含砷污泥是通過化學(xué)沉淀法處理含砷廢水的一類產(chǎn)物，此類廢物主要來源于有色冶金工業(yè)，因為各種有色金屬礦物中都含有數(shù)量不等的砷，在冶煉有色金屬的同時不得不熔煉出砷，在有色金屬與砷分離時產(chǎn)生了各種含砷廢水。含砷廢水對生態(tài)環(huán)境的污染和危害巨大，為解決此類廢水對生態(tài)環(huán)境造成的污染，化學(xué)沉淀法隨之被廣泛用于處理含砷廢水�，F(xiàn)階段，一般采用石灰中和沉淀法、鐵鹽絮凝沉淀法、硫化沉淀法三種技術(shù)來處理含砷廢水。由于技術(shù)方法和藥劑的不同，產(chǎn)生了不同類型的含砷污泥。丁嘉琪等歸納總結(jié)了鈣-砷型污泥、鐵-砷型污泥、硫-砷型污泥的來源、組成特性及處置方式，但是都達(dá)不到很好的處理效果。
磷化鋁被廣泛用于糧食、種子、藥材、煙草等物品的薰蒸殺蟲、滅鼠，全國每年排放磷化鋁殘渣的量約為5萬噸，磷化鋁殘渣經(jīng)過無害化處理后，磷化鋁殘渣中含有約70%的氫氧化鋁，具有回收和綜合利用的價值。如何將磷化鋁處置殘渣變害為利，也是危廢行業(yè)研究的重要課題之一。
本著以廢治廢、綜合利用的目的，本文利用水蒸氣、雙氧水、磷化鋁處置殘渣、復(fù)合鐵鹽、石灰、水泥等藥劑對含砷污泥進(jìn)行穩(wěn)定固化試驗研究，實現(xiàn)了含砷污泥的穩(wěn)定固化安全達(dá)標(biāo)處置。
1、試驗部分
1.1 試驗材料和儀器
含砷污泥來自某化肥廠，其浸出毒性見表1。磷化鋁處置殘渣來自某科技公司，石灰為市售石灰，水泥為市售425普通硅酸鹽水泥。復(fù)合鐵鹽為工業(yè)級高效復(fù)合鐵鹽、雙氧水(工業(yè)級)，硫酸(工業(yè)級)。水蒸氣發(fā)生器為DZFZ-6KW全自動手提220V-0.4，攪拌機(jī)為JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)。
1.2 實驗原理
首先，將含砷污泥進(jìn)行加熱熟化，使其充分溶解分散;然后，利用雙氧水將含砷污泥中的As(Ⅲ)氧化為As(V);再利用復(fù)合鐵鹽進(jìn)行反應(yīng)。磷化鋁處置殘渣中含有大量氫氧化鋁及氫氧化鈣，并含有少量磷酸鹽。通過利用磷化鋁處置殘渣中的大量氫氧化鋁、氫氧化鈣和少量磷酸鹽與As(V)進(jìn)行反應(yīng):首先是As(V)離子與鈣離子反應(yīng)，生成砷酸鈣沉淀下來;磷酸根能與砷(Ⅲ)和砷(V)反應(yīng)，生成高不溶性的絡(luò)合物;再利用氫氧化鋁在混凝過程中與鈣離子發(fā)生反應(yīng)生成鈣鋁絡(luò)合物。生成的鈣鋁絡(luò)合物被氫氧化鋁礬花吸附而沉淀，再通過水泥將含砷污泥進(jìn)行固化。
主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
2、過程與討論
2.1 水泥加入量對固化體中砷去除的影響
取含砷污泥200g，分別加入10，20，30，40，50，60，70，80，90，100g水泥，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌30min，倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù)7d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖1。
由圖1可見，水泥的加入量對固化體中砷去除影響明顯，隨著水泥加入量的增加，固化體中砷浸出濃度也隨之降低;當(dāng)水泥加入量為60g時，對固化體中砷的降解效率最高;之后，隨著水泥量的增加，固化體中的砷去除效率變化很小。故水泥加入量選擇60g。
2.2 磷化鋁處置殘渣加入量對固化體中砷去除的影響
取含砷污泥200g，分別加入50，100，150，200，250，300，350g磷化鋁處置殘渣，再分別加入水泥60g，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌30min，倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù)7d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖2。
由圖2可見，磷化鋁處置殘渣加入量對固化體中砷去除影響顯著，隨著磷化鋁處置殘渣加入量的增加，固化體中砷去除率也隨之增加;當(dāng)磷化鋁處置殘渣加入量為200g時，固化體中砷去除率達(dá)到90%;之后，隨著磷化鋁處置殘渣加入量的增加，固化體中砷去除率變化很小。故磷化鋁處置殘渣加入量選擇為200g。
2.3 加熱攪拌熟化時間對固化體中砷去除的影響
取含砷污泥200g，加入200g磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌0.5，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4h，加入水泥60g，攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù)7d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖3。
由圖3可見，加熱攪拌熟化時間對固化體中砷去除影響顯著，隨著攪拌熟化時間的增加，固化體中砷去除率也隨之增加;當(dāng)加熱攪拌熟化時間達(dá)到3h時，固化體中砷去除率達(dá)到93%;之后，隨著加熱攪拌熟化時間的增加，固化體中砷去除率變化很小。故選擇加熱攪拌熟化時間為3h。
