重金属危废的固化处置工艺

傅垣洪

(1.山西大地环境投资控股有限公司，山西 太原 030001；2.山西大地民基生态环境股份有限公司，山西 太原 030001)

随着经济的发展，重工业的崛起，使得重金属在环境中大量累积，工业污染随之增长。同时，随着利润的诱惑，私自排放经常出现，污染形式严峻，治理势在必行。“十三五”规划中，重金属污染的治理已成为我国现阶段环保工作的重点，于此同时，重金属固化处置工艺成为最有力的环境保障。重金属稳定/固化技术中能同时满足处置量大、成本廉价、固化效果良好、稳定效果良好、适应物料各种种类的就只有水泥固化处置工艺，因此，水泥固化重金属危废处置工艺已在全国广泛应用。

重金属是指密度大于5 g/cm3的金属(一般来讲密度大于4.5 g/cm3的金属)。

在自然界存在的多种有色金属，人们按照性质、用途、分布及储量的不同，将其分为重金属、轻金属、贵金属和稀有金属四类。在工业上划入重金属的基本是在元素周期表上比较靠后的、原子序数在23以上的、相对原子质量比较高、密度大于4.5 g/cm3的金属，如，铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、铅(Pb)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铋(Bi)、汞(Hg)和镉(Cd)等元素。

重金属对人体的伤害极大，通过饮用水、皮肤接触、食物链的途径，都会对人体健康造成影响。常见的有，汞会迅速被人体吸收，沉积在肝脏，对大脑、神经系统破坏极大；铅一旦进入人体将很难排除，直接伤害人的脑细胞，造成婴幼儿智力低下；铊会使人患上多发性神经炎；镉会以离子形式沉积在骨骼中，阻止钙离子吸收，导致骨质疏松症；砷是砒霜的组分之一，可致癌、中毒。重金属中任何一种都能引起人神经系统、代谢系统的紊乱，导致慢性中毒，从而诱发各种疾病。

重金属污染主要分为人为污染和工业污染。随着重工业的发展，经济的腾飞，工业污染液产生量随之加大，重工业产生的重金属废液、重金属污泥随之增长。由于以前环保力度不到位，企业为了利润，私自排放，造成大量的水土污染，致使污染面积、规模翻倍[1]。目前，我国水体的重金属污染十分严重，全国城市地下水、江河流域、近岸海域海水重金属超标污染程度严重。调查和研究较多的是镉。我国的镉污染比较普遍，涉及11个省市；我国土壤[2]含锌为3 mg/kg～709 mg/kg，平均值为100 mg/kg而受污染后的土壤中镉、锌含量成倍增高。重金属污染形势严峻，引发环境问题的后果也十分严重，因此，安全处置重金属污染问题，对重金属污染物的治理势在必行。

常见的水泥是一种凝结快的水硬性胶凝材料，以其快硬、抗渗透性较强的特性广泛应用于各种建筑行业，同时水泥也可作为我国危险废物无害化、稳定化处理方法的一种重要原料。水泥固化法就是利用了水泥的水化反应生成坚硬稳定的水泥固化体，来降低危险废物中重金属成分浸出。高波等[3]研究发现，先进行药剂与废物搅拌，搅拌均匀后再与水泥进行搅拌，最后再逐渐加水进行搅拌，搅拌时间控制在0.5 min～2 min为宜，效果最佳。水泥价格低廉，是一种经济的固化方式。

塑料固化法是将塑料作为凝结剂[4]，将含有重金属污泥中固态物作为塑料的填料，加入适量的催化剂混合搅拌，使其共聚合的固化方法。其产生的固化体还可以作为一般建筑材料等加以利用。塑料固化技术按所用塑料种类不同可分为热塑性塑料固化和热固性塑料固化两类。这种方法可以在常温下操作，但是塑料耐老化性能较差，后期维护监管力度要加强。

