全磷渣膠結(jié)充填對環(huán)境的影響及其資源化利用

李 穎

（大慶市危險廢物監(jiān)督中心，黑龍江 大慶 163316）

近年來，隨著固廢問題的逐漸凸顯，磷石膏地表堆存引起的污染問題備受關(guān)注和重視。不同學者從不同的角度對其展開研究。有學者以貴州某磷石膏廠附近水體中的總磷含量作為研究對象，研究表明，磷石膏廠附近的水體中總磷含量在17.2～1579.0 mg/L，而氟含量在6.13～232.80 mg/L[1]。還有學者研究發(fā)現(xiàn)，磷石膏鍍金的土壤中含有重金屬元素，如Zn、Hg以及Ni等，濃度遠高于貴州省土壤背景值[2]。以相關(guān)研究為基礎(chǔ)，筆者對全磷渣膠結(jié)充填這一新方法展開研究，以了解其對環(huán)境的影響。

1 全磷渣膠結(jié)充填相關(guān)理論概述

全磷渣膠結(jié)充填是一種新興的消耗磷石膏方法，其開發(fā)依據(jù)主要是固體廢棄物穩(wěn)定化處理技術(shù)。全磷渣膠結(jié)充填方法利用的充填骨料就是磷石膏，同時膠凝活性材料采用的是水泥熟料、黃磷渣以及生石灰等，其在與水充分混合后，形成充填料漿，然后泵送到采空區(qū)，形成能夠滿足后續(xù)采礦活動強度的膠結(jié)體[3]。全磷渣膠結(jié)充填方法的應(yīng)用，不僅能夠提升礦石回采率，還能夠進一步控制地壓，有效預防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展。除此之外，全磷渣膠結(jié)充填方法還是磷石膏資源化利用的重要途徑。

2 一般資料

2.1 樣本采集

在樣本采集過程中，為綜合反映全磷渣膠結(jié)充填區(qū)域地下水受充填體重污染成分的影響，本研究中的液體樣本選自2015-2017不同年份建成的充填擋墻周圍的滲濾水。每個采樣點取3個平行樣品，共300 mL。同時，使用PP塑料瓶裝液體樣本。在采集樣本前，使用硝酸潤洗PP塑料瓶。樣本采集完成后，在其中加入硝酸，比例為1:1，并將其進行冷凍保存。

采集充填料漿時，在漿體靜置15 min后，取上清液。然后，使用0.45 um聚醚砜微孔膜對液體進行過濾。過濾后，濾液中的離子含量是參照值。

磷石膏以及膠凝材料是從某磷礦充填站制漿廠采集的，采用現(xiàn)場取樣的方式。首先去除表層部分，然后選取3 kg固定樣本，使用聚乙烯密封袋，將其封存。

2.2 測定方法

在樣本測定的過程中，本研究主要采用紫外分光光度法、鉬銻抗分光光度法、Ohaus ST20 pH計以及PF-202-C氟離子電極測定法等進行測定。

2.3 評價指標

本研究的評價指標包括對pH值、總磷、硫、鉛以及氟等的評價。除此之外，還對水質(zhì)進行評價，其評價標準采用的是國家地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)《地下水水質(zhì)標準》（DZ/T0290-2015）的Ⅲ類水質(zhì)標準。

3 試驗研究

3.1 污染源

全磷渣膠結(jié)充填對地下水體污染的主要作用機制是磷石膏和膠凝材料中的污染成分的浸出。通過浸出試驗，人們可以了解其在水體浸泡作用下可能溶出的有毒物質(zhì)及其含量。筆者采用水平震蕩的方法，以去離子水作為提取劑，展開試驗。試驗主要有5個步驟，具體如下。

（1）取適量的磷石膏和黃磷渣，將其研細，并將其放置在烘干箱中烘干。烘干箱溫度設(shè)置為30℃。烘干結(jié)束后，過篩備用。

（2）液體體積與固體質(zhì)量比為10:1，計算去離子水的體積。然后，將去離子水分別加入聚乙烯瓶中，進行充分攪拌，以保證其混合均勻。每組做3組平行試驗。

（3）將瓶蓋蓋緊，然后固定在水平振蕩器中。其中，設(shè)定的速率為(110±10)次/min，振幅為40 mm，溫度為室溫。24 h后取下，并靜置30 min。

