1 异位固化/稳定化技术 1.1 技术名称
技术名称：异位固化/稳定化，英文名称：Ex-Situ Solidification/Stabilization 1.2 技术适用性
1.2.1 适用的介质：污染土壤
1.2.2 可处理的污染物类型：金属类、石棉、放射性物质、腐蚀性无机物、氰化物、砷 化合物等无机物以及农药/除草剂、石油或多环芳烃类、多氯联苯类以及二噁英等有机化合 物。
1.2.3 应用限制条件：不适用于挥发性有机化合物和以污染物总量为验收目标的项目。 当需要添加较多的固化/稳定剂时，对土壤的增容效应较大，会显著增加后续土壤处置费用。 1.3 技术介绍
1.3.1 原理：向污染土壤中添加固化剂/稳定化剂，经充分混合，使其与污染介质、污染 物发生物理、化学作用，将污染土壤固封为结构完整的具有低渗透性的固化体，或将污染物 转化成化学性质不活泼形态，降低污染物在环境中的迁移和扩散。
1.3.2 系统构成和主要设备：主要由土壤预处理系统、固化/稳定剂添加系统、土壤与固 化/稳定剂混合搅拌系统组成。其中，土壤预处理系统具体包括土壤水分调节系统、土壤杂 质筛分系统、土壤破碎系统。主要设备包括土壤挖掘系统（如挖掘机等）、土壤水分调节系 统（如输送泵、喷雾器、脱水机等）、土壤筛分破碎设备（如振动筛、筛分破碎斗、破碎机、 土壤破碎斗、旋耕机等）、土壤与固化/稳定剂混合搅拌设备（双轴搅拌机、单轴螺旋搅拌机、 链锤式搅拌机、切割锤击混合式搅拌机等）。
1.3.3 关键技术参数或指标
（1）固化/稳定剂的种类及添加量 固化/稳定剂的成分及添加量将显著影响土壤污染物的稳定效果，应通过试验确定固化/
稳定剂的配方和添加量，并考虑一定的安全系数。目前国外应用的固化/稳定化技术药剂添 加量大都低于 20%。
（2）土壤破碎程度 土壤破碎程度大有利于后续与固化/稳定剂的充分混合接触，一般要求土壤颗粒最大的 尺寸不宜大于 5 cm。
（3）土壤与固化/稳定剂的混匀程度 混合程度是该技术一个关键性瓶颈指标，混合越均匀固化/稳定化效果越好。土壤与固
化/稳定剂的混匀程度往往依靠现场工程师的经验判断，国内外还缺乏相关标准。
（4）土壤固化/稳定化处理效果评价 土壤固化/稳定化修复效果通常需要物理和化学两类评价指标：物理指标包括无侧限抗 压强度、渗透系数；化学指标为浸出液浓度。
（a）物理学评价指标
经固化/稳定化处理后的固化体，其无侧限抗压强度要求大于 50psi（0.35MPa），而固化 后用于建筑材料的无侧限抗压强度至少要求达到 4000 psi（27.58MPa）。
渗透系数表征土壤对水分流动的传导能力，经固化处理后的渗透系数一般要求不大于 1×10-6 cm/s。
（b）化学评价指标 针对固化/稳定化后土壤的不同再利用和处置方式，采用合适的浸出方法和评价标准。 典型固化/稳定化处理效果评价方法详见表 1-1。
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表 1-1 典型的固化/稳定化处理效果评价方法
评价方法类型
主要评价方法 关键特征 优势 不足
? 主要模拟非规范
? 固化体破碎后达到
浸出平衡； ?
美国：USEPA1311、1312
? 参照固废的管理体 荷兰：NEN 7371
最大释放水平 系，带有一定的强 ?
中国：HJ/T 299-2007
的测试 制性；
HJ/T 300-2007
? 设定明确评价标准 ?
