高濃度砷渣土穩(wěn)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(wù)環(huán)?？萍加邢薰?2. 中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

高濃度砷渣土來(lái)自湖南某廢棄銻礦冶煉廠，基本性質(zhì)見(jiàn)表1。實(shí) 驗(yàn) 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?cè)噭?/p>

表1 砷渣土基本性質(zhì)

1.1.2 實(shí)驗(yàn)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?jǐn)嚢杈鶆颍偌尤?0mL蒸餾水?dāng)噭?，靜置養(yǎng)護(hù)2d。參照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007) 對(duì)穩(wěn)定化前后的土壤進(jìn)行浸出毒性分析；參照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》(GB5085.3-2007)對(duì)浸出液中總砷濃度進(jìn)行測(cè)定（表1）。

1.2 穩(wěn)定化/固化效果評(píng)定

1.2.1 固化處理增強(qiáng)穩(wěn)定化效果研究

分別稱取100g顆粒均勻的砷渣土于1號(hào)、2號(hào)塑料瓶中，1號(hào)加入最優(yōu)的穩(wěn)定化藥劑量和5g水泥，充分混合均勻，養(yǎng)護(hù)1d；2號(hào)加入最優(yōu)的穩(wěn)定化藥劑量，充分混合均勻，放置養(yǎng)護(hù)5h后，再加入5g水泥，混合均勻，養(yǎng)護(hù)1d。分別測(cè)定土壤pH和Eh，對(duì)處理后土壤進(jìn)行浸出分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 As穩(wěn)定化藥劑篩選研究

從藥劑的穩(wěn)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(duì)砷渣土的穩(wěn)定化效果明顯優(yōu)于其他幾種藥劑，均能使As浸出濃度降低到10mg/L以下，穩(wěn)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(xù)的處理需調(diào)節(jié)pH，選用硫酸作為砷渣土修復(fù)的輔助藥劑。

2.2 影響因素研究

2.2.1 穩(wěn)定化藥劑用量的影響

以最優(yōu)穩(wěn)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(yǎng)護(hù)時(shí)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(duì)As穩(wěn)定化效果的影響?？紤]穩(wěn)定化效果和經(jīng)濟(jì)成本，選擇硫酸亞鐵最優(yōu)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(yǎng)護(hù)時(shí)間為2d，藥劑投加方式為FeSO4固體-H2SO4水溶液的基礎(chǔ)上，對(duì)硫酸用量進(jìn)行了優(yōu)化。綜合考慮到土壤樣品常存在取樣均勻性等不可控問(wèn)題，因此為確保達(dá)標(biāo)，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(yǎng)護(hù)時(shí)間為2d，藥劑投加方式為FeSO4固體-H2SO4水溶液時(shí)，研究了水土比分別為 1：10，1.5：10，2：10，2.5：10，3：10 對(duì) As穩(wěn)定化效果的影響。考慮到穩(wěn)定化效果及實(shí)際修復(fù)成本，以采用 2：10的水土比進(jìn)行實(shí)際土壤的修復(fù)。

2.2.4 藥劑投加方式的影響

不同的藥劑投加方式可能會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)的先后順序，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)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(yǎng)護(hù)時(shí)間為2d時(shí)，研究了五種藥劑投加方式對(duì)As浸出濃度的影響。每次加入一種藥劑后均需攪拌均勻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖 1 藥劑投加方式對(duì)As穩(wěn)定化的影響

從結(jié)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(yōu)的藥劑投加方式。

2.2.5 養(yǎng)護(hù)時(shí)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(lái)處理土壤，分別在養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1d、3d、5d和7d對(duì)土壤中As的浸出濃度進(jìn)行測(cè)定。選擇養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1d作為最佳工藝參數(shù)。

2.4 固化處理增強(qiáng)穩(wěn)定化效果

水泥固化劑常用于重金屬的穩(wěn)定化/固化技術(shù)。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(shí)驗(yàn)通過(guò)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(guò)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(guò)固固混合的方式混勻，然后加入硫酸和水，使原有體系反應(yīng)5h后，再添加水泥，混合均勻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2)表明：對(duì)于砷渣土的穩(wěn)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(duì)As穩(wěn)定化的影響

3 結(jié)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(duì)高濃度砷渣土進(jìn)行穩(wěn)定化藥劑篩選，最終確定穩(wěn)定化藥劑為硫酸亞鐵，輔助藥劑為硫酸。

（2）對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，最佳工藝參數(shù)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(yǎng)護(hù)時(shí)間1d，處理后土壤能夠達(dá)到《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

（3）水泥作為固化劑不僅不能增強(qiáng)穩(wěn)定化效果，反而會(huì)使砷浸出濃度達(dá)不到修復(fù)目標(biāo)，因此不建議水泥與硫酸亞鐵-硫酸搭配使用。