企业研究开发项目设计书
项目名称：重金属污染土壤固化稳定化处理技术的研发
项目起止时间：2020年01月至2021年12月
填报日期2020年1月18日
一、立项依据
1．国内外现状、水平和发展趋势；
虽然重金属可能会自然存在于土壤中，但农业生产、工业化、采矿等人为活动对重金属进入土壤会产生额外的影响。大量研究表明，土壤环境中重金属的主要来源为人为来源。根据研究，金属污染的人为来源主要有以下五类：（1）金属的采矿和冶炼活动，例如金属镉、铅、砷、铜等。（2）工业活动，如镉、钴、汞、镍、锌等。（3）大气沉降，如镉、铬、砷、铜等金属。（4）农业活动，如镉、铜、铅、砷、硒等金属。以及（5）固体废物处理，如镉、铅、铜、锌、铬砷等金属。
根据国家公布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，在全国范围内土壤中的污染物主要以金属等无机物为主，其总超标点位数占全部超标点位的82.8%，其中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni这八种重金属的点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。
土壤中的重金属还可以通过摄食、吸入或皮肤接触等方式转移到人体内，进而在人体内积累，从而影响人的神经系统、内分泌系统、免疫系统、造血功能细胞代谢等活动。我国政府高度重视重金属污染的防治问题，因此研发一种能够高效修复重金属污染土壤的技术已经迫在眉睫。
目前，我国已发展了许多重金属污染土壤稳定化技术，主要包括pH控制技术、沉淀技术、吸附技术、氧化/还原电势控制技术等。国内研究固化/稳定化技术较多的是用水泥、粉煤灰等处理皮革、造纸等含重金属污泥。而且已经有不少的固化/稳定剂应用到工程实际中，而用来处理重金属污染土壤的研究应用还比较少，缺少大范围的工程实际应用。研究证实，一些工业副产物和一些矿物质，如石灰、粉煤灰、赤泥、沸石等，可以有效稳定土壤中的Pb、Cd、Cu、Zn、Cr等重金属，使其浸出毒性大大降低。
2．项目研发的目的、意义；
我公司高度重视科技创新、技术研发工作。而土壤修复作为公司五大主营业务之“大环境”的重要组成部分，公司一直致力于该项技术的开发与应用，投入了大量的资金与人力。目前已经掌握了污染土壤热解吸修复技术、污染土壤化学氧化修复技术、蒸汽浸提技术、污染土壤原位/异位化学淋洗技术、污染土壤原位/异位生物技术。然而上述技术并不适用于重金属污染土壤的修复。
重金属污染土壤固化/稳定化技术依靠其成本低、原位修复、二次污染小、适用范围广等优势，因此被广泛地应用于污染场地修复中，尤其是对于重金属污染土壤，其良好的修复效果已经受到了普遍的认可。
目前国内重金属污染土壤修复所用试剂80%以上的市场均被国外企业所垄断。近些年，固化/稳定化技术被引进国内，同时如固化剂、稳定剂等修复药剂以及相关技术也得到了实际应用。但由于专利、技术保密等原因加之其引进和应用成本高昂，引进技术的国产化难度较大。同时由于我国重金属污染情况复杂、重金属污染情况普遍、土质区域差异显著等问题，国外修复药剂常会出现“水土不服”的现象。因此进行修复药剂的国产化研究就有非常重要的战略意义。
传统的固化/稳定化法处理重金属污染土时，固化剂的类型较单一，使得处理后的污染土力学性能不足，难以资源化利用。常规的固化剂掺量在5%-80%，固化体抗压强度可达0.3-25.31MPa，且在处理污染程度严重和重金属复合污染土体时固化体的重金属浸出浓度难以达标或固化率较低。针对传统重金属污染土处置方法及传统固化剂在固化/稳定化法处理重金属复合污染土和重度污染土方面的不足，自主研发一种重金属污染土壤固化稳定化处理技术就显得尤为重要。通过本项目的研究，进一步完善公司的土壤修复技术体系，提升公司市场竞争力，打破国外对于本项技术的垄断。