HJ 557-2010
限值，如 40 CFR 261.24，MCL 等。
动态释放能力 的测试
针对再利用情
景的浸出方法 体系
? 更接近于实际环
? 操作相对复杂，
境状况； 荷兰：NEN 7375 所需时间较长； ? 降低 预处 理 难 欧盟：CEN/TS14405: ? 基于动 态 释放通 ? 影响因素相对较 度； 2004 量； 多，实验的重现 ? 能够反应随时间
? 考虑风险累积。 性不高。
变化的趋势。
? 部分测试方法相
对复杂，耗时较 ? 接近于实际环境
长；
? 基于土壤再利用情 状况；
美国：USEPA 1313-1316 景，设置 4 种不同 ? 可以根据实际情 ? 方法的稳定性和
重现性有待于改 的浸出方法。 况，选择不同的
进；
浸出测试方法。
? 还缺乏相应的评 价标准。
? 保持固化体本身物 理特性；
填埋场渗滤液和
方法简单，便于
酸雨对污染物的
操作；
浸提；
时间和经济成本
? 浸出方法仅考虑
均较低；
最不利情况，过
有较多的科学性
于保守；
验证结论
? 不能真实反映实 际环境状况。
1.4 技术应用基础和前期准备 土壤物理性质（机械组成、含水率等）、化学特性（有机质含量、pH 值等）、污染特性
（污染物种类、污染程度等）均会影响到异位固化/稳定修复技术的适用性及其修复效果。 应针对不同类型的污染物，特别是砷、铬等毒性和活性较大的污染物，选择不同的固化/稳 定剂；应基于土壤类型研究固化/稳定剂的添加量与污染物浸出毒性的相互关系，确定不同 污染物浓度时的最佳固化/稳定剂添加量。 1.5 主要实施过程
（1）根据场地污染空间分布信息进行测量放线之后开始土壤挖掘；（2）挖掘出的土壤 根据情况进行土壤预处理（水分调节、土壤杂质筛分、土壤破碎等）；（3）固化/稳定剂添加； （4）土壤与固化/稳定剂混合搅拌、养护；（5）固化/稳定体的监测与处置、验收。其中（2）、 （3）、（4）也可以在一体式混合搅拌设备中同时完成。 1.6 运行维护和监测
（1）土壤挖掘安全：围栏封闭作业，设立警示标志，规避地下隐蔽设施。（2）安全防 护：工人应注意劳动防护。（3）防止二次扩散：采取措施防止雨水进入土壤，防止降雨冲洗 土壤携带污染物进入周边环境，防止刮风尘土飞扬，造成二次扩散。（4）长期监测：根据国 外经验，对于固化/稳定化后采用回填处理的土壤，需要在地下水的下游设置至少 1 口监测 井，每季度监测一次，持续 2 年，确保没有泄露。 1.7 修复周期及参考成本
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污染土壤方量、修复工艺、土壤养护时间、施工设备、修复现场平面布局等均显著影响 处理周期。一般而言，水泥基固化修复需要较长的养护时间，稳定化修复需要的养护时间较 短。根据施工机械台班等设置情况，异位土壤固化/稳定化修复的每日处理量从 100 至 1200m3 不等。
根据污染物不同类型及其污染程度需要添加不同剂量、不同种类的固化/稳定剂；土壤 污染深度、挖掘难易程度、短驳距离长短等都会影响修复成本。据美国 EPA 数据显示，对 于小型场地（1000 立方码〔cy〕，约合 765 m3）处理成本约为 160-245 美元/ m3，对于大型 场地（50000cy，约合 38228 m3）处理成本约为 90-190 美元/ m3；国内一般为 500-1500 元/m3。 1.8 国外应用情况 固化/稳定化是比较成熟的固体废物处置技术，上世纪八九十年代，美国
环境保护署率
先将固化/稳定化技术用于污染土壤的修复研究。据美国超级基金项目统计，1982-2008 年污 染源处理项目中，有 203 项应用该技术，占污染源异位修复项目的 21.4%，是使用最多的污 染源修复技术。2004 年，英国环保署组织编写了《污染土壤稳定/固化处理技术导则》。
表 1-2 污染土壤异位固化/稳定化处理典型案例
序号 1 2 3 4
场地名称 Massachusetts Military
Reservation, USA Sulfur Bank Mercury Mine Superfund Site,USA Pepper Steel &Alloy, Miami Douglasville, PAHAZCON Former
