工业重金属危险固体废弃物固定

工业重金属危险固体废弃物固定

一、重金属污染治理背景

结合所读文章，根据重金属污染所处背景环境的不同，大致可以将其分为三类，即重金属污染土壤的治理（土壤环境）、含重金属废水或重金属污染水体的治理（水环境）、含重金属垃圾焚烧炉飞灰的治理。

二、重金属污染治理方法概述

（一）重金属污染土壤的治理方法

土壤的重金属污染问题，从污染面积上看，镉为首，从健康风险上看，砷最毒。

重金属污染土壤的修复主要有两种机制，（1）改变重金属的存在状态，降低其活性，使其钝化，脱离食物链，减小其毒性；（2）利用特殊植物吸收土壤中的重金属，然后将该植物除去，或用工程技术将重金属变为可溶态、游离态，再经过淋洗，然后收集淋洗液中的重金属，从而达到回收、减少土壤中重金属的双重目的。

目前修复重金属污染土壤的方法根据工艺原理可划分为：物理、化学和生物三种方法。其中，物理方法主要包括物理分离法、溶液淋洗法、固化稳定法、冻融法以及电动力法；化学方法主要包括溶剂萃取法、氧化法、还原法以及土壤改良剂投加技术等。作为污染土壤修复技术主体的生物修复方法，可分为微生物修复、植物修复与动物修复三种。

表1 土壤重金属污染治理方法

这些方法各有优劣，几经发展，虽然涌现出一批新技术，但是真正经济、有效、能成规模运用的土壤重金属修复技术仍在追寻之中，目前仍旧缺乏一种成本低廉、修复周期、修复效果都能为大众接受的技术。尽管理论研究方面的工作搜门已经开展了很多年，但真正运用到实践当中，还存在很大差距。

土壤淋洗法

土壤里洗技术是一种将物理修复和化学修复相结合方法，它是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去, 再把富含重金属的废水进一步回收处理的土壤修复方法。

土壤淋洗法不仅可快速将污染物从土壤中移除，在短时间内完成高浓度污染土壤的治理，工艺简单、修复效率高，而且投资消耗和治理费用相对较低廉，尤其适用于小面积重度污染土壤的治理，现已成为污染土壤快速修复技术主要手段之一。

土壤淋洗法分为异位修复和原位修复，二者相比，异位修复成本高，但是方便修复，修复效率也高；按运行方式的不同，又可分为单级淋洗和多级淋洗。土壤淋洗修复技术的关键在于淋洗剂的选择，目前研究的淋洗剂包括有机或无机酸、表面活性剂、螯合剂等。鳌合剂和表面活性剂由于具有较强的鳌合、络合、增溶等特征而被广泛使用。

（二）含重金属废水或重金属污染水体的治理

目前重金属废水的处理方法有硫化物沉淀法、还原法、离子交换法、吸附法、生物絮凝法、生物化学法和植物修复法等。这些方法在应用中都有其优点和限制，并且它们往往受技术和经济问题的局限。其中，螯合沉淀法可克服传统沉淀法的不足，是近年来研究的热点。

（三）含重金属垃圾焚烧炉飞灰的治理方法

由于重金属是焚烧飞灰中的主要危害物，而且垃圾焚烧飞灰的毒性不仅与重金属总量有关，更大程度上由重金属的形态分布决定，重金属总量相同而形态分布不同时，其生物效应和环境效应差异较大。因此，各种针对飞灰中重金属进行的化学药剂稳定化技术日益受到重视。尤其是化学药剂稳定化与其它稳定化方法相比具有工艺简单、能耗低、增容比小、费用适中甚至低廉等优点，在国内外都被认为是飞灰稳定化的一个发展方向。

螯合剂作为重金属的稳定药剂具有很多优点，它可以与重金属离子结合形成稳定的、难溶于水的螯合物，有效阻止重金属的浸出。由于稳定重金属的效率高，所需要的螯合剂量少，经过处理后的飞灰一般都可以达到国家的填埋或排放标准，因而常用于含重金属垃圾焚烧炉飞灰的治理。

综合以上三种不同背景下的重金属污染治理方法，可以看出，利用螯合剂与重金属之间的化学反应达到稳定重金属，降低重金属活性的目的是一种重要而常用的手段。在该方法的实施过程中，通常配以表面活性剂一起使用。下面就对螯合剂进行简要介绍。

