高含水率含重金属废渣处理技术研究
龙中亚 刘锴力
摘要：本文对现行含重金属废渣的处理技术进行了探讨，并通过加强预处理技术和设备选型的研究，优化高含水率废渣处理技术，使含重金属废渣实现无害化安全处置，减少处理后对环境的二次污染。
关键字：高含水率；废渣；稳定化固化
中图分类号：X75 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0096-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.054
Abstract： In this paper， the current technology of treating heavy metal-containing waste residue is discussed. By optimizing the pretreatment technology and equipment selection， the technology of high-residue waste treatment is optimized so that the heavy metal-containing waste residue can be disposed safely and safely， Secondary pollution to the environment.
Keywords： High moisture content； Waste； Stabilization and curing
近幾年来我国发生了多起重金属污染的公共事件，受害群体较大，遗害效果影响持久。根据相关统计，我国受重金属污染的耕地占20%，由于重金属在自然环境中难以降解，可通过生物或植物富集的作用通过食物链进入人体，危害性较大。因此，近年来工业废物的治理和资源化的研究逐步成为热点[1]，但对含重金属危险废物的无害化率及资源化率低，且成本较高。所以，对含重金属危险废物的妥善治理和处置研究对生态环境保护和经济可持续性发展都具有十分重要的意义。
1 高含水率含重金属废渣特性及处理技术
1.1 高含水率废渣特性
以湖南某地区历史遗留含重金属废渣无害化处置项目为例，该项目处理的废渣主要包括冶炼厂的生产废渣和区域内重金属污染治理工程的历史遗留含重金属废渣。（1）冶炼厂生产废渣。冶炼生产废渣主要来源于冶炼厂配套的重金属废水处理站的沉淀废渣以及生产废渣（如硫酸渣），其中沉淀废渣含水率为60%-80%，硫酸渣含水率为40%-60%。（2）历史遗留含重金属废渣。该部分废渣主要是以前企业粗放式开发及监督管理不到位，冶炼废渣随意堆弃（如沉降渣、铅渣等），现大部分废渣对其在区域河流两岸，且区域降水量较大，废渣含水率为30%-60%。且由于废渣长期与土壤一起浸泡，废渣与表层土壤混合，腐殖质较多，黏结性高，容易形成团粒结构。
1.2 含重金属废渣处理技术
目前，对含重金属废渣的无害化处理技术主要有稳定化/固化技术、化学淋洗、微生物修复技术、资源化利用等。（1）稳定化/固化。稳定化/固化包括稳定化和固化两个方面。其中，稳定化是以污染物其有效性作为出发点，依靠化学反应以及形态转化，使污染物转化不易溶解、迁移能力或毒性小的状态和形式，即通过降低污染物的生物有效性。而固化是利用固化剂（如石灰、硅酸盐水泥）将污染物包裹起来，使之呈颗粒状或大块状存在，进而使污染物处于相对稳定的状态，从而限制污染物的迁移，实现其无害化或降低其对生态环境危害性。（2）化学淋洗。化学淋洗是用淋洗剂（如螯合剂、表面活性剂）对废渣进行淋洗，使废渣中的重金属形成溶解性的重金属粒子或者络合物，再用含有配位体的化合物与重金属离子形成更加稳定的络合物或者沉淀。现阶段重金属化学淋洗处理费用高，需进一步解决淋洗过程中产生的淋洗废水，处理周期较长，应用范围较小。（3）微生物修复技术。重金属微生物修复的机理主要生物吸附和生物转化，利用天然的或者人工培养特定的微生物群，通过促进微生物的新陈代谢，对污染废渣中重金属进行亲和吸附或转化为低毒产物。微生物修复对单一重金属具有较强的吸附、转化、讲解等作用，不适用多种重金属并存的复合污染治理，且治理受环境温度影响大，微生物本身很小，吸收的金属量较少，难以后续处理，实际工程操作管理难度较大，应用受到限制。（4）资源化利用。资源化利用是指通过从废渣中提取有价金属或利用废渣作为原料制砖及生产建材的技术。其中，废渣资源化利用术主要针对废渣中含有某种应用价值较高的重金属，且含量较高，具有回收利用的必要性。在提取过程中还将产生新的废气、废水等二次污染，设备多，占地面积大。将固体废渣作为原料制砖或生产建材的方法多应用于含重金属种类简单、浓度不高且符合建材原料使用标准的固体废物。稳定化/固化作为重金属污染治理的常用技术，具有成本低、见效快等特点。在国内外应用多年，广泛应用于处理含重金属废渣、土壤和淤泥沉积物等环境治理领域。
