高濃度含砷廢渣固化/穩定化實驗研究

尚江濤 吳文衛 張濤 牛學奎 周曼 畢廷濤

摘要：本文以水泥、粉煤灰為固化劑，氧化鈣、硫酸亞鐵為穩定劑，開展了高濃度含砷廢渣固化/穩定化實驗，探討了含砷廢渣摻量和養護時間對固化/穩定化實驗的影響。實驗結果表明：隨著養護時間的增長，固化體浸出液pH呈下降趨勢；當含砷廢渣含量在26%和29%時，養護時間對固化體砷浸出濃度影響不大；當含砷廢渣含量高于32%時，隨著養護時間的增長，固化體砷浸出濃度呈上升趨勢。

關鍵詞：含砷廢渣；固化/穩定化；浸出毒性

目前，石灰沉淀除砷法以其除砷效率高、成本低等特點在工業上被廣泛使用[1]，然而石灰沉淀除砷法實現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，且存在二次污染風險。

固化/穩定化技術是重金屬廢渣處理廣泛應用的的技術手段，其中水泥是最常用的固化劑，由于水泥水化產物呈堿性，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的專屬化學吸附作用[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、硫酸亞鐵為穩定劑，探討含砷廢渣摻量和養護時間對固化/穩定化實驗的影響。固化體的砷浸出毒性和浸出液pH值等指標被用來評價固化/穩定化的效果。

1 實驗原料和方法

1.1實驗原料

（1）含砷廢渣

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

（2）固化劑

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

（3）穩定劑

穩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實驗方法

（1）原料預處理。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砂漿試模中成型。

（5）養護和性能檢測。固化體灑水濕養，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）進行浸出毒性實驗。

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

2 實驗結果與分析

2.1 砷浸出濃度實驗研究

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，是因為含砷廢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《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB5085.3-2007）中的砷浸出濃度標準限值5.0，最低為0.24mg/L，最高為4.19mg/L。

2.2 浸出液pH值實驗研究

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《危險廢物鑒別標準 腐蝕性標準》（GB5085.1-2007）中的pH標準限值12.5。是因為實驗以水泥為固化劑，氧化鈣為穩定劑，水泥和氧化鈣都是堿性物質，是導致固化體浸出液pH偏高的主要原因。

2.3 養護時間實驗研究

（1）養護時間對浸出毒性的影響

圖3可以看出，隨著養護時間的增長，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護時間的增長而升高。是因為高摻量藥劑條件下，含砷廢渣中砷固化效果較好；而低摻量藥劑條件下，隨著養護時間的增長，含砷廢渣中砷的浸出濃度相應增加。E和F配比的固化體28天砷浸出濃度為5.19mg/L和6.83mg/L，高于標準限值。

（2）養護時間對pH的影響

圖4可以看出，養護時間對固化體浸出液pH值影響很大，隨著養護時間的增長，固化體浸出液pH值降低。是因為隨著養護時間的增長，水泥的水化反應逐漸完成，從而使固化體浸出液的pH逐漸減低。

3 結論

（1）利用水泥、粉煤灰為固化劑和石灰、硫酸亞鐵為穩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準限值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定，不會隨養護時間的增長而上升；含砷廢渣含量高于32%時，固化體砷浸出濃度會隨養護時間的增長而上升。因此，工程實踐中需考慮固化體浸出毒性隨時間增長而產生二次污染的問題。

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

參考文獻：

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