水玻璃即硅酸钠的水溶液，是一种无机黏合剂(Na2O·nSiO2)，由于它黏结力强、强度高、耐酸性好被广泛应用于涂刷材料表面、制作速凝防水剂和硅胶等。而水玻璃固化是以水玻璃为固化剂，无机酸类作为辅助剂，进行中和与缩合脱水反应后，形成凝胶体，将有害废物包裹在内，逐步形成水玻璃固化体。水玻璃固化法工艺简单，重金属浸出率低，碱性强。

沥青有良好的黏结性、化学稳定性、弹性、塑性和辐射稳定性，它与危险废物通过加热法或乳化法充分混合搅拌，经皂化反应使有害物质包裹在沥青中固化。经沥青固化处理所生成的固化体空隙小、致密度高、抗浸出性强，现多用于固化放射性废物的处理。

重金属危险废物成份不一，具有有机物、无机物，所以不能选择沥青固化法与塑料固化法，因为重金属危险废弃物中含有的有机物会与沥青和塑料发生反应，使其性质改变，导致固化效果不佳；由于重金属危险废弃物酸碱性不一，具有酸性、碱性、中性，而且危险废弃物填埋场污染控制标准中要求进入填埋厂物料的浸出液pH值为7～12，为弱碱性，然而水玻璃固化法因水玻璃不能在碱性环境中使用，所以，水玻璃固化法不适用于重金属危险废弃物的处理；而水泥固化法适用不同的酸碱性，并且水泥价格低廉，设备简单，固化体强度高、长期稳定性好，不同种类的重金属废物可选择不同成分的水泥和螯合剂进行络合作用，以达到最理想的处理方法。

将需要固化处理的含重金属废料及其固化剂、药剂采样后送实验室进行实验分析，有害废物性质采用稳定化实验和浸出实验进行测试，以确定最佳固化剂、稳定剂、水的配比方案。将物料送至搅拌机斗式贮留槽上料系统，经计量后，将其卸入搅拌机内，同时将其计量信息输送至控制室。水泥、粉煤灰药剂和水等物料按照实验所得比例通过各自的输送系统送入。集中控制室按照输入搅拌机的废物种类、质量和实验室稳定化试验初步确定的固化剂、稳定剂配比，分别向水泥、清水、稳定剂溶液计量设备发送计量指令，向搅拌机加入固化剂和稳定剂。作业顺序为先加稳定剂，后加固化剂，之后加水，将进入搅拌机的废物、固化剂、稳定剂和水充分搅拌混合。搅拌均匀后，开闸卸料，卸料口卸入自卸翻斗车运至固化体养护区养护，并取样进行浸出毒性检测。经浸出毒性检测后，满足《危险废物填埋场污染控制标准》中填埋物入场要求的固化体，经3 d养护后压实填埋。不合格品由养护厂房返回预处理间经破碎后重新固化处理。具体工艺流程由图1。

图1 工艺流程图

物料水泥比例：100∶10～20(质量比)；物料水分控制：70%～80%；螯合剂比例：100∶1～5(质量比)；养护室温度：20 ℃～25 ℃；养护室水分：60%～80%。

危险废物填埋场污染控制标准见第194页表1。

表1 危险废物填埋场污染控制标准

山西省某固体废物处置中心固化车间使用水泥固化工艺，处置高含量金属污泥、废液效果显着，重金属污染物稳定/固化效果达到99.9%，浸出液达到《危险废物填埋场污染控制标准》。其他处理案例如表2所示。

重金属危险废物水泥固化法处理效果稳定、处理过程简单、处理费用低廉，并且，工艺设备及技术具有的安全性、经济性强，适用范围具有广泛性、成熟性，而且，水泥固化和药剂稳定化相结合对高含量重金属危废有良好的固化稳定效果，处置结果完全符合《危险废物填埋场污染控制标准》，物料重金属浸出液去除率达到99.99%。

表2 水泥固化工艺处理金属污泥、废液案例