强酸性硫化砷废渣的稳定固化

周书利，尚通明，仲鹏鹏，刘维桥

（江苏理工学院 化学与环境工程学院，江苏 常州 213001）

强酸性硫化砷废渣的稳定固化

周书利，尚通明，仲鹏鹏，刘维桥

（江苏理工学院 化学与环境工程学院，江苏 常州 213001）

采用污泥、石灰、氧化镁和水泥等药剂稳定固化强酸性硫化砷废渣（简称砷渣）。以浸出液中砷的质量浓度为考核指标，采用正交实验考察了稳定化药剂加入量对废渣浸出毒性的影响。实验结果表明：污泥加入量是影响废渣浸出毒性的最主要因素；在m（污泥）∶m（砷渣）=2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化镁）∶m（砷渣）=0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3的最佳实验条件下，砷的浸出质量浓度由1 780.00 mg/L降至1.37 mg/L，低于GB 18598—2001《危险废物填埋污染控制标准》中砷浸出质量浓度为2.5 mg/L的填埋限值；处理后废渣中其他金属的浸出质量浓度也低于标准限值。

硫化砷废渣；污泥；稳定固化；浸出毒性

硫酸和磷酸是重要的工业原料，广泛应用于制药、食品、肥料等行业。在硫酸和磷酸的生产过程中，需在强酸性条件下添加硫化物（硫化氢或硫化磷）进行深度脱砷。所产生的硫化砷废渣（简称砷渣）为橘黄色，具有强酸性。据调查，每生产1 t硫酸或磷酸会产生超过30 t砷渣。砷渣属于危险废物，其毒性物质可从废物流失至环境中，对环境造成严重的污染。砷能形成一系列的高毒性化合物，可通过皮肤、呼吸道等进入人体，引起神经衰弱综合症、皮肤黏膜病变、肺癌和皮肤癌等［1］，对人体的危害极大。因此，研究含砷废物的处理处置方法具有重要的意义。目前，含砷废物的处理处置方法多为采用水泥、黄沙和粉煤灰等常用固化材料进行固化［2-8］。尚未见报道以污泥为固化材料、“以废治废”的含砷废物处理方法。

本工作以扬州某化工厂的砷渣为研究对象，选取污泥、水泥、石灰和氧化镁作为稳定化药剂，对砷渣进行稳定固化研究，并通过正交实验确定了最佳的稳定化药剂加入量。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

氧化镁：分析纯。325#硅酸盐水泥、石灰：工业级。

砷渣：扬州某化工厂，橘黄色，具有强酸性。

污泥：电镀行业废水处理后产生的含重金属污泥。

砷渣和污泥的浸出毒性分析见表1。由表1可见：砷渣中砷的浸出质量浓度为1 780.00 mg/L，其他金属的浸出质量浓度较低；污泥中各种金属的浸出毒性均较低，属于一般工业固体废物。

FA2004型电子天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；GGC-1000型翻转振荡机：北京国环高科自动化技术研究院；TAS-990型原子吸收分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司。

表1 砷渣和污泥的浸出毒性分析 ρ，mg/L

1.2 砷渣的稳定固化原理

在砷渣中加入污泥（主要含金属铁）和石灰后的主要化学反应见式（1）～（5）［9-10］。Fe2+水解生成Fe（OH）2，Fe（OH）2经氧化生成Fe（OH）3。Fe（OH）3具有较大的吸附表面，能将砷的沉淀物吸附包裹，进而去除。此外，铁的氢氧化物和氢氧化钙能与砷发生化学反应，生成溶解度更小的FeAsO3沉淀和Ca3（AsO3）2沉淀。加入具有较大吸附表面的氧化镁，可进一步吸附上述沉淀物，提高砷的去除率。最后加入水泥，可提高固化体的强度，使废渣达到填埋的要求。

1.3 砷渣的稳定固化方法

向砷渣中依次加入一定量的污泥、石灰、氧化镁和水泥，每加入一种物料搅拌10 min，搅拌速率为60 r/min。物料加入完毕后，将搅拌体摊平，在室温下避光通风自然养护，固化3 d。

1.4 分析方法

将固化废渣粉碎混匀，按照HJ/T 299—2007《固体废物 浸出毒性浸出方法——硫酸硝酸法》［11］和GB 5086.1—1997《固体废物 浸出毒性浸出方法——翻转法》［12］，制备废渣浸出液。采用原子吸收分光光度法测定铜、锌、铅、镉、镍、铬和钡的质量浓度；采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法测定砷的质量浓度。

