濃漿重金屬鐵氧體穩(wěn)定化技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)重金屬?gòu)U水多以生成氫氧化物沉淀去除廢水中的重金屬,重金屬?gòu)U水處理后的污泥再以水泥進(jìn)行固化處置。但水泥固化會(huì)導(dǎo)致固化體的體積過(guò)于龐大,有增容現(xiàn)象;重金屬水泥固化體如長(zhǎng)期處于酸性環(huán)境中,其中大量重金屬氫氧化物易與 H+反應(yīng)而破壞固化體,導(dǎo)致重金屬的反溶,帶來(lái)重金屬的污染。本文希望通過(guò)鐵氧體固化/穩(wěn)定化技術(shù)對(duì)重金屬污泥進(jìn)行直接穩(wěn)定化,減少重金屬固體廢物對(duì)環(huán)境的損害;同時(shí)為了減少工藝流程、節(jié)約成本,將重金屬固體廢物的形態(tài)確定為濃漿狀態(tài),采用

2、反應(yīng)條件溫和的化學(xué)共沉淀法鐵氧體穩(wěn)定化技術(shù)。
　　通過(guò)采用化學(xué)共沉淀鐵氧體穩(wěn)定化技術(shù)對(duì)濃漿中的重金屬直接進(jìn)行穩(wěn)定化,研究了投加Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+和Fe2+/O2三種穩(wěn)定化方法對(duì)二價(jià)重金屬、三價(jià)重金屬及其復(fù)合模擬濃漿穩(wěn)定化的影響因素及作用機(jī)制,研究了投加Fe2+/Fe3+穩(wěn)定化方法對(duì)實(shí)際重金屬濃漿穩(wěn)定化的影響因素及作用機(jī)制,從浸溶和淋溶兩個(gè)方面探討了濃漿重金屬鐵氧體穩(wěn)定化產(chǎn)物的穩(wěn)定性。
　　研究結(jié)果表明三種

3、方法均可對(duì)模擬濃漿中的重金屬直接進(jìn)行穩(wěn)定化,Fe2+/Fe3+穩(wěn)定化方法的穩(wěn)定化效果最好。Fe2+/Fe3+穩(wěn)定化方法對(duì)實(shí)際重金屬濃漿的穩(wěn)定化效果良好,其穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬不易反溶。
　　作為氧化法鐵氧體穩(wěn)定化技術(shù)的氧化劑,H2O2與O2相比較,提高了氧化法的氧化效率,可有效降低氧化溫度和縮短氧化時(shí)間,為濃漿重金屬的直接穩(wěn)定化提供了新的選擇。
　　確定和分析了最佳投加比例、投加量、pH值、溫度、反應(yīng)時(shí)間、濃漿含水率、陳化時(shí)

4、間、投加堿的種類、濃漿中的陰離子等因素對(duì) Ni(OH)2、Cr(OH)3的單一及復(fù)合濃漿以及實(shí)際濃漿中重金屬的穩(wěn)定化效果。結(jié)果表明:
　　Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+有最佳投加比例;在最佳投加比例條件下,隨著鐵鹽投加量的增加,濃漿重金屬穩(wěn)定化效果越好;pH值和溫度對(duì)穩(wěn)定化效果影響較大,在低溫和酸性條件下不易生成鐵氧體;隨著含水率的降低,穩(wěn)定化效果是逐漸變差的,主要是受傳質(zhì)的影響;陳化時(shí)間對(duì)穩(wěn)定化效果影響不大;NaOH、C

5、a(OH)2和NH4OH三種堿物質(zhì)調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值時(shí),NH4OH和NaOH有利于重金屬的穩(wěn)定化,Ca(OH)2不利于重金屬的穩(wěn)定化;反應(yīng)體系中的陰離子是Cl-和NO3-時(shí)有利于重金屬的穩(wěn)定化,SO42-不利于重金屬的穩(wěn)定化。
　　對(duì)于Ni(OH)2濃漿,在Fe2+:Fe3+=1:7、Fe2+:H2O2=4:3、pH值為9、反應(yīng)溫度為70℃、反應(yīng)時(shí)間為1h、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:Ni=10:1的最佳條件下,向250ml含水率為9

6、9.8％的Ni(OH)2濃漿(Ni2+濃度為0.01mol/L)中投加Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+和Fe2+/O2三種方法下,Ni2+的反溶率分別為27.13%、20.57%和60.04%。
　　對(duì)于Cr(OH)3濃漿,在Fe2+:Fe3+=1:5、Fe2+:H2O2=5:2、pH值為9、反應(yīng)時(shí)間為1h、反應(yīng)溫度為70℃、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:Cr=10:1的最佳條件下,向250ml含水率為99.8%的Cr(OH)3濃

