含汞有害固体废弃物的固化/稳定化技术研究进展

Chang等[13]利用Na2S和FeSO4对废渣进行了两步预处理，然后再利用硅酸盐水泥和铝硅酸盐水泥成功地固化处理了氯碱工业的含汞残渣。固化后汞的TCLP值低于0.001mg/L，浸出液中也没有检测到有机汞，两步预处理大大增强了固化效果。Brookhaven National Laboratory（BNL）机构[12]在实验室范围内评价了用水泥固化汞污染土壤的效果。用液态硫和二硫代氨基甲酸钠做稳定化剂都能使汞的TCLP值低于USEPA规定的限定标准（即汞的TCLP值低于0.025mg/L）。Zhuang等[14]应用木质素的衍生物和水泥来处理汞污染的盐水净化污泥（BPS）。BPS中的总汞浓度接近500~7000mg/kg，主要是由无机汞构成，包括汞的氯化物和氢氧化物，含盐量很高。试验中对固化效果的评价还进行了多重和连续TCLP实验来检验，随机选择固化体样品做50d的多重TCLP实验。多重和连续TCLP实验测得所有的样品中汞的TCLP值都低于0.090mg/L。Zhang等[15]用一种相对便宜的活性炭粉末和水泥来固化含汞模拟固体废弃物，实验中发现活性炭用CS2浸润后稳定化作用明显增强。模拟废物初始汞TCLP值为1000mg/kg，固化处理后都能降低到限定标准之下。Guha等[16]考察了传统的水泥固化和碳酸盐饱和的水泥固化过程来处理汞污染的沉积物。沉积物先与复合吸附剂和粉末活性炭混合，暴露在气体CO2条件下一段时间进行碳酸化反应，然后保养28d进行性能测定。测定结果显示传统的水泥固化和碳酸强化处理的水泥固化过程都能够使浸出液中汞浓度降到可接受水平。
水泥基固化工艺简单、材料来源广泛、处理费用相对较低。固化后的水泥产品性能良好、耐水、抗冻。可以用做施工建筑材料，尤其是可以用作水下和寒冷地带的施工、易实现工业化应用。同时，水泥基固化汞的过程也存在局限性，比如水泥固化过程本身对含汞废弃物固化主要是基于生成氧化汞沉淀的物理封装作用、固化效率没有生成硫化汞的化学作用高，废弃物水泥固化体增容比很大，可溶氯化物、有机质等存在会对固化中的水泥水合过程产生不利影响。
3.2低温化学键磷酸盐陶瓷固化
低温化学键磷酸盐陶瓷（CBPC）类似水泥，可以在室温下凝固，同时具有陶瓷的特征。低温化学键磷酸盐陶瓷固化是通过MgO和磷酸二氢钾（黏结剂）酸基的放热反应实现的。
MgO+KH2PO4+5H2O→MgKPO4•6H2O
制造化学键磷酸盐陶瓷时，要缓慢将有害废物、MgO和KH2PO4与水混合。由于KH2PO4的解离，混合物开始时显酸性，pH约为4，酸性环境促使MgO与固体废弃物中的氧化物溶解为Mg2+和其他金属阳离子，这些金属阳离子与磷酸根阴离子按MKP形成的反应式生成MKP•6H2O而被固化[17]。
CBPC固化汞的过程是通过化学和物理结合作用来达到封装汞的效果。因为硫化汞比磷酸汞的溶解度低3个数量级，可以利用少量的硫化钠或硫化钾将微溶磷酸盐颗粒进一步生成硫化汞，能提高CBPC固化含汞固体废弃物的效果[17]。表2简单概括了利用CBPC固化含汞有害固体废弃物的研究和应用。
表2 CBPC固化含汞有害固体废弃物的研究和应用数据

Singh等（1998）[18]研究了利用CBPC固化含汞污染的灯泡碎片。该研究为车间范围的试验项目。含汞污染的灯泡碎片须先混合硫化钾溶液作预处理1h。之后玻璃碎片加入到CBPC中，CBPC构成比例为w（飞灰）=40％、w（粘合剂）=40％（MgO和KH2PO4粉末以摩尔比1：1混合）和w（水）=20％。玻璃碎片汞含量为200mg/kg。玻璃碎片长是2~3cm，宽1~2cm。在与粘合剂混合的过程中，玻璃将会进一步碎到60mm以下，废物负荷比大约能到达40％。可以观察到最终的废物固化体的交叉剖面相当均匀、密集没有气泡。废物周围包围了一层完整、连续的附着物，粘合剂和废物之间无分界。美国能源局[19]完成了对CBPCs处理含盐汞污染混合废弃物的效果测试。这些混合废弃物大部分含盐量（质量分数）都高于15％，很难用传统的方法处理。该研究运用的废物包括饱和盐溶液（NaNO3和NaCl）、活性碳、离子交换树脂、失效焚化炉尾气吸收液和碳酸钠。这些废物中的有害成分有铅、铬、汞、镉、镍以及三氯乙烯，含量都高于1000mg/kg。运用硫化钾作稳定化剂，含盐量为40％的废物在废物负荷比不超过70％的条件下都能有效地将汞TCLP值控制在标准之下。但是，含高浓度盐（＞42％）的废物就很可能渗滤出有毒金属，影响封装材料的长期稳定性。