含汞有害固体废弃物的固化/稳定化技术研究进展

Wagh等[17]讨论了利用CBPC固化w（HgCl2）=0.1％~0.5％的模拟废物。最初的测试表明单独使用CBPC封装仅使汞浸出降低3～5倍。为满足固化汞的要求，试验中在粘合剂中加入少量的硫化钠或硫化钾。硫化钾的最佳加入量是0.5％，当含量高于此数值时会生成溶解度明显高于硫化汞的硫酸汞。长期的浸出实验表明CBPC基质中的汞扩散系数比水泥中小10个数量级。
Wagh等[20]调查了赤铁矿（Fe2O3）在CBPC封装废弃物形成固化体过程中的作用，发现强反应活性的赤铁矿，导致CBPC泥浆在使汞转化形成HgS之前很快就已经成形，降低了固化效果。加入硫化钠（Na2S•9H2O）预反应2h，使汞生成硫化汞。然后再加入粘合剂，混合泥浆直到成形，成形时间仍然很短（10~18min）。作者提出在大型反应系统中通过加入硼酸来降低反应速度。Sandip[21]评价了利用CBPC固化模拟的废物的效果和费用等。实验中分为两种模拟废物，分别是HgCl2和元素Hg与一定比例的Fe2O3/FeCl3混合物混合制得（w（Hg0）=0.5％，w（HgCl2）=0.67％）。废物负荷比分别为50％和70％，并且在加入粘合剂前均加入Na2S和去离子水进行预反应。TCLP实验结果表明，70％负荷的HgCl2和元素Hg模拟废物都超过了0.2mg/L。作者估算出每千克固体废弃物利用CBPC固化的费用不包括填埋为$2.49~4.62，包括填埋为$15.45，相比SPSS过程的$2.88高，比水泥基固化的$15.45略低[19]。
CBPC能处理含高浓度汞的废物，不用加热，不需要除去水分，因此能处理干燥固体和泥浆/液体，使用的是非易燃原料和稳定安全的氧化盐，不会生成污染副产物或有毒气体。主要的局限性表现在固化汞需用硫化钾或其他物质预处理，而过量的硫会增加汞的浸出性；有的废物成分（如赤铁矿）可能加速成形时间，降低CBPC泥浆的固化效果和操作的可行性。
3.3硫聚物的稳定/固化（SPSS）
硫聚物的固化/稳定化过程（SPSS）是利用一种有机物改性的元素硫，又称硫聚水泥（SPC），将汞化合物与硫反应转变成难溶的硫化汞，同时包封该废弃物。SPC包含了95％元素硫和5％有机调节剂，是一种热塑性材料，有机物用来保持硫化物晶体结构。已经有很多学者完成了SPSS固化含汞有害固体废弃物的研究和应用[22-25]。见表3。
表3 SPSS固化含汞有害固体废弃物的研究和应用数据

Fuhrmann等[24]利用SPSS进行了固化放射性元素汞的小型试验。固化过程分为两步，首先元素汞与过量的SPC粉末结合并且硫化物添加剂加入到容器中加热到约40℃几个小时，直到所有的硫转化成硫化汞。更多的SPC加入使混合物的温度升高到135℃使其形成熔化的液体浇注到模子中冷却固定。该研究发现，固化体的汞的TCLP值和处理废物的顶部车间空气中元素汞的测量值都表明为了达到固定化汞到标准之下，添加稳定化剂如硫化钠是必需的。X射线衍射结果发现元素汞和SPC反应的产物为可溶解的、赤色的硫化汞。长期的淋滤实验表明淋滤过程是由扩散控制的。有效扩散系数平均值为7.6×10-18cm2/s。ORNL（Oak Ridge National Laboratory）实验室完成了度量SPSS固化汞和其他金属污染了的铅管碎片的宏观封装处理测试，对操作条件等提出了改进。发现预热废物碎片可以防止SPC在浇注过程中在废物与粘合剂的接触面迅速冷却产生大量空气空洞的问题。使用加热带子附加加热10h，以使气泡能从装置中逸出。对固化后废物的交叉剖面进行了检验，显示出碎片和SPC结合紧密，在浇注层没有明显的结合界面。固化过程中没有H2S或SO2气体产生[22]。BNL（Brookhaven National Laboratory）机构在实验室范围内完成了应用SPSS固化了元素汞和汞污染土壤的研究。固化过程中产生的尾气需要通过尾气处理装置（由热交换器、低温液氮阱和活性炭组成）。一共是330kg的污染土壤和62kg的元素汞通过SPSS过程固化达到了TCLP标准[27]。
SPSS流程的优点主要是：包括元素汞在内高浓度汞污染物能有效的治理，相对来说较低的反应温度（260~280℉）；与水泥相比有很强的不透水性（如低渗透率和空隙），高抗环境腐蚀性、高机械强度，SPC可以再熔化使用。主要的局限性是：汞可能会挥发需要工程控制，污染废物需预脱水处理，如果冷却太快SPC中可能出现气孔、高热量的金属碎片要求先预热以防止空气空隙的形成。SPC操作要求运用工程控制以降低着火或爆炸的可能，如果温度过高，SPC还可能逸出硫化氢和硫蒸气。
3.4其他固化材料
很多其他的材料能用于汞污染有害废物的固化封装处理，包括：聚乙烯、碱性矿渣、沥青、聚酯和环氧树脂、合成橡胶、聚硅氧烷等。
3.4.1聚乙烯固化
Burbank等[28]考察了聚乙烯固化包含低含量汞和其它重金属的混合废物，含有9.2mg/kg汞的硫酸铵滤饼和含有1.3mg/kg汞的蒸发基质淤泥。研究发现单独依靠聚乙烯固化不能有效降低汞浸出性，即使废物的汞浓度低。而加入氧化钙反而增加了汞的浸出性，与氧化钙在聚乙烯固化含砷废物中降低了砷的挥发性的研究结果恰好相反，所以如果应用聚乙烯固化含汞废物需要进一步解决汞的挥发问题，因为在聚乙烯熔化的反应温度下，汞及其化合物具有较高的挥发性（如氯化汞在572℉升华）。