含砷污泥制砖的毒性浸出试验研究

1、含砷污泥制砖的毒性浸出试验研究王丹,朱义年,梁延鹏,刘杰,蒋志坚(桂林工学院,广西桂林541004摘要:将含砷污泥和粘土按一定比例混合制砖,并对样品砖的毒性浸出进行了研究,结果表明对As 、Zn 、Pb 、Cd 离子的固化效果好,浸出毒性低于国家标准。还分析了浸出液的p H 值、Eh 和溶解氧对重金属离子浸出浓度的影响。关键词:含砷污泥;制砖;浸出毒性中图分类号:X705文献标识码:A 文章编号:1006-8759(200602-0040-04RESEARCH OF TOXICITY EXTRACTIO N O N MAKINGBRICK FR OM AR SENICAL SL U D GEW

2、 ANG Dan ,ZHU Y i -nian ,LI ANG Y an -p en g ,LIU Jie ,J I ANG Zhi -j ian(Guilin Institute O f T echnolo gy ,Guilin 541004,China Abstract :T he arsenical slud g e cla y w ere m ix ed u p w ith a defined ratio and w ere m ade the brick.T he p a p er introduces the stud y on tox icit y extraction from

3、 arsenical slud g e bricks ,it is found the result of stabilization/solidification for As 、Zn 、Pb 、Cd is ver y g ood and the leachate tox icit y of arsenical slud g e bricks w as low er than that set u p b y the national standard.And the ,other factors such as p H ,Eh and DO of leachin g concentrati

4、on of heav y m etal are discussed.K e y w ords :arsenical slud g e ;m akin g brick ;tox icit y of leachate0前言金属矿石的开采、焙烧、冶炼、化工等行业排出的烟尘、废水、废气、废渣中都含有大量的砷,其中以废水、废气中含砷量最高,所以对从废水中除砷形成的含砷废渣的最终处置是有着重要的现实意义。对含砷废渣的处置目前国内是采用简单的填埋、堆放等方法,在自然条件下,废渣中的重金属离子可能再次进入水体或土壤中;而国外处置含砷废渣则大多是采用固化法,也就是通过化学反应,生成相对难溶的砷酸铁盐,而砷酸铁盐

5、在近地表的水环境中是不稳定的,会发生不一致性溶解,形成氢氧化铁沉淀并释放出砷,这些重金属就通过水或土壤介质影响人类赖以生存的生物圈,给人类带来危害12。因此,需找一条合理途径对含砷废渣进行最终处置,使重金属离子与生物圈最大限度地隔离开。本试验研究的是将含砷污泥与粘土按一定比例混合制砖的形式固化,并对固化块的浸出性能作了试验探索。1实验方法1.1含砷污泥试验采用的含砷污泥取自于广西某锌品集团二基地废水处理车间产生的中和污泥。中和污泥的主要成份见表1。收稿日期:2005-11-18基金项目:教育部科学技术研究重点项目(2003-77-03102第一作者简介:王丹(1975-,女,黑龙江鹤岗人,硕士

6、研究生,从事固化废物处理与处置研究。试验研究能源环境保护Ener gy Environmental ProtectionV ol.20,N o.2A p r.,2006第20卷第2期2006年4月成份As Pb Zn Cd Cu 含量(干/%0.110.0550.910.1060.007表1中和污泥主要成份表成份As Pb Zn Cd Cu 含量(干/%0.00190.000050.0110.0030.006表2粘土主要成份表样品编号1-11-21-31-41-51-61-71-81-9含砷污泥0246810121416粘土1009896949290888684表3样品原料配比/%王丹等含砷污

7、泥制砖的毒性浸出试验研究411.2固化材料试验采用的主要固体材料是粘土,取自于广西兴安长冲砖厂的泥质页岩及4%燃煤的混合土。粘土的主要成份见表2。1.3实验砖块:将含砷污泥与粘土按一定的比例混合,加适量水搅拌均匀,用模具制成标准建筑用砖的规格:11.5×23×5cm 3,然后自然风干7d 后送入红砖窑内烧制4d 浸泡:将半块砖浸泡在10L 有盖的聚乙烯盒内。考虑到近年来因工业污染而导致的酸雨现象严重,我们则采用雨水浸泡固化含砷污泥的砖块。分析方法:浸出液需经0.45m 的微孔滤膜过滤。浸出液中的As 、Zn 、Pb 、Cd 的含量用AAna 2l y st700原子吸收光谱