（4）使用0.45 um聚醚砜微孔膜對液體進行過濾。固體干燥后，將其存放在干燥器中。收集全部濾出液后，就是浸取液。

（5）對浸取液中的離子含量進行分析，獲得試驗結(jié)果，如表1所示。

表1 全磷渣膠結(jié)充填原料浸出液中的污染物濃度

3.2 污染成分

本研究選取3個樣點進行取樣，提升樣本的代表性和準確性。將3個取樣點樣本測得的污染指標平均值作為污染指標濃度值，減少取樣指標以及其他因素對取樣檢測結(jié)果的不良影響。通過對充填體滲濾水中污染物的成分以及濃度進行測定分析，筆者發(fā)現(xiàn)，充填體滲濾水中有F、Zn、Fe、Cr以及Mn等多種污染成分，并且污染濃度大多高于平均指標，如表2所示。

表2 不同年份充填體滲濾中的污染物濃度

4 結(jié)果與討論

磷石膏是一種具有強酸性的固體廢棄物，與膠凝材料發(fā)生水化反應(yīng)后，充填體會呈現(xiàn)偏堿性。這種酸堿性會對水體中的污染物形態(tài)造成影響。因此，應(yīng)對滲濾水酸堿度的演化規(guī)律進行了解。由表1可知，磷石膏的pH值是2.27，說明磷石膏中的磷酸會導致其水溶性呈現(xiàn)酸性。而膠凝材料浸出液的pH值則是12.54，說明膠結(jié)劑的整體水溶性是堿性。研究結(jié)果表明，磷石膏與黃磷渣依據(jù)4.5:1進行配比，與水混合后，其形成了濃度為50%的充填漿料。反應(yīng)后，充填漿料呈堿性。由表2可知，2017年新充填的充填擋墻附近的滲濾水pH值高于前兩年。

磷石膏中磷元素含量非常高，并且大部分均是可溶性磷。研究結(jié)果表明，流經(jīng)充填體的滲濾水pH值會逐漸趨于中性，同時高濃度的磷含量是磷石膏地表露天堆存造成環(huán)境問題的主要原因。因此，磷是評價水體污染的重要指標，人們應(yīng)給予高度的重視。研究還表明，F(xiàn)e、Mn等元素能夠被很好地固結(jié)在充填體中，隨著時間的推移，其在滲濾水中的濃度逐漸降低，基本能夠滿足國家相關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)論

全磷渣膠結(jié)充填方式能夠在很大程度上降低工業(yè)廢料中有害成分的溶出，有效緩解磷石膏堆積造成的環(huán)境污染。本文通過試驗分析，對全磷炸膠結(jié)充填水中各種元素含量進行探究。試驗結(jié)果表明，全磷渣膠結(jié)充填體固結(jié)后樣本水質(zhì)的pH值逐漸呈中性，磷石膏中的總磷含量會隨著膠凝材料充填而呈現(xiàn)下降趨勢；充填體滲濾水中F離子的來源為膠凝材料，在水化反應(yīng)后，部分F離子能夠固結(jié)于充填體中，隨著時間的推移，F(xiàn)離子的含量會逐漸下降。總之，全磷渣膠結(jié)充填技術(shù)能夠?qū)I(yè)廢料磷石膏中的有害成分進行固化，能夠提升磷石膏處理的環(huán)保性，使其有效地實現(xiàn)二次利用。

參考文獻

1 王瑞波，劉紅盼，尚志標.水淬磷渣不同氣氛下的析晶動力學研究[J].化學工程師，2016，30（5）：19-22.

2 甘 蕾，李夕兵，范 昀，等.全磷渣膠結(jié)充填對環(huán)境的影響及其資源化利用[J].科技導報，2017，35（13）：84-89.

3 孫少鵬.磷渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用研究[J].房地產(chǎn)導刊，2016，21（35）：12.