3．本项目达到的技术水平及市场前景
科学水平：
开发出一套达到国际领先水平的重金属污染土壤固化稳定化技术，能够适用于不同类型重金属污染，能够高效去除如Hg、Cd、、、、、、、、等0%以上的利用率，达到国际领先水平。
市场前景：
工业与农业的快速进步，导致大量重金属进入到土壤中，从而影响人体健康，进而危害人体健康。随着国家对于环境治理的重视，重金属污染土壤的修复工作也显得尤为重要。根据预测，我国农用地污染面积达1000万亩，农用地修复潜在市场5.9万亿。而土壤重金属超标
与之形成强烈对比的是重金属污染土壤固化稳定化处理技术还很不完善，处理效果不好，技术尚未成熟。通过本项目的研发，确定我公司在重金属污染土壤处理领域的技术优势，为我司抢占市场提供技术支持，进一步确定我公司的市场优势，助力我国土壤修复事业快速发展。
二、研发内容和目标
1．项目主要内容、目标及关键技术；
主要研究内容：
以实际工程项目的重金属污染土壤为研究对象，采用了XRD和XRF分别对土壤的主要成分及含量进行表征分析，系统研究污染土壤的基本性质及主要成分。
通过大量实验以及小试来筛选固化剂，确定固化剂的种类以及添加量。并对所选用的固化剂在修复污染土后的强度特性、冻融特性、重金属的浸出特性和形态分布进行了研究分析。
通过力学性能试验，系统研究了养护龄期和工业废渣添加量对固化土体力学性能的影响。通过固体废物浸出毒性试验系统研究了养护龄期、工业废渣添加量和浸出液pH值对浸出液中重金属离子浓度影响。
根据小试的数据以及重金属污染土壤固化稳定化处理工艺的要求，研发一套高度集成化且完全自动化控制的土壤修复一体化设备。能够实现土壤破碎预处理、土壤和药剂的充分混合以及隔绝土壤和污染源。
综合考虑场地土壤条件、污染物特性、分布规律、修复目标及业主要求等因素，形成一套土壤异位高效稳定化修复一体化设备技术工艺路线。
研究目标：
(根据项目实际情况，确定固化剂的种类、固化剂添加量、养护龄期等技术参数。从而使得土壤浸出液能够满足《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)IV类水质标准。
(通过本项目的研发，研发出一套世界领先的高度集成土壤修复一体化设备并投入到工程应用。从工艺设计上实现了污染土壤破碎→筛分→计量→混合→出料→养护加水的全过程集成。
(形成一套完整的重金属污染土壤固化稳定化处理技术及关键设备，并实现工程化应用。申报4~6篇左右的专利。
关键技术：
（1）复合固化剂技术
由于土壤和重金属的理化性质不同，固化剂的性质和作用机理不同，所以因地制宜的选择固化剂就显得尤其重要。在实际应用过程中针对不同的金属污染物对应选择不同的固化剂，对于多种重金属污染物污染的土壤，采用对不同固化剂进行组合使用的方式，联合对土壤进行修复。
（2）气动破拱卸灰及双卧轴搅拌技术
气动破拱器采用压缩空气为动力，通过瞬间释放的方式来推动内部的锤头打击底部，将强大的冲力传递给料斗壁面，从而有效击破物料所构成的拱桥，使积料松动，达到卸灰顺畅的目的。将本项技术应用药剂储存系统，既能保证粉末状物质的过滤要求，又能避免对设备造成损伤。
搅拌、混合系统采用双卧轴搅拌机，搅拌机采用两轴设计。每两轴之间交叉排列布置数十个搅拌叶片。通过同向啮合、剪切、翻转、挤压、推进、强制搅拌等复合作用，保障各种物料充分混合，均匀搅拌，混合均匀性变异系数CV≤5%，确保反应充分、彻底且稳定。
2．技术创新之处
综合考虑小试实验结果以及工程化应用需求，实现了从反应机理研究到工程设备设计的全覆盖。将技术理论与工程实践相结合，推进重金属污染土壤固化稳定化技术的发展与应用。
通过使用复合固化剂技术并高度结合小试的实验结果，从而实现了对多种重金属的全方位处理。保证了所有重金属含量均能达标，实现对污染土壤的有效修复。
