含重金属水处理污泥的固化和浸出毒性研究

第４卷第１２期　２　０　０　３年１　２月　环境污染治理技术与设备　

Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖｏ１．４．Ｎｏ．１２　

Ｄｅｃ．２　０　０　３　

含重金属水处理污泥的固化　和浸出毒性研究　

吴　芳　罗爱平　李　楠　（五邑大学化学与环境工程系，江门５２９０２０）　

摘要工业危险固体废物在进行安全填埋前需要进行固化稳定处理。针对电镀厂和皮革厂含重金属的水处理污　泥，用不同比例的水泥、粉煤灰进行固化稳定处理。考虑酸雨环境，浸出实验采用ｒＩ℃ＩＪＰ标准。电镀厂污泥单独固化时，其　浸出液中铜离子浓度由７８．０　ｍｇ／Ｌ下降到１．５　ｒａｇ／Ｌ；镍离子浓度由２２４．５　ｍｇ／Ｌ下降到２２．２　ｍｇ／Ｌ，高于危险废物允许进入填　埋区１５　ｍｇ／Ｌ的控制限值。电镀厂污泥与皮革厂污泥混合后固化，浸出液毒性明显降低。铜离子的浸出浓度降低到　１．９８　ｍｇ／Ｌ，镍离子降低到４．１０　ｍｇ／Ｌ，总铬降低到０．４０　ｍｇ／Ｌ，各项指标均低于国家危险废物允许进入填埋区的控制限值，可　安全填埋。　关键词　危险废物污泥　固化／稳定化浸出实验　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｏａｋｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｓｅｗａｇｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｏｎ　

Ｗｕ　Ｆａｎｇ　Ｌｕｏ　Ａｉｐｉｎｇ　Ｌｉ　Ｎａｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｆｉｎｇ，Ｗｕｙｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｍｅｎ　５２９０２０）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ／ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ　ｂｅｆｏｒｅ　ｌａｎｄｆｉｌｌｉｎｇ　ｔｏ　Ｉｎｉｎｉｎｌｉｚｅ　ｔｏｘｉｃｉｔｙ．　Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｓｅｗａｇｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏ－　ｐｌａｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｙ　ａｎｄ　ｌｅａｔｈｅｒ　ｗｏｒｋｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｌｙ　ａｓｈ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ　ａｇｅｎｔｓ．Ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ａｃｉｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ＪＩ℃ＬＰ　ｍｅｔｈｏｄ　Ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｓｏａｋｉｎｇ　ｔｅｓｔ．Ｗｈｅｎ　ｓｌｕｄｇｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｙ　Ｗａｓ　ｓｏｌｉｄａｔｅｄ　ａｌｏｎｅ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒｉｏｎ　ｉｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ７８．０　ｍｇ／Ｌｔｏ　１．５　ｍｇ／Ｌ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆｎｉｃｋｌｅ　ｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ　２２４．５　ｍｇ／Ｌ　ｔｏ　２２．２　ｍｇ／Ｌ，ｗｈｉｃｈ　Ｗａｓ　ｓｔｉｌｌ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｍｉｔｔｅｄ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｌｉｍｉｔ　ｏｆ　ｌａｎｄｆｉｌｌ，１５　ｍｓ／Ｌ．　Ｗｈｅｎ　ｓｌｕｄｇｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｙ　Ｗａｓ　ｓｏｌｉｄａｔｅｄ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ　ｗｉｔｈ　ｓｌｕｄｇｅ　ｏｆ　ｌｅａｔｈｅｒ　ｗｏｒｋｓ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｉｏｎ　ｉｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｔｏ　１．９８　ｍｇ／Ｌ，ｎｉｃｈｅ　ｉｏｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｔｏ　４．１０　ｍｇ／Ｌ，ａｎｄ　ｔｏｔａｌ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ　ｔｏ　０．４０　ｍｇ／Ｌ．Ａｌｌ　ｏｆ　ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ’ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｍｕｃｈ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｍｉｔｔｅｄ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｌｉｍｉｔ　ｏｆ　ｌａｎｄｆｉｌ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｗａｓｔｅ；ｓｌｕｄｇｅ；ｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ／ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｓｏａｋｉｎｇ　ｔｅｓｔ　

