王守林,吳衛(wèi)林,胡長(zhǎng)江,余端（合肥市吳山固體廢物處置有限責(zé)任公司，安徽合肥231145）

·分析測(cè)試·

含砷廢料的無(wú)害化處置研究

王守林,吳衛(wèi)林,胡長(zhǎng)江,余端
（合肥市吳山固體廢物處置有限責(zé)任公司，安徽合肥231145）

摘要：選擇雙氧水-聚合硫酸鐵法處置含砷廢料，處置后的含砷廢料進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)，浸出液中砷含量低于1mg/L，低于GB 18598- 2001危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)證明，處置后的含砷廢料在3～10的pH值范圍內(nèi)均具有很好的穩(wěn)定性，降低了處置后的含砷廢料在自然環(huán)境下造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：含砷廢料；無(wú)害處理；浸出毒性試驗(yàn)

1　引言

采礦、化工、紡織、玻璃、制革等部門在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的含砷廢料，由于砷及其化合物大多為劇毒物質(zhì)，因而含砷廢料對(duì)環(huán)境的危害和污染是人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一[1-3]。然而，很多企業(yè)的含砷污染物排放狀況不能完全達(dá)到環(huán)保部門的要求，導(dǎo)致砷污染沒(méi)有得到徹底根治[4,5]。目前對(duì)于砷污染的治理工藝主要集中在含砷廢水治理[6-7]，由于固體含砷廢料的復(fù)雜程度高于含砷廢水，所以它的安全處置技術(shù)仍然有待發(fā)展[8]，特別是高含砷廢料處置仍然是個(gè)技術(shù)難題[9]。

本公司通過(guò)長(zhǎng)期研究，采用雙氧水和聚合硫酸鐵（PFS）聯(lián)合處理固體高含砷廢料，對(duì)處置后的含砷廢料進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)浸出液的砷含量低于相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5086.1- 1997），從而使得固體高含砷廢料得到無(wú)害化處置。此工藝采用的藥劑價(jià)格低廉，設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝選擇溶膠-凝膠法，避免形成大量的浸出液，且處置流程短，具有極高的推廣價(jià)值。

2　實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)藥劑

氫氧化鈉(工業(yè)級(jí),wt%:95%），石灰(工業(yè)級(jí)，Ca(OH)2wt%:80%），雙氧水(工業(yè)級(jí)，wt%:30%)，聚合硫酸鐵(工業(yè)級(jí)，F(xiàn)e%:21%)，氯化鐵(工業(yè)級(jí)，F(xiàn)e%:31%)。

2.2實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)采用的含砷廢料為報(bào)廢三氧化二砷試劑（砷含量為100000mg/kg）。

2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備

20L玻璃反應(yīng)釜（南京金正教學(xué)儀器有限公司），Zeenit- 700原子吸收分光光度計(jì)（德國(guó)耶拿分析儀器股份公司）。

2.4工藝流程圖（圖1）

圖1　處置含砷廢料的工藝流程圖

含砷廢料處理的工藝流程：①將含砷廢料加到反應(yīng)釜中，與反應(yīng)釜中的氫氧化鈉溶液反應(yīng)，形成溶膠-凝膠體系；②將雙氧水加到反應(yīng)釜中，將三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷；③采用固體加料斗將聚合硫酸鐵粉末加入到反應(yīng)釜中，與砷反應(yīng)生成砷酸鐵；④最后將石灰加到反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)體系pH值至7；⑤取出處置后的含砷廢料進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)。

2.5處置步驟

在20 L反應(yīng)釜中加入8 L燒堿溶液，再將2 kg的含砷廢料（As含量100000 mg/kg）加入反應(yīng)釜中，邊攪拌邊加入1 L的雙氧水，然后加入3.8 kg聚合硫酸鐵，反應(yīng)結(jié)束后使用氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH值至7，最后對(duì)處置后的含砷廢料進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)，符合GB18598- 2001《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》后，送到危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)安全填埋。

3　結(jié)果與討論

3.1鐵鹽的選擇

處置含砷廢料一般采用的鐵鹽有聚合硫酸鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵等。由于考慮到最終生成的是砷酸鐵，而且一般硫酸亞鐵的處置效果低于聚合硫酸鐵[10]，所以主要研究聚合硫酸鐵和氯化鐵對(duì)于處置效果的影響。我們?cè)O(shè)計(jì)兩種處置含砷廢料的工藝，其中兩種鐵鹽的加入量均以Fe/As質(zhì)量比為4∶1的量加入。處置結(jié)果如表1。

