一種新型固化技術(shù)處理重金屬?gòu)U渣的工程應(yīng)用

劉艷 劉朝輝 李慧 歐陽(yáng)賽 黃華軍

摘要

介紹了一種新型固化技術(shù)處理重金屬?gòu)U渣的工程概況，包括工程規(guī)模、污染狀況、廢渣性質(zhì)，從重金屬?gòu)U渣固化處理程序、組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置的構(gòu)成與優(yōu)點(diǎn)、新型固化劑3個(gè)方面，提出了工程應(yīng)用情況。結(jié)果表明，

該工程研發(fā)了一套適應(yīng)性強(qiáng)的組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置以及一種固化效果好、成本低的XD固化劑，通過(guò)合理控制固化劑投加量、工藝參數(shù)及養(yǎng)護(hù)條件等影響因素，取得了良好的處理效果，可為類(lèi)似的廢渣處理提供理論依據(jù)與經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞重金屬?gòu)U渣；新型固化技術(shù)；組合式廢渣處理裝置；XD固化劑

中圖分類(lèi)號(hào)X75文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）08-0050-03

Application of a New Curing Technology for Treatment on Heavy Metal Waste

LIU Yan1，LIU Zhaohui1，LI Hui1，2 et al（1.Modern Environmental Technology Co.， Ltd.， Changsha， Hunan 410000；2.College of Resources and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128）

AbstractThe general situation of a new solidification technology for treatment of heavy metal waste residue was introduced including project size， pollution，slag property，the engineering application was put forward from three aspects of heavy metal waste curing process，components and advantages of combined heavy metal waste solidification processing device， new curing agent. The results showed that this project has developed a set of modular heavy metal residue solidification treatment device with better applicability and a kind of high efficiency， low cost curing agent. The effect typically achieved by reasonable control of curing agent dosage， process parameters， curing conditions and other factors. Also， the project can provide theoretical experience to other similar treatments.

Key wordsHeavy metal waste；New curing technology；Combined waste treatment plant；XDcuring agent

隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，有色金屬的需求量不斷增加，重金屬?gòu)U渣的產(chǎn)生量也逐年遞增，成為主要的環(huán)境隱患之一。重金屬?gòu)U渣不妥善處理，將占用大量土地，破壞地貌景觀，甚至隨著雨水的遷移對(duì)周邊土壤、地表水、地下水、農(nóng)作物及人體健康產(chǎn)生影響。采用穩(wěn)定劑、固化劑對(duì)重金屬?gòu)U渣進(jìn)行穩(wěn)定化固化處理，降低其對(duì)環(huán)境的危害，是重金屬?gòu)U渣的主要處理方法之一[1]。傳統(tǒng)采用的固化穩(wěn)定化技術(shù)主要包括水泥、石灰固化穩(wěn)定化技術(shù)，但這些方法增容比大、固化體穩(wěn)定性和強(qiáng)度存在問(wèn)題[2-3]。此外，礦區(qū)的礦產(chǎn)資源種類(lèi)繁多，廢渣的性質(zhì)特點(diǎn)各不相同，不同廢渣的穩(wěn)定化固化過(guò)程原理和形態(tài)差別很大，采用同一套裝置經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)加藥裝置不匹配、運(yùn)行不暢等問(wèn)題。同時(shí)，歷史遺留廢渣和新鮮廢渣不同，歷史遺留的重金屬?gòu)U渣含有大量雜草、塊石、樹(shù)根等，容易造成機(jī)器磨損甚至堵塞，而且經(jīng)常需要人工輔助。在這種情況下，無(wú)論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上考慮，適應(yīng)性強(qiáng)的組合式重金屬?gòu)U渣穩(wěn)定化固化系統(tǒng)以及尋求增容比小、固化效果穩(wěn)定且浸出毒性低的新型固化劑成為研究熱點(diǎn)。該工程采用自主研發(fā)的新型固化技術(shù)——新型固化劑及組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置來(lái)處理歷史遺留的不同類(lèi)型重金屬?gòu)U渣，通過(guò)合理控制固化劑投加量、工藝參數(shù)及養(yǎng)護(hù)條件等各項(xiàng)影響因素，解決了目前重金屬?gòu)U渣處理存在的固化效果不穩(wěn)