7、漿(Cr3+濃度為0.01mol/L)中投加Fe2+/O2、Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+三種方法下,Cr3+的反溶率分別為16.61%、13.83%和11.57%。
　　對(duì)于Ni(OH)2和Cr(OH)3的復(fù)合濃漿,在Fe2+:Fe3+=1:5、Fe2+:H2O2=5:2、pH值為9、反應(yīng)時(shí)間為1h、反應(yīng)溫度為70℃、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:M=10:1的最佳條件下,向250ml含水率為99.8%的 Ni(OH)2和 C

8、r(OH)3復(fù)合濃漿(Ni3+和 Cr3+濃度分別為0.01mol/L)中投加Fe2+/O2、Fe2+/H2O2、Fe2+/Fe3+三種情況下,Cr3+的反溶率分別為18.22%、17.68%和10.02%,Ni2+的反溶率分別為46.03%、28.94%和22.18%。
　　對(duì)于實(shí)際濃漿,在Fe2+:Fe3+=1:5、pH值為9、反應(yīng)溫度為75℃、反應(yīng)時(shí)間1h、鐵鹽投加量為摩爾比Fe:M=29:1的最佳條件下,向250ml含水率

9、為99.8%的實(shí)際濃漿中投加Fe2+/Fe3+時(shí),Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+、Cd2+和Pb2+的反溶率分別為23.91%、20.45%、35.55%、3.78%和23.71%。
　　通過(guò)XRD、SEM、FTIR、VSM、TG-DTA等對(duì)穩(wěn)定化產(chǎn)物進(jìn)行表征,表明Fe2+/H2O2、Fe2+/ Fe3+兩種方法形成的鐵氧體穩(wěn)定化產(chǎn)物較好,投加 Fe2+/O2較差,經(jīng)過(guò)煅燒后,穩(wěn)定化產(chǎn)物晶粒充分發(fā)育;通過(guò)VSM表征,Fe2

10、+/ Fe3+穩(wěn)定化產(chǎn)物的磁性較強(qiáng);通過(guò)對(duì)三種穩(wěn)定化方法的產(chǎn)物沉降性能分析,發(fā)現(xiàn)投加 Fe2+/ Fe3+獲得的穩(wěn)定化產(chǎn)物沉降性能最好,投加Fe2+/H2O2次之,投加Fe2+/O2最差;熱分析表明,在20℃-1200℃的加熱過(guò)程中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的吸熱、放熱變化,整個(gè)過(guò)程的失重模擬濃漿為10%、實(shí)際濃漿為30%左右。
　　通過(guò)靜態(tài)浸溶實(shí)驗(yàn),研究了浸出時(shí)間、pH值、振速、溫度等因素對(duì)重金屬濃漿穩(wěn)定化產(chǎn)物中重金屬的浸出影響。結(jié)果表明:穩(wěn)

11、定化產(chǎn)物中重金屬的浸出隨時(shí)間變化不大;穩(wěn)定化產(chǎn)物中重金屬的浸出受pH值的影響較大,在pH<5之后,重金屬浸出率明顯增加;穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬的浸出率總體隨振速的影響不大,如Cr3+和Cu2+的浸出率分別從振速為100r/min時(shí)的2.24%和3.92%變?yōu)檎袼贋?00r/min時(shí)的2.45%和5.62%,表明在4h的反應(yīng)時(shí)間條件下轉(zhuǎn)速對(duì)重金屬的浸出影響不大;穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬Pb2+、Ni2+、Cd2+和Zn2+的浸出率總體隨浸出溫度

12、的增大呈上升趨勢(shì),分別從20℃時(shí)的13.25%、11.63%、9.35%和8.06%變?yōu)?0℃時(shí)的19.00%、17.14%、17.93%和18.71%,表明Pb2+、Ni2+、Cd2+和Zn2+的浸出率受溫度的影響較大;穩(wěn)定化產(chǎn)物中的重金屬Cr3+和Cu2+的浸出率總體隨浸出溫度的增大變化不大,分別從20℃時(shí)的3.28%和4.73%變?yōu)?0℃時(shí)的3.82%和3.55%。
　　通過(guò)下流式循環(huán)柱淋濾系統(tǒng)研究了穩(wěn)定化產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)淋濾特性

13、,在pH值為3.8和6.0兩種模式下,重金屬的淋出差別不是很大,并且在最初的時(shí)間段內(nèi)重金屬的淋出量已基本穩(wěn)定,后續(xù)受時(shí)間的影響不大,表明穩(wěn)定化產(chǎn)物比較穩(wěn)定。在pH值為3.8時(shí),在最初8h淋溶條件下,Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+、Cd2+和Pb2+6種重金屬離子的淋出率分別為3.69%、12.15%、6.77%、1.59%、15.87%和11.76%;在pH值為6.0時(shí),在最初8h淋溶條件下,Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr3