一种新型固化技术处理重金属废渣的工程应用

刘艳 刘朝辉 李慧 欧阳赛 黄华军

摘要

介绍了一种新型固化技术处理重金属废渣的工程概况，包括工程规模、污染状况、废渣性质，从重金属废渣固化处理程序、组合式重金属废渣固化处理装置的构成与优点、新型固化剂3个方面，提出了工程应用情况。结果表明，

该工程研发了一套适应性强的组合式重金属废渣固化处理装置以及一种固化效果好、成本低的XD固化剂，通过合理控制固化劑投加量、工艺参数及养护条件等影响因素，取得了良好的处理效果，可为类似的废渣处理提供理论依据与经验。

关键词重金属废渣；新型固化技术；组合式废渣处理装置；XD固化剂

中图分类号X75文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）08-0050-03

Application of a New Curing Technology for Treatment on Heavy Metal Waste

LIU Yan1，LIU Zhaohui1，LI Hui1，2 et al（1.Modern Environmental Technology Co.， Ltd.， Changsha， Hunan 410000；2.College of Resources and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128）

AbstractThe general situation of a new solidification technology for treatment of heavy metal waste residue was introduced including project size， pollution，slag property，the engineering application was put forward from three aspects of heavy metal waste curing process，components and advantages of combined heavy metal waste solidification processing device， new curing agent. The results showed that this project has developed a set of modular heavy metal residue solidification treatment device with better applicability and a kind of high efficiency， low cost curing agent. The effect typically achieved by reasonable control of curing agent dosage， process parameters， curing conditions and other factors. Also， the project can provide theoretical experience to other similar treatments.

Key wordsHeavy metal waste；New curing technology；Combined waste treatment plant；XDcuring agent

随着经济的高速增长，有色金属的需求量不断增加，重金属废渣的产生量也逐年递增，成为主要的环境隐患之一。重金属废渣不妥善处理，将占用大量土地，破坏地貌景观，甚至随着雨水的迁移对周边土壤、地表水、地下水、农作物及人体健康产生影响。采用稳定剂、固化剂对重金属废渣进行稳定化固化处理，降低其对环境的危害，是重金属废渣的主要处理方法之一[1]。传统采用的固化稳定化技术主要包括水泥、石灰固化稳定化技术，但这些方法增容比大、固化体稳定性和强度存在问题[2-3]。此外，矿区的矿产资源种类繁多，废渣的性质特点各不相同，不同废渣的稳定化固化过程原理和形态差别很大，采用同一套装置经常会出现加药装置不匹配、运行不畅等问题。同时，历史遗留废渣和新鲜废渣不同，历史遗留的重金属废渣含有大量杂草、块石、树根等，容易造成机器磨损甚至堵塞，而且经常需要人工辅助。在这种情况下，无论从技术上还是经济上考虑，适应性强的组合式重金属废渣稳定化固化系统以及寻求增容比小、固化效果稳定且浸出毒性低的新型固化剂成为研究热点。该工程采用自主研发的新型固化技术——新型固化剂及组合式重金属废渣固化处理装置来处理历史遗留的不同类型重金属废渣，通过合理控制固化剂投加量、工艺参数及养护条件等各项影响因素，解决了目前重金属废渣处理存在的固化效果不稳

定、处理对象单一、易堵塞、检修频繁、人工劳动强度大等问题，提供了一种适应性强、维护费用低、处理效率高的新型固化技术。笔者研究了该新型固化技术处理重金属废渣的工程应用，以期为类似废渣处理提供理论依据。

1工程概况

1.1工程规模

该工程包括库容为40万m3的危险固体废物安全填埋场；日处理能力为400 t/d的危险固体废物固化车间；日处理能力为65 t/d的填埋场重金属渗滤液处理厂。

1.2污染状况

湖南水口山地区是湖南有色金属采、选、冶重点区域，历史遗留堆存含砷废渣和石灰渣约40万t，主要污染因子为铅、砷、镉，属典型的危险固体废物。由于长期无序堆放，经降水与地表水淋滤后产生的渗滤液对周边地区造成了严重的重金属污染，部分土地已失去耕作功能，溪水水质重金属铅、镉、砷超标严重。为从源头解决历史遗留重金属废渣对周围环境的影响，该研究对含砷废渣和石灰渣进行固化预处理后，使重金属废渣各污染因子浸出毒性满足《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598—2001）[4]中入场标准后安全填埋。

