥固化稳定化的重要作用

在我国社会经济快速发展的背景下，对生态环境的质量要求不断提高，根据“水十条”的治理要求，在城市河道治理中要高度重视控源截污、内源治理、活水循环、清水补给、水质净化、生态修复。目前大多数的河道底泥中含有较多的重金属污染物，在天然河道底泥中大量堆积，对水中生物和微生物造成严重破坏。目前常用的重金属污染底泥治理主要以固化为主，确保对河道重金属污染底泥的固化稳定化处理效果显著增强。为了确保河道、港口的稳定运行，需要定期进行疏浚工作，在疏浚的过程中河道底泥的重金属物质会快速流动，有必要针对重金属污染底泥进行适当的固化修复。目前最常用的污染底泥修复主要以垃圾填埋、海洋倾倒等，尽管这些方法造价低廉，但受到空间的限制对生态环境造成了极大破坏，不符合可持续发展的理念。固化稳定化技术的应用具有减量化、无害化和资源化等显著优势，能够减少重金属的浸出浓度，经过处理之后的底泥也可以直接作为建筑或者路基填充材料，实现循环再利用。

2固化稳定化的主要特点

固化稳定化技术就是直接利用物理和化学手段对有害物质和污染物进行固化，减少在环境中的流动性，能够直接吸附污染物，固定在被污染的土壤底泥或者建筑材料中，通过化学或物理手段直接去除。固化就是指封装废弃物或形成固体材料的技术，不涉及污染物与添加剂之间的化学反应，能够快速地形成固体生成物。稳定化就是采用化学手段使得污染物转变为不易溶、流动性差、无毒的形式，降低废弃物的潜在危害。固化稳定化技术的发展需要与其他技术相结合，在开展固化稳定化技术处理之前一定要对相关的数据信息进行筛选，选择最佳的处理方案。

3重金属污染物底泥固化稳定化处理技术应用流程

由于重金属污染底泥的河道受到自然因素、人为因素、环境因素的影响，有着不同的物理性质和化学性质，河道底泥作为常见的固体废弃物，具有富集污染物、疏浚量大、可利用性低等问题。要想实现对重金属污染底泥的无害化、资源化、减量化处理就需要在对重金属污染底泥处理开展前针对重金属的有机物、无机物进行分类。固化稳定化的浸出污染物浓度随着原始污染物浓度增大而增加，如果底泥的污染严重直接采用固化稳定化技术，不能够取得良好的控制效果。大部分的重金属污染底泥自身含水量比较大，需要采取措施进行及时的预处理，如果依然没有达到固化稳定化技术的应用标准，那么就需要选择其他的处理方式，对底泥资源进行重新评估，判断是否能够实现资源再利用。由于固化稳定化技术的材料受到外界因素和自身因素的影响，导致工程材料的性能下降、浸出效果差，会引发二次污染。

土壤和污染物之间主要通过三种作用机理：“吸附”一般用来描述溶质（离子、分子或化合物）在液相（孔隙水）和土壤颗粒界面之间的分配过程。“络合反应”是金属阳离子（碱土金属或过渡金属）和一个无机配体（阴离子）发生的反应。“沉淀”是底泥，土壤固存重金属的主要原因，重金属的沉淀作用可以通过PH的调节来改变。对底泥的资源利用评估非常关键，在实际的重金属污染底泥固化稳定化应用开展之前，需要选择合适的固化剂，保证固化效率和稳定性。在工程项目实际应用中还要明确具体的配比，不同的用途也会影响不同的材料抗压强度、渗透性以及污染浸出率等相关性能。一旦选择对重金属污染底泥固化稳定化处理，就必须要对现场长期监测，避免浸出率增大，导致污染物析出，对自然环境和人类健康造成威胁。在重金属污染物底泥固化稳定化处理之后，要采取科学的防渗措施。目前对于重金属污染底泥的固定化和稳定化处理，需要充分考虑化学和生物的处理方式，分析对周边生态环境产生的影响，在未来随着重金属污染底泥的大规模处理，效果明显增强，要高度重视对底泥的长期可持续管理，不仅要考虑到对周边生态环境造成的干扰，更应该考虑如何实现底泥的资源再利用。

4影响底泥重金屬固化稳定化处理因素

4.1底泥的理化性质

目前底泥的pH值与重金属的赋存形态、吸附效果、迁移转化和生物特效具有明显的关联，也是影响重金属底泥污染治理的关键因素。目前通过固化稳定化处理技术对于重金属的溶解度会直接影响底泥的固化水平，如果底泥的pH值过高或过低，那么固化稳定化的溶解度效果就会明显减少。底泥中的有机质能够直接反映底泥肥力，不仅对底泥结构进行明显改良，还能够增强底泥的保水能力。大多数的底泥中重金属具有良好的吸附效果，对底泥形态有很大的影响。通过增强底泥的有机质可以快速修复重金属污染，为了确保固化稳定化的整体质量，在先添加固化材料时要尽可能地与适量的水混合处理，增强对污染物的充分反应。对水分进行严格地控制，避免过多的水分阻碍整个固化的进程。

