固體廢物固化課件

第四章固體廢物固化

教學(xué)目標(biāo):1.理解并掌握衡量固化處理效果的兩項(xiàng)主要指標(biāo);2.掌握水泥固化;3.熟悉瀝青固化;4.熟悉塑料固化;5.熟悉玻璃固化;4.熟悉石灰、自膠結(jié)、水玻璃等其他固化方法教學(xué)重點(diǎn)：衡量固化處理效果的兩項(xiàng)主要指標(biāo)；水泥固化；瀝青固化教學(xué)難點(diǎn)：第四章固體廢物固化4.1概述4.2水泥固化4.3瀝青固化4.4塑料固化4.5玻璃固化4.4石灰固化4.7自膠結(jié)固化4.8水玻璃固化4.1概述固化概念固化機(jī)理固化劑和固化體性質(zhì)指標(biāo)基本要求固化技術(shù)應(yīng)用固化技術(shù)分類4.1概述——固化概念固化是用物理－化學(xué)方法將有害廢物摻合并包容在密實(shí)的惰性基材中，使其穩(wěn)定化的一種過程。采用固化基材將固體廢棄物固定或包裹起來，以降低其對(duì)環(huán)境的危害，因而較安全地運(yùn)輸和處置的一種方法。4.1概述——固化機(jī)理有的是將有害廢物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變或引入某種穩(wěn)定的晶格中的過程；有的是將有害廢物用惰性材料加以包容的過程；有的兼有上述兩種過程。固化處理的機(jī)理十分復(fù)雜，目前尚在研究和發(fā)展中。4.1概述——固化劑和固化體固化所用的惰性材料稱為固化劑。有害廢物經(jīng)過固化處理所形成的固化產(chǎn)物稱為固化體。由于處理過程中，需加入較多的固化劑，因而固化體的體積比原廢物的體積大。4.1概述——固化的性質(zhì)指標(biāo)浸出率：固化體浸于水中或其它溶液中時(shí)，其中有害物質(zhì)的浸出速度。因?yàn)楣袒w中的有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境和水源的污染，主要是由于有害物質(zhì)溶于水所造成的。所以，可用浸出率的大小預(yù)測(cè)固化體在貯存地點(diǎn)可能發(fā)生的情況。4.1概述——固化的性質(zhì)指標(biāo)Rin—標(biāo)準(zhǔn)比表面的樣品每天浸出的有害物質(zhì)的浸出率，g/(d·cm2)，ar—浸出時(shí)間內(nèi)浸出的有害物質(zhì)的量，mg，A0—樣品中含有的有害物質(zhì)的量，mg，F(xiàn)—樣品暴露表面積，cm2，M—樣品的質(zhì)量，g，t—浸出時(shí)間，d。浸出率：標(biāo)準(zhǔn)比表面積的樣品每日浸出放射性（即污染物質(zhì)量）4.1概述——固化的性質(zhì)指標(biāo)增容比：所形成的固化體體積與被固化有害廢物體積的比值。增容比是評(píng)價(jià)固化處理方法和衡量最終成本的一項(xiàng)重要指標(biāo)。ci—增容比；V2—固化體體積，m3；V1—固化前有害廢物的體積，m3。4.1概述——固化的基本要求①有害廢物經(jīng)固化處理后所形成的固化體應(yīng)具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性，抗干濕性、抗凍融性及足夠的機(jī)械強(qiáng)度等，最好能作為資源加以利用，如作建筑基礎(chǔ)和路基材料等；②固化過程中材料和能量消耗要低，增容比(即所形成的固化體體積與被固化廢物的體積之比)要低；③固化工藝過程簡(jiǎn)單、便于操作；④固化劑來源豐富，價(jià)廉易得；⑤處理費(fèi)用低。4.1概述——固化技術(shù)應(yīng)用①對(duì)于具有毒性或強(qiáng)反應(yīng)性等危險(xiǎn)性質(zhì)的廢物進(jìn)行處理，使得滿足填埋處置要求；②其他處理過程所產(chǎn)生的殘?jiān)?，例如焚燒產(chǎn)生的灰分的無害化處理，其目的是最終對(duì)其進(jìn)行處置；③在大量土壤被有害污染物所污染的情況下對(duì)土壤進(jìn)行去污。4.1概述——固化技術(shù)應(yīng)用固化技術(shù)，首先是從處理放射性廢物發(fā)展起來的。歐洲、日本已應(yīng)用多年，近年來，美國(guó)也很重視該技術(shù)的研究開發(fā)。我國(guó)在放射性廢物的固化處理方面已做了大量的工作，并已進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段。固化技術(shù)已應(yīng)用于處理多種有毒有害廢物，如電鍍污泥、砷渣，汞渣、氰渣、鉻渣和鎘渣等。4.2水泥固化水泥固化是以水泥為固化劑將有害廢物進(jìn)行固化的一種處理方法。采用水泥固化處理各種含有重金屬的有毒廢渣十分有效。4.2水泥固化——原理水泥是一種無機(jī)膠結(jié)劑，經(jīng)水化反應(yīng)后可形成堅(jiān)硬的水泥塊，能將砂，石等添加料牢固地凝結(jié)在一起。水泥固化有害廢物就是利用水泥的這一特性。對(duì)有害污泥進(jìn)行固化時(shí)，水泥與污泥中的水分發(fā)生水化反應(yīng)生成凝膠，將有害污泥微粒分別包容，并逐步硬化形成水泥固化體。可以認(rèn)為這種固化體的結(jié)構(gòu)主要是水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)物3CaO·SiO3，水化結(jié)晶體內(nèi)包進(jìn)了污泥微粒，使得污泥中的有害物質(zhì)被封閉在固化體內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定化，無害化的目的。4.2水泥固化——原理硅酸三鈣的水合反應(yīng)