industrialsite,Chineham,Basingst oke, UK
Pb
目标污染物 固化/稳定药剂 某 M 药剂 硫化物
规模 13,601 m3
/ 47,400 m3 191,100 m3 1,200 m3
Hg
水泥等 Pb, As, PCBs
Zn、Pb、PCBs、
水泥等
苯酚、石油烃 重金属、石油烃
水泥、改性活性 蒙脱石
5
1.9 国内案例分析
1.9.1 国内应用情况
我国的污染土壤固化/稳定化研究起步于本世纪初。2010 年以来，该技术在工程上的应 用快速增长，已成为重金属污染土壤修复的主要技术方法之一。据不完全统计，目前国内实 施土壤固化/稳定化修复的工程案例已超过 50 项。
1.9.2 国内案例介绍
（1）工程背景：某地块原为某发电厂，将开发为文化创意街区。对场地进行网格化划 分后进行土壤质量监测，确定污染单元后进行加密监测。由于该地块要求尽量削减修复时间， 以缓解地块再开发面临的施工进度压力，同时该地块对现场遗留土壤质量的要求较高，综合 考虑以上因素，确定采用污染土壤清挖、现场处理、异地处置的方式对地块进行修复，以《展 览会用地土壤环境质量评价标准（暂行）》（HJ350-2007）的 A 级标准作场地清理的判断标 准。
（2）工程规模：场地面积为 5400 m2，土壤污染深度约为 1-4 m，需修复的总土方量约 为 1.24 万 m3。
（3）主要污染物及污染程度：场地大部分地块土壤污染物为重金属铜、铅、锌，其中 一个地块为多环芳烃。污染物的最大监测浓度为：铜 7220 mg/kg、铅 4150 mg/kg、锌 3340 mg/kg、苯并(a)蒽 4.6 mg/kg、苯并(b)荧蒽 5.78 mg/kg、苯并(a)芘 4.07 mg/kg。
（4）土壤理化特征：土壤为粘性土，呈微碱性。铜、铅、锌在土壤中主要以二价阳离
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子形式存在，较易转化为氢氧化物或被吸附。
（5）技术选择：该修复项目要求时间短、修复费用低，同时污染物以重金属和低浓度 的多环芳烃为主，基于现场土壤开展了异位固化/稳定修复技术可行性评价研究，该技术能 满足制定的修复目标；从场地特征、资源需求、成本、环境、安全、健康、时间等方面进行 详细评估，最终选定处理时间短、技术成熟操作灵活、且对场地水文地质特性要求较为宽松 的固化/稳定化技术进行处理。
（6）工艺流程和关键设备 修复工程技术路线和施工流程主要过程包括污染土壤挖掘、土壤含水量控制、粉状稳定
剂布料添加、混匀搅拌处理、养护反应、外运资源化利用、现场验收监测等环节。采用挖掘 机进行土壤挖掘，挖掘深度深于 1 m 时，土壤含水量较高，采用晾晒风干方式降低土壤含水 量；使用筛分破碎铲斗进行土壤与粉状稳定剂的混匀搅拌，同时实现土壤的破碎。验收监测 包括挖掘后基坑采样及污染物全量分析、稳定化处理后土壤采样及浸出毒性测试。关键设备 主要有土壤挖掘设备、土壤短驳运输设备、土壤/稳定剂混合搅拌设备等组成。
（7）主要工艺及设备参数 基于现场污染土壤进行了大量实验室研究，确定了最佳稳定剂类型和添加量。稳定剂主
要由粉煤灰、铁铝酸钙、高炉渣、硫酸钙以及碱性激活剂组成，另外，为了增强对重金属污 染物的吸附作用添加了约 30%的粘土矿物。稳定剂的质量添加比例为 16.5%。
土壤/稳定剂混合搅拌设备为筛分破碎铲斗，该设备能实现土壤与稳定剂的混匀，由于 土壤水分含量较低，在混匀搅拌过程中可实现土壤的破碎。
（8）成本分析 该项目包含建设施工投资、稳定剂费用、设备投资、运行管理费用，处理成本约 480 万元，其运行过程中的主要能耗为挖掘机及筛分破碎铲斗的油耗、普通照明、生活用水用电， 约为 60 万元。
（9）修复效果 经过挖掘后所采集土壤样品中污染物含量均低于制定的修复目标值。稳定处理后的土
壤，参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）提取浸出液，浸出液 中污染物的浓度均低于制定的土壤浸出液污染物浓度目标值，满足修复要求并通过业主独立 委托的某地环境监测中心验收监测。