2 高含水率废渣处理工艺
该项目处理的废渣来源广泛，重金属超标种类主要包括铅、镉、砷等三类，待处置废渣量大，重金属存在的形态以及浓度差异较大，所以不宜采用植物修复，微生物修复等处理技术。同时，虽然待处理废渣重金属超标但针对提取一些有价金属来说，当中的金属量比较低并且浓度以及种类差异较大，当下缺少合理性、经济性的提取办法。并且针对具有多种超标重金属的废渣将其作为建材，当下我国仍缺少相关依据[2]。且现对含重金属废渣大多采用稳定化/固化处理技术进行处理，相比之下稳定化/固化技术工艺成熟、处理能力大、应用范围广泛、成本较低、操作管理简单，适合应用于该项目含重金属废渣的治理。
2.1 系统组成
稳定化固化系统主要由预处理系统、固化/稳定剂添加系统、废渣与固化/稳定剂混合搅拌系统组成。各系统特点如下：（1）预处理系统。预处理系统主要是用于待处理废渣的进料，具体包括进料仓装置、杂质筛分装置、破碎装置以及输送装置。（2）固化/稳定剂添加系统。固化/稳定剂添加系统主要用于固化剂和稳定剂的储存和送料，具体包括料仓、破拱装置、料位计、防爆阀、除尘器、控制阀门、计量装置以及送料装置组成。（3）废渣与固化/稳定剂混合搅拌系统。废渣与固化/稳定剂混合搅拌系统主要利用搅拌设备使稳定剂、固化剂与废渣的混合均匀，实现稳定化/固化剂与废渣中重金属更完全反应，达到治理目标。搅拌设备主要包括双轴搅拌机、单轴螺旋搅拌机、链锤式搅拌机、切割锤击混合式搅拌机等类型。
2.2 工艺流程
废渣采用密闭式运输车运至本项目稳定化/固化场，堆存至废渣暂存储坑，采用重力脱水。废渣暂存储坑底部设置2%坡度，两边坡向中间排水沟，废水收集后汇入废水池；重力脱水后，由抓斗起重机将物料送至待处理废渣堆存区。在待处理废渣堆存区采用破碎筛分机将废渣破碎至30mm粒径，再由装载机进行送至计量渣仓。经称重计量后由V型皮带机输送至搅拌机进行稳定化固化处置。搅拌机由传统的双卧轴搅拌机改为专业针对高含水率废渣的BHS单卧轴搅拌机，该搅拌器物料输入的能量使混合料在整个搅拌容积内进行高湍流的相对运动。通过现有的切力可靠地分解物料结块，无需附加涡流器，确保在极短时间内可获得恒定均匀的搅拌效果[3]。同时搅拌机内侧设有自洁橡胶槽，橡胶护套的脉动运动防止可固化的混合物结块，也减少了搅拌刀具的能量消耗和磨损。稳定剂采用液剂，促进稳定剂与重金属污染物反应，提高含重金属危险废渣稳定化效果。水泥按照一定配比分别通过单独的螺旋输送机送至搅拌机，通过搅拌机搅拌作用将废渣、水泥以及稳定剂充分搅拌均匀，使废渣与水泥、稳定剂发生一系列水化反应，物料含水率得以降低，重金属类污染物转化为稳定形态[4]。根据样品毒性浸出实验结果，稳定化配比暂定为废渣：水泥：粉煤灰=1：0.2：0.4（质量比），稳定剂硫化钠投加量为1%，具体配比根据项目实施时对每批次废渣进行试验确定。废渣毒性浸出实验结果见表1。
物料混合搅拌均匀后开闸卸料，混合物由密闭式运输车运至填埋库区进行现场养护，养护时间为7d。养护完成后，经检验满足入填埋场要求后送入进行安全填埋处置。
3 结束语
通过增加高含水率废渣预脱水，并调整设备选型、加药形式等措施，在使含重金属废渣处理后达到入场填埋要求的情况下，提高了整套稳定化固化处理系统对不同含水率废渣的适应性，可有效减少工艺设备故障率，保证处理设备正常稳定运行，达到设计的处理规模要求。
参考文献
[1]申坤，程言君，高国龙，杨晓松，牛源，金尚勇.某冶炼废渣的稳定化处理[J].有色金属工程，2013，3（03）：49-53.
[2]黄健.湖南郴州某矿区含砷废渣安全处置技术研究及工程设计案例[D].湖南：湖南大学，2016.
[3]王积伟，张培玉，陈舒，郑猛.五种重点关注的重金屬废渣的处理方法与利用现状[J].环境工程，2011，（s1）：212-216.
[4]刘艳，刘朝辉，李慧，欧阳赛，黄华军.一种新型固化技术处理重金属废渣的工程应用[J].安徽农业科学，2017，45（8）：50-52.
