高濃度含砷廢渣固化/穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)研究

尚江濤 吳文衛(wèi) 張濤 牛學(xué)奎 周曼 畢廷濤

摘要：本文以水泥、粉煤灰為固化劑，氧化鈣、硫酸亞鐵為穩(wěn)定劑，開展了高濃度含砷廢渣固化/穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)，探討了含砷廢渣摻量和養(yǎng)護(hù)時間對固化/穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著養(yǎng)護(hù)時間的增長，固化體浸出液pH呈下降趨勢；當(dāng)含砷廢渣含量在26%和29%時，養(yǎng)護(hù)時間對固化體砷浸出濃度影響不大；當(dāng)含砷廢渣含量高于32%時，隨著養(yǎng)護(hù)時間的增長，固化體砷浸出濃度呈上升趨勢。

關(guān)鍵詞：含砷廢渣；固化/穩(wěn)定化；浸出毒性

目前，石灰沉淀除砷法以其除砷效率高、成本低等特點(diǎn)在工業(yè)上被廣泛使用[1]，然而石灰沉淀除砷法實(shí)現(xiàn)含砷廢水有效處理的同時也帶來了大量的固體廢物含砷廢渣[2]。目前，云南某地年生產(chǎn)過程積存的含砷廢渣總量約4萬t，處置困難，且存在二次污染風(fēng)險。

固化/穩(wěn)定化技術(shù)是重金屬廢渣處理廣泛應(yīng)用的的技術(shù)手段，其中水泥是最常用的固化劑，由于水泥水化產(chǎn)物呈堿性，因此，重金屬離子可以形成難溶性的金屬氧化物、氫氧化物，被吸附在帶電的鈣長石、莫來石等表面或沉淀在-O-Si-O-Si-和-O-Al-O-Si-連接成的膠凝基體中[3]；為有效降低重金屬的浸出性和生物有效性，石灰[4][5]和亞鐵鹽[6][7]是常用的重金屬穩(wěn)定劑，研究表明重金屬離子在硫酸鐵氧化物表面的吸附率隨pH值的升高而增大，硫酸鐵氧化物對重金屬具有較強(qiáng)的專屬化學(xué)吸附作用[8]；而氧化鈣具有較高的酸中和能力，可以提高重金屬的穩(wěn)定化效果[9]。

本文以水泥、粉煤灰為固化劑，氧化鈣、硫酸亞鐵為穩(wěn)定劑，探討含砷廢渣摻量和養(yǎng)護(hù)時間對固化/穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)的影響。固化體的砷浸出毒性和浸出液pH值等指標(biāo)被用來評價固化/穩(wěn)定化的效果。

1 實(shí)驗(yàn)原料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料

（1）含砷廢渣

含砷a廢渣取自云南某硫酸廠。通過化學(xué)多元素分析，As元素的含量高大19.92%；通過浸出毒性實(shí)驗(yàn)，其As浸出液濃度為327mg/L，超過《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007）中的標(biāo)準(zhǔn)限值5.0。其多元素分析結(jié)果見表1，浸出毒性結(jié)果見表2。

（2）固化劑

固化劑為水泥和粉煤灰。水泥選用復(fù)合硅酸鹽水泥（32.5）；粉煤灰為電廠一級粉煤灰。

（3）穩(wěn)定劑

穩(wěn)定劑為石灰和硫酸亞鐵。石灰為分析純；硫酸亞鐵為分析純。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

（1）原料預(yù)處理。含砷廢渣烘干破碎后過100目篩，硫酸亞鐵完全溶于水后待用；

（2）原料配比。含砷廢渣/（含砷廢渣+藥劑）質(zhì)量比為26%、29%、32%、36%、40%、44%（A、B、C、D、E、F）。

（3）混料攪拌。將過篩后的含砷廢渣、固化劑和穩(wěn)定劑按照不同配比混料、攪拌，加入硫酸亞鐵溶劑后拌合均勻；

（4）入模成型。將拌合均勻的漿料入三聯(lián)砂漿試模中成型。

（5）養(yǎng)護(hù)和性能檢測。固化體灑水濕養(yǎng)，分別測試7d、14d和28天的固化體浸出液pH值和As浸出濃度。

1.3浸出毒性

固化體砷浸出濃度檢測方法按照《固體廢棄物浸出毒性浸方法 硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）進(jìn)行浸出毒性實(shí)驗(yàn)。

