危险废物浸出实验

危险废物浸出实验
危险废物浸出毒性与化学稳定化实验
【实验⽬的】
1.了解毒性浸出的相关概念；
2.掌握固体废物毒性浸出⽅法（新国标和旧国标）；
3.了解我国固体废物浸出毒性的相关标准；
4.了解危险废物及危险废物稳定化技术的相关概念；
5.掌握焚烧飞灰化学稳定化技术的基本原理。

【实验原理】
1.浸出毒性的概念及其测定
固体废物对⽔具有渗透性。

当⾬⽔、地表⽔或⾃⾝所含⽔通过固体废物时，其所含的有害成分都能以⼀定的速率溶出。

固体废物的这种性质是天然岩⽯所不具有的。

当危险废物未加妥善处理便投置到没有防渗层的简易垃圾填埋场或露天堆放在地⾯上时，这些被浸出的有毒物质将直接从底层泄漏，将污染⼟壤、地表⽔、空⽓，并通过⼟壤渗透最终进⼊地下⽔系，造成地下⽔的污染。

浸出毒性是指固体废物的管理范畴中的浸出毒性特性，它是危险废物的重要特性，在对危险废物的鉴别和管理过程中是⼀个重要的法定指标。

浸出毒性的测试是对固体废物进⾏分析测定的重要内容之⼀。

在实验室中按标准规定的浸出程序，制备固体废物的浸取液（因为这是在实验室中制取的，因此我们改称浸出液为浸取液），并对该浸取液进⾏分析测定。

若其中⼀种或⼀种以上的毒性特性污染物的浓度超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》
（GB5085.3-1996）所规定的阈值（见附录），则该固体废物就具有毒性特性。

严格控制危险废物的毒性特性，对固体废物的管理和处置，对保护地下⽔资源具有特别重要的意义。

我国关于浸出毒性的旧国标《固体废物浸出毒性浸出⽅法》（GB5086.1~2 -1997）分为翻转法和⽔平振荡法；新国标《固体废物浸出毒
性浸出⽅法——硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）和《固体废物浸出毒性浸出⽅法——醋酸缓冲溶液法》（HJ/T300-2007），分别规定了硫酸硝酸法和醋酸缓冲溶液法这两种⽅法的操作过程。

本实验中，浸出毒性浸出⽅法采⽤旧国标《固体废物浸出毒性浸出⽅法》（GB5086.1~2 -1997）。

2.危险废物的稳定化⽅法
由于垃圾焚烧时炉膛温度⾼于⼤多数重⾦属的⽓化温度，因此焚烧所产⽣的飞灰中重⾦属浓度含量较⾼，⼤多数情况下超出了我国现⾏的危险废物浸出毒性鉴别标准，对于这样的危险废物，在处置前必须进⾏稳定化处理。

焚烧飞灰的化学药剂稳定化技术主要原理是通过飞灰中的重⾦属与药剂⽣成稳定的化合物，从⽽避免当环境变化时，重⾦属重新溶出，对环境造成⼆次污染。

⽐较常⽤的药剂有磷酸盐、硅酸盐、螯合剂等。

1)磷酸盐药剂稳定化：
⽤磷酸盐进⾏稳定化处理的机理主要有两种，吸附作⽤和化学沉淀作⽤。

可溶性磷酸盐（如Na3PO4、H3PO4等）的处理机理主要是化学沉淀作⽤，即通过加⼊磷酸盐药剂及溶剂⽔，使可溶的重⾦属离⼦转化为难溶或溶解度很⼩的稳定的磷酸盐，从⽽达到稳定飞灰中重⾦属的⽬的。