8、仪测定。p H 值用PHS -3型酸度计测定。2试验结果与讨论2.1表面性状分析样品经焙烧制成的红砖均呈棕红色,且随着污泥量的增多,颜色越来越浅,这是因为本实验所取用的含砷污泥的颜色相对较浅。2.2浸出毒性分析2.2.1浸出时间对浸出毒性的影响样品及其原料的配比见表3。浸出时间对9个样品中的As 、Zn 、Pb 、Cd 离子的浸出浓度的影响见图1、2、3、4。由图1可知,在浸泡初期,1-4、1-7、1-6和1-9样品砖中的砷的浸出浓度都是随着浸泡时间的加长而升高;当浸泡超过16d 时,样品1-6和1-7中砷的浸出浓度随浸泡时间的加长略有升高,趋势已较前段时间明显减弱,而1-4和1-9样品中浸出

9、的砷的浓度则已趋于稳定。对于样品1-1、1-2、1-3、1-5和1-8,从图1中靠近X 轴的曲线可知,在整个浸泡周期砷的浸出浓度随时间的延长变化不大。由图2、3可知,9个样品砖经过雨水浸泡后,1-5、1-3、1-2和1-8中锌、镉离子的浓度随浸出时间的加长先是增加,然后与砷离子的规律一样,趋于稳定。而样品1-1、1-4、1-6、1-7和1-9中的锌、镉离子浓度则是随时间变化不大,而且浸出的浓度也很小,都低于50g /L 。42能源环境保护第20卷第2期表4浸出毒性鉴别标准值项目As Zn Cd Pb 浸出液最高允许浓度/(m gL-1 1.5500.33浸泡时间/(d-m in1-11-21-

10、31-41-51-61-71-81-9 1-58.037.757.837.837.797.888.197.717.93 1-108.057.757.777.847.737.878.197.737.93 1-208.087.547.667.837.567.838.197.277.9 1-408.067.297.317.787.217.698.147.037.93 1-808.037.097.127.77 6.987.778.05 6.917.83 1-1608.07 6.83 6.937.81 6.777.728.14 6.717.8927.71 6.19 6.317.48 6.237.417.

11、66 6.157.5348.96 4.82 5.167.53 5.187.528.53 6.317.8889.23 4.5 4.77.78 4.927.879.11 6.268.88169.02 4.43 4.517.75 4.788.18.91 6.398.86 247.91 4.52 4.57.58 5.17.297.9 6.718.2 327.69 4.55 4.51 6.64 5.437.397.567.197.8表5浸出液的p H值由图4可知,浸泡时间对铅离子的浸出浓度影响不大,均是呈无规律的波动状态,但波动范围不大,且浓度均低于50g/L。此外,图1、2、3都出现了浸出时间较长后浸

12、出浓度趋于稳定的现象,这一现象可解释为:固化块中的微孔与毛细管互不连通。含砷污泥被固化在砖块内,水不能渗入,阻止了内部的溶出,浸出只在表层进行,表层浸出平衡后,浸出液中砷离子浓度就不再增加。另外,由以上图14还可知,经过雨水的长期浸泡,砷、锌、镉、铅的浸出的最大浓度均低于G B5085.1-1996危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别中规定的标准值(标准值见表4,可见将含砷污泥制成砖的处理效果很好。2.2.2污泥添加量对浸出毒性的影响9个样品经过雨水浸泡32d后浸出液中的砷、铅、镉、锌的浸出的浓度分别见图56。由图5可知,在污泥含量低于6%时,样品砖的浸出液中砷的浸出浓度随着污泥的含量增加;当污泥含量

