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。