高浓度砷渣土稳定化/固化效果及其影响因素研究

2018-02-27肖劲光刘喜肖武陈昊张海静刘德华

节能与环保 2018年12期

关键词：水土硫酸亚铁渣土

文_肖劲光刘喜肖武陈昊张海静刘德华

1. 湖南中南水务环保科技有限公司 2. 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司

1 实验部分

1.1 实验材料与实验方法

1.1.1 实验材料

高浓度砷渣土来自湖南某废弃锑矿冶炼厂，基本性质见表1。实验采用的药剂有 FeSO4·7H2O、Na2S、TMT15、Fe(NO3)3·9H2O、FeCl2·4H2O、FeCl3·6H2O、Fe2（SO4)3、还原铁粉、废铁屑、CaO，其中TMT15为自制药剂，废铁屑取自武汉钢铁厂，其余均为分析纯试剂。

表1 砷渣土基本性质

1.1.2 实验方法

称取100g颗粒均匀砷渣土于塑料瓶中，按照铁砷摩尔比1.6：1、硫砷摩尔比2.4：1的用量向瓶中加入一定量的药剂，充分搅拌均匀，再加入20mL蒸馏水搅匀，静置养护2d。参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007) 对稳定化前后的土壤进行浸出毒性分析；参照《危险废物鉴别标准》(GB5085.3-2007)对浸出液中总砷浓度进行测定（表1）。

1.2 稳定化/固化效果评定

1.2.1 固化处理增强稳定化效果研究

分别称取100g颗粒均匀的砷渣土于1号、2号塑料瓶中，1号加入最优的稳定化药剂量和5g水泥，充分混合均匀，养护1d；2号加入最优的稳定化药剂量，充分混合均匀，放置养护5h后，再加入5g水泥，混合均匀，养护1d。分别测定土壤pH和Eh，对处理后土壤进行浸出分析。

2 结果与分析

2.1 As稳定化药剂筛选研究

从药剂的稳定化效果可以得出，TMT15＞FeSO4·7H2O＞ Na2S＞ Fe(NO3)3·9H2O ＞ Fe2(SO4)3＞ FeCl3·6H2O ＞FeCl2·4H2O＞废铁屑＞还原铁粉＞CaO。其中前三种药剂对砷渣土的稳定化效果明显优于其他几种药剂，均能使As浸出浓度降低到10mg/L以下，稳定化率高于99%。但由于硫酸亚铁与砷作用生成的砷酸铁或砷酸亚铁沉淀在酸性条件下更难浸出，因此后续的处理需调节pH，选用硫酸作为砷渣土修复的辅助药剂。

2.2 影响因素研究

2.2.1 稳定化药剂用量的影响

以最优稳定化药剂硫酸亚铁用量为10%、20%、30%、40%、50%，辅助药剂硫酸用量4mL/100g土，水土比2：10，养护时间为2d，药剂投加方式为FeSO4固体-H2SO4水溶液为工艺条件，探讨不同硫酸亚铁用量对As稳定化效果的影响。考虑稳定化效果和经济成本，选择硫酸亚铁最优用量为30%。

2.2.2 辅助药剂用量的影响

选定硫酸亚铁用量为30%、水土比2：10，养护时间为2d，药剂投加方式为FeSO4固体-H2SO4水溶液的基础上，对硫酸用量进行了优化。综合考虑到土壤样品常存在取样均匀性等不可控问题，因此为确保达标，硫酸用量选择4mL/100g土。

2.2.3 水土比的影响

在硫酸用量4mL/100g土，硫酸亚铁用量30%，养护时间为2d，药剂投加方式为FeSO4固体-H2SO4水溶液时，研究了水土比分别为 1：10，1.5：10，2：10，2.5：10，3：10 对 As稳定化效果的影响。考虑到稳定化效果及实际修复成本，以采用 2：10的水土比进行实际土壤的修复。

2.2.4 药剂投加方式的影响

不同的药剂投加方式可能会改变化学反应的先后顺序，对实验结果产生一定的影响。在确定硫酸用量4mL/100g土，硫酸亚铁用量30%，水土比为2：10，养护时间为2d时，研究了五种药剂投加方式对As浸出浓度的影响。每次加入一种药剂后均需搅拌均匀。实验结果如图1所示。

图 1 药剂投加方式对As稳定化的影响

从结果可以看出，先加入硫酸亚铁固体，后加浓硫酸，再加水的顺序作为最优的药剂投加方式。

2.2.5 养护时间的影响

按照硫酸用量4mL/100g土、硫酸亚铁用量30%、水土比2：10和药剂投加方式为先加硫酸亚铁固体，后加硫酸，再加水来处理土壤，分别在养护时间为1d、3d、5d和7d对土壤中As的浸出浓度进行测定。选择养护时间为1d作为最佳工艺参数。

2.4 固化处理增强稳定化效果

水泥固化剂常用于重金属的稳定化/固化技术。因此，考察了水泥搭配硫酸亚铁-硫酸药剂体系使用的可行性。实验通过两种方式添加水泥：①首先将水泥粉末、硫酸亚铁颗粒、砷渣土通过固固混合的方式混匀，然后加入硫酸和水；②首先将硫酸亚铁颗粒、砷渣土通过固固混合的方式混匀，然后加入硫酸和水，使原有体系反应5h后，再添加水泥，混合均匀。实验结果(表2)表明：对于砷渣土的稳定化，水泥不宜与硫酸亚铁-硫酸药剂体系搭配使用。