危险废物飞灰和污泥的稳固化处理

刘 芳 ， 李基雄

(广州华浩能源环保集团有限公司，广州市废弃物安全处置中心，广东 广州 510545)



危险废物飞灰和污泥的稳固化处理

刘 芳 ， 李基雄

(广州华浩能源环保集团有限公司，广州市废弃物安全处置中心，广东 广州 510545)

以脱墨渣飞灰为固化剂，对污泥进行稳固化处理，结果显示：飞灰固化处理危险废物的过程中，飞灰与废物的添加比越大，对有毒物质的稳定包容效果越好，废物的浸出毒性越低。在实际操作中，可根据飞灰和污泥的产生量，调整其在稳固化过程中的比例，达到以废治废。采用飞灰稳固化，不仅可以将污泥内的重金属浸出远远控制在填埋控制标准以下，同时还可以形成具有良好填埋性能的固化体，减轻了渗滤液处理的负担，大大降低了填埋风险及环境风险。

危险废物；脱墨渣；飞灰；浸出毒性；污泥；稳固化

危险废物是指列入《国家危险废物名录》或根据国家危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物[1]。危险废物具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或感染性等一种或几种危险特性[1-2]，其危害具有长期性和潜伏性，处置不当会对生态环境及人体健康构成很大的威胁。

危险废物的处理处置方式主要有：安全填埋、焚烧及综合利用。其中，综合利用的目的是回收废物中的有用成分，焚烧主要针对有机含量及热值较高的废物并回收热能，而安全填埋主要处置那些没有利用价值的废物[3]。作为危险废物的最终处置，在进行安全填埋的过程中，要严格入场标准[4]，对不符合入场标准和填埋要求的物料应进行妥善的预处理，将危险废物对环境及人体可能造成的影响降到最低。

危险废物最终的安全填埋预处理方法主要有脱水和稳固化。前者主要控制废物中的水分，后者主要降低废物的毒性，控制其中汞类、重金属、氟化物、氰化物、砷化物等污染物质的迁移[5]。

危险废物的稳固化技术主要有：水泥/飞灰固化、石灰固化、塑性材料包容、熔融固化、自胶结固化[2，5，6]等。其中以水泥/飞灰固化和石灰固化最为普遍。水泥固化作为目前最成熟的稳固化技术，被广泛运用于重金属污泥、废水处理污泥、焚烧飞灰等[2，6]，但水泥固化增加了废物的体积，不符合填埋减量化的要求。飞灰为焚烧后的产出物，被定为危险废物，作为固化剂，可以达到以废治废的目的。目前作为固化剂的飞灰主要有粉煤灰[7]、谷壳灰[8，9]等。本文选用造纸厂的脱墨渣飞灰作为固化剂，对表面处理污泥进行了稳固化研究。

1 污泥的飞灰稳固化

1.1 飞灰稳固化原理分析

与水泥的成分相似，飞灰的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3等[2，6]，遇水会发生水合作用，形成稳定固化体的同时具有一定的物理性包容性能；另外，水合作用产生大量碱，能与可溶性重金属形成不溶性盐。危险废物的飞灰稳固化利用的就是其物理包容和化学结合性质，在稳固化过程中危险废物中的水分(或添加的水分)与飞灰发生水合反应，同时可溶性重金属盐在碱性环境下形成难溶性盐，水合作用形成固化体的同时将这些重金属盐、有机物质等包容起来，降低这些污染物质的可迁移性。

本文针对HW17类表面处理污泥，通过飞灰稳固化，降低这类污泥浸出液中重金属和COD含量。

1.2 原料

选用的HW17类表面处理污泥为某电镀厂废水处理污泥，各项污染物数据见表1(其他浸出毒性在填埋标准内)。

表面处理污泥稳固化过程中用到的固化剂/添加剂主要有飞灰、漂白粉、氯化钙、熟石灰等。漂白粉、熟石灰、氯化钙均为工业级产品。

飞灰为某造纸厂的脱墨渣飞灰，各项污染物数据见表2(其他浸出毒性未检出)。

表1 表面处理污泥浸出液毒性数据 (mg/L)

