重金屬危廢的固化處置工藝

傅垣洪

(1.山西大地環(huán)境投資控股有限公司，山西 太原 030001；2.山西大地民基生態(tài)環(huán)境股份有限公司，山西 太原 030001)

引 言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，重工業(yè)的崛起，使得重金屬在環(huán)境中大量累積，工業(yè)污染隨之增長。同時，隨著利潤的誘惑，私自排放經(jīng)常出現(xiàn)，污染形式嚴峻，治理勢在必行。“十三五”規(guī)劃中，重金屬污染的治理已成為我國現(xiàn)階段環(huán)保工作的重點，于此同時，重金屬固化處置工藝成為最有力的環(huán)境保障。重金屬穩(wěn)定/固化技術中能同時滿足處置量大、成本廉價、固化效果良好、穩(wěn)定效果良好、適應物料各種種類的就只有水泥固化處置工藝，因此，水泥固化重金屬危廢處置工藝已在全國廣泛應用。

1 重金屬

1.1 重金屬定義

重金屬是指密度大于5 g/cm3的金屬(一般來講密度大于4.5 g/cm3的金屬)。

1.2 重金屬種類

在自然界存在的多種有色金屬，人們按照性質(zhì)、用途、分布及儲量的不同，將其分為重金屬、輕金屬、貴金屬和稀有金屬四類。在工業(yè)上劃入重金屬的基本是在元素周期表上比較靠后的、原子序數(shù)在23以上的、相對原子質(zhì)量比較高、密度大于4.5 g/cm3的金屬，如，銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉍(Bi)、汞(Hg)和鎘(Cd)等元素。

1.3 重金屬對人體的危害

重金屬對人體的傷害極大，通過飲用水、皮膚接觸、食物鏈的途徑，都會對人體健康造成影響。常見的有，汞會迅速被人體吸收，沉積在肝臟，對大腦、神經(jīng)系統(tǒng)破壞極大；鉛一旦進入人體將很難排除，直接傷害人的腦細胞，造成嬰幼兒智力低下；鉈會使人患上多發(fā)性神經(jīng)炎；鎘會以離子形式沉積在骨骼中，阻止鈣離子吸收，導致骨質(zhì)疏松癥；砷是砒霜的組分之一，可致癌、中毒。重金屬中任何一種都能引起人神經(jīng)系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)的紊亂，導致慢性中毒，從而誘發(fā)各種疾病。

2 重金屬污染的現(xiàn)狀

重金屬污染主要分為人為污染和工業(yè)污染。隨著重工業(yè)的發(fā)展，經(jīng)濟的騰飛，工業(yè)污染液產(chǎn)生量隨之加大，重工業(yè)產(chǎn)生的重金屬廢液、重金屬污泥隨之增長。由于以前環(huán)保力度不到位，企業(yè)為了利潤，私自排放，造成大量的水土污染，致使污染面積、規(guī)模翻倍[1]。目前，我國水體的重金屬污染十分嚴重，全國城市地下水、江河流域、近岸海域海水重金屬超標污染程度嚴重。調(diào)查和研究較多的是鎘。我國的鎘污染比較普遍，涉及11個省市；我國土壤[2]含鋅為3 mg/kg～709 mg/kg，平均值為100 mg/kg而受污染后的土壤中鎘、鋅含量成倍增高。重金屬污染形勢嚴峻，引發(fā)環(huán)境問題的后果也十分嚴重，因此，安全處置重金屬污染問題，對重金屬污染物的治理勢在必行。

3 固化處置工藝

3.1 水泥固化法

常見的水泥是一種凝結快的水硬性膠凝材料，以其快硬、抗?jié)B透性較強的特性廣泛應用于各種建筑行業(yè)，同時水泥也可作為我國危險廢物無害化、穩(wěn)定化處理方法的一種重要原料。水泥固化法就是利用了水泥的水化反應生成堅硬穩(wěn)定的水泥固化體，來降低危險廢物中重金屬成分浸出。高波等[3]研究發(fā)現(xiàn)，先進行藥劑與廢物攪拌，攪拌均勻后再與水泥進行攪拌，最后再逐漸加水進行攪拌，攪拌時間控制在0.5 min～2 min為宜，效果最佳。水泥價格低廉，是一種經(jīng)濟的固化方式。

3.2 塑料固化法

塑料固化法是將塑料作為凝結劑[4]，將含有重金屬污泥中固態(tài)物作為塑料的填料，加入適量的催化劑混合攪拌，使其共聚合的固化方法。其產(chǎn)生的固化體還可以作為一般建筑材料等加以利用。塑料固化技術按所用塑料種類不同可分為熱塑性塑料固化和熱固性塑料固化兩類。這種方法可以在常溫下操作，但是塑料耐老化性能較差，后期維護監(jiān)管力度要加強。

