危險廢物飛灰和污泥的穩(wěn)固化處理

劉 芳 ， 李基雄

(廣州華浩能源環(huán)保集團有限公司，廣州市廢棄物安全處置中心，廣東 廣州 510545)

?

危險廢物飛灰和污泥的穩(wěn)固化處理

劉 芳 ， 李基雄

(廣州華浩能源環(huán)保集團有限公司，廣州市廢棄物安全處置中心，廣東 廣州 510545)

以脫墨渣飛灰為固化劑，對污泥進行穩(wěn)固化處理，結(jié)果顯示：飛灰固化處理危險廢物的過程中，飛灰與廢物的添加比越大，對有毒物質(zhì)的穩(wěn)定包容效果越好，廢物的浸出毒性越低。在實際操作中，可根據(jù)飛灰和污泥的產(chǎn)生量，調(diào)整其在穩(wěn)固化過程中的比例，達到以廢治廢。采用飛灰穩(wěn)固化，不僅可以將污泥內(nèi)的重金屬浸出遠遠控制在填埋控制標準以下，同時還可以形成具有良好填埋性能的固化體，減輕了滲濾液處理的負擔，大大降低了填埋風險及環(huán)境風險。

危險廢物；脫墨渣；飛灰；浸出毒性；污泥；穩(wěn)固化

危險廢物是指列入《國家危險廢物名錄》或根據(jù)國家危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有危險特性的廢物[1]。危險廢物具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性或感染性等一種或幾種危險特性[1-2]，其危害具有長期性和潛伏性，處置不當會對生態(tài)環(huán)境及人體健康構(gòu)成很大的威脅。

危險廢物的處理處置方式主要有：安全填埋、焚燒及綜合利用。其中，綜合利用的目的是回收廢物中的有用成分，焚燒主要針對有機含量及熱值較高的廢物并回收熱能，而安全填埋主要處置那些沒有利用價值的廢物[3]。作為危險廢物的最終處置，在進行安全填埋的過程中，要嚴格入場標準[4]，對不符合入場標準和填埋要求的物料應進行妥善的預處理，將危險廢物對環(huán)境及人體可能造成的影響降到最低。

危險廢物最終的安全填埋預處理方法主要有脫水和穩(wěn)固化。前者主要控制廢物中的水分，后者主要降低廢物的毒性，控制其中汞類、重金屬、氟化物、氰化物、砷化物等污染物質(zhì)的遷移[5]。

危險廢物的穩(wěn)固化技術主要有：水泥/飛灰固化、石灰固化、塑性材料包容、熔融固化、自膠結(jié)固化[2，5，6]等。其中以水泥/飛灰固化和石灰固化最為普遍。水泥固化作為目前最成熟的穩(wěn)固化技術，被廣泛運用于重金屬污泥、廢水處理污泥、焚燒飛灰等[2，6]，但水泥固化增加了廢物的體積，不符合填埋減量化的要求。飛灰為焚燒后的產(chǎn)出物，被定為危險廢物，作為固化劑，可以達到以廢治廢的目的。目前作為固化劑的飛灰主要有粉煤灰[7]、谷殼灰[8，9]等。本文選用造紙廠的脫墨渣飛灰作為固化劑，對表面處理污泥進行了穩(wěn)固化研究。

1 污泥的飛灰穩(wěn)固化

1.1 飛灰穩(wěn)固化原理分析

與水泥的成分相似，飛灰的主要成分為CaO、SiO2、Al2O3等[2，6]，遇水會發(fā)生水合作用，形成穩(wěn)定固化體的同時具有一定的物理性包容性能；另外，水合作用產(chǎn)生大量堿，能與可溶性重金屬形成不溶性鹽。危險廢物的飛灰穩(wěn)固化利用的就是其物理包容和化學結(jié)合性質(zhì)，在穩(wěn)固化過程中危險廢物中的水分(或添加的水分)與飛灰發(fā)生水合反應，同時可溶性重金屬鹽在堿性環(huán)境下形成難溶性鹽，水合作用形成固化體的同時將這些重金屬鹽、有機物質(zhì)等包容起來，降低這些污染物質(zhì)的可遷移性。

本文針對HW17類表面處理污泥，通過飛灰穩(wěn)固化，降低這類污泥浸出液中重金屬和COD含量。

1.2 原料

選用的HW17類表面處理污泥為某電鍍廠廢水處理污泥，各項污染物數(shù)據(jù)見表1(其他浸出毒性在填埋標準內(nèi))。

表面處理污泥穩(wěn)固化過程中用到的固化劑/添加劑主要有飛灰、漂白粉、氯化鈣、熟石灰等。漂白粉、熟石灰、氯化鈣均為工業(yè)級產(chǎn)品。

飛灰為某造紙廠的脫墨渣飛灰，各項污染物數(shù)據(jù)見表2(其他浸出毒性未檢出)。

表1 表面處理污泥浸出液毒性數(shù)據(jù) (mg/L)

