重金属污染河道底泥固化稳定化修复技术研究进展

刘珺珺

(1.上海亚新建设工程有限公司，上海 200436；2.自然资源部大都市区国土空间生态修复工程技术创新中心，上海 200436)

1 引言

河道底泥中重金属污染已成为引起河道水质下降的一个重要因素。底泥中的重金属一方面经过解析、溶解后进入上覆水体，导致二次污染，另一方面通过进入食物链，影响其它生物，进而影响人体健康，并对生态环境系统造成一定危害。并且，底泥重金属污染具有一定的隐蔽性、持久性及可释放性，其危害在短期内难以消除。因此，开展污染河道底泥修复迫在眉睫。

当前重金属污染河道底泥修复技术主要分为原位和异位两大类修复技术。原位修复技术主要包括覆盖、引水、电化学技术，异位修复技术主要包括淋洗技术、固化稳定化技术、植物修复技术。其中固化稳定化技术具有易操作、工期短、费用低等优点，且可以将疏浚工程产生的大量底泥转化为工程用土，是实现其资源化的一个重要方向[1]，因此该技术被广泛应用于疏浚底泥处理。

2 常用河道底泥固化稳定剂

2.1 水泥

水泥是一种粉状水硬性无机凝胶材料，加水经搅拌后可以生成坚硬的水泥固化体，是最常用的固化剂。水泥固化稳定化是通过水化反应的产物包裹住目标物质，将污染底泥中的金属离子转化为金属沉淀物或将其转化成化学性质不活泼形态，从而将有毒有害物质转化成符合指标要求的物质，降低污染物的迁移和扩散[2,3]。在河道重金属污染土中添加一定比例的水泥进行固化，固化后的土壤浸出液中重金属浓度符合渗滤液污染物浓度的要求，固化后的污染土无限抗压强度可满足工程要求[4]。

水泥固化稳定化工艺流程简单、材料易获取、运行费用低、不需要对含水率高的底泥进行预处理，固化稳定化后的底泥强度、耐热性较好，便于进一步的资源化利用。但是，水泥的使用增加了固体的体积，造成膨胀现象，抗酸性较差，固化后的重金属在酸性环境中重新溶出。

2.2 石灰

石灰是一种气硬性无机胶凝材料，主要成分为氧化钙，它可以利用吸附、沉淀、离子交换等作用对重金属污染底泥进行固化修复。研究发现：在重金属污染底泥中加入氧化钙可以改变重金属的形态，增加其稳定态含量，从而降低重金属的迁移能力[5]。氧化钙对锰、铬、铅、镉、铜、锌等重金属均具有较好的稳定化效果[6～8]。

石灰固化稳定化成本低廉、工艺简单，操作方便，但会使底泥固化后的体积增加，固化物容易受到酸性溶液的侵蚀且结构强度不如水泥固化稳定化，不宜单独使用。

2.3 火山灰质混合材料

火山灰质混合材料的主要成分为二氧化硅和氧化铝，该类材料加水后能在常温下和氢氧化钙反应，生成具有胶凝性的水硬性产物。火山灰质混合材料本身没有水硬性，需要加入其他碱性材料激发。贾晓蕾在稳定重金属时采用在水泥中添加不同比例的粉煤灰的方法，研究发现，适量加入粉煤灰可以加强固化强度，固化后的重金属浸出浓度明显降低[9]。乔秀臣等发现废弃粗粉煤灰-水泥系统可以用作铅、锌和铜的固化稳定材料，粗粉煤-水泥的长期效果更优于细粉煤灰-水泥系统[10]。刘立新等在水泥中掺入不同比例的粉煤灰，随着粉煤灰掺入量的增加及固化时间的延长，固化淤泥的含水率下降、抗压强度提高[11]。王东星等发现活性MgO-粉煤灰掺量及MgO/粉煤灰配比增加可有效提高固化淤泥无侧限抗压强度[12]。当底泥质量分数为60%时，添加不同比例掺杂了水泥、石灰和膨润土的粉煤灰都可以实现较好的稳定化效果[13]。

火山灰质混合材料固化稳定化成本低廉、固化效果好，但其成分复杂，无法单独使用，在修复过程中掺加一定比例的火山灰质混合材料可以减少水泥、石灰等的用量，减少增容比，在资源化利用火山灰质混合材料的同时降低成本。

2.4 化学药剂

化学药剂固化稳定化是指向底泥中加入药剂改变重金属的存在形态，使其转变成低毒性、低溶解性和低迁移性的物质。磷酸盐将重金属元素吸附在其表面或者与重金属发生反应生成沉淀或矿物，达到固化效果[14]。硅钙类固化剂的主要组成材料是氧化钙和氧化镁，其可以通过改变底泥的酸碱性从而改变电荷，同时也能够更好的吸附重金属离子。含铁类的药剂既能够吸附固体杂物，同时还能够吸附状态不太稳定的胶体[15]。谢华明在重金属污染底泥固化稳定化实验中，将水泥、粉煤灰及有机硫稳定剂DTCR按一定比例调配，固化体的压强及重金属浸出浓度均符合填埋场入场标准[16]。方盛荣等通过实验发现，螯合剂可与底泥中可交换离子态反应生成较稳定的有机结合态和残渣态，从而达到处理重金属的效果，降低环境风险[17]。此外，使用海泡石、蒙脱石、高岭土、膨润土等具有污染物吸附能力的矿物材料，不但具有很好的钝化效果，同时还可以显著增强底泥的净化能力[18]。化学药剂固化稳定化针对性强，稳定化速度快，效果明显，可以在实现无害化的同时，达到底泥不增容或少增容，但其成本较高且部分药剂易造成二次污染。

3 结论与展望

虽然固化稳定化技术因其易操作、工期短、费用低被广泛应用于重金属污染河道底泥的处理，但因固化稳定化技术只是改变重金属在底泥中的存在形态，并未彻底去除重金属，所以固化稳定化后的底泥利用有一定的局限性。今后在探索固化稳定化技术运用的基础上进一步研究河道底泥的资源化利用途径，促进河道底泥由单纯的消纳处置向着资源与能源的综合利用转变，这将对改善生态环境，促进良性循环起到更加积极的作用。