硅酸三鈣的水合反應(yīng)，硅酸二鈣的水合反應(yīng)，鋁酸三鈣的水合反應(yīng)，鋁酸四鈣的水合反應(yīng)，最終生成硅鋁酸鹽膠體的這一連串反應(yīng)是一個(gè)速率很慢的過程，所以為了保證固化體得到足夠的強(qiáng)度需要在有足夠水分的條件下維持很長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)水化的混凝土進(jìn)行保養(yǎng)。4.2水泥固化——優(yōu)點(diǎn)

在固化過程中，由于水泥具有較高的pH值，使得廢渣中的重金屬離子形成氫氧化物和碳酸鹽等，能更好地固定在固化體內(nèi)，有效地防止有毒金屬地浸出。工藝簡(jiǎn)單設(shè)備投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用較低水泥和添加劑價(jià)廉易得對(duì)于含水率較高的廢物可直接固化可在常溫下操作對(duì)電鍍污泥等含重金屬的固體廢棄物處理十分有效對(duì)放射性廢物的固化容易實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)輸和自動(dòng)化控制等。4.2水泥固化——缺點(diǎn)①水泥固化體的浸出率較高，通常為10-4～10-5g/(cm2·d)，主要是由于它的空隙率較高所致，因此，需作涂覆處理；②水泥固化體的增容比較高，達(dá)1.5～2；③有的廢物需進(jìn)行預(yù)處理和投加添加劑，使處理費(fèi)用增高；④水泥的堿性易使銨離子轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔庖莩?，⑤處理化學(xué)泥渣時(shí)，由于生成膠狀物，使混合器的排料較困難，需加入適量的鋸末予以克服。

4.2水泥固化——工藝流程進(jìn)料攪拌成型養(yǎng)護(hù)：蒸氣養(yǎng)護(hù)—室外自然養(yǎng)護(hù)4.2水泥固化——應(yīng)用實(shí)例4.3瀝青固化

瀝青固化是以瀝青為固化劑與有害廢物在一定的溫度，配料比、堿度和攪拌作用下產(chǎn)生皂化反應(yīng)，使有害廢物均勻地包容在瀝青中，形成固化體。瀝青固化一般用于處理中、低放射水平的蒸發(fā)殘液，廢水化學(xué)處理產(chǎn)生的沉渣，焚燒爐產(chǎn)生的灰燼、塑料廢物，電鍍污泥，砷渣等。

4.3瀝青固化——影響因素影響穩(wěn)定性的因素硝酸鹽與亞硝酸鹽：純?yōu)r青的燃點(diǎn)一般為420℃左右，而在摻入硝酸鹽，亞硝酸鹽后，其燃點(diǎn)降至250～330℃，因而增加了燃燒的危險(xiǎn)性。氧化劑：在瀝青固化過程中，瀝青會(huì)與某些氧化劑等發(fā)生化學(xué)作用，從而影響固化體的化學(xué)穩(wěn)定性。4.3瀝青固化——特點(diǎn)良好的粘結(jié)性；化學(xué)穩(wěn)定性；一定的彈性和塑性；對(duì)大多數(shù)酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性；此外具有一定的輻射穩(wěn)定性。4.3瀝青固化——方法1.高溫熔化混合蒸發(fā)法2.暫時(shí)乳化法3.化學(xué)乳化法4.3瀝青固化——應(yīng)用高溫熔化混合蒸發(fā)法4.3瀝青固化——應(yīng)用暫時(shí)乳化法4.4塑料固化以塑料為固化劑，與有害廢棄物按一定的配料比，并加入適量的催化劑和填料（骨料）進(jìn)行攪拌混合，使其共聚固化而將有害廢物包容形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的固化體。4.4塑料固化——方法熱塑性塑料主要有聚乙烯、聚氯乙稀等。在常溫下是固體，高溫時(shí)可變成熔融膠粘液體，將有害廢物摻合包容在塑料中，冷卻后即形成固化體。熱固性塑料有脲醛樹脂和不飽和樹脂等。常溫下是液體，使用方便，固化速度快，可以在常溫、常壓下固化。4.4塑料固化——特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)增容比較?。唤雎瘦^?。?；固化體不可燃；常溫下可操作。缺點(diǎn)固化體耐老化性能較差；固化體一旦破裂，浸出率迅速提高，污染環(huán)境；混合過程中產(chǎn)生有害煙霧，污染空氣；對(duì)操作技術(shù)要求高。處置前都應(yīng)有容器包裝，增加處理費(fèi)用。適用范圍：干廢渣或污泥漿4.5玻璃固化以玻璃為固化劑，將其與有害廢物以一定的配料比混合后，在高溫下（900～1200℃）熔融，經(jīng)退火后即轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的玻璃固化體，也稱為熔融固化技術(shù)。4.5玻璃固化——