1.3废渣性质

工程所用废渣取自湖南某地区历史遗留重金属废渣堆放区。分别在含砷废渣堆放区和石灰渣堆放区采集多个样品，将大块破碎后过2 mm筛，加盖封存。含砷废渣和石灰渣的浸出毒性分析见表1。

2工程应用

2.1重金属废渣固化处理程序该工程采用的新型固化技术是重金属废渣通过车辆由原料堆场送到固化处理车间，处理时先将组合式重金属废渣固化处理装置各个机械设备开启空转，由装载机上料到进料斗，物料首先经格栅去除大尺寸雜物（如大尺寸的石块、水泥块等）后，筛下物料由皮带输送机输送至滚筒筛分机进行二次筛分，以满足搅拌设备对进料粒径的要求，确保搅拌机运行顺畅；同时，石块、树枝、编织袋等杂物及不符合粒径要求的废渣经筛分后自动分离，以上杂物收集后与废渣一并填埋处置（处理程序中的筛分单元）。筛下重金属废渣经皮带输送机输送至配料机进行配料和计量，计量后的重金属废渣由皮带机输送至搅拌机，同时，依据配比，XD固化剂也加入到搅拌机中混合搅拌，按照设定时间搅拌均匀后，搅拌机开闸卸料，斗车接受卸料，卸料至额定装载量后，运输至填埋库区养护，下一辆斗车就位接料。重金属废渣固化处理程序如图1所示。

2.2组合式重金属废渣固化处理装置的构成与优点

2.2.1构成。

组合式重金属废渣固化处理装置是由筛分单元、配料单元、输送单元、物料投加单元和物料搅拌单元、控制单元及除尘单元组成。重金属废渣由密闭运输车运至临时堆存区，临时堆存的废渣经装载机投入带格栅筛分的物料仓，筛下物料经皮带输送机送至筛分单元，筛分粒径50 mm以下的废渣进入配料机，经称重计量后由皮带机送至搅拌机，同时XD固化剂经计量后输送至搅拌机混合，并添加一定比例的调配水，物料混合搅拌均匀后开闸卸料，混合物由自卸运输车运至填埋库区进行现场养护和填埋。①

筛分单元。由进料格栅与滚筒筛分机组成，筛分流程见“2.1”。

②配料单元。采用双斗配料机，含2个独立的计量单元，互为备用，用于废渣的计量配料。废渣的投加量根据设定的配比采用自动和手动2种模式投加，固化剂则由螺旋输送机及相应的计量斗实现计量和投加。上述物料投加比例可以重新设定。

③物料投加单元。包括进料斗和连接筛分单元的皮带输送机。筛分单元由皮带输送机与配料单元的废渣配料斗连接，配料斗出口通过皮带输送机与搅拌单元的进料斗连接。

④物料搅拌单元。采用双卧轴强制式搅拌机，下端设出料控制阀，物料在搅拌机内混合均匀后开阀卸料。搅拌投加水量按设定比例添加，采用计量泵输送，水量可根据需求调节。

⑤控制单元。为该系统的控制中心，包括生产监控和电气控制的功能，对设备进行集中控制，包括自动控制和手动控制2种控制模。

⑥除尘单元。主要作用于进料斗区域，具有较好的除尘降尘效率，可有效改善生产条件。

2.2.2优点。①筛分能力强。采用格栅和滚筒筛分机组合的二次筛分单元能够高效地分离和去除废渣中种类繁多的杂物，如石块、建筑垃圾、长条型的树枝、编织袋等，以上杂物是造成设备堵塞和损坏的主要原因。②适应能力强。处理能力大。能够适应废渣、尾砂、渣土混合物及土壤等不同类型固体废物的处理要求。通过筛分单元的作用，可有效分离固体废物中的杂质，避免设备堵塞。同时，该系统处理能力大，可设计处理规模200～1 000 t/d。