定、處理對(duì)象單一、易堵塞、檢修頻繁、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，提供了一種適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低、處理效率高的新型固化技術(shù)。筆者研究了該新型固化技術(shù)處理重金屬?gòu)U渣的工程應(yīng)用，以期為類(lèi)似廢渣處理提供理論依據(jù)。

1工程概況

1.1工程規(guī)模

該工程包括庫(kù)容為40萬(wàn)m3的危險(xiǎn)固體廢物安全填埋場(chǎng)；日處理能力為400 t/d的危險(xiǎn)固體廢物固化車(chē)間；日處理能力為65 t/d的填埋場(chǎng)重金屬滲濾液處理廠。

1.2污染狀況

湖南水口山地區(qū)是湖南有色金屬采、選、冶重點(diǎn)區(qū)域，歷史遺留堆存含砷廢渣和石灰渣約40萬(wàn)t，主要污染因子為鉛、砷、鎘，屬典型的危險(xiǎn)固體廢物。由于長(zhǎng)期無(wú)序堆放，經(jīng)降水與地表水淋濾后產(chǎn)生的滲濾液對(duì)周邊地區(qū)造成了嚴(yán)重的重金屬污染，部分土地已失去耕作功能，溪水水質(zhì)重金屬鉛、鎘、砷超標(biāo)嚴(yán)重。為從源頭解決歷史遺留重金屬?gòu)U渣對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，該研究對(duì)含砷廢渣和石灰渣進(jìn)行固化預(yù)處理后，使重金屬?gòu)U渣各污染因子浸出毒性滿足《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598—2001）[4]中入場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)后安全填埋。

1.3廢渣性質(zhì)

工程所用廢渣取自湖南某地區(qū)歷史遺留重金屬?gòu)U渣堆放區(qū)。分別在含砷廢渣堆放區(qū)和石灰渣堆放區(qū)采集多個(gè)樣品，將大塊破碎后過(guò)2 mm篩，加蓋封存。含砷廢渣和石灰渣的浸出毒性分析見(jiàn)表1。

2工程應(yīng)用

2.1重金屬?gòu)U渣固化處理程序該工程采用的新型固化技術(shù)是重金屬?gòu)U渣通過(guò)車(chē)輛由原料堆場(chǎng)送到固化處理車(chē)間，處理時(shí)先將組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置各個(gè)機(jī)械設(shè)備開(kāi)啟空轉(zhuǎn)，由裝載機(jī)上料到進(jìn)料斗，物料首先經(jīng)格柵去除大尺寸雜物（如大尺寸的石塊、水泥塊等）后，篩下物料由皮帶輸送機(jī)輸送至滾筒篩分機(jī)進(jìn)行二次篩分，以滿足攪拌設(shè)備對(duì)進(jìn)料粒徑的要求，確保攪拌機(jī)運(yùn)行順暢；同時(shí)，石塊、樹(shù)枝、編織袋等雜物及不符合粒徑要求的廢渣經(jīng)篩分后自動(dòng)分離，以上雜物收集后與廢渣一并填埋處置（處理程序中的篩分單元）。篩下重金屬?gòu)U渣經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至配料機(jī)進(jìn)行配料和計(jì)量，計(jì)量后的重金屬?gòu)U渣由皮帶機(jī)輸送至攪拌機(jī)，同時(shí)，依據(jù)配比，XD固化劑也加入到攪拌機(jī)中混合攪拌，按照設(shè)定時(shí)間攪拌均勻后，攪拌機(jī)開(kāi)閘卸料，斗車(chē)接受卸料，卸料至額定裝載量后，運(yùn)輸至填埋庫(kù)區(qū)養(yǎng)護(hù)，下一輛斗車(chē)就位接料。重金屬?gòu)U渣固化處理程序如圖1所示。

2.2組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置的構(gòu)成與優(yōu)點(diǎn)

