株洲市清水塘工业区某水塘重金属污染底泥固化-稳定化处理研究

《资源节约与环保》2013年第6期科技论文与案例交流科技论文与案例交流摘要：以株洲市清水塘工业区某水塘受重金属污染底泥为研究对象，通过投加固定比例的水泥、粉煤灰和硫化钠，对底泥进行固化稳定化处理试验研究。结果表明：底泥初始含水率对底泥固化体的抗压强度有显著影响，固化体的抗压强度随底泥初始含水率的增大而降低。底泥固化体的Pb、Cd、Zn等重金属浸出浓度明显降低，均低于《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中最高允许排放浓度。关键词：重金属；底泥；固化稳定化；浸出毒性；抗压强度株洲清水塘工业区是全国著名的冶炼、化工老工业基地，总面积约38km2，地处长株潭城市群的结合部，东、西、北三面环山，南濒湘江，地势由北向南倾斜。株洲清水塘工业区以有色冶炼、化工、建材等高能耗、高污染产业为主导，工业结构性污染十分严重。上世纪80年代以前，工业“三废”基本处于无序排放状态，区域内地表水体及底泥受到重金属的严重污染。底泥是地表水体中重金属的主要宿体，重金属经过一系列物理、化学及生物作用，沉积于地表水体底部。底泥与水体两相界面进行着一系列的迁移转化过程，如吸附–解吸作用，沉淀–溶解作用，分配–溶解作用，络合–解络作用，离子交换作用及氧化还原作用等，其它过程还包括如生物降解和生物富集等。近年来，清水塘工业区加大了对工业污染的整治力度，区域内工业废水排放达标率大幅上升、工业废渣基本得到安全处置，重金属排放量显著下降，多年沉积的底泥成为区域地表水体中重金属污染的主要来源。底泥沉积物中的重金属在水文条件、水质参数等发生变化的情况下，会向水体中释放大量的重金属，存在严重的环境风险隐患。2006年年初，区域内湘江一级支流———株洲霞湾港在清淤过程中由于施工不当，导致含镉严重超标的底泥和污水排入湘江，造成下游株洲霞湾港至长沙段湘江水质镉超标，严重影响到下游湘潭市、长沙市的饮用水源安全。底泥重金属污染成为一个世界性的环境问题[1]。水泥固化/稳定化技术是处理含重金属废物的应用最广泛的技术之一[2]。该方法是将废物和水泥混合，经水化反应后形成坚硬的水泥试块，从而达到降低废物中危险成分浸出的目的。本研究以株洲清水塘工业区某水塘底泥为研究对象，该水塘是清水塘工业区一处典型的纳污水体，周边分布有多家冶炼锌、化工等工业企业。面积为202亩，总容量为59.4万m3，与湘江一级支流———老霞湾港相连通。水源补给主要为大气降水、以及少量生活污水与工业废水，水量受季节性降水影响大。本研究采用粉煤灰、水泥、硫化钠为添加剂，对底泥进行固化/稳定化试验研究，考察固化体的浸出毒性与抗压强度，为重金属污染底泥的后续安全处理提供科学依据。1材料与方法1.1材料底泥取自株洲市清水塘工业区某水塘截流抽水作业完成后的塘底上层0~20cm，采样点共8处，每处采样点采集1个样品，样品采集后分拣出砾石、植物等杂质后装入聚乙烯塑料袋中保存备用。各底泥样品的含水率、重金属浸出浓度见表1，其中底泥重金属浸出浓度的测定参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）。由表1可知，底泥重金属浸出浓度未超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007），但1#、5#、7#样品浸出液中Zn的浓度已接近《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）规定的浓度限值，潜在威胁较大。所用水泥为中材株洲水泥有限公司生产的325#普通硅酸盐水泥；粉煤灰为株洲华银火力发电有限公司的脱硫粉煤灰；硫化钠为株洲市当地某化工厂生产。表1底泥含水率及重金属浸出浓度1.2试验方法固化/稳定化配比为绝干底泥：水泥：粉煤灰：硫化钠=1：0.54：0.06：0.01，底泥样品经测定含水率后，按配比将底泥、水泥、粉煤灰和硫化钠混合。搅拌均匀后分多次填入150mm×150mm×150mm立方体模具中，每次填料后于振动台上震动成型，成型后24h脱模，脱模后于室内自然条件下养护，养护7d后进行抗压强度试验。抗压强度试验后，将固化样品破碎过9mm筛，参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）对样品进行重金属浸出毒性试验。株洲市清水塘工业区某水塘重金属污染底泥固化/稳定化处理研究1赵文伟2王宏辉3李玫瑰4刘欢欢5韩彬（中机国际工程设计研究院有限责任公司湖南长沙410007）样品含水率%Pb/(mg·L-1)Cb/(mg·L-1)Zn/(mg·L-1)1#45.10.1100.05941.7052#105.30.0920.07226.2833#45.00.0350.06511.3234#49.30.0320.06810.6415#101.60.1500.08992.3216#133.10.1390.07475.8667#54.30.0310.01219.8878#58.70.