表2 脫墨渣飛灰浸出毒性數(shù)據(jù)

由表2可知，選用的固化劑-脫墨渣飛灰中各項污染數(shù)據(jù)均遠遠低于填埋控制標準，有些甚至低于檢出限。如果直接填埋，勢必造成揚塵，污染周邊環(huán)境。而被選作固化劑，與污泥協(xié)同固化，既可以起到本身固化的作用，也可以控制污泥中污染物的遷移。

1.3 穩(wěn)固化實施過程

分別取1kg表面處理污泥，先用水將其化開，使其保持良好的流動狀態(tài)，且均勻分散。加入一定量的漂白粉，攪拌20min。加入石灰、飛灰及適量水等，一邊加料一邊攪拌，攪拌均勻后放置在養(yǎng)護場使之形成穩(wěn)定的固化體。

2 浸出毒性實驗

經(jīng)過2～3d的固化養(yǎng)護后，廢物形成了穩(wěn)定且具有一定硬度的固化體。將固化體破碎后進行浸出毒性分析。以硝酸/硫酸混合溶液為浸提劑，對養(yǎng)護成型的固化體進行浸出，檢測浸出液中COD、重金屬等其他污染物的含量。

2.1 pH檢測

對于污泥原樣，由于其含水率≥95%，直接對其過濾，測定濾液pH值即為污泥pH值。

對于固化樣，先測定其含水率，根據(jù)樣品的含水率，按液固比為10∶1(L/kg)加入蒸餾水，置于浸取用的密封塞高型聚乙烯瓶中，將聚乙烯瓶固定在轉(zhuǎn)速為30±2r/min 的翻轉(zhuǎn)式振蕩裝置上，室溫下振蕩18h±2。通過過濾裝置分離固液相，濾后立即測定濾液的pH值。

2.2 浸出液的制備

浸提劑：將質(zhì)量比為2∶1的濃硫酸和濃硝酸混合液加入到試劑水(1L水約2滴混合液)中，使pH為3.20±0.05。該浸提劑用于測定樣品中重金屬和半揮發(fā)性有機物的浸出毒性。

對于污泥原樣，由于其含水率≥95%，故取其過濾后的濾液作為浸出液。

對于固化體，先對其進行破碎或碾磨降低粒徑后通過9.5mm孔徑的篩，稱取150～200g篩下樣品，置于2L提取瓶中，按液固比為10∶1(L/kg)加入浸提劑，蓋緊瓶蓋后固定在翻轉(zhuǎn)式振蕩裝置上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為30±2r/min，于23±2°C下振蕩18±2h。過濾后收集濾液即為浸出液。

2.3 浸出COD的檢測

準確吸取5.00mL浸出液，置于50mL具密封塞的消解罐中。然后加入5.00mL重鉻酸鉀消解液和5.00mL Ag2SO4-H2SO4催化劑，旋緊密封蓋，混勻。將消解罐放入MS-3型微波消解COD測定儀中，消解15min。取出消解罐，冷卻后用硫酸亞鐵銨標準溶液[(NH4)2Fe(SO4)2·6H20]滴定，同時做空白實驗。

滴定：將樣液轉(zhuǎn)移到250mL錐形瓶中，用20mL蒸餾水分3次沖洗消解管，沖洗液并入錐形瓶中，控制體積約50mL，加入2～3滴試亞鐵靈指示劑，用硫酸亞鐵銨標準溶液[(NH4)2Fe(SO4)2·6H20]回滴，溶液的顏色由黃色經(jīng)藍綠色至紅褐色即為終點，計算浸出液COD濃度。

2.4 浸出重金屬的檢測

采用火焰原子吸收光譜法對浸出液重金屬進行檢測。先校正背景，消除干擾，再測定標準使用液的吸光度，用濃度及對應的吸光度值繪制標準曲線，最后測定浸出液的吸光度，其對應的濃度值即為浸出液重金屬含量值。

3 穩(wěn)固化結(jié)果分析

3.1 飛灰的添加量對固化體浸出毒性的影響

固定漂白粉的加入量(3g/kg)、氯化鈣的加入量(5g/kg)、熟石灰的加入量(5g/kg)，分別加入飛灰150、200、250、300g/kg， 分析飛灰的添加量對固化體浸出毒性的影響。試驗結(jié)果如圖1。

