重金属废物稳定化处理技术现状及发展

摘要：本文在综述重金属废物的处理技术现状的基础上，重点论述了重金属危险废物的药剂稳定化机理和方法，提出重金属螯合剂在重金属污染治理中将发挥重要作用。
关键词：重金属废物；稳定化；重金属螯合剂
在各类危险废物中，重金属废物占有很大的比重。它们以各种各样的方式危害人体和其它生物体。特别是在安全填埋处置过程中，由于重金属的不可降解性决定了其将长期存在于填埋场中，对填埋场周围的环境构成极大的潜在威胁。
重金属通常具有急性或慢性毒性，有时会以更复杂的方式毒害人体，如致癌或非直接地引发某些疾病。淡水或海洋中的水生生物对水体中的重金属非常敏感，即使很低的浓度也会对它们构成威胁。土壤或灌溉水中的重金属会对植物生长产生不利影响，并且将在植物的叶、茎或根部富集，以至其影响波及整个食物链。早在50年代初期，重金属的环境污染问题就引起了世界各国的普遍关注。特别是发生在日本的由Hg污染引起的“水俣病”和由Cd污染引起的“骨痛病”事件，以及在欧洲一些国家陆续发现重金属污染产生的严重后果，使得关于重金属污染与防治的研究倍受重视。环境中的重金属，由于其化学行为和生态效应的复杂性，近20年来，一直是国际环境界不衰的研究课题〔1〕。
重金属废物来源广泛，涉及矿山、冶金、机械制造、化工、电子和仪表等行业。另一方面，随着对重金属毒理学的深入研究及检测技术的发展，重金属废物的处理处置标准也逐渐趋向严格。这一点体现在需要监测的重金属类别的增加，以及所需达到的重金属排放或浸出浓度的降低。
关于重金属废物的处理，除了其中一部分可回收利用外，其余大部分都需进行稳定化处理，以达到无害化的目的。因此，研究高效、经济的重金属稳定化技术对于保护人类健康和维持生态平衡具有重要意义。
1重金属稳定化技术现状
到目前为止，已发展了许多重金属污染治理技术，这些重金属稳定化技术概括起来包括pH值控制技术；氧化/还原电势控制技术；沉淀技术；束缚于不溶性基质技术；吸附技术；离子交换技术以及其它技术〔2-9〕。
1.1pH值控制技术
这是一种最普遍、最简单的方法。其原理为：加入碱性药剂，将废物的pH值调整至使重金属离子具有最小溶解度的范围，从而实现其稳定化。常用的pH调整剂有石灰(CaO或Ca(OH)2)、苏打(Na2CO3)、氢氧化钠(NaOH)等对于不同的重金属离子，其最小溶解度的pH范围不同，如图1所示。

图1金属氢氧化物溶解度曲线
另外，除了这些常用的强碱外，大部分固化基材，如普通水泥、石灰窑灰渣、硅酸钠等也都是碱性物质，它们在固化废物的同时，也有调整pH值的作用。另外，石灰及一些类型的粘土可用作pH缓冲材料。
1.2氧化/还原电势控制技术
为了使某些重金属离子更易沉淀，常要将其还原为最有利的价态。最典型的是把6价铬(Cr+6)还原为3价铬(Cr+3)、5价砷(As+5)还原为3价砷(As+3)。常用的还原剂有硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫等。例如：

1.3沉淀技术
常用的沉淀技术包括氢氧化物/氧化物沉淀、硫化物沉淀、硅酸盐沉淀、共沉淀、无机络合物沉淀和有机络合物沉淀。
1.3.1氢氧化物沉淀法(pH控制)
不同金属在特定的pH值下具有最低的溶解度(如图1)。当然，该pH值也会随溶液中其它物质的存在，氧化/还原电势及氢氧化物老化程度的改变而发生变化。适当调节溶液的pH值可以达到去除溶液中重金属的目的。
1.3.2硫化物沉淀
在重金属稳定化技术中，有三类常用的硫化物沉淀剂，即可溶性无机硫沉淀剂、不可溶性无机硫沉淀剂和有机硫沉淀剂(见表1)。
表1常用的硫化物沉淀剂

1.3.2.1无机硫化物沉淀
除了氢氧化物沉淀外，无机硫沉淀是目前应用最广泛的重金属药剂稳定化方法之一。与前者相比，其优势在于大多数重金属硫化物在所有pH值下的溶解度都大大低于其氢氧化物(如图2)。
这里需要强调的是，为了防止H2S的逸出和沉淀物的再溶解，仍需要将pH值保持在8以上。另外，由于易与硫离子反应的金属种类很多，硫化剂的添加量应根据所需达到的要求由实验确定，而且硫化剂的加入要在固化基材的添加之前。这是因为废物中的钙、铁、镁等会与重金属竞争硫离子。

图2金属硫化物与氢氧化物溶解度比较曲线
1.3.2.2有机硫化物沉淀