固化方法及工藝流程間歇式固化法：是一罐一罐地將高放廢液和玻璃原料—起加人罐內(nèi)，使蒸發(fā)干燥，煅燒，熔融等幾步過程都在罐內(nèi)完成。熔融成玻璃后，將熔化玻璃注入貯存容器內(nèi)成型。熔化罐可以反復(fù)使用，也可以采用棄罐方式，即熔化罐本身兼作貯存容器或最終處置容器用。連續(xù)式固化法：是將蒸發(fā)、煅燒過程與熔融過程分別在煅燒爐和熔融爐內(nèi)完成，蒸發(fā)煅燒過程采用連續(xù)進(jìn)料和排料的方式，而熔融過程既可連續(xù)進(jìn)料和排抖，也可連續(xù)進(jìn)料和間歇排料。4.5玻璃固化——

固化方法及工藝流程磷酸鹽玻璃固化4.5玻璃固化——

固化方法及工藝流程硼酸鹽玻璃固化4.5玻璃固化——應(yīng)用玻璃固化法處理被有機(jī)物污染的土壤：用電力將土壤加熱到熔融狀態(tài)，當(dāng)電流通過土壤時(shí)，溫度會(huì)逐漸達(dá)到土壤的熔點(diǎn)，在熔融狀態(tài)下，土壤的導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性提高，從而使得熔融過程加速進(jìn)行?？梢栽诘乇砻嬖O(shè)置一層玻璃和石墨的混合物以啟動(dòng)土壤的加熱過程，兩極之間的最大距離為4m。當(dāng)電流一旦通過土壤，則熔融區(qū)逐漸向下擴(kuò)展，其最大深度可達(dá)30m，熔融體的總量可達(dá)1000t。4.6石灰固化

石灰固化是以石灰為固化劑，以粉煤灰，水泥窯灰為填料，專用于固化含有硫酸鹽或亞硫酸鹽類廢渣的一種固化方法。4.6石灰固化——原理基于水泥窯灰和粉煤灰中含有活性氧化鋁和二氧化硅，能與石灰和含有硫酸鹽、亞硫酸鹽廢渣中的水反應(yīng)，經(jīng)凝結(jié)、硬化后形成具有一定強(qiáng)度的固化體。4.6石灰固化——優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)使用的填料來源豐富，價(jià)廉易得，操作簡(jiǎn)單，不需要特殊的設(shè)備，處理費(fèi)用低，被固化的廢渣不要求脫水和干燥，可在常溫下操作等。缺點(diǎn)石灰固化體的增容比大，固化體容易受酸性介質(zhì)浸蝕，需對(duì)固化體表面進(jìn)行涂覆。

4.6石灰固化——應(yīng)用石灰固化法適用于固化鋼鐵、機(jī)械的酸洗工序所排放的廢液和廢渣，電鍍污泥、煙道脫硫廢渣、石油冶煉污泥等。固化體可作為路基材料或砂坑填充物。4.7自膠結(jié)固化自膠結(jié)固化是將含有大量硫酸鈣或亞硫酸鈣的泥渣，在適宜的控制條件下進(jìn)行煅燒，使其部分脫水至產(chǎn)生有膠結(jié)作用的亞硫酸鈣或半水硫酸鈣狀態(tài)，然后與特制的添加劑和填料混合成稀漿，經(jīng)凝結(jié)硬化形成自膠結(jié)固化體。其固化體具有抗透水性高，抗微生物降解和污染物浸出率低的特點(diǎn)。4.7自膠結(jié)固化——優(yōu)缺點(diǎn)自膠結(jié)固化法的優(yōu)點(diǎn)是采用的填料飛灰是工業(yè)廢料，以廢治廢節(jié)約資源，固化體的化學(xué)穩(wěn)定性好，浸出率低，凝結(jié)硬化時(shí)間短，對(duì)固化的泥渣不需要完全脫水等。主要缺點(diǎn)是該種固化法只適用于含硫酸鈣、亞硫酸鈣泥渣或泥漿的處理，需要熟練的操作技術(shù)和昂貴的設(shè)備，煅燒泥渣需消耗一定的能量等。4.8水玻璃固化水玻璃固化是以水玻璃為固化劑，無機(jī)酸類(如硫酸，硝酸、鹽酸和磷酸)為助劑，與有害污泥按一定的配料比進(jìn)行中和與縮合脫水反應(yīng)，形成