2 结果与讨论

2.1 正交实验

在前期实验的基础上，以浸出液中砷的质量浓度为考核指标，采用正交实验考察污泥、石灰、氧化镁和水泥的加入量对稳定固化效果的影响。正交实验因素水平见表2，正交实验结果见表3。由表3可见：各因素影响大小的顺序为m（污泥）∶m（砷渣）＞ m（石灰）∶m（砷渣）＞ m（氧化镁）∶m（砷渣）＞ m（水泥）∶m（砷渣），即污泥加入量是影响砷浸出毒性的最主要因素；各因素的最佳水平组合为A3B2C2D1，即m（污泥）∶m（砷渣）= 2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化镁）∶m（砷渣）=0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3。

2.2 处理后废渣的浸出毒性

在m（污泥）∶m（砷渣）=2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化镁）∶m（砷渣）=0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3的最佳条件下稳定固化砷渣。处理后废渣的浸出毒性见表4。由表4可见：稳定固化后废渣中砷的浸出质量浓度为1.37 mg/L，低于GB 18598—2001《危险废物填埋污染控制标准》［13］中的填埋限值（砷浸出质量浓度为2.5 mg/L）；废渣中其他金属的浸出质量浓度也低于标准限值。

表2 正交实验因素水平

表3 正交实验结果

表4 处理后废渣的浸出毒性 ρ，mg/L

3 结论

a）向砷渣中依次加入污泥、石灰、氧化镁和水泥等稳定化药剂，稳定固化砷渣，最终达到砷渣无害化填埋的目的。通过正交实验得到砷渣稳定固化的最佳条件为：m（污泥）∶m（砷渣）=2.0、m（石灰）∶m（砷渣）=1.0、m（氧化镁）∶m（砷渣）= 0.10、m（水泥）∶m（砷渣）=0.3；其中，污泥加入量是影响砷浸出毒性的最主要因素。

b）砷渣中砷的浸出质量浓度为1 780.00 mg/L。在最佳实验条件下稳定固化砷渣后，废渣中砷的浸出质量浓度为1.37 mg/L，低于GB 18598—2001《危险废物填埋污染控制标准》中砷浸出质量浓度为2.5 mg/L的填埋限值；处理后废渣中其他金属的浸出质量浓度也低于标准限值。

［1］ 崔明珍. 废弃物化学组分的毒理和处理技术［M］. 北京：中国环境科学出版社，1993：101 - 102.

［2］ 李柏林，李晔，汪海涛，等. 含砷废渣的固化处理［J］. 化工环保，2008，28（2）：153 - 157.

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［7］ 赵萌，郑发鸿，王平艳. 含砷污泥的粉煤灰固化研究［J］. 环境工程学报，2007，10（1）：112 - 115.

［8］ 赵萌，宁平. 含砷污泥的固化处理［J］. 昆明李红大学学报：理工版，2003，28（5）：100 - 104.

［9］ 蒋明磊，郭莉，杜亚光，等. 三氯化铁和硫酸亚铁除砷的比较研究［J］. 环境保护，2012（5）：45 -48.

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［11］ 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所. HJ/T 299—2007 固体废物 浸出毒性浸出方法——硫酸硝酸法［S］. 北京：中国环境科学出版社，2007.

［12］ 国家环境保护局科技标准司. GB 5086.1—1997 固体废物 浸出毒性浸出方法——翻转法［S］. 北京：中国环境科学出版社，1997.

［13］ 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所. GB 18598—2001 危险废物填埋污染控制标准［S］. 北京：中国环境科学出版社，2001.

（编辑 王 馨）

Stabilization and Solidification of Strong Acidic Arsenic Sulfide Residue

Zhou Shuli，Shang Tongming，Zhong Pengpeng，Liu Weiqiao
（School of Chemical and Environmental Engineering，Jiangsu University of Technology，Changzhou Jiangsu 213001，China）

The strong acidic arsenic sulf i de residue was stabilized and solidif i ed using sludge，lime，MgO and cement. The effects of the solidif i cation agents on leaching toxicity of the residue were studied by orthogonal tests with the mass concentration of As in the leaching solution as index. The experimental results show that：The dosage of sludge is the main factor；Under the optimum conditions of m（sludge）∶m（residue）=2.0，m（lime）∶m（residue）=1.0，m（MgO）∶m（residue）=0.10，m（cement）∶m（residue）=0.3，the leached-As mass concentration is decreased from 1 780.00 mg/L to 1.37 mg/L，which is lower than 2.5 mg/L of the limit in hazardous waste landf i ll standard of GB 18598-2001；The mass concentrations of other leached heavy metals are also below the limits in the standard.

arsenic sulf i de residue；sludge；stabilization and solidif i cation；leaching toxicity

X781.3

A

1006-1878（2015）05-0513-03

2015 - 04 - 17；

2015 - 06 - 08。

周书利（1989—），女，江苏省连云港市人，硕士生，电话 15061976022，电邮 852544637@qq.com。联系人：尚通明，电话 13912301266，电邮 shangtm@jstu.edu.cn。