随着工业场地的搬迁与再开发,大量被“重金属”和“有机物”污染的土壤亟待修复。在众多修复技术中,基于石灰类材料的“稳定化/固化”技术,因其处理时间短、适用范围广、成本相对较低,成为国际上应用最广泛的原位/异位修复技术之一。该技术旨在通过改变污染物的形态和存在环境,降低其生物有效性和迁移性,而非彻底去除污染物。

石灰类材料,主要包括生石灰和熟石灰,在“污染土壤”的稳定化/固化过程中,通过物理和化学的协同作用实现修复目标。对于“重金属”污染,其核心机理是pH依赖的沉淀与吸附。当石灰掺入土壤后,迅速提高土壤孔隙液的pH至强碱性(通常>10)。在此条件下,大多数重金属离子(如Pb、Cd、Zn、Cu、Ni等)的溶解度急剧下降,会形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。例如,铅会形成Pb(OH)₂或PbCO₃,镉会形成Cd(OH)₂。这些沉淀物性质稳定,难以被植物吸收或通过淋溶进入地下水,从而显著降低了重金属的环境风险和生物可利用性。
除了沉淀作用,石灰水化产物(如Ca(OH)₂)及其后续碳化生成的CaCO₃,具有巨大的比表面积,能够通过表面吸附和离子交换作用进一步固定重金属离子。同时,石灰与土壤中的硅铝组分发生火山灰反应,生成水化硅酸钙等凝胶状产物,这些凝胶能将土壤颗粒和已形成的重金属沉淀物包裹、胶结起来,形成坚实的固体块,这一过程即为“固化”。固化作用不仅增强了土壤的力学强度,更关键的是降低了污染物的浸出表面积,阻碍了水与污染物的接触,从而减少了淋滤风险。
然而,该技术对于“有机物”污染的处理效果则复杂且具有局限性。对于多数有机污染物,石灰主要通过固化作用将其物理封装在土壤基体中,降低其挥发性性和迁移能力,但一般不能降解这些有机物。值得注意的是,生石灰消化时产生的高温,对挥发性、半挥发性有机物以及部分热不稳定有机物有一定的去除或破坏作用,但这通常不是主要机制。对于某些特定有机物,如酸性有机物,石灰的中和作用可能改变其形态,但总体而言,石灰稳定化/固化技术对有机污染物的长期有效性通常不如对重金属那样可靠和持久。
该技术也存在一些固有的局限性。首先,它是一个“封印”过程而非“清除”过程,污染物依然存在于场地中,存在长期稳定性问题,如环境pH变化(如酸雨)可能导致被固定的重金属重新活化。其次,过量的石灰会导致土壤严重碱化,破坏生态功能,不利于后续的植被恢复和土地利用。此外,对于以汞、砷为代表的变价金属,其在碱性条件下的环境行为复杂,砷在高pH下溶解度反而增加,因此需要添加其他药剂(如铁盐)进行协同稳定。

综上所述,石灰基稳定化/固化技术是处理重金属污染土壤的一把利器,尤其适用于处理大面积、中低浓度污染的场地。但其应用必须建立在详尽的场地调查和实验室可行性评估之上,明确其对于特定污染物组合的有效性和长期稳定性。在实践中,它常与其他修复技术(如淋洗、植物修复)联用,或通过研发石灰-其他材料的复合药剂,以扬长避短,实现污染土壤的安全、高效和绿色修复。