表1　不同的鐵鹽加入量對(duì)處置效果的影響

實(shí)驗(yàn)表明，聚合硫酸鐵處置含砷廢料的效果高于氯化鐵的處置效果，所以本工藝選擇聚合硫酸鐵來(lái)處置含砷廢料。

3.2雙氧水對(duì)處置效果的影響

為了研究雙氧水的加入量對(duì)處置結(jié)果的影響，進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2。

表2　雙氧水的加入量對(duì)處置效果的影響

實(shí)驗(yàn)表明，加入雙氧水有利于降低浸出液中As的含量，可能的原因是雙氧水將三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，最終生成砷酸鐵，而不加雙氧水最終生成亞砷酸鐵，而砷酸鐵的穩(wěn)定性高于亞砷酸鐵[11,12]。所以我們處置含砷廢料的工藝采取先加入雙氧水氧化三價(jià)砷，再加入聚合硫酸鐵穩(wěn)定氧化的含砷廢料。

3.3聚合硫酸鐵的加入量對(duì)處置效果的影響

從表3可以看出，F(xiàn)e/As質(zhì)量比低于4時(shí)，處置后的含砷廢料浸出液中砷含量均高于相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18598- 2001規(guī)定的限值2.5mg/L，當(dāng)Fe/As質(zhì)量比高于或等于4時(shí)，處置后的含砷廢料的浸出液中砷含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可以直接進(jìn)入危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行安全填埋?？紤]到處置成本，本處置工藝采用的Fe/As質(zhì)量比為4∶1。

表3　聚合硫酸鐵的加入量對(duì)處置效果的影響

3.4石灰加入及對(duì)含砷廢料穩(wěn)定性的影響

含砷廢料采用雙氧水和聚合硫酸鐵處置完畢后，采用石灰調(diào)節(jié)處置體系的pH值，增加了處置后的含砷廢料的穩(wěn)定性。石灰的加入不僅可以調(diào)節(jié)處置體系的pH值，使得處置體系生成的砷酸鐵處于最穩(wěn)定狀態(tài)，而且在反應(yīng)體系中引入了鈣離子，增強(qiáng)了砷酸鐵的穩(wěn)定性[13,14]。

為了研究處置后的含砷廢料在不同pH條件下的穩(wěn)定性，分別取4 g處置后的含砷廢料，按液固比為10∶1，放在pH值為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12的水溶液中，超聲分散，過(guò)濾測(cè)試濾液中的砷含量，結(jié)果如圖2所示。

圖2　在不同pH條件下處置后的含砷廢料溶出特性

結(jié)果表明，處置后的含砷廢料在3～10的pH值范圍內(nèi)是比較穩(wěn)定的，而在自然條件下，pH值的變化范圍一般不會(huì)超出3～10的范圍，所以在自然條件下pH值的變化范圍對(duì)處置后的含砷廢料的砷的溶出速率影響很小。這表明在自然條件下處置后含砷廢料具有較好的穩(wěn)定性，降低了填埋后砷浸出導(dǎo)致二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

4　結(jié)論

通過(guò)雙氧水和聚合硫酸鐵處置高含砷廢料，試驗(yàn)結(jié)果表明處理后廢料浸出液砷含量均低于1mg/L，低于GB18598- 2001《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限制值2.5mg/L，因此通過(guò)此工藝處置的高含砷廢料可以直接進(jìn)入安全填埋場(chǎng)進(jìn)行安全填埋，從而實(shí)現(xiàn)了高含砷廢料的無(wú)害化處置。本工藝根據(jù)溶膠-凝膠理論，基本解決了處置過(guò)程中流程長(zhǎng)、浸出液多的難題，具有一定的推廣價(jià)值。

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.01.025

中圖分類號(hào)：X705

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 553X（2015）01- 0088- 03

收稿日期：2014- 08- 06

作者簡(jiǎn)介：王守林（1966-），男，碩士研究生，工程師，主要從事危險(xiǎn)廢物處置技術(shù)研發(fā)和運(yùn)行管理工作，0551- 66705621，15375464300，450004518@qq.com。