表2 脱墨渣飞灰浸出毒性数据

由表2可知，选用的固化剂-脱墨渣飞灰中各项污染数据均远远低于填埋控制标准，有些甚至低于检出限。如果直接填埋，势必造成扬尘，污染周边环境。而被选作固化剂，与污泥协同固化，既可以起到本身固化的作用，也可以控制污泥中污染物的迁移。

1.3 稳固化实施过程

分别取1kg表面处理污泥，先用水将其化开，使其保持良好的流动状态，且均匀分散。加入一定量的漂白粉，搅拌20min。加入石灰、飞灰及适量水等，一边加料一边搅拌，搅拌均匀后放置在养护场使之形成稳定的固化体。

2 浸出毒性实验

经过2～3d的固化养护后，废物形成了稳定且具有一定硬度的固化体。将固化体破碎后进行浸出毒性分析。以硝酸/硫酸混合溶液为浸提剂，对养护成型的固化体进行浸出，检测浸出液中COD、重金属等其他污染物的含量。

2.1 pH检测

对于污泥原样，由于其含水率≥95%，直接对其过滤，测定滤液pH值即为污泥pH值。

对于固化样，先测定其含水率，根据样品的含水率，按液固比为10∶1(L/kg)加入蒸馏水，置于浸取用的密封塞高型聚乙烯瓶中，将聚乙烯瓶固定在转速为30±2r/min 的翻转式振荡装置上，室温下振荡18h±2。通过过滤装置分离固液相，滤后立即测定滤液的pH值。

2.2 浸出液的制备

浸提剂：将质量比为2∶1的浓硫酸和浓硝酸混合液加入到试剂水(1L水约2滴混合液)中，使pH为3.20±0.05。该浸提剂用于测定样品中重金属和半挥发性有机物的浸出毒性。

对于污泥原样，由于其含水率≥95%，故取其过滤后的滤液作为浸出液。

对于固化体，先对其进行破碎或碾磨降低粒径后通过9.5mm孔径的筛，称取150～200g筛下样品，置于2L提取瓶中，按液固比为10∶1(L/kg)加入浸提剂，盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上，调节转速为30±2r/min，于23±2°C下振荡18±2h。过滤后收集滤液即为浸出液。

2.3 浸出COD的检测

准确吸取5.00mL浸出液，置于50mL具密封塞的消解罐中。然后加入5.00mL重铬酸钾消解液和5.00mL Ag2SO4-H2SO4催化剂，旋紧密封盖，混匀。将消解罐放入MS-3型微波消解COD测定仪中，消解15min。取出消解罐，冷却后用硫酸亚铁铵标准溶液[(NH4)2Fe(SO4)2·6H20]滴定，同时做空白实验。

滴定：将样液转移到250mL锥形瓶中，用20mL蒸馏水分3次冲洗消解管，冲洗液并入锥形瓶中，控制体积约50mL，加入2～3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液[(NH4)2Fe(SO4)2·6H20]回滴，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，计算浸出液COD浓度。

2.4 浸出重金属的检测

采用火焰原子吸收光谱法对浸出液重金属进行检测。先校正背景，消除干扰，再测定标准使用液的吸光度，用浓度及对应的吸光度值绘制标准曲线，最后测定浸出液的吸光度，其对应的浓度值即为浸出液重金属含量值。

3 稳固化结果分析

3.1 飞灰的添加量对固化体浸出毒性的影响

固定漂白粉的加入量(3g/kg)、氯化钙的加入量(5g/kg)、熟石灰的加入量(5g/kg)，分别加入飞灰150、200、250、300g/kg， 分析飞灰的添加量对固化体浸出毒性的影响。试验结果如图1。

由图1可以看出，飞灰对污泥的浸出污染物具有良好的包容性能，飞灰加入量越多，污泥的浸出污染物浓度越低，可将各项浸出污染物浓度远远控制在填埋控制限以下，浸出液COD浓度降低80%以上。由于所选用的飞灰为某造纸厂的脱墨渣飞灰，其本身被列为危险废物，可根据飞灰的产生量调节其在固化污泥过程中的添加量，达到以废治废。

