某化工廠歷史遺留鎘污染渣土穩(wěn)定化固化處理工程應(yīng)用試驗(yàn)研究

邵 樂，史學(xué)峰，李昌武，韓 鳳，田寶虎

（航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，湖南 長沙 410100）

某化工廠歷史遺留鎘污染渣土穩(wěn)定化固化處理工程應(yīng)用試驗(yàn)研究

邵 樂，史學(xué)峰，李昌武，韓 鳳，田寶虎

（航天凱天環(huán)保科技股份有限公司，湖南 長沙 410100）

采用穩(wěn)定化固化＋安全填埋的方案處置某化工廠歷史遺留鎘污染渣土，進(jìn)行了穩(wěn)定化固化實(shí)驗(yàn)室小試及現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥、螯合劑與pH調(diào)節(jié)劑組成的藥劑組合能大大降低該渣土鎘的浸出，且pH和鎘的浸出值均能滿足《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598－2001）中允許進(jìn)入填埋場(chǎng)的要求，其最佳添加量分別為3%、0.5%及1%。穩(wěn)定化固化過程控制最佳工藝參數(shù)為：含水率40%；養(yǎng)護(hù)時(shí)間3 d。

鎘污染渣土；穩(wěn)定化固化；藥劑組合

某化工廠33年以來采用了多種方法冶煉磷石膏、硫酸錳、硫酸鋅，由于生產(chǎn)設(shè)施簡陋，工藝落后，環(huán)保意識(shí)缺失，雖然現(xiàn)在已經(jīng)全面停止生產(chǎn)，但企業(yè)歷年生產(chǎn)的廢渣只有少量外運(yùn)，大部分沿湘江邊堆填，未進(jìn)行任何防滲處理，無截、排水溝，每年雨季，廢渣就會(huì)被雨水侵入，直接沖進(jìn)湘江河道，對(duì)項(xiàng)目地河段及下游河段造成嚴(yán)重的重金屬污染。考慮到該項(xiàng)目渣土量大、鎘含量高，且安全土地填埋成本相對(duì)較低，工藝較成熟，因此選擇安全填埋法安全處置歷史遺留鎘渣及污染土壤。

該項(xiàng)目擬對(duì)含鎘渣土混合物進(jìn)行穩(wěn)定化固化預(yù)處理，使其達(dá)到進(jìn)入填埋場(chǎng)的入場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)后送往附近危廢填埋場(chǎng)安全填埋。穩(wěn)定化固化技術(shù)是通過物理和化學(xué)作用來固定土壤中污染物的技術(shù)組合。穩(wěn)定化和固化試劑能與土壤中的重金屬污染物發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力弱、毒性更小的形態(tài)［1］。

目前，常用的固化劑有水泥、石灰、瀝青以及酚醛塑料等有機(jī)物聚合物［2］。其中，水泥是最常用的固化劑，其固化原理是堿性的水泥在水化過程中能通過吸附、沉降、離子交換、鈍化等多種方式與重金屬發(fā)生反應(yīng)，最終使得重金屬以穩(wěn)定的氫氧化物或絡(luò)合物的形式停留在水泥水化膠體表面，進(jìn)而抑制重金屬的滲濾［3，4］。水泥固化法已被廣泛用于電鍍污泥、鉻渣、砷渣、汞渣、鎘渣等重金屬廢物的固化處理，同時(shí)根據(jù)國內(nèi)大量的研究結(jié)果［5，6］以及國內(nèi)幾個(gè)已開始運(yùn)行的危險(xiǎn)廢物填場(chǎng)工程的經(jīng)驗(yàn)表明：用水泥固化成本低，固化效果好，易于操作，適合我國的國情。

常用的鎘的穩(wěn)定化添加劑有硫化物、磷酸鹽、氫氧化物、鐵鹽、鋁鹽、堿性材料（石灰、粉煤灰、赤泥、電石渣等）、粘土礦物（蒙脫石、高嶺土、人工沸石、白云石等）等［7～10］。同時(shí)在處理過程中還需要添加pH調(diào)節(jié)劑，使得穩(wěn)定化固化處理后的渣土混合物pH滿足填埋場(chǎng)入場(chǎng)要求［7～12］。

1 試驗(yàn)材料

1.1 供試渣土樣

小試渣土樣取自污染場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查時(shí)鉆孔所取的樣，具體布點(diǎn)參照《場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》（HJ25.1－2014）及《場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ25.2－2014），選取污染濃度最高的幾個(gè)點(diǎn)樣混合均勻，風(fēng)干后碾磨過20目篩，備用。

