高濃度砷渣土穩定化/固化效果及其影響因素研究

文_肖勁光 劉喜 肖武 陳昊 張海靜 劉德華

1. 湖南中南水務環保科技有限公司 2. 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司

1 實驗部分

1.1 實驗材料與實驗方法

1.1.1 實驗材料

高濃度砷渣土來自湖南某廢棄銻礦冶煉廠，基本性質見表1。實 驗 采用的 藥 劑 有 FeSO4·7H2O、Na2S、TMT15、Fe(NO3)3·9H2O、FeCl2·4H2O、FeCl3·6H2O、Fe2（SO4)3、還原鐵粉、廢鐵屑、CaO，其中TMT15為自制藥劑，廢鐵屑取自武漢鋼鐵廠，其余均為分析純試劑。

表1 砷渣土基本性質

1.1.2 實驗方法

稱取100g顆粒均勻砷渣土于塑料瓶中，按照鐵砷摩爾比1.6：1、硫砷摩爾比2.4：1的用量向瓶中加入一定量的藥劑，充分攪拌均勻，再加入20mL蒸餾水攪勻，靜置養護2d。參照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007) 對穩定化前后的土壤進行浸出毒性分析；參照《危險廢物鑒別標準》(GB5085.3-2007)對浸出液中總砷濃度進行測定（表1）。

1.2 穩定化/固化效果評定

1.2.1 固化處理增強穩定化效果研究

分別稱取100g顆粒均勻的砷渣土于1號、2號塑料瓶中，1號加入最優的穩定化藥劑量和5g水泥，充分混合均勻，養護1d；2號加入最優的穩定化藥劑量，充分混合均勻，放置養護5h后，再加入5g水泥，混合均勻，養護1d。分別測定土壤pH和Eh，對處理后土壤進行浸出分析。

2 結果與分析

2.1 As穩定化藥劑篩選研究

從藥劑的穩定化效果可以得出，TMT15＞FeSO4·7H2O＞ Na2S＞ Fe(NO3)3·9H2O ＞ Fe2(SO4)3＞ FeCl3·6H2O ＞FeCl2·4H2O＞廢鐵屑＞還原鐵粉＞CaO。其中前三種藥劑對砷渣土的穩定化效果明顯優于其他幾種藥劑，均能使As浸出濃度降低到10mg/L以下，穩定化率高于99%。但由于硫酸亞鐵與砷作用生成的砷酸鐵或砷酸亞鐵沉淀在酸性條件下更難浸出，因此后續的處理需調節pH，選用硫酸作為砷渣土修復的輔助藥劑。

2.2 影響因素研究

2.2.1 穩定化藥劑用量的影響

以最優穩定化藥劑硫酸亞鐵用量為10%、20%、30%、40%、50%，輔助藥劑硫酸用量4mL/100g土，水土比2：10，養護時間為2d，藥劑投加方式為FeSO4固體-H2SO4水溶液為工藝條件，探討不同硫酸亞鐵用量對As穩定化效果的影響。考慮穩定化效果和經濟成本，選擇硫酸亞鐵最優用量為30%。

2.2.2 輔助藥劑用量的影響

選定硫酸亞鐵用量為30%、水土比2：10，養護時間為2d，藥劑投加方式為FeSO4固體-H2SO4水溶液的基礎上，對硫酸用量進行了優化。綜合考慮到土壤樣品常存在取樣均勻性等不可控問題，因此為確保達標，硫酸用量選擇4mL/100g土。

2.2.3 水土比的影響

在硫酸用量4mL/100g土，硫酸亞鐵用量30%，養護時間為2d，藥劑投加方式為FeSO4固體-H2SO4水溶液時，研究了水土比分別為 1：10，1.5：10，2：10，2.5：10，3：10 對 As穩定化效果的影響。考慮到穩定化效果及實際修復成本，以采用 2：10的水土比進行實際土壤的修復。

2.2.4 藥劑投加方式的影響

不同的藥劑投加方式可能會改變化學反應的先后順序，對實驗結果產生一定的影響。在確定硫酸用量4mL/100g土，硫酸亞鐵用量30%，水土比為2：10，養護時間為2d時，研究了五種藥劑投加方式對As浸出濃度的影響。每次加入一種藥劑后均需攪拌均勻。實驗結果如圖1所示。

圖 1 藥劑投加方式對As穩定化的影響

從結果可以看出，先加入硫酸亞鐵固體，后加濃硫酸，再加水的順序作為最優的藥劑投加方式。

2.2.5 養護時間的影響

按照硫酸用量4mL/100g土、硫酸亞鐵用量30%、水土比2：10和藥劑投加方式為先加硫酸亞鐵固體，后加硫酸，再加水來處理土壤，分別在養護時間為1d、3d、5d和7d對土壤中As的浸出濃度進行測定。選擇養護時間為1d作為最佳工藝參數。

2.4 固化處理增強穩定化效果

水泥固化劑常用于重金屬的穩定化/固化技術。因此，考察了水泥搭配硫酸亞鐵-硫酸藥劑體系使用的可行性。實驗通過兩種方式添加水泥：①首先將水泥粉末、硫酸亞鐵顆粒、砷渣土通過固固混合的方式混勻，然后加入硫酸和水；②首先將硫酸亞鐵顆粒、砷渣土通過固固混合的方式混勻，然后加入硫酸和水，使原有體系反應5h后，再添加水泥，混合均勻。實驗結果(表2)表明：對于砷渣土的穩定化，水泥不宜與硫酸亞鐵-硫酸藥劑體系搭配使用。

表2 水泥固化劑對As穩定化的影響

3 結論

（1）采用以下7種藥劑：硫酸亞鐵、硫酸鐵、氯化亞鐵、氯化鐵、廢鐵屑5種鐵系物，硫化鈉和氧化鈣對高濃度砷渣土進行穩定化藥劑篩選，最終確定穩定化藥劑為硫酸亞鐵，輔助藥劑為硫酸。

（2）對工藝參數進行了優化，最佳工藝參數分別為：硫酸用量4mL/100g土、硫酸亞鐵用量30%、水土比2：10、藥劑投加方式為先加硫酸亞鐵固體后加濃硫酸再加水、養護時間1d，處理后土壤能夠達到《危險廢物填埋污染控制標準》的要求。

（3）水泥作為固化劑不僅不能增強穩定化效果，反而會使砷浸出濃度達不到修復目標，因此不建議水泥與硫酸亞鐵-硫酸搭配使用。