收稿日期：2018-02-05
作者简介：龙中亚（1990-），男，助理工程师，研究方向为固废处理处置工程设计。
摘要：本文对现行含重金属废渣的处理技术进行了探讨，并通过加强预处理技术和设备选型的研究，优化高含水率废渣处理技术，使含重金属废渣实现无害化安全处置，减少处理后对环境的二次污染。
关键字：高含水率；废渣；稳定化固化
中图分类号：X75 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0096-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.054
Abstract： In this paper， the current technology of treating heavy metal-containing waste residue is discussed. By optimizing the pretreatment technology and equipment selection， the technology of high-residue waste treatment is optimized so that the heavy metal-containing waste residue can be disposed safely and safely， Secondary pollution to the environment.
Keywords： High moisture content； Waste； Stabilization and curing
近幾年来我国发生了多起重金属污染的公共事件，受害群体较大，遗害效果影响持久。根据相关统计，我国受重金属污染的耕地占20%，由于重金属在自然环境中难以降解，可通过生物或植物富集的作用通过食物链进入人体，危害性较大。因此，近年来工业废物的治理和资源化的研究逐步成为热点[1]，但对含重金属危险废物的无害化率及资源化率低，且成本较高。所以，对含重金属危险废物的妥善治理和处置研究对生态环境保护和经济可持续性发展都具有十分重要的意义。
1 高含水率含重金属废渣特性及处理技术
1.1 高含水率废渣特性
以湖南某地区历史遗留含重金属废渣无害化处置项目为例，该项目处理的废渣主要包括冶炼厂的生产废渣和区域内重金属污染治理工程的历史遗留含重金属废渣。（1）冶炼厂生产废渣。冶炼生产废渣主要来源于冶炼厂配套的重金属废水处理站的沉淀废渣以及生产废渣（如硫酸渣），其中沉淀废渣含水率为60%-80%，硫酸渣含水率为40%-60%。（2）历史遗留含重金属废渣。该部分废渣主要是以前企业粗放式开发及监督管理不到位，冶炼废渣随意堆弃（如沉降渣、铅渣等），现大部分废渣对其在区域河流两岸，且区域降水量较大，废渣含水率为30%-60%。且由于废渣长期与土壤一起浸泡，废渣与表层土壤混合，腐殖质较多，黏结性高，容易形成团粒结构。
1.2 含重金属废渣处理技术
目前，对含重金属废渣的无害化处理技术主要有稳定化/固化技术、化学淋洗、微生物修复技术、资源化利用等。（1）稳定化/固化。稳定化/固化包括稳定化和固化两个方面。其中，稳定化是以污染物其有效性作为出发点，依靠化学反应以及形态转化，使污染物转化不易溶解、迁移能力或毒性小的状态和形式，即通过降低污染物的生物有效性。而固化是利用固化剂（如石灰、硅酸盐水泥）将污染物包裹起来，使之呈颗粒状或大块状存在，进而使污染物处于相对稳定的状态，从而限制污染物的迁移，实现其无害化或降低其对生态环境危害性。（2）化学淋洗。化学淋洗是用淋洗剂（如螯合剂、表面活性剂）对废渣进行淋洗，使废渣中的重金属形成溶解性的重金属粒子或者络合物，再用含有配位体的化合物与重金属离子形成更加稳定的络合物或者沉淀。现阶段重金属化学淋洗处理费用高，需进一步解决淋洗过程中产生的淋洗废水，处理周期较长，应用范围较小。（3）微生物修复技术。重金属微生物修复的机理主要生物吸附和生物转化，利用天然的或者人工培养特定的微生物群，通过促进微生物的新陈代谢，对污染废渣中重金属进行亲和吸附或转化为低毒产物。微生物修复对单一重金属具有较强的吸附、转化、讲解等作用，不适用多种重金属并存的复合污染治理，且治理受环境温度影响大，微生物本身很小，吸收的金属量较少，难以后续处理，实际工程操作管理难度较大，应用受到限制。（4）资源化利用。资源化利用是指通过从废渣中提取有价金属或利用废渣作为原料制砖及生产建材的技术。其中，废渣资源化利用术主要针对废渣中含有某种应用价值较高的重金属，且含量较高，具有回收利用的必要性。在提取过程中还将产生新的废气、废水等二次污染，设备多，占地面积大。将固体废渣作为原料制砖或生产建材的方法多应用于含重金属种类简单、浓度不高且符合建材原料使用标准的固体废物。稳定化/固化作为重金属污染治理的常用技术，具有成本低、见效快等特点。在国内外应用多年，广泛应用于处理含重金属废渣、土壤和淤泥沉积物等环境治理领域。