采用《固體廢物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》（HJ／T299－2007）［11］對(duì)該渣土樣進(jìn)行浸出，其浸出液中鎘的濃度為8.71 mg／L，鋅、鉛、砷、鉻、六價(jià)鉻、汞等污染因子濃度均較低，只有鎘超過《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB5085.3－2007）中鎘的浸出濃度限值（1 mg／L）［12］，該渣土混合物是危險(xiǎn)廢物。

采用《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》（HJ557－2009）［13］對(duì)該渣土樣進(jìn)行浸出，其浸出液pH為6.55，鎘的濃度為3.36 mg／L，超過《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598－2001）中允許進(jìn)入填埋場(chǎng)的濃度限值（0.5 mg／l）［14］，鋅、鉛、砷、鉻、六價(jià)鉻、汞等污染因子濃度均較低，遠(yuǎn)低于危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)入場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，只需針對(duì)鎘進(jìn)行穩(wěn)定化固化處理，達(dá)到入場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)后入場(chǎng)填埋。

1.2 試驗(yàn)儀器與試劑

試驗(yàn)所用到的儀器與藥劑見表1。

表1 試驗(yàn)所用儀器與藥劑

2 穩(wěn)定化固化研究

2.1 穩(wěn)定化固化小試研究

2.1.1 試驗(yàn)方法

2.1.1.1 穩(wěn)定化固化藥劑篩選及添加比例確定試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取500 g處理好的渣土混合樣于塑料盆中，分別加入表2中10組不同比例的藥劑，以考察不同穩(wěn)定化固化藥劑及其配比穩(wěn)定化處理效果，水泥＋螯合劑＋pH調(diào)節(jié)劑混合藥劑不是一起加入，先加入水泥，混合均勻后再加入螯合劑，最后加入pH調(diào)節(jié)劑；加適量蒸餾水，加入量以保證渣土全部潤濕且無積水為準(zhǔn)；攪拌均勻，反應(yīng)養(yǎng)護(hù)3 d后取樣送檢。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表2。

表2 穩(wěn)定化固化小試藥劑及添加比例

2.1.1.2 穩(wěn)定化固化工藝參數(shù)對(duì)穩(wěn)定化效果的影響試驗(yàn)方法

含水率的影響：準(zhǔn)確稱取500 g處理好的渣土混合樣于塑料盆中，加入3%水泥混合均勻，然后加入0.5%螯合劑混合均勻，最后加入1%pH調(diào)節(jié)劑混合均勻，分別加入不同量的蒸餾水，控制含水率為30%、40%、50%，攪拌均勻，養(yǎng)護(hù)3 d后取樣送檢。

養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響：準(zhǔn)確稱取500 g處理好的渣土混合樣于塑料盆中，加入3%水泥混合均勻，然后加入0.5%螯合劑混合均勻，最后加入1%pH調(diào)節(jié)劑混合均勻，加入適量的蒸餾水，控制含水率為40%，攪拌均勻后分別養(yǎng)護(hù)1 d、3 d、5 d、7 d后取樣送檢。

2.1.2 結(jié)果與分析

2.1.2.1 穩(wěn)定化固化藥劑篩選及添加比例確定試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》（HJ557－2009）對(duì)表2中10個(gè)處理后的樣品進(jìn)行浸出，其檢測(cè)結(jié)果見表3。從表3中可以看出，通過穩(wěn)定化固化處理后，渣土中鎘的浸出濃度大大降低了，但只有處理8～10號(hào)樣品能滿足《危險(xiǎn)廢物安全填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598－2001）中填埋物進(jìn)場(chǎng)要求，但是處理8號(hào)樣浸出液pH較接近標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)容易出現(xiàn)超標(biāo)情況，考慮到工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件比實(shí)驗(yàn)室要復(fù)雜多變，且從效果上和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，擬選用3%的水泥＋0.5%的螯合劑＋1%pH調(diào)節(jié)劑作為本項(xiàng)目穩(wěn)定化固化現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施時(shí)的藥劑添加量。

表3 穩(wěn)定化固化藥劑篩選及添加比例確定小試試驗(yàn)結(jié)果

2.1.2.2 穩(wěn)定化固化工藝參數(shù)對(duì)穩(wěn)定化效果的影響試驗(yàn)結(jié)果與分析

含水率對(duì)穩(wěn)定化固化效果影響小試結(jié)果見表4。

表4 含水率對(duì)穩(wěn)定化固化效果影響小試結(jié)果

從表4中可以看出，所有含水率條件下，浸出液pH及鎘濃度均能滿足《危險(xiǎn)廢物安全填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598－2001）中填埋物進(jìn)場(chǎng)要求，但考慮到工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件比實(shí)驗(yàn)室要復(fù)雜多變，且從效果上和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，擬選擇40%的含水率為現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施時(shí)的控制條件。