2.2.1構(gòu)成。

組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置是由篩分單元、配料單元、輸送單元、物料投加單元和物料攪拌單元、控制單元及除塵單元組成。重金屬?gòu)U渣由密閉運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至臨時(shí)堆存區(qū)，臨時(shí)堆存的廢渣經(jīng)裝載機(jī)投入帶格柵篩分的物料倉(cāng)，篩下物料經(jīng)皮帶輸送機(jī)送至篩分單元，篩分粒徑50 mm以下的廢渣進(jìn)入配料機(jī)，經(jīng)稱(chēng)重計(jì)量后由皮帶機(jī)送至攪拌機(jī)，同時(shí)XD固化劑經(jīng)計(jì)量后輸送至攪拌機(jī)混合，并添加一定比例的調(diào)配水，物料混合攪拌均勻后開(kāi)閘卸料，混合物由自卸運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至填埋庫(kù)區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)和填埋。①

篩分單元。由進(jìn)料格柵與滾筒篩分機(jī)組成，篩分流程見(jiàn)“2.1”。

②配料單元。采用雙斗配料機(jī)，含2個(gè)獨(dú)立的計(jì)量單元，互為備用，用于廢渣的計(jì)量配料。廢渣的投加量根據(jù)設(shè)定的配比采用自動(dòng)和手動(dòng)2種模式投加，固化劑則由螺旋輸送機(jī)及相應(yīng)的計(jì)量斗實(shí)現(xiàn)計(jì)量和投加。上述物料投加比例可以重新設(shè)定。

③物料投加單元。包括進(jìn)料斗和連接篩分單元的皮帶輸送機(jī)。篩分單元由皮帶輸送機(jī)與配料單元的廢渣配料斗連接，配料斗出口通過(guò)皮帶輸送機(jī)與攪拌單元的進(jìn)料斗連接。

④物料攪拌單元。采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，下端設(shè)出料控制閥，物料在攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻后開(kāi)閥卸料。攪拌投加水量按設(shè)定比例添加，采用計(jì)量泵輸送，水量可根據(jù)需求調(diào)節(jié)。

⑤控制單元。為該系統(tǒng)的控制中心，包括生產(chǎn)監(jiān)控和電氣控制的功能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中控制，包括自動(dòng)控制和手動(dòng)控制2種控制模。

⑥除塵單元。主要作用于進(jìn)料斗區(qū)域，具有較好的除塵降塵效率，可有效改善生產(chǎn)條件。

2.2.2優(yōu)點(diǎn)。①篩分能力強(qiáng)。采用格柵和滾筒篩分機(jī)組合的二次篩分單元能夠高效地分離和去除廢渣中種類(lèi)繁多的雜物，如石塊、建筑垃圾、長(zhǎng)條型的樹(shù)枝、編織袋等，以上雜物是造成設(shè)備堵塞和損壞的主要原因。②適應(yīng)能力強(qiáng)。處理能力大。能夠適應(yīng)廢渣、尾砂、渣土混合物及土壤等不同類(lèi)型固體廢物的處理要求。通過(guò)篩分單元的作用，可有效分離固體廢物中的雜質(zhì)，避免設(shè)備堵塞。同時(shí)，該系統(tǒng)處理能力大，可設(shè)計(jì)處理規(guī)模200～1 000 t/d。

③采用雙斗配料機(jī)，一用一備，保障檢修時(shí)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

④設(shè)置了除塵單元，有效控制生產(chǎn)車(chē)間粉塵擴(kuò)散，極大改善了生產(chǎn)條件。

⑤為常見(jiàn)的傳統(tǒng)機(jī)械組合而成，具有原理淺顯易懂、可操作性強(qiáng)、維護(hù)保養(yǎng)要求低、勞動(dòng)強(qiáng)度不高的特點(diǎn)，同時(shí)，廢渣與藥劑混合處理效果良好。

