文献综述(或调研报告):
3.1 土壤污染及修复技术
土壤污染是伴随社会发展和工业技术进步出现的严峻挑战。《全国土壤污染状况调查公报》显示中国36.3%的工业场地、34.9%的废弃工业场地和23.6%的采油区场地受到严重污染,以重金属(铅、锌和镉等)为主,包括多环芳烃、石油烃等有机污染物[1]。土壤污染不同于水或空气污染,由于土壤污染的不可视性,从污染开始到出现有害影响可能需要几年的时间。此外土壤污染随着时间的推移而积累,扩散或稀释的速度比水或空气中的污染物慢得多[2]。
在过去的几十年重金属及有机物污染土壤的修复技术也得到了很大的发展。按照修复位置可分为原位修复[3](固化/稳定化、蒸汽浸提、电动修复等方法)和异位修复[4](异位固化/稳定化技术、异位热解吸技术以及异位生物修复技术)[5]。按照发生反应的种类可以分为物理修复(洗土、置换)、化学修复(化学浸出、稳定化、电动方法)和生物修复(微生物、植物修复)[6]。与物理修复技术费力费时、生物修复技术选择修复生物困难且耗时相比,化学修复技术更加高效经济,尤其是原位异位均可采取的固化/稳定化技术。
3.2 固化/稳定化
除少数例外,用于处理危险废物残留的S/S的历史可追溯到1970年美国国家环保局(USEPA)成立之时。在1976年到1985年美国发布了一系列法规,推动了S/S技术的规范化发展,1990年之后被视为S/S的成熟期[7]。在英国S/S也被指定为处理工业废弃物和受污染淤泥的方法[8]。而我国的相关研究21世纪之后才起步,工程实例鲜有报道,处理技术明显滞后于发达国家,严重制约了我国大中城市的可持续发展,并对污染场地周边的居民和生态系统造成了巨大危害[9]。因此,积极开展S/S技术的相关研究并加以推广,是我国现代化城市发展的一个重要课题。
目前有一系列力学指标和化学指标用于评价S/S修复污染土的效果。物理指标包括密度、孔隙率、含水率和无侧限抗压强度(unconfined compressive strength,UCS)等。化学测试包括浸出试验、化学淋滤试验和酸中和能力测试[10]。其中最常用的是UCS和浸出特性测试。UCS是评估土壤强度的一个十分重要的力学指标,对于填埋场内废弃物使用固化/稳定技术处理后的UCS,各国都有具体的要求,USEPA规定处理28天后需要大于350kPa[11],英国环境署填埋要求为不低于1MPa[12].淋滤试验大致可分为萃取试验、半动态试验和动态试验三类。毒性浸出试验(Toxicity Characteristic Leaching Procedure,TCLP)属于萃取试验,常用于模拟固化/稳定化处理后的污染土与城市垃圾混合填埋至垃圾填埋场中,被广泛应用于判断污染土是否还有毒性,因此非常适合用于评估S/S技术的处理效果。
3.3 固化剂
3.3.1 水泥
由于其高强度、低渗透性和良好的耐久性,硅酸盐水泥(PC)和其他水泥类材料如矿渣水泥、火山灰水泥等成为了常用的固化剂材料[13]。硅酸盐水泥熟料是通过将石灰石和粘土的混合物加热到约1450°C的温度制成的,然后与少量石膏混合,细磨制成PC。水泥的水化作用是熟料化合物、硫酸钙和水之间一系列的化学反应,导致水泥浆不断硬化。PC的水化产物包含大约20–25%的Ca(OH)2、60–70%的硅酸钙(C-S-H)和5–15%的其他相,包括仍未水合的水泥颗粒[10]。水泥固化污染物的机理包括吸附、化学结合(表面络合、沉淀、共沉淀)等[14,15]。
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