含砷污泥穩(wěn)定化固化技術

含砷污泥是通過化學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來處理含砷廢水。由于技術方法和藥劑的不同，產(chǎn)生了不同類型的含砷污泥。丁嘉琪等歸納總結了鈣-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，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，具有回收和綜合利用的價值。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，本文利用水蒸氣、雙氧水、磷化鋁處置殘渣、復合鐵鹽、石灰、水泥等藥劑對含砷污泥進行穩(wěn)定固化試驗研究，實現(xiàn)了含砷污泥的穩(wěn)定固化安全達標處置。

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。復合鐵鹽為工業(yè)級高效復合鐵鹽、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，攪拌機為JJ-5型水泥膠砂攪拌機。

1.2 實驗原理

首先，將含砷污泥進行加熱熟化，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);再利用復合鐵鹽進行反應。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)進行反應:首先是As(V)離子與鈣離子反應，生成砷酸鈣沉淀下來;磷酸根能與砷(Ⅲ)和砷(V)反應，生成高不溶性的絡合物;再利用氫氧化鋁在混凝過程中與鈣離子發(fā)生反應生成鈣鋁絡合物。生成的鈣鋁絡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行固化。

主要發(fā)生如下化學反應:

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

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;當水泥加入量為60g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60g。

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

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;當磷化鋁處置殘渣加入量為200g時，固化體中砷去除率達到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200g。

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

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;當加熱攪拌熟化時間達到3h時，固化體中砷去除率達到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3h。

2.4 復合鐵鹽加入量對固化體中砷去除的影響

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

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

2.5 雙氧水加入量對固化體中砷去除的影響

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

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;當雙氧水的加入量達到30g時，固化體中砷去除率達到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30g。

2.6 pH值對固化體中砷去除的影響

取含砷污泥200g，加入200g磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機通入水蒸氣加熱熟化攪拌3h，加入雙氧水30g，再加入復合鐵鹽30g，加入水泥60g，利用石灰、硫酸調節(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7d。檢測固化體中砷的浸出質量濃度，結果見圖5。

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;當固化體系pH值達到10時，固化體中砷去除率達到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)護時間對固化體中砷去除的影響

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

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

3、結論

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、固化進行除砷，不僅節(jié)約了成本，還達到以廢治廢的目的。

1)當利用水蒸氣進行加熱熟化3h，雙氧水加入量15%，磷化鋁處置殘渣加入量100%，復合鐵鹽加入量為15%，石灰調節(jié)pH值為10~12，水泥加入量為30%，養(yǎng)護時間7d的條件下，含砷污泥中砷含量從1280mg/L降至0.56mg/L，除砷率達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準》中砷浸出質量度(1.2mg/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(I)和砷(V)反應生成高不溶性的絡合物，再利用氫氧化鋁在混凝過程中與鈣離子發(fā)生反應生成的鈣鋁絡合物吸附共沉淀砷，從而達到固化砷的作用。

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(I)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。

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