⑥設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮自動(dòng)化要求，在控制中心設(shè)置生產(chǎn)監(jiān)控和電氣控制設(shè)施，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和集中控制，有利于提高自動(dòng)化控制水平。藥劑和廢渣配比可根據(jù)實(shí)際處理工藝要求進(jìn)行調(diào)整，處理系統(tǒng)靈活性高。

2.3新型固化劑

新型固化技術(shù)選用的固化劑為自主研發(fā)的XD固化劑，該固化劑組合了具有火山灰活性并對(duì)重金屬離子具有強(qiáng)烈吸附、絡(luò)合作用的天然礦物質(zhì)、工業(yè)固體廢物。材料中含有多種活性成分、膠凝物質(zhì)、水化成分，材料經(jīng)分別磨細(xì)再混勻或一起混磨，最后加入催化劑、激活劑和表面改性物質(zhì)等工藝制備而成的，能夠?qū)U、鎘、鉀、銅、鋅等重金屬單一污染或復(fù)合污染進(jìn)行固化處理。

XD固化劑優(yōu)點(diǎn)：①調(diào)節(jié)酸性廢渣的酸堿度；②藥劑本身不含重金屬或含量很低，不存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)；③藥劑獲得或制備成本較低；④藥劑對(duì)重金屬的固化穩(wěn)定化顯著且持續(xù)性強(qiáng)。XD固化劑的基本理化性質(zhì)：MgO含量33.81%，CaO含量30.53%，SiO2含量5.91%，Al2O3含量4.19%，F(xiàn)e含量3.78%，pH 10.57，含水量5.68%，粒度（≤5.00 mm）≥90%，Na含量0.95%，K含量0.41%。

XD固化劑添加比例根據(jù)重金屬?gòu)U渣的污染程度通過(guò)前期小試試驗(yàn)結(jié)果確定。該項(xiàng)目中重金屬?gòu)U渣固化處理添加比例為2.00%～5.00%。

3處理效果

為了評(píng)價(jià)重金屬?gòu)U渣的固化效果，該研究采用HJ/T 299—2007《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》的要求提取浸出液，分析浸出液中污染因子的濃度，從而考察污染物釋放能力，即污染物的浸出效應(yīng)[5-6]。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為處理后的固化產(chǎn)物中砷、鎘、鉛的浸出濃度滿足《危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)入場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》，即砷≤2.50 mg/L，鎘≤0.50 mg/L，鉛≤5.00 mg/L。

根據(jù)該工程運(yùn)營(yíng)實(shí)際情況，每天抽檢1次，1次抽檢1個(gè)混合樣，連續(xù)監(jiān)測(cè)7 d，檢測(cè)指標(biāo)為鉛、鎘、砷，檢測(cè)結(jié)果表明，固化處理后鉛、鎘、砷的最大浸出濃度分別為3.16、0.37、2.06 mg/L，均不超標(biāo)，合格率為100%。

4結(jié)論

（1）該研究結(jié)果表明，采用自主研發(fā)的新型固化技術(shù)（XD固化劑以及組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置）處理重金屬?gòu)U渣后，其固化產(chǎn)物中砷、鎘、鉛的浸出濃度均滿足《危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)入場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》，即砷≤2.50 mg/L，鎘≤0.50 mg/L，鉛≤5.00 mg/L，驗(yàn)收合格率均達(dá)100%。

（2）

采用新型固化技術(shù)處理重金屬?gòu)U渣之前需通過(guò)小試試驗(yàn)確定固化劑投加比例。該工程采用了一種自主研發(fā)的新型固化技術(shù)處理石灰渣和含砷廢渣，XD固化劑投加比例為2.00%～5.00%，投加比例小，固化效果好，無(wú)二次污染；且組合式重金屬?gòu)U渣固化處理裝置適應(yīng)能力強(qiáng)，可處理不同類(lèi)型歷史遺留廢渣和新渣，處理能力大，運(yùn)行暢通，不堵塞。因此，該工程采用的新型固化技術(shù)處理重金屬?gòu)U渣不僅經(jīng)濟(jì)節(jié)約，而且技術(shù)可行，取得了很好的處理效果，可為類(lèi)似的廢渣處理提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年