2)硅酸盐药剂稳定化
通常使⽤的材料为Na2SiO3、硅酸盐⽔泥等，硅酸盐⽔泥熟料的矿物成分主要有：3CaO·SiO2、2CaO·SiO2等。

这种技术的原理并不是溶液中的重⾦属与硅酸根发⽣反应⽽⽣成晶态的硅酸盐，⽽是⽣成⼀种可看作由⽔合⾦属离⼦与⼆氧化硅或硅胶按不同⽐例结合形成的混合物。

这种混合沉淀在很宽的pH值范围内（2～11）有较低的溶解度。

从⽽达到稳定飞灰中重⾦属的⽬的。

本实验中，选⽤不同百分⽐的硅酸盐⽔泥药剂作为稳定化药剂。

【实验设备和材料】
实验材料和试剂：
1.⽼虎堆焚烧飞灰，硅酸盐⽔泥
2.浸取剂——去离⼦⽔
3.滤膜：0.45µm微孔滤膜或中速蓝带定量滤纸
实验设备：
4.浸取容器：具密封塞⾼型聚⼄烯瓶
5.浸取装置：转速为30±2r/min的翻转式振荡器
6.过滤装置：加压过滤装置或真空过滤装置或离⼼分离装置
7.电⼦分析天平、台秤
8.量筒、烧杯、移液管等常规试验⽤具
【实验步骤】
1.分别称取飞灰试样70.0g置⼊编号为1、2、3、4的四个具密封塞⾼型
聚⼄烯瓶中。

2.分别称取7g（10%）、14g(20%)、21g(30%)硅酸盐⽔泥药剂加⼊2、3、
4号聚⼄烯瓶中。

3.按照液固⽐10：1（L/kg）计算所需浸取剂（去离⼦⽔）的体积，将浸
取剂分别加⼊到1、2、3、4聚⼄烯瓶中，搅拌，使其混合均匀，进⾏⼀定时间的养护。

4.盖紧瓶盖并固定在转速为30±2r/min的翻转式振荡器上，在室温下翻转
搅拌浸取18h后取下浸取容器，静置30min。

5.于预先安装好滤膜（0.45µm不含粘合剂的硅酸硼玻璃纤维滤膜，事先
⽤1.0 mol/l硝酸洗涤，去离⼦⽔连续冲洗3次）的过滤装置上过滤，弃去固相，收集全部滤出液，即为浸取液。

6.准确移取5ml滤液⾄50ml容量瓶，加5ml硝酸后定容。

7.⽤电感耦合等离⼦体光谱仪（ICP）测定Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的
浓度。

8.分析化学药剂的稳定化效果，及获得最佳稳定化效果的条件。

【实验数据及分析】
1.各样品配⽐
表1 各样品配⽐
2.C3组各样品重⾦属浸出浓度
表2 各样品重⾦属实测浓度
浓度
/mg/L 稳定剂0%）稳定剂10%）稳定剂20%）稳定剂30%）
Cr 平均值标准差
Cd 平均值标准差
Cu 平均值标准差
Mn 平均值标准差
As 平均值标准差
Zn 平均值标准差
Ni 平均值标准差
Pb
平均值
标准差
在⽤ICP检测重⾦属浓度前（步骤7），将样品稀释了10倍（步骤6），
因此，浸取液中的重⾦属浓度应是上表数据乘以10，如下表。

表3 各样品重⾦属浸出浓度
浓度mg/L 稳定剂0%）
稳定剂
10%）
稳定剂
20%）
稳定剂
30%）
国标
Cr
Cd
Cu
Mn
As
Zn
Ni
Pb
3.结果⽐较分析
1)校验浸出浓度是否达标
（对⽐过程）
通过实验数据与国标的对⽐，我们发现除了⾦属Pb浸出超标外，其他离⼦均远⼩于国标检出限值。

可见，Pb需要再进⾏化学稳定化处理。

加⼊稳定化药剂后，各指标的浸出毒性呈现不同的变化。

其中，Zn、Ni、Cu的浸出毒性随着稳定化药剂的加⼊⽽呈减少之势，但随稳定剂含量的变化趋势不明显。

Pb的浸出毒性除系列3外也有明显降低。

其他四种⾦属则⽆明显改善效果，这主要是由于该⾦属离⼦本⾝在飞灰中含量就很少，检测仪器精确度不⾼，导致含量与标准差数值相近，不能反映出稳定剂作⽤效果。

理论上，浸出物毒性的削减量随着稳定化药剂⽤量的提升在增⼤，但实际上增幅并不明显；即少量的稳定化药剂就可以达到⽐较好稳定效果。

在实际应⽤过程中，如果考虑经济性，可以适当减少稳定化药剂的⽤量。

通过与使⽤新国标⽅法的数据的⽐较，我们进⾏了新国标与⽼国标的对⽐如下：
(省略)
通过对⽐可知，Cr、Zn、Pb三种⾦属浸出浓度旧国标相对更⼤；⽽Cd、As、Ni、Mn、Cu五种⾦属浸出浓度新国标更⼤。

可见，新国标下，对垃圾处理的要求更⾼。