養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)穩(wěn)定化固化效果影響小試結(jié)果見表5。

表5 養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)穩(wěn)定化固化效果影響小試結(jié)果

從表5中可以看出，所有養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下，浸出液pH及鎘濃度均能滿足《危險(xiǎn)廢物安全填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598－2001）中填埋物進(jìn)場(chǎng)要求，但從效果和工期上綜合考慮，擬選擇3 d做為現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施時(shí)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

2.2 穩(wěn)定化固化中試研究

2.2.1 試驗(yàn)方法與步驟

根據(jù)小試確定的最佳藥劑組合、添加比例及工藝參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)，以進(jìn)一步確保工程應(yīng)用效果，現(xiàn)場(chǎng)中試方法及步驟如下：

1.將開挖后的渣土置于0.5 mm HDPE膜上筑堆，每堆渣土70 t，0.5～1.0 m高，含水率20%左右，本次中試共筑堆6個(gè)。

2.在攤平的渣土上均勻鋪灑質(zhì)量比為3%的水泥，之后均勻攪拌并攤平。

3.在攤平的渣土上均勻?yàn)⑸腺|(zhì)量比為0.5%的螯合劑（配成水溶液加入），之后均勻攪拌并攤平。

4.在攤平的渣土上均勻鋪灑質(zhì)量比為1%的pH調(diào)節(jié)劑，之后均勻攪拌并攤平，0.5～1.0 m高。

5.灑水，并對(duì)渣土進(jìn)行均勻攪拌保證含水率在40%左右，然后將渣土用挖機(jī)攤平，0.5～1.0 m高。

6.對(duì)加藥完成后的渣土進(jìn)行覆蓋并養(yǎng)護(hù)3 d。

7.每個(gè)筑堆取一個(gè)樣，送檢，檢測(cè)指標(biāo)為pH及水浸Cd。

2.2.2 結(jié)果與分析

穩(wěn)定化固化送檢結(jié)果見表6。

表6 穩(wěn)定化固化檢測(cè)結(jié)果

在添加穩(wěn)定化藥劑的情況下，試驗(yàn)組樣品的浸出毒性都明顯降低。渣土樣品均滿足《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598－2001）對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)入填埋場(chǎng)的要求。

3 結(jié)論與建議

1.含鎘渣土經(jīng)過3%的水泥＋0.5%的螯合劑＋1%pH調(diào)節(jié)劑穩(wěn)定化固化預(yù)處理后，大大降低了鎘的浸出，其pH及鎘的浸出濃度均能滿足危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的入場(chǎng)要求，且處理藥劑成本僅50元／t，技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行。

2.通過小試摸索及中試驗(yàn)證，確定了穩(wěn)定化固化操作過程的最佳工藝參數(shù)為控制含水率40%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d。

3.由于穩(wěn)定化固化為異位穩(wěn)定化固化，涉及含重金屬渣土的開挖與運(yùn)輸以及與藥劑的攪拌，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)特別注意做好二次污染防治措施及施工人員防護(hù)措施。

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［12］GB5085.3－2007，危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別［S］.

［13］HJ557－2009，固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法［S］.

［14］GB18598－2001，危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)［S］.

App lication Research in Stabilization／Solidification for the Treatment of Cadm ium W aste Residue Left Over by History in A Chem ical Plant

SHAO Le，SHIXue-feng，LIChang-wu，HAN Feng，TIAN Bao-hu
（Aerospace Kaitian Environmetal Technology Co.，Ltd.，Changsha 410100，China）

The disposal scheme of＇stabilization／solidification＋safe landfill＇was used to dispose of cadmium waste residue left over by history in a chemical plant.The small-scale tests and pilot tests of stabilization／solidification were carried out，the result shows that the combination of cement，chelating agent and pH modifier can greatly reduce the leaching of cadmium from the cadmium waste residue，and the leaching value of pH and cadmium can meet the requirement of＂landfill for hazardouswaste landfill pollution control standard＂（GB18598－2001），and the optimum adding amount is 3%，0.5%and 1%respectively.The optimum technological parameters for stabilization／solidification are as follows：water content：40%；curing time：3 days.

cadmium waste residue；stabilization／solidification；agent combination

X758

A

1003－5540（2017）06－0064－04

邵 樂（1984－），女，工程師，主要從事重金屬污染治理項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作。

2017－10－15