由圖1可以看出，飛灰對污泥的浸出污染物具有良好的包容性能，飛灰加入量越多，污泥的浸出污染物濃度越低，可將各項浸出污染物濃度遠遠控制在填埋控制限以下，浸出液COD濃度降低80%以上。由于所選用的飛灰為某造紙廠的脫墨渣飛灰，其本身被列為危險廢物，可根據(jù)飛灰的產(chǎn)生量調(diào)節(jié)其在固化污泥過程中的添加量，達到以廢治廢。

3.2 漂白粉的添加量對固化體浸出毒性的影響

固定飛灰的加入量(300g/kg)、氯化鈣的加入量(5g/kg)、熟石灰的加入量(5g/kg)，分別加入漂白粉0、3、5、8 g/kg，分析漂白粉的添加量對固化體浸出毒性的影響。試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，漂白粉能降低浸出液的COD， 但過量的漂白粉反而對浸出COD的降低無益。漂白粉對其他浸出污染物并無太大作用，因此，漂白粉的加入量以3g/kg為宜。

3.3 熟石灰的添加量對固化體浸出毒性的影響

固定飛灰的加入量(300g/kg)、氯化鈣的加入量(5g/kg)、漂白粉的加入量(3g/kg)，分別加入熟石灰0、3、5、8g/kg， 分析熟石灰的添加量對固化體浸出毒性的影響。實驗結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，石灰的加入主要起到調(diào)節(jié)污泥pH值的作用，同時降低浸出鉛含量。根據(jù)試驗結(jié)果分析，石灰的加入量為5g/kg為宜。

3.4 氯化鈣的添加量對固化體凝固時間的影響

氯化鈣主要是降低固化體的凝固時間，固定飛灰(300g/kg)、漂白粉(3g/kg)、熟石灰(5g/kg) 的添加量，分別添加氯化鈣0、3、5、8 g/kg，混合反應完成后記錄凝固時間。結(jié)果如圖4。

由圖4可以看出，氯化鈣的加入縮減了固化凝固時間，并隨著加入量的增加，凝固時間越來越短，到8g/kg時，凝固時間降低至24h，大大增加了固化效率。但氯化鈣的加入既增加了填埋成本，又增加了填埋危廢的體積，侵占了填埋場庫容，因此擬定氯化鈣的加入量為5g/kg。

4 結(jié)論

飛灰固化處理危險廢物的過程中，飛灰與廢物的添加比越大，對有毒物質(zhì)的穩(wěn)定包容效果越好，廢物的浸出毒性越低。在實際操作中，可根據(jù)飛灰和污泥的產(chǎn)生量，調(diào)整其在穩(wěn)固化過程中的比例，達到以廢治廢。

采用飛灰穩(wěn)固化，不僅可以將污泥內(nèi)的重金屬浸出遠遠控制在填埋控制標準以下，同時還可以形成具有良好填埋性能的固化體，減輕了滲濾液處理的負擔，大大降低了填埋風險及環(huán)境風險。

[1]國家危險廢物名錄[Z]. 2016.

[2]聶永峰. 三廢處理工程技術手冊-固體廢物卷[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2000:88,440-441,445-446.

[3]Dan Li, Bei Dou Xi. Study on Suitability of hazardous wastes entering the landfill directly[J]. Procedia Environmental Science, 2012(16): 229-238.

[4] 危險廢物填埋污染控制標準:GB 18598-2001[S].

[5]叢春林, 唐乃超. 危險廢物的處理處置措施研究[J]. 黑龍江環(huán)境通報, 2008, 32(2): 30-32,38.

[6]趙由才. 危險廢物處理技術[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2003:194-206.

[8]Sri Bala Kameswari Kanchinadham, Narasimman L. M., Vihita Pedaballe, et al. Diffusion and leachability index studies on stabilization of chromium contaminated soil using fly ash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2015( 297): 52-58.

[9]Chun Yang Yin, Hilmi Bin Mahmud, Md Ghazaly Shaaban. Stabilization/solidification of lead-contaminated soil using cement and rice husk ash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006, 137(3): 1758-1764.

Solidification and Stabilization of Hazardous Waste of Fly Ash and Sludge

LIU Fang, LI Ji-xiong

(Guangzhou Sinovast Energy-Environment Group Co.,Ltd, Guangzhou Guangdong 510545, China)

Solidification and stabilization have been the treatment technology used prior to disposal in landfills and played important roles in hazardous waste management. Solidification and stabilization of deinking slag fly ash and sludge (both hazardous waste) could reduce the toxicity characteristic leaching procedure of the hazardous waste (heavy metal toxicity, COD, etc.), increase the compressive strength for disposal, and also reduce the risks for operating maintenance.

hazardous waste; deinking solids; fly ash; toxicity characteristic leaching procedure; sludge; stabilization

2016-06-29

劉芳(1983-)，女，湖北省荊州市人，碩士，化工工程師。

X705

A

1673-9655(2016)06-0056-05