4.2固化稳定剂的种类和用量

针对不同的重金属离子要采用不同的固化稳定剂。不同种类的稳定剂对不同重金属的固化效果存在明显差异，而且不同的添加量也会产生不同的效果。例如，磷酸盐中对Pb的固化稳定化明显更强，对于富含铁铝的材料则能够对As进行固化处理。要严格控制好石灰粉煤灰等碱性物质的添加量，确保底泥的酸碱值保持平衡。如果碱性材料添加过度必然会对重金属稳定化的效果产生不良影响，当添加5%的石灰，Pb、Cd的浸出率明显降低。随着添加量的不断增加，浸出浓度也明显升高.不同的固化稳定剂也会对重金属产生不同的稳定机理，水泥会直接与重金属发生水化反应，生成水化硅酸钙，产生大量的氢氧化合物沉淀。石灰则能够直接增加底泥的pH值，使重金属形成氢氧化合物以及硅酸盐等。其他因素在固化稳定化技术应用时，最重要的就是确保添加剂与污染物快速地结合，从而提高了固化的效果，在固化的过程中要利用现代化的搅拌设备，而后期的固化养护也是影响固化稳定性的关键。为了增强固化体的整体稳定性，需要养护28天以上。在水泥固化养护时还要考虑养护的温度，如果温度过低则很容易导致固化效果无法达到预期，甚至会增加污染物的浸出。稳定效果最好的药剂分别为膨润土、胶凝材料及DTCR，而EDTA则使重金属浸出液浓度升高.除EDTA外，其他药剂对重金属Cu和Zn的稳定效果要明显优于Ni.根据稳定后重金属赋存形态变化结果，EDTA可使重金属可交换态比例升高，而膨润土对重金属4种形态分布基本无影响，其他药剂使重金属可交换态比例降低。

5固化稳定化处理效果的评价策略

5.1物理性质

在对固化稳定化技术处理效果评价中，要根据固体的物理性质进行分析。通常经过固化之后的底泥可以直接作为资源实现再利用，要保证固化后的材料具有良好的抗渗能力、抗浸出性和足够的机械硬度，为了节约成本，在固化时要保证材料消耗明显下降，增容比也要减少，抗压强度和增容比也是评判底泥固化之后的性能指标。

5.2浸出毒性

大多数的底泥都含有大量的重金属离子，这些物质进出会造成二次污染，通过对底泥的污染物进出进行评判，能够提高污染物的治理效果。固体废物在遇水浸出后会导致有害物质发生转移，甚至引起生态环境破坏，而判断固体废物是否有大量有害物质，需要严格按照硫酸硝酸法、水平振荡法、醋酸缓冲溶液法，对固体废物浸出毒性进行检测，一旦任何一种污染物的浓度超过相关规定，则说明该固体物质具有明显的危险废物。

5.3形态分析与微观检测

形态分析是重金属检测的关键方法，能够直接萃取对重金属进行提取，判断重金属在底泥中的化学分布能力。化学形态法可以对底泥中的金属迁移和转化进行准确的判断，还能够预测其生物有效性，对重金属的环境效应进行准确的分析，在底泥中重金属固定之后，由于微观结构发生了明显变化，可以直接对固化稳定化与重金属之间的作用进行探究，明确不同的结合机制是小型试验在重金属污染物小型实验，可以采用盆栽实验来判断原位修复的效果，对植物的生长状况进行观测，判断植物生物量和植物组织的重金属浓度，经过一段时间之后就能够明确固化稳定修复后的底泥之中重金属的含量而受到现场实验环境因素的干扰，在开展小型实验之前，能够对样本进行初步评估。

6重金属污染底泥固化稳定化处理的问题和展望

在固化稳定化技术实际应用中具有操作简单、成本低等相关优势。但从实际情况来看，固化稳定化技术的应用还存在很多的不足，一方面是固化稳定化技术，只对重金属在底泥中的形态进行改变，但并没有全面的清楚，对于污染浓度高的地区无法应用。甚至还会造成二次污染，在固化稳定化技术应用时还处于初步阶段，对于重金属的稳定剂种类选择比较少，而且修复效果还明显不高，固体化的长期稳定性缺乏科学验证，大多数的固化稳定化既具有复杂的结构和作用机理，目前对于固化稳定化的具体应用研究不够深入固化稳定化技术，还有很多的措施依然处于初期起步阶段，缺少大规模的实验论证。

针对这些问题，在新时期重金属污染底泥固化稳定化技术的应用，必须要不断的发展探究对现有的固化稳定剂进行适当的加工改良，或者寻找全新的固化稳定化剂。既要保证处理效率高、速度快，又要减少此成本投入，避免材料的大量消耗，减少对生态环境造成的破坏以及二次污染，提高底泥的生产力和恢复效果。要高度重视对固化稳定化修复技术进行深入的研究，明确作用机制，判断底泥酸碱值、有机质含量、铁锰氧化物含量、时间、温、度湿度等不同的环境影响因素，确保最终的恢复效果达到预期要求。要高度重视对固化稳定化技术的推广与应用，将科研成果在实际工作中广泛应用充分考虑修复的整体质量和水平，并且对潜在的风险问题加以及时评估，保证最后的处理效果达到预期。高度重视对固化稳定化技术的综合应用，无论是电化学法、化学淋洗法，还是生物修复法，都需要根据当地的实际情况针对性地处理，确保不同修复技术的联合应用，最终提高重金属底泥固化的整体质量。

结语

重金属污染物底泥的固化稳定化技术应用可以极大地降低重金属离子浸出浓度，满足生态环境保护的要求，这些改性的土壤可以直接作为建筑用土绿化营养土，实现了重金属污染底泥的资源再利用。在具体使用之前要根据生态环境的具体要求进行分析，加强對固化稳定化技术的监控，为污染防治提供恰当的可行性技术支持。

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