3.2 漂白粉的添加量对固化体浸出毒性的影响

固定飞灰的加入量(300g/kg)、氯化钙的加入量(5g/kg)、熟石灰的加入量(5g/kg)，分别加入漂白粉0、3、5、8 g/kg，分析漂白粉的添加量对固化体浸出毒性的影响。试验结果见图2。

由图2可以看出，漂白粉能降低浸出液的COD， 但过量的漂白粉反而对浸出COD的降低无益。漂白粉对其他浸出污染物并无太大作用，因此，漂白粉的加入量以3g/kg为宜。

3.3 熟石灰的添加量对固化体浸出毒性的影响

固定飞灰的加入量(300g/kg)、氯化钙的加入量(5g/kg)、漂白粉的加入量(3g/kg)，分别加入熟石灰0、3、5、8g/kg， 分析熟石灰的添加量对固化体浸出毒性的影响。实验结果见图3。

由图3可以看出，石灰的加入主要起到调节污泥pH值的作用，同时降低浸出铅含量。根据试验结果分析，石灰的加入量为5g/kg为宜。

3.4 氯化钙的添加量对固化体凝固时间的影响

氯化钙主要是降低固化体的凝固时间，固定飞灰(300g/kg)、漂白粉(3g/kg)、熟石灰(5g/kg) 的添加量，分别添加氯化钙0、3、5、8 g/kg，混合反应完成后记录凝固时间。结果如图4。

由图4可以看出，氯化钙的加入缩减了固化凝固时间，并随着加入量的增加，凝固时间越来越短，到8g/kg时，凝固时间降低至24h，大大增加了固化效率。但氯化钙的加入既增加了填埋成本，又增加了填埋危废的体积，侵占了填埋场库容，因此拟定氯化钙的加入量为5g/kg。

4 结论

飞灰固化处理危险废物的过程中，飞灰与废物的添加比越大，对有毒物质的稳定包容效果越好，废物的浸出毒性越低。在实际操作中，可根据飞灰和污泥的产生量，调整其在稳固化过程中的比例，达到以废治废。

采用飞灰稳固化，不仅可以将污泥内的重金属浸出远远控制在填埋控制标准以下，同时还可以形成具有良好填埋性能的固化体，减轻了渗滤液处理的负担，大大降低了填埋风险及环境风险。

[1]国家危险废物名录[Z]. 2016.

[2]聂永峰. 三废处理工程技术手册-固体废物卷[M]. 北京:化学工业出版社, 2000:88,440-441,445-446.

[3]Dan Li, Bei Dou Xi. Study on Suitability of hazardous wastes entering the landfill directly[J]. Procedia Environmental Science, 2012(16): 229-238.

[4] 危险废物填埋污染控制标准:GB 18598-2001[S].

[5]丛春林, 唐乃超. 危险废物的处理处置措施研究[J]. 黑龙江环境通报, 2008, 32(2): 30-32,38.

[6]赵由才. 危险废物处理技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2003:194-206.

[8]Sri Bala Kameswari Kanchinadham, Narasimman L. M., Vihita Pedaballe, et al. Diffusion and leachability index studies on stabilization of chromium contaminated soil using fly ash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2015( 297): 52-58.

[9]Chun Yang Yin, Hilmi Bin Mahmud, Md Ghazaly Shaaban. Stabilization/solidification of lead-contaminated soil using cement and rice husk ash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006, 137(3): 1758-1764.

Solidification and Stabilization of Hazardous Waste of Fly Ash and Sludge

LIU Fang, LI Ji-xiong

(Guangzhou Sinovast Energy-Environment Group Co.,Ltd, Guangzhou Guangdong 510545, China)

Solidification and stabilization have been the treatment technology used prior to disposal in landfills and played important roles in hazardous waste management. Solidification and stabilization of deinking slag fly ash and sludge (both hazardous waste) could reduce the toxicity characteristic leaching procedure of the hazardous waste (heavy metal toxicity, COD, etc.), increase the compressive strength for disposal, and also reduce the risks for operating maintenance.

hazardous waste; deinking solids; fly ash; toxicity characteristic leaching procedure; sludge; stabilization

2016-06-29

刘芳(1983-)，女，湖北省荆州市人，硕士，化工工程师。

X705

A

1673-9655(2016)06-0056-05