浸出液的pH值的檢測方法按照《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 腐蝕性鑒別》（GB 5085.1-2007）中pH的測定方法。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 砷浸出濃度實(shí)驗(yàn)研究

由圖1可以看出，固化體砷浸出濃度隨著含砷廢渣含量的增加而增加，是因?yàn)楹閺U渣初始砷浸出濃度很高，較高的藥劑投加量才能有效降低含砷廢渣中砷的浸出濃度[10]，但砷浸出濃度都低于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007）中的砷浸出濃度標(biāo)準(zhǔn)限值5.0，最低為0.24mg/L，最高為4.19mg/L。

2.2 浸出液pH值實(shí)驗(yàn)研究

圖2可以看出，固化體浸出液pH值隨著含砷廢渣含量的增加而呈降低，但A、B、C、D、E配比固化體浸出液pH在12.5左右；僅F配比的固化體浸出液pH為12.35，低于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)》（GB5085.1-2007）中的pH標(biāo)準(zhǔn)限值12.5。是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)以水泥為固化劑，氧化鈣為穩(wěn)定劑，水泥和氧化鈣都是堿性物質(zhì)，是導(dǎo)致固化體浸出液pH偏高的主要原因。

2.3 養(yǎng)護(hù)時間實(shí)驗(yàn)研究

（1）養(yǎng)護(hù)時間對浸出毒性的影響

圖3可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時間的增長，固化體砷浸出濃度呈上升的趨勢。A、B配比的固化體砷浸出濃度基本不變；而C、D、E和F配比的固化體砷浸出濃度隨著養(yǎng)護(hù)時間的增長而升高。是因?yàn)楦邠搅克巹l件下，含砷廢渣中砷固化效果較好；而低摻量藥劑條件下，隨著養(yǎng)護(hù)時間的增長，含砷廢渣中砷的浸出濃度相應(yīng)增加。E和F配比的固化體28天砷浸出濃度為5.19mg/L和6.83mg/L，高于標(biāo)準(zhǔn)限值。

（2）養(yǎng)護(hù)時間對pH的影響

圖4可以看出，養(yǎng)護(hù)時間對固化體浸出液pH值影響很大，隨著養(yǎng)護(hù)時間的增長，固化體浸出液pH值降低。是因?yàn)殡S著養(yǎng)護(hù)時間的增長，水泥的水化反應(yīng)逐漸完成，從而使固化體浸出液的pH逐漸減低。

3 結(jié)論

（1）利用水泥、粉煤灰為固化劑和石灰、硫酸亞鐵為穩(wěn)定劑的藥劑在較高投加量的條件下能夠有效處理高濃度含砷廢渣，其固化體砷浸出濃度低于砷浸出濃度標(biāo)準(zhǔn)限值5.0，為高濃度含砷廢渣的安全無害化處理處置提供了一種行之有效的方法。

（2）含砷廢渣含量在26%和29%時，固化體砷浸出濃度基本穩(wěn)定，不會隨養(yǎng)護(hù)時間的增長而上升；含砷廢渣含量高于32%時，固化體砷浸出濃度會隨養(yǎng)護(hù)時間的增長而上升。因此，工程實(shí)踐中需考慮固化體浸出毒性隨時間增長而產(chǎn)生二次污染的問題。

（3）固化體浸出液pH值隨養(yǎng)護(hù)時間的增長而降低，28d以后浸出液pH完全滿足《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)》（GB5085.1-2007）中的標(biāo)準(zhǔn)限值。

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