固体废物污染主要通过水、大气或土壤介质影响　人类赖以生存的生物圈，给人类健康带来危害　．２ｊ。　如固体废物经过雨水的淋洗，被浸渍出来的有害化学　物质会随雨水流入水系中，同时有害化学物质也会改　变土壤性质和结构。　在固体废物污染危害中，最严重的是危险废物的　污染，所以固体废物的治理重点也是危险固体废物的　治理。含重金属水处理污泥是危险固体废物中的一　类。现今国内外对这类工业固体危险废物的处置方　法主要是安全填埋。在危险废物进行填埋前，需根据　不同废物的物理化学性质进行固化稳定处理，使之达　到危险废物填埋污染控制标准的要求。本文依据“广　东省江门市工业固体废物现状调查”，选择了几种产　生量大、毒性强、有代表性的危险废物作为固化处理　的对象，进行研究并选出固化工艺参数。　

１　实　验　１．１原　料　固化处理的含重金属水处理污泥取自电镀厂和　皮革厂，其平均含水率和干污泥主要金属成分含量　分析结果如表１所示。　

资助项目：广东省科技厅工业攻关资助项目（２００３Ａ１１００６０１）　收稿Ｅｌ期：２００３—０２—２４；修订Ｅｌ期：２００３—１０—２０　作者简介：吴芳（１９７１　），女，江西省景德镇人，博士，副教授，主要　从事工业固体废物处理处置研究工作。　

维普资讯 http://www.cqvip.com １２期　吴　芳等：含重金属水处理污泥的固化和浸出毒性研究　４１　表１实验用污泥成分　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｄ　ｓｌｕｄｇｅ　

从表１可以看出，皮革厂污泥所含危险重金属　主要是ｃｒ，这是由于皮革厂的生产工艺需要大量的　铬化合物，而电镀厂污泥的Ｃｕ、Ｎｉ和ｃｒ含量都较　高。各种污泥中Ｆｅ含量也较高，主要是因为在处理　污水时加入了含铁絮凝剂。　１．２实验方法　１．２．１　样品的浸出方法及过程　根据美国固体废物毒性浸出方法（ＴＣＬＰ）进行　样品浸出实验。与固体废物毒性浸出方法的国家标　准（ＧＢ／Ｔ５０８６—１９９７）相比较，二者最大区别在于浸出　剂的ｐＨ值。ＧＢ／Ｔ５０８６—１９９７采用蒸馏水作为浸出　剂，ｐＨ值为５．８—６．３，ＴＣＬＰ标准在浸出剂中加入醋　酸，ｐＨ＜５。考虑到酸雨环境，采用ＴＣＬＰ分析方法　更接近实际情况，这样也可以在更严格的条件下检　验固化实验的结果。　浸出剂：量取５．７　ｍＬ的冰醋酸，加入５００　ｍＬ蒸　馏水中，再加入６４．３　ｍＬ　１．０　ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ，用蒸馏　水稀释到１　Ｌ，此溶液ｐＨ＝４．９３±０．０５。　样品浸出过程：称取１００　ｇ渣样（干渣），按固液　比１：２０的比例加入浸出液２　Ｌ，以３０±２　ｒ／ｍｉｎ的转　速滚动式振荡１８　ｈ后，用０．６—０．８　ｂｔｍ的玻璃纤维　滤膜过滤，滤液分成若干份进行测试。　１．２．２　固体废物浸出毒性测定方法　按照浸出毒性测定方法的国家标准《固体废物　浸出毒性测定方法》（ＧＢ／Ｔ１５５５５．１－１２—１９９５）规定的　方法进行测定。　