（案例提供单位：上海市环境科学研究院）
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2 异位化学氧化/还原技术 2.1 技术名称
技术名称：异位化学氧化/还原，英文名称：Ex-Situ Chemical Oxidization/Reduction 2.2 技术适用性
2.2.1 适用的介质：污染土壤 2.2.2 可处理的污染物类型：化学氧化可处理石油烃、BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）、 酚类、MTBE（甲基叔丁基醚）、含氯有机溶剂、多环芳烃、农药等大部分有机物；化学还 原可处理重金属类（如六价铬）和氯代有机物等。
2.2.3 应用限制条件：异位化学氧化不适用于重金属污染土壤的修复，对于吸附性强、 水溶性差的有机污染物应考虑必要的增溶、脱附方式；异位化学还原不适用于石油烃污染物 的处理。 2.3 技术介绍
2.3.1 原理：向污染土壤添加氧化剂或还原剂，通过氧化或还原作用，使土壤中的污染 物转化为无毒或相对毒性较小的物质。常见的氧化剂包括高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂、 过硫酸盐和臭氧。常见的还原剂包括连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、多硫化钙、二 价铁、零价铁等。
2.3.2 系统构成和主要设备：修复系统包括土壤预处理系统、药剂混合系统和防渗系统 等。其中：（1）预处理系统。对开挖出的污染土壤进行破碎、筛分或添加土壤改良剂等。 该系统设备包括破碎筛分铲斗、挖掘机、推土机等。（2）药剂混合系统。将污染土壤与药 剂进行充分混合搅拌，按照设备的搅拌混合方式，可分为两种类型：采用内搅拌设备，即设 备带有搅拌混合腔体，污染土壤和药剂在设备内部混合均匀；采用外搅拌设备，即设备搅拌 头外置，需要设置反应池或反应场，污染土壤和药剂在反应池或反应场内通过搅拌设备混合 均匀。该系统设备包括行走式土壤改良机、浅层土壤搅拌机等。（3）防渗系统为反应池或 是具有抗渗能力的反应场，能够防止外渗，并且能够防止搅拌设备对其损坏，通常做法有两 种，一种采用抗渗混凝土结构，一种是采用防渗膜结构加保护层。
2.3.3 关键技术参数：影响异位化学氧化/还原技术修复效果的关键技术参数包括：污染 物的性质、浓度、药剂投加比、土壤渗透性、土壤活性还原性物质总量或土壤氧化剂耗量（Soil Oxidant Demand, SOD）、氧化还原电位、pH、含水率和其它土壤地质化学条件。
（1）土壤活性还原性物质总量：氧化反应中，向污染土壤中投加氧化药剂，除考虑土 壤中还原性污染物浓度外，还应兼顾土壤活性还原性物质总量的本底值，将能消耗氧化药剂 的所有还原性物质量加和后计算氧化药剂投加量。
（2）药剂投加比：根据修复药剂与目标污染物反应的化学反应方程式计算理论药剂投 加比，并根据实验结果予以校正。
（3）氧化还原电位：对于异位化学还原修复，氧化还原电位一般在-100 mV 以下，并 可通过补充投加药剂、改变土壤含水率、改变土壤与空气接触面积等方式进行调节。
（4）pH：根据土壤初始 pH 条件和药剂特性，有针对性的调节土壤 pH，一般 pH 范围 4.0~9.0。常用的调节方法如加入硫酸亚铁、硫磺粉、熟石灰、草木灰及缓冲盐类等。
（5）含水率：对于异位化学氧化/还原反应，土壤含水率宜控制在土壤饱和持水能力的 90%以上。
2.4 技术应用基础和前期准备 对选择的修复技术进行小试实验测试，判断修复效果是否能达
到修复目标要求，并探索
药剂投加比、反应时间、氧化还原电位变化、pH 变化、含水率控制等，作为技术应用可行 性判断的依据。小试实验参数指导中试扩大化试验，根据试验现象确定大规模实施的可行性， 并记录工程参数，指导工程实施。
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