3.3 水玻璃固化法

水玻璃即硅酸鈉的水溶液，是一種無機黏合劑(Na2O·nSiO2)，由于它黏結力強、強度高、耐酸性好被廣泛應用于涂刷材料表面、制作速凝防水劑和硅膠等。而水玻璃固化是以水玻璃為固化劑，無機酸類作為輔助劑，進行中和與縮合脫水反應后，形成凝膠體，將有害廢物包裹在內(nèi)，逐步形成水玻璃固化體。水玻璃固化法工藝簡單，重金屬浸出率低，堿性強。

3.4 瀝青固化法

瀝青有良好的黏結性、化學穩(wěn)定性、彈性、塑性和輻射穩(wěn)定性，它與危險廢物通過加熱法或乳化法充分混合攪拌，經(jīng)皂化反應使有害物質(zhì)包裹在瀝青中固化。經(jīng)瀝青固化處理所生成的固化體空隙小、致密度高、抗浸出性強，現(xiàn)多用于固化放射性廢物的處理。

4 重金屬危險廢棄物固化工藝的選擇

重金屬危險廢物成份不一，具有有機物、無機物，所以不能選擇瀝青固化法與塑料固化法，因為重金屬危險廢棄物中含有的有機物會與瀝青和塑料發(fā)生反應，使其性質(zhì)改變，導致固化效果不佳；由于重金屬危險廢棄物酸堿性不一，具有酸性、堿性、中性，而且危險廢棄物填埋場污染控制標準中要求進入填埋廠物料的浸出液pH值為7～12，為弱堿性，然而水玻璃固化法因水玻璃不能在堿性環(huán)境中使用，所以，水玻璃固化法不適用于重金屬危險廢棄物的處理；而水泥固化法適用不同的酸堿性，并且水泥價格低廉，設備簡單，固化體強度高、長期穩(wěn)定性好，不同種類的重金屬廢物可選擇不同成分的水泥和螯合劑進行絡合作用，以達到最理想的處理方法。

5 水泥固化工藝

5.1 工藝流程

將需要固化處理的含重金屬廢料及其固化劑、藥劑采樣后送實驗室進行實驗分析，有害廢物性質(zhì)采用穩(wěn)定化實驗和浸出實驗進行測試，以確定最佳固化劑、穩(wěn)定劑、水的配比方案。將物料送至攪拌機斗式貯留槽上料系統(tǒng)，經(jīng)計量后，將其卸入攪拌機內(nèi)，同時將其計量信息輸送至控制室。水泥、粉煤灰藥劑和水等物料按照實驗所得比例通過各自的輸送系統(tǒng)送入。集中控制室按照輸入攪拌機的廢物種類、質(zhì)量和實驗室穩(wěn)定化試驗初步確定的固化劑、穩(wěn)定劑配比，分別向水泥、清水、穩(wěn)定劑溶液計量設備發(fā)送計量指令，向攪拌機加入固化劑和穩(wěn)定劑。作業(yè)順序為先加穩(wěn)定劑，后加固化劑，之后加水，將進入攪拌機的廢物、固化劑、穩(wěn)定劑和水充分攪拌混合。攪拌均勻后，開閘卸料，卸料口卸入自卸翻斗車運至固化體養(yǎng)護區(qū)養(yǎng)護，并取樣進行浸出毒性檢測。經(jīng)浸出毒性檢測后，滿足《危險廢物填埋場污染控制標準》中填埋物入場要求的固化體，經(jīng)3 d養(yǎng)護后壓實填埋。不合格品由養(yǎng)護廠房返回預處理間經(jīng)破碎后重新固化處理。具體工藝流程由圖1。

圖1 工藝流程圖

5.2 工藝參數(shù)

物料水泥比例：100∶10～20(質(zhì)量比)；物料水分控制：70%～80%；螯合劑比例：100∶1～5(質(zhì)量比)；養(yǎng)護室溫度：20 ℃～25 ℃；養(yǎng)護室水分：60%～80%。

危險廢物填埋場污染控制標準見第194頁表1。

表1 危險廢物填埋場污染控制標準

6 實例分析

山西省某固體廢物處置中心固化車間使用水泥固化工藝，處置高含量金屬污泥、廢液效果顯著，重金屬污染物穩(wěn)定/固化效果達到99.9%，浸出液達到《危險廢物填埋場污染控制標準》。其他處理案例如表2所示。

7 結語

重金屬危險廢物水泥固化法處理效果穩(wěn)定、處理過程簡單、處理費用低廉，并且，工藝設備及技術具有的安全性、經(jīng)濟性強，適用范圍具有廣泛性、成熟性，而且，水泥固化和藥劑穩(wěn)定化相結合對高含量重金屬危廢有良好的固化穩(wěn)定效果，處置結果完全符合《危險廢物填埋場污染控制標準》，物料重金屬浸出液去除率達到99.99%。

表2 水泥固化工藝處理金屬污泥、廢液案例