13、超过8%时,砷的浸出浓度明显增大,然后又随污泥含量的增加趋于减小,但减少的很少,这说明污泥的掺加量对浸出液中的砷离子的浓度影响不大。由图5中铅离子的浸出浓度近似一条直线可知,污泥添加量的增加对铅离子的浸出浓度基本没有影响。由图6可知,浸出液中的锌离子的浓度随着污泥掺加量的增加先是增加,当污泥量超过12%时,锌的浸出浓度则突然下降,然后是趋于稳定;而镉离子的浸出浓度跟铅离子很相似,浓度的变化很小,这些都说明污泥的添加量对锌、镉离子的浸出浓度影响很小。2.3浸出液的p H分析9个样品砖雨水浸泡32d的p H值见表5。由表5可知,在浸泡第1天的80m in内9个样品砖的p H值变化不大,当浸泡160

14、m in后,样品1-2、1-3、1-5的p H值开始呈下降趋势,最低降到4.5;而其它几个样品砖的浸出液的p H值随浸泡时间的延长变化范围不大,且p H值都高于6。由第32天9个样品的p H值变化与重金属离子的浸出浓度变化比较可知,在本实验条件范围内,随着污泥掺加量的增加,p H值的变化趋势与砷离子的浸出浓度的变化规律有相同之处,都是先变化不大,然后增大,接着趋于稳定。2.4浸出液的Eh分析9个样品砖雨水浸泡32d的Eh值见表6 。王丹等含砷污泥制砖的毒性浸出试验研究43浸泡时间d/m in1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-51181101021111081099810

15、21021-1011011010110310211095105991-201099910510310110398941091-4098104891059510682981031-8094104941111081071041081031-16097848511691107109102106275747172707471747444897116831098373797882594118761067659686016338312078100845775652434164152851228769816732331471337510467636859由表6可知,Eh 随着浸泡时间的加长的变化跟p H 值

16、有相似之处,都是浸泡初期变化不大。而浸泡后期样品1-2、1-3、1-5的Eh 的变化刚好与其p H 值的变化相反,随浸泡时间的加长而呈上升接着稳定的趋势,其它几个样的Eh 的变化则与其p H 值的变化不同,是随浸泡时间的加长下降然后稳定。这趋于稳定的趋势与砷、铅、锌的浸出趋势相同,说明浸出溶液内固液之间已处于化学平衡3。2.5浸出液溶解氧分析9个样品砖雨水浸泡32d 的溶解氧见表7。由表7可知,浸出液中的溶解氧随浸泡时间的延长变化范围不大,绝大部分都在7左右,只有几个值偏高到8.5以上,这是由实验过程中温度降低引起的,因为气体溶解度与温度是呈反比的关系4。这说明溶解氧与重金属浸出浓度的关系不大

17、。3结论(1用含砷污泥与粘土以9个比例混合制砖,经毒性浸出实验发现,浸出时间对As 、Zn 、Cd 离子的浸出浓度有一定的影响,都是随着浸出时间的延长浸出浓度先是增大,然后稳定;而浸出时间对铅的浸出浓度的影响不大。污泥的掺加量对As 的浸出浓度有一定的影响,随着污泥掺加量的增大,浸出浓度先是变化不大,当污泥的掺加量达到8%以后,浸出浓度则增加然后趋于稳定;而Zn 、Pb 、Cd 的浸出浓度则随污泥掺加量的增加变化不大。此外,重金属的浸出浓度的值很小,远远低于G B5085.1-1996危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别中规定的标准值。(2重金属离子的浸出浓度与浸出溶液的p H值和Eh 值都有一定的关

18、系,而与溶解氧关系不大。参考文献:1董福来.有害废弃物几种固化方法J .环境保护科学,1995,21(4:510.2聂永丰.三废处理工程技术手册(固化废物卷M.北京:化学工业出版社,2000.3M.Leist ,et al.T he fixation and leachin g of cem ent stabilized ar 2senic.W aste M ana g em ent ,2003(23:359359.4伏雪峰.强化氰化浸出的机理探讨J .有色矿山,1995,1:4247.表7溶解氧1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-57 6.8 6.97.37.17.17.3771-107 6.8 6.87.27.17.27.27.17.11-207.17.1 6.87.17.177.2771-