③采用双斗配料机，一用一备，保障检修时系统正常运行。

④设置了除尘单元，有效控制生产车间粉尘扩散，极大改善了生产条件。

⑤为常见的传统机械组合而成，具有原理浅显易懂、可操作性强、维护保养要求低、劳动强度不高的特点，同时，废渣与药剂混合处理效果良好。

⑥设计时充分考虑自动化要求，在控制中心设置生产监控和电气控制设施，对生产情况进行实时监控和集中控制，有利于提高自动化控制水平。药剂和废渣配比可根据实际处理工艺要求进行调整，处理系统灵活性高。

2.3新型固化剂

新型固化技术选用的固化剂为自主研发的XD固化剂，该固化剂组合了具有火山灰活性并对重金属离子具有强烈吸附、络合作用的天然矿物质、工业固体废物。材料中含有多种活性成分、胶凝物质、水化成分，材料经分别磨细再混匀或一起混磨，最后加入催化剂、激活剂和表面改性物质等工艺制备而成的，能够对含铅、镉、钾、铜、锌等重金属单一污染或复合污染进行固化处理。

XD固化剂优点：①调节酸性废渣的酸碱度；②药剂本身不含重金属或含量很低，不存在二次污染的风险；③药剂获得或制备成本较低；④药剂对重金属的固化稳定化显著且持续性强。XD固化剂的基本理化性质：MgO含量33.81%，CaO含量30.53%，SiO2含量5.91%，Al2O3含量4.19%，Fe含量3.78%，pH 10.57，含水量5.68%，粒度（≤5.00 mm）≥90%，Na含量0.95%，K含量0.41%。

XD固化剂添加比例根据重金属废渣的污染程度通过前期小试试验结果确定。该项目中重金属废渣固化处理添加比例为2.00%～5.00%。

3处理效果

为了评价重金属废渣的固化效果，该研究采用HJ/T 299—2007《固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》的要求提取浸出液，分析浸出液中污染因子的浓度，从而考察污染物释放能力，即污染物的浸出效应[5-6]。检验标准为处理后的固化产物中砷、镉、铅的浸出浓度满足《危险废物填埋场入场控制标准》，即砷≤2.50 mg/L，镉≤0.50 mg/L，铅≤5.00 mg/L。

根据该工程运营实际情况，每天抽检1次，1次抽检1个混合样，连续监测7 d，检测指标为铅、镉、砷，检测结果表明，固化处理后铅、镉、砷的最大浸出浓度分别为3.16、0.37、2.06 mg/L，均不超标，合格率为100%。

4结论

（1）该研究结果表明，采用自主研发的新型固化技术（XD固化剂以及组合式重金属废渣固化处理装置）处理重金属废渣后，其固化产物中砷、镉、铅的浸出浓度均满足《危险废物填埋场入场控制标准》，即砷≤2.50 mg/L，镉≤0.50 mg/L，铅≤5.00 mg/L，验收合格率均达100%。

（2）

采用新型固化技术处理重金属废渣之前需通过小试试验确定固化剂投加比例。该工程采用了一种自主研发的新型固化技术处理石灰渣和含砷废渣，XD固化剂投加比例为2.00%～5.00%，投加比例小，固化效果好，无二次污染；且组合式重金属废渣固化处理装置适应能力强，可处理不同类型历史遗留废渣和新渣，处理能力大，运行畅通，不堵塞。因此，该工程采用的新型固化技术处理重金属废渣不仅经济节约，而且技术可行，取得了很好的处理效果，可为类似的废渣处理提供宝贵经验。

参考文献

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郝汉舟，陈同斌，靳孟贵，等.重金属污染土壤稳定/固化修复技术研究进展[J].应用生态学报，2011，22（3）：816-824.

[2] 王琦，王起，闵海华.我国危险废物固化处理技术的探讨[J].环境卫生工程，2007，15（5）：57-59.

[3] 蒋建国，王伟.危险废物稳定化/固化技术的现状与发展[J].环境科学进展，1998，6（1）：55-62.

[4] 中国环境科学研究院固体所.危险废物填埋污染控制标准：GB 18598—2001[S].北京：中国标准出版社，2002.

[5] 陈祖奇，安丽.国外关于稳定化/固化的有毒有害污染物的渗漏实验方法的研究进展[J].城市环境与城市生态，2000，13（4）：48-51.

[6] 施惠生，袁玲.焚烧飞灰水泥固化体的安全性评价[J].同济大学学报（自然科学版），2005，33（3）：326-329.

安徽农业科学2017年