一体化土壤修复设备设计了自动正反转的倾斜式对辊+双侧破碎振动模块、气动破拱全封闭式药剂输送模块，采用了双卧轴高效混合搅拌技术、土壤药剂精准自动配比技术、全过程智能控制技术等。通过以上技术的使用，达到重金属污染土壤得到高效稳定化修复处理的同时，又降低了单方土壤修复成本，避免了施工现场扬尘及二次污染。对重金属污染土壤进行破碎、热处理、稳定化处理步骤中，实现对土壤的充分处理，前处理箱和热处理箱相连也减少了土壤的转运步骤，整体上结构简单，对重金属污染土壤的处理效果较好。
重金属污染的土壤预处理中，将重金属污染的土壤置于前处理箱内，将土壤进行破碎处理，使得呈块状的土壤被打碎，便于后续的处理，之后打开下板，使得土壤下落于热处理箱内，此时较大石块等受滤网限制不会落于热处理箱内，关上下板，将蒸汽通入热处理箱，对重金属污染土壤进行热处理法处理，之后土壤从出料口置于第二处理箱内进行固化稳定化处理，利用稳定剂与土壤混合，进行重金属污染土壤的处理，处理完成后排出，整体上，重金属污染土壤先经过土壤的打碎，便于处理，再经过热处理法处理以及固化稳定化法处理，结构简单，对重金属污染土壤的处理效果较佳。
3、主要技术指标
（1）土壤浸出液满足砷浸出限值0.05mg/L，锑浸出限值0.01mg/L的要求，远低于国家排放标准的要求。
（2）土壤和药剂混合均匀，混合均匀性变异系数CV≤5%。
（3）土壤的一次性处理合格率达100%。
三、现有研发条件和工作基础[承担单位开展本项目的优势（人才、设施等条件）
1、承担单位开展本项目的优势（人才、设施条件）
本项目参与人员专业涵盖环保、化工、环境、设备设计等多个方面，并大多参与过土壤修复技术的研发、工程设备的设计、工程项目的实施等工作，具有丰富的研发、设计、应用经验，这些都为本项目的实施提供了坚实的基础。
2、已有的工作基础
我司高度重视土壤修复业务的开展，目前已经投入大量资金与人力物力，已经取得不菲的成果。已有的土壤技术均已达到国内一流，部分技术达到世界领先的水平。已有的土壤修复技术为本项目的开展提供了坚实的基础。
项目开展前，已经对不同重金属污染类型的土壤进行了检测与分析，已经初步掌握了不同类型重金属污染土壤的特点。同时对市面上常见的固化剂进行了初步的检测与筛选，并与多个固化剂生产厂家进行了沟通与交流。
四、计划进度（包括总的研究期限、年度计划进度以及已经取得的阶段成果）
2020.1-2021.3
通过市场调研、文献资料查阅及对外技术交流，编写可行性研究报告、立项、制订实验计划及开发任务的实施计划。
2020.4-2020.8
针对工程项目的土壤，对土壤进行成分及含量分析。通过实验确定固化剂种类及用量、操作及工艺参数。
2020.9-2021.1
基于实验分析结构，进行工艺流程设计。根据文献资料分析及项目特点，进行土壤一体化修复设备设计。
2021.2-2021.8
试制中试一体化设备，并在项目现场进行中试研发。进一步优化设备设计及运行参数。
2021.9-2021.12
根据现场使用情况的反馈进行优化设计，确定最终方案，进行产业化推广应用。
五、经费预算
项目预计总经费640万元。
项目经费支出预算表
单位：万元
科目 预算额 2020年 2021年 1、直接从事研发活动的本企业在职人员人工费 150 150 2、研发活动直接投入的费用 190 130 3、折旧费用与长期待摊费用 5 5 4、设计费 0 0 5、装备调试费 0 0 6、专门用于研发活动的无形资产摊销费 0 0 7、勘探、开发技术的现场试验费 0 0 8、研发成果论证、鉴定、评审、验收费 0 0 与研发活动直接相关的其他费用 5 5 合计 350 290 总计 640
研究开发项目组人员名单
姓名 性别 学历 专业 职务（职称) 本项目中承担工作
七、立项审批意见
审批组：
审批日期：
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