2.4 復(fù)合鐵鹽加入量對固化體中砷去除的影響
取含砷污泥200g，加入200g磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌3h，分別加入復(fù)合鐵鹽10，15，20，25，30，35，40g再加入水泥60g，攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù)7d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖4。
由圖4可見，復(fù)合鐵鹽的加入對固化體中砷去除影響顯著，隨著復(fù)合鐵鹽量的增加，固化體中砷去除率也隨之增加;當(dāng)復(fù)合鐵鹽的加入量達(dá)到30g時，固化體中砷去除率達(dá)到96%;之后，隨著復(fù)合鐵鹽的加入量的增加，固化體中砷去除率基本不變。故選擇復(fù)合鐵鹽加入量為30g。
2.5 雙氧水加入量對固化體中砷去除的影響
取含砷污泥200g，加入200g磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌3h，分別加入10，20，30，40，50，60，70，80g雙氧水，再加入復(fù)合鐵鹽30g，加入水泥60g攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù)7d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見表2。
由表2可見，雙氧水的加入對固化體中砷去除影響明顯，隨著雙氧水量的增加，固化體中砷去除率也隨之增加;當(dāng)雙氧水的加入量達(dá)到30g時，固化體中砷去除率達(dá)到99.96%;之后，隨著雙氧水的加入量的增加，固化體中砷去除率基本不變。故選擇雙氧水加入量為30g。
2.6 pH值對固化體中砷去除的影響
取含砷污泥200g，加入200g磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌3h，加入雙氧水30g，再加入復(fù)合鐵鹽30g，加入水泥60g，利用石灰、硫酸調(diào)節(jié)固化體pH值分別為6，7，8，9，10，11，12，攪拌均勻倒入磨具，常溫養(yǎng)護(hù)7d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖5。
由圖5可知，隨著固化體系pH值的逐漸升高，固化體中砷去除率也隨之增加;當(dāng)固化體系pH值達(dá)到10時，固化體中砷去除率達(dá)到99.96%;之后，隨著固化體系pH值的增加，固化體中砷去除率基本不變。故選擇固化體pH值范圍為10~12。
2.7 養(yǎng)護(hù)時間對固化體中砷去除的影響
取含砷污泥200g，加入200g磷化鋁處置殘渣，加入適量的水，打開水泥膠砂攪拌機(jī)通入水蒸氣加熱熟化攪拌3h，加入雙氧水30g，再加入復(fù)合鐵鹽30g，加入水泥60g，利用石灰調(diào)節(jié)固化體pH值為10~12，攪拌均勻倒入磨具，分別常溫養(yǎng)護(hù)3，5，7，9，11，13，15d。檢測固化體中砷的浸出質(zhì)量濃度，結(jié)果見圖6。
由圖6可知，隨著養(yǎng)護(hù)時間的增加，砷固化效率逐漸升高;7d后繼續(xù)增加養(yǎng)護(hù)時間，砷固化效率基本不變。故選擇固化穩(wěn)定化體系的養(yǎng)護(hù)時間為7d。
3、結(jié)論
通過磷化鋁處置殘渣中廉價氫氧化鈣、氫氧化鋁、磷酸鹽的利用，配合復(fù)合鐵鹽、雙氧水、水蒸氣加熱熟化攪拌試驗，發(fā)現(xiàn)其可以將含砷污泥實現(xiàn)穩(wěn)定化、固化進(jìn)行除砷，不僅節(jié)約了成本，還達(dá)到以廢治廢的目的。
1)當(dāng)利用水蒸氣進(jìn)行加熱熟化3h，雙氧水加入量15%，磷化鋁處置殘渣加入量100%，復(fù)合鐵鹽加入量為15%，石灰調(diào)節(jié)pH值為10~12，水泥加入量為30%，養(yǎng)護(hù)時間7d的條件下，含砷污泥中砷含量從1280mg/L降至0.56mg/L，除砷率達(dá)99.956%。固化體中砷的浸出濃度低于GB18598-2019《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中砷浸出質(zhì)量度(1.2mg/L)的填埋限值，實現(xiàn)了含砷污泥的穩(wěn)定化固化處置。
2)磷化鋁處置殘渣中廉價氫氧化鈣的存在，節(jié)約了石灰的添加量，也節(jié)約了填埋庫容。同時，氫氧化鋁、磷酸鹽的存在使磷酸根與砷(I)和砷(V)反應(yīng)生成高不溶性的絡(luò)合物，再利用氫氧化鋁在混凝過程中與鈣離子發(fā)生反應(yīng)生成的鈣鋁絡(luò)合物吸附共沉淀砷，從而達(dá)到固化砷的作用。
3)水蒸氣加熱熟化的作用是使含砷污泥充分分散糊化，使加入的雙氧水更容易將砷(I)氧化為砷(V)，同時更利于后續(xù)鐵鹽與砷(V)生成穩(wěn)定的絡(luò)合體，在鋁鹽的包裹中固化下來，實現(xiàn)砷的穩(wěn)定化和固化。
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