２结果与讨论　２．１含重金属污泥的浸出液测定　对污泥的浸出液进行测定时，应先根据其含水　率计算所需的污泥质量和要加入的去离子水量，保　证固液比为１：２０。浸出液成分测试结果如表２所　示，为了便于比较，表２同时给出了国家《危险废物　填埋污染控制标准》（ＧＢ１８５９８—２００１）中规定的危险　废物允许进入填埋区的控制限值。　表２各种污泥浸出液成分　Ｔａｂｌｅ　２　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｌｕｄｇｅ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　由表２可以看出，来自皮革厂的水处理污泥浸　出毒性较低，各项指标均低于国家危险废物允许进　入填埋区的控制限值。填埋是目前我国皮革厂污泥　处置最常见的一种方法，大部分皮革厂水处理污泥　都随生活垃圾进入了生活垃圾填埋场。但皮革厂污　泥中含有重金属铬、硫化物和大量中性盐，造成生活　垃圾填埋场部分功能菌群失活，严重影响了生活垃　圾填埋场的正常运转和管理，所以将皮革厂污泥直　接填埋人生活垃圾填埋场是不合适的。而来自电镀　厂的水处理污泥，浸出液中铜和镍的值超过危险废　物允许进入填埋区的控制限值，ｐＨ值也不符合要　求，必须进行预处理后才能进入填埋场填埋。　２．２　电镀厂水处理污泥固化工艺的选择　根据表２的数值，选取电镀厂２的水处理污泥　作为固化的主要研究对象，以固化处理前后污泥浸　出液Ｃｕ¨、Ｎｉ　含量的变化为主要考察指标，进行　固化工艺的优化选择。参照水泥固化的研究报　道［３－６　Ｊ，我们设计了６种不同比例的固化配方，其污　泥：水泥：粉煤灰的百分比分别为６０：４０：０、６０：２５：　１５、６０：２０：２０、６０：１０：３０、７０：２０：１０和５０：３０：２０。　根据比例，用减量法称取污泥、粉煤灰、水泥于　灰桶中，搅拌至均匀，分装入测试杯中，放在室内　养护。　分别在固化２　ｄ后、４　ｄ后和８　ｄ后，对固化后的　污泥进行含水率测定（确定是否符合浸出试验的要　求），然后进行浸出，测定浸出液Ｃｕ　和Ｎｉ　含量。　实验结果表明，固化后的浸出液ｐＨ值的变化　

维普资讯 http://www.cqvip.com ４２　环境污染治理技术与设备　４卷　在１１—１２之间，符合安全填埋的要求。浸出液　Ｃｕ２　和Ｎｉ　浓度测定结果如图１所示。　

图１　电镀Ｊ　２水处理污泥固化后浸出液中　Ｃｕ２　和Ｎｉ　浓度　Ｆｉｇ．１　Ｃｕ２　ａｎｄ　Ｎｉ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｙⅡｓｅｗａｇｅ￣ｕｄｇｅ　

从图１可以看出，Ｃｕ２　浓度随养护时间的增加　呈明显下降的趋势，即养护时间越长，固化体浸出毒　性中Ｃｕ２　浓度就越低。而Ｎｉ　浓度随养护时间的　变化规律不很明显。　另一方面，对于上述６种配方工艺，可以明显看　出比例５的效果最好，用配方５对电镀厂２的水处　理污泥进行固化、经过８　ｄ时间养护后，其浸出液测　试结果表明，铜离子浓度由原有的７８．０　ｍｇ／Ｌ下降　为１。５　ｍｇ／Ｌ，而镍离子浓度则由原有的２２４。５　ｍｇ／Ｌ　下降为２２．２　ｍｇ／Ｌ，固化稳定处理的效果相当显著，　但镍离子浓度仍然高于危险废物允许进入填埋区　１５　ｍｇ／Ｌ的控制限值。　２．３　电镀厂与皮革厂混合污泥固化工艺的选择　种污泥，为了提高处理效率，节省处理成本，进行了　皮革厂和电镀厂污泥混合固化处理的实验。皮革厂　污泥ｐＨ值较高，且其中高分子成分有利于稳定重　金属离子，可以降低电镀厂污泥固化后浸出液中重　金属离子的浓度。以比例５为基础，选用浸出毒性　最大的皮革厂１和电镀厂２污泥相混合，改变电镀　厂污泥与皮革厂污泥的比例（以干基计），设计了６　种不同比例的污泥混合和固化配方，如表３所示。　表３混合污泥固化工艺配方比例（％）　Ｔａｂｌｅ　３　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ６　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｂｌｅｎｔ　ｓｅｗａｇｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ｓＩ　ｔｉ帆（％）　分别在固化２、４和８　ｄ后对测试样品进行毒性　浸出实验，主要考察浸出液ｐＨ值和主要重金属离　子的浸出浓度，实验结果如表４所示。　表４结果说明，将电镀厂污泥与皮革厂污泥混　合后固化，其浸出毒性明显降低。在所设计的６种　配方中，配方４的效果最好。用配方４对混合污泥　进行固化，经过８　ｄ的养护后，Ｃｕ２　的浸出浓度由原　来的７８．０　Ｌ降低到１．９８　Ｌ，而Ｎｉ　的浸出浓　度则由２２４．５　ｍｇ／Ｌ降低到４。１０　ｍｇ／Ｌ，总铬由０．９０　ｍｇ／Ｌ降低到０。４ｏ　ｍｇ／Ｌ，各项指标均大大低于国家　危险废物允许进入填埋区控制限值，可直接进行填　由于危险废物安全填埋场常常需要同时处理多埋。