含砷污泥穩(wěn)定化固化實驗探究

史慶龍，段佑順，李行德,2，任雪嬌,2**

(1.云南大地豐源環(huán)保有限公司，云南 昆明 650401;2.云南大地綠坤環(huán)?？萍加邢薰?，云南 昆明 650401)

含砷污泥是通過化學(xué)沉淀法處理含砷廢水的一類產(chǎn)物，此類廢物主要來源于有色冶金工業(yè)，因為各種有色金屬礦物中都含有數(shù)量不等的砷，在冶煉有色金屬的同時不得不熔煉出砷，在有色金屬與砷分離時產(chǎn)生了各種含砷廢水。含砷廢水對生態(tài)環(huán)境的污染和危害巨大，為解決此類廢水對生態(tài)環(huán)境造成的污染，化學(xué)沉淀法隨之被廣泛用于處理含砷廢水?，F(xiàn)階段，一般采用石灰中和沉淀法、鐵鹽絮凝沉淀法、硫化沉淀法三種技術(shù)[1-4]來處理含砷廢水。由于技術(shù)方法和藥劑的不同，產(chǎn)生了不同類型的含砷污泥。丁嘉琪等[5]歸納總結(jié)了鈣-砷型污泥、鐵-砷型污泥、硫-砷型污泥的來源、組成特性及處置方式，但是都達(dá)不到很好的處理效果。

磷化鋁被廣泛用于糧食、種子、藥材、煙草等物品的薰蒸殺蟲、滅鼠，全國每年排放磷化鋁殘渣的量約為5萬噸[6]，磷化鋁殘渣經(jīng)過無害化處理后，磷化鋁殘渣中含有約70%的氫氧化鋁[6]，具有回收和綜合利用的價值[6-7]。如何將磷化鋁處置殘渣變害為利，也是危廢行業(yè)研究的重要課題之一。

本著以廢治廢、綜合利用的目的[8]，本文利用水蒸氣、雙氧水、磷化鋁處置殘渣、復(fù)合鐵鹽、石灰、水泥等藥劑對含砷污泥進(jìn)行穩(wěn)定固化試驗研究，實現(xiàn)了含砷污泥的穩(wěn)定固化安全達(dá)標(biāo)處置。

1 試驗部分

1.1 試驗材料和儀器

含砷污泥來自某化肥廠，其浸出毒性見表1。磷化鋁處置殘渣來自某科技公司，石灰為市售石灰，水泥為市售425普通硅酸鹽水泥。復(fù)合鐵鹽為工業(yè)級高效復(fù)合鐵鹽、雙氧水(工業(yè)級)，硫酸(工業(yè)級)。水蒸氣發(fā)生器為DZFZ-6KW全自動手提220V-0.4，攪拌機(jī)為JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)。

表1 含砷污泥浸出毒性表

1.2 實驗原理

首先，將含砷污泥進(jìn)行加熱熟化，使其充分溶解分散；然后，利用雙氧水將含砷污泥中的As(Ⅲ)氧化為As(V)；再利用復(fù)合鐵鹽進(jìn)行反應(yīng)。磷化鋁處置殘渣中含有大量氫氧化鋁及氫氧化鈣，并含有少量磷酸鹽。通過利用磷化鋁處置殘渣中的大量氫氧化鋁、氫氧化鈣和少量磷酸鹽與As(V)進(jìn)行反應(yīng)：首先是As(V)離子與鈣離子反應(yīng)，生成砷酸鈣沉淀下來；磷酸根能與砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)反應(yīng)，生成高不溶性的絡(luò)合物；再利用氫氧化鋁在混凝過程中與鈣離子發(fā)生反應(yīng)生成鈣鋁絡(luò)合物。生成的鈣鋁絡(luò)合物被氫氧化鋁礬花吸附而沉淀，再通過水泥將含砷污泥進(jìn)行固化。

主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

2 過程與討論

2.1 水泥加入量對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥 200 g，分別加入10,20,30,40,50,60，70,80，90,100 g 水泥，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌 30 min，倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù) 7 d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖1。

圖1 水泥加入量對固化體中氟去除的影響

由圖1可見，水泥的加入量對固化體中砷去除影響明顯，隨著水泥加入量的增加，固化體中砷浸出濃度也隨之降低；當(dāng)水泥加入量為 60 g 時，對固化體中砷的降解效率最高；之后，隨著水泥量的增加，固化體中的砷去除效率變化很小。故水泥加入量選擇 60 g。

2.2 磷化鋁處置殘渣加入量對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥 200 g，分別加入50,100,150,200,250,300,350 g 磷化鋁處置殘渣，再分別加入水泥 60 g，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌 30 min，倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù) 7 d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖2。

圖2 磷化鋁處置殘渣加入量對固化體中砷去除的影響

由圖2可見，磷化鋁處置殘渣加入量對固化體中砷去除影響顯著，隨著磷化鋁處置殘渣加入量的增加，固化體中砷去除率也隨之增加；當(dāng)磷化鋁處置殘渣加入量為 200 g 時，固化體中砷去除率達(dá)到90%；之后，隨著磷化鋁處置殘渣加入量的增加，固化體中砷去除率變化很小。故磷化鋁處置殘渣加入量選擇為 200 g。

2.3 加熱攪拌熟化時間對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥 200 g，加入 200 g 磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4 h，加入水泥 60 g，攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù) 7 d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖3。