三、螯合剂

（一）螯合剂简介

螯合剂是指分子骨架上带有螯合功能的基团，即含有多个配位原子的功能基团的高分子化合物。它对多种重金属离子具有选择性螯合能力，能与某种单一金属离子形成杂环复合物。

在重金属污染土壤的治理过程中，螯合剂能够与土壤溶液中的多价金属离子结合形成螯合物，改变重金属在土壤中的存在形态，使重金属从土壤颗粒表面解析，由不溶态转化为可溶态，从而大大活化土壤中的重金属。另一方面，螯合剂在修复重金属污染土壤的应用中，具有见效快、周期短的特点，在生理、生化、农业等科领域起着十分重要的作用。

（二）螯合剂的种类

根据螯合剂的作用机理与效果，可将其分为活化和稳定或固化的重金属螯合剂；根据螯合剂的化学组成，可将螯合剂分为２大类：天然的低分子量有机酸（natural low molecular weight organic acids, NLMWOAs）和多羧基氨基酸类螯合剂（APCAs）。

多羧基氨基酸类螯合剂（APCAs）是指一大类含有N和O原子的有机化合物，几乎能与所有的金属离子形成稳定的配合物，APCAs活化能力较强，得到了较为广泛的应用，主要可以分为天然多羧基氨基酸和人工合成多羧基氨基酸。

天然的多羧基氨基酸类螯合剂主要有S, S－乙二胺二琥珀酸（S,S-EDDS）和二乙基三乙酸（NTA）等；人工合成的APCAs主要有乙二胺四乙酸（EDTA）、羟乙基替乙二胺三乙酸（HEDTA）、二乙三胺五三乙酸（DTPA）、乙二胺二乙酸（EDDHA）、环已烷二胺四乙酸（CDTA）、乙二醇双四乙酸（EGTA），其中EDTA应用最为广泛。此外，近年来还研究发现了冬氨酸二丁二酸醚（AES）、亚胺二丁二酸（ISA）、聚环氧琥珀酸（PESA）等可生物降解的氨基酸衍生物类螯合剂。常见螯合剂如表2所示。

表2常见螯合剂种类

作用机理与

效果稳定或固化重金属的

螯合剂

人工螯合剂

二硫代氨基甲酸或其盐，无

机稳定化药剂与石灰

（三）螯合剂使用的影响因素

螯合剂对重金属污染土壤的修复受螯合剂种类的效应、螯合剂浓度效应、金属种类、螯合剂溶液pH 值的效应、土壤基本性质的效应、植物种类的效应等多种因素影响。

（四）问题和展望

目前螯合剂应用在废水处理领域多于废渣稳定领域，使用螯合剂修复重金属污染的土壤是一项低耗费的污染修复技术，具有进行大范围修复污染土壤的潜能，但还缺乏对螯合物在植物根际周围土壤中与金属的络合作用和其在植物体内迁移、累积的机制的研究。而且螯合剂可以用于治理中、低浓度重金属污染土壤，也可以与其他修复技术联合使用作为土壤修复的最后一个步骤，但是不能处理所有重金属污染的土壤。

此外，鳌合剂使用时存在有环境风险，主要表现在土壤元素淋失、地下水污染、物种入侵等方面。

四、重金属的固化稳定化

固化技术与稳定化技术是国际上处理有毒有害废物的主要途径之一。

固化技术主要有水泥固化、沥青固化等，具有工艺成熟、操作简单、处理成本低等优点，但处理后的废弃物增容较大，造成运输困难并需要占用大量的填埋处置场地，倘若固化体风化破坏后，重金属有再度溶出的危险。

稳定化技术主要采用化学药剂来实现，有无机和有机两类稳定化药剂。无机稳定化药剂较为常用，包括硫化物、硅酸盐、石灰等，与固化技术相比，处理后的废弃物增容很小，但在环境pH条件发生改变时，废弃物中的重金属会因淋溶发生浸出现象，不能满足危险废物处理的长期安全性要求。有机稳定化药剂开发应用历史不长，目前发展较快的是鳌合型有机重金属稳定化药剂，其对包括垃圾焚烧飞灰在内的多种重金属污染物的稳定化处理效果已经得到试验证明。已报道的有机稳定化药剂主要有二硫代氨基甲酸盐及其衍生物、有机多聚磷酸及其盐类和壳聚糖衍生物等，可以减缓处置物中重金属因环境pH改变发生浸出的程度，但因试剂的生产成本高和原材料来源困难等问题，导致有机稳定化药剂处理成本高而难以推广应用。

五、修复实例

1.韶关仁化县董塘镇重金属治理示范工程2012年11月动工，到2013年中旬已经投入430