2 高含水率废渣处理工艺
该项目处理的废渣来源广泛，重金属超标种类主要包括铅、镉、砷等三类，待处置废渣量大，重金属存在的形态以及浓度差异较大，所以不宜采用植物修复，微生物修复等处理技术。同时，虽然待处理废渣重金属超标但针对提取一些有价金属来说，当中的金属量比较低并且浓度以及种类差异较大，当下缺少合理性、经济性的提取办法。并且针对具有多种超标重金属的废渣将其作为建材，当下我国仍缺少相关依据[2]。且现对含重金属废渣大多采用稳定化/固化处理技术进行处理，相比之下稳定化/固化技术工艺成熟、处理能力大、应用范围广泛、成本较低、操作管理简单，适合应用于该项目含重金属废渣的治理。
2.1 系统组成
稳定化固化系统主要由预处理系统、固化/稳定剂添加系统、废渣与固化/稳定剂混合搅拌系统组成。各系统特点如下：（1）预处理系统。预处理系统主要是用于待处理废渣的进料，具体包括进料仓装置、杂质筛分装置、破碎装置以及输送装置。（2）固化/稳定剂添加系统。固化/稳定剂添加系统主要用于固化剂和稳定剂的储存和送料，具体包括料仓、破拱装置、料位计、防爆阀、除尘器、控制阀门、计量装置以及送料装置组成。（3）废渣与固化/稳定剂混合搅拌系统。废渣与固化/稳定剂混合搅拌系统主要利用搅拌设备使稳定剂、固化剂与废渣的混合均匀，实现稳定化/固化剂与废渣中重金属更完全反应，达到治理目标。搅拌设备主要包括双轴搅拌机、单轴螺旋搅拌机、链锤式搅拌机、切割锤击混合式搅拌机等类型。
2.2 工艺流程
废渣采用密闭式运输车运至本项目稳定化/固化场，堆存至废渣暂存储坑，采用重力脱水。废渣暂存储坑底部设置2%坡度，两边坡向中间排水沟，废水收集后汇入废水池；重力脱水后，由抓斗起重机将物料送至待处理废渣堆存区。在待处理废渣堆存区采用破碎筛分机将废渣破碎至30mm粒径，再由装载机进行送至计量渣仓。经称重计量后由V型皮带机输送至搅拌机进行稳定化固化处置。搅拌机由传统的双卧轴搅拌机改为专业针对高含水率废渣的BHS单卧轴搅拌机，该搅拌器物料输入的能量使混合料在整个搅拌容积内进行高湍流的相对运动。通过现有的切力可靠地分解物料结块，无需附加涡流器，确保在极短时间内可获得恒定均匀的搅拌效果[3]。同时搅拌机内侧设有自洁橡胶槽，橡胶护套的脉动运动防止可固化的混合物结块，也减少了搅拌刀具的能量消耗和磨损。稳定剂采用液剂，促进稳定剂与重金属污染物反应，提高含重金属危险废渣稳定化效果。水泥按照一定配比分别通过单独的螺旋输送机送至搅拌机，通过搅拌机搅拌作用将废渣、水泥以及稳定剂充分搅拌均匀，使废渣与水泥、稳定剂发生一系列水化反应，物料含水率得以降低，重金属类污染物转化为稳定形态[4]。根据样品毒性浸出实验结果，稳定化配比暂定为废渣：水泥：粉煤灰=1：0.2：0.4（质量比），稳定剂硫化钠投加量为1%，具体配比根据项目实施时对每批次废渣进行试验确定。废渣毒性浸出实验结果见表1。
物料混合搅拌均匀后开闸卸料，混合物由密闭式运输车运至填埋库区进行现场养护，养护时间为7d。养护完成后，经检验满足入填埋场要求后送入进行安全填埋处置。
3 结束语
通过增加高含水率废渣预脱水，并调整设备选型、加药形式等措施，在使含重金属废渣处理后达到入场填埋要求的情况下，提高了整套稳定化固化处理系统对不同含水率废渣的适应性，可有效减少工艺设备故障率，保证处理设备正常稳定运行，达到设计的处理规模要求。
参考文献
[1]申坤，程言君，高国龙，杨晓松，牛源，金尚勇.某冶炼废渣的稳定化处理[J].有色金属工程，2013，3（03）：49-53.
[2]黄健.湖南郴州某矿区含砷废渣安全处置技术研究及工程设计案例[D].湖南：湖南大学，2016.
[3]王积伟，张培玉，陈舒，郑猛.五种重点关注的重金屬废渣的处理方法与利用现状[J].环境工程，2011，（s1）：212-216.
[4]刘艳，刘朝辉，李慧，欧阳赛，黄华军.一种新型固化技术处理重金属废渣的工程应用[J].安徽农业科学，2017，45（8）：50-52.
收稿日期：2018-02-05
作者简介：龙中亚（1990-），男，助理工程师，研究方向为固废处理处置工程设计。