圖3 加熱攪拌熟化時間對固化體中砷去除的影響

由圖3可見，加熱攪拌熟化時間對固化體中砷去除影響顯著，隨著攪拌熟化時間的增加，固化體中砷去除率也隨之增加；當(dāng)加熱攪拌熟化時間達(dá)到3h時，固化體中砷去除率達(dá)到93%；之后，隨著加熱攪拌熟化時間的增加，固化體中砷去除率變化很小。故選擇加熱攪拌熟化時間為 3 h。

2.4 復(fù)合鐵鹽加入量對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥 200 g，加入 200 g 磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌 3 h，分別加入復(fù)合鐵鹽10，15,20,25,30,35,40 g 再加入水泥 60 g，攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù) 7 d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖4。

圖4 復(fù)合鐵鹽加入量對固化體中砷去除的影響

由圖4可見，復(fù)合鐵鹽的加入對固化體中砷去除影響顯著，隨著復(fù)合鐵鹽量的增加，固化體中砷去除率也隨之增加；當(dāng)復(fù)合鐵鹽的加入量達(dá)到 30 g 時，固化體中砷去除率達(dá)到96%；之后，隨著復(fù)合鐵鹽的加入量的增加，固化體中砷去除率基本不變。故選擇復(fù)合鐵鹽加入量為 30 g。

2.5 雙氧水加入量對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥 200 g，加入 200 g 磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌 3 h，分別加入10,20,30,40,50,60,70,80 g 雙氧水，再加入復(fù)合鐵鹽 30 g，加入水泥 60 g 攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù) 7 d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見表2。

表2 雙氧水加入量對固化體中砷去除的影響

由表2可見，雙氧水的加入對固化體中砷去除影響明顯，隨著雙氧水量的增加，固化體中砷去除率也隨之增加；當(dāng)雙氧水的加入量達(dá)到 30 g 時，固化體中砷去除率達(dá)到99.96%；之后，隨著雙氧水的加入量的增加，固化體中砷去除率基本不變。故選擇雙氧水加入量為 30 g。

2.6 pH值對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥 200 g，加入 200 g 磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌 3 h，加入雙氧水 30 g，再加入復(fù)合鐵鹽 30 g，加入水泥 60 g，利用石灰、硫酸調(diào)節(jié)固化體pH值分別為6,7,8,9,10,11,12，攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù) 7 d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖5。

圖5 pH值對固化體中砷去除的影響

由圖5可知，隨著固化體系pH值的逐漸升高，固化體中砷去除率也隨之增加；當(dāng)固化體系pH值達(dá)到10時，固化體中砷去除率達(dá)到99.96%；之后，隨著固化體系pH值的增加，固化體中砷去除率基本不變。故選擇固化體pH值范圍為10～12。

2.7 養(yǎng)護(hù)時間對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥 200 g，加入 200 g 磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌 3 h，加入雙氧水 30 g，再加入復(fù)合鐵鹽 30 g，加入水泥 60 g，利用石灰調(diào)節(jié)固化體pH值為10～12，攪拌均勻倒入磨具，分別常溫養(yǎng)護(hù)3,5,7,9,11,13,15 d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖6。

圖6 養(yǎng)護(hù)時間對固化體中砷去除的影響

由圖6可知，隨著養(yǎng)護(hù)時間的增加，砷固化效率逐漸升高；7 d 后繼續(xù)增加養(yǎng)護(hù)時間，砷固化效率基本不變。故選擇固化穩(wěn)定化體系的養(yǎng)護(hù)時間為 7 d。

3 結(jié)論

通過磷化鋁處置殘渣中廉價氫氧化鈣、氫氧化鋁、磷酸鹽的利用，配合復(fù)合鐵鹽、雙氧水、水蒸氣加熱熟化攪拌試驗，發(fā)現(xiàn)其可以將含砷污泥實現(xiàn)穩(wěn)定化、固化進(jìn)行除砷，不僅節(jié)約了成本，還達(dá)到以廢治廢的目的。

1)當(dāng)利用水蒸氣進(jìn)行加熱熟化 3 h，雙氧水加入量15%，磷化鋁處置殘渣加入量100%，復(fù)合鐵鹽加入量為15%，石灰調(diào)節(jié)pH值為10～12，水泥加入量為30%，養(yǎng)護(hù)時間 7 d 的條件下，含砷污泥中砷含量從 1280 mg/L 降至 0.56 mg/L,除砷率達(dá)99.956%。固化體中砷的浸出濃度低于 GB18598-2019《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中砷浸出質(zhì)量濃度(1.2 mg/L)的填埋限值，實現(xiàn)了含砷污泥的穩(wěn)定化固化處置。

2)磷化鋁處置殘渣中廉價氫氧化鈣的存在，節(jié)約了石灰的添加量，也節(jié)約了填埋庫容。同時，氫氧化鋁、磷酸鹽的存在使磷酸根與砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)反應(yīng)生成高不溶性的絡(luò)合物，再利用氫氧化鋁在混凝過程中與鈣離子發(fā)生反應(yīng)生成的鈣鋁絡(luò)合物吸附共沉淀砷，從而達(dá)到固化砷的作用。

3)水蒸氣加熱熟化的作用是使含砷污泥充分分散糊化，使加入的雙氧水更容易將砷(Ⅲ)氧化為砷(Ⅴ)，同時更利于后續(xù)鐵鹽與砷(Ⅴ)生成穩(wěn)定的絡(luò)合體，在鋁鹽的包裹中固化下來，實現(xiàn)砷的穩(wěn)定化和固化。