第4章 固體廢物固化(物化)與穩(wěn)定化處理.ppt

1、1,【概念】壓實(shí) 壓縮比 硬度 破碎比 破碎段 篩分效率 重介質(zhì) 加重質(zhì) 【理論和方法】壓實(shí)效果的度量；壓實(shí)設(shè)備評價(jià)；影響破碎效果的因素；破碎方法及工藝；常見分選方法及原理；影響篩分效率的因素； 常見選設(shè)備；固體廢物中水分存在方式； 脫水濃縮方法及常見機(jī)械。,上章復(fù)習(xí),2,第四章 固體廢物的固化 與穩(wěn)定化處理,3,內(nèi) 容 提 要,固化,穩(wěn)定化,浮選,溶劑浸出,見第三章,自學(xué) (物理化學(xué)過程，適合有價(jià)或有害成分處理),4,4.1 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 4.6 石灰固化和自膠結(jié)固化,內(nèi) 容 提 要,固化,穩(wěn)定化,5,4.1 概 述 基本概念,

2、廢物固化,廢物固化是用物理化學(xué)方法將有害廢物摻和并包容在密實(shí)的惰性材料中，使其穩(wěn)定化的過程。,固化途徑 通過化學(xué)轉(zhuǎn)變，將污染物引入到某種穩(wěn)定固體物質(zhì)的晶格中去； 通過物理過程，把污染物直接摻入到惰性基材中去。 固化劑 固化過程所用的惰性材料。 固化體 有害廢物經(jīng)過固化處理所形成的固化產(chǎn)物。 穩(wěn)定化 利用化學(xué)添加劑等技術(shù)手段，改變廢物中有毒有害組分的賦 存狀態(tài)或化學(xué)組成形式，以降低毒性、溶解性和遷移性的過程。 固定化 具有固化和穩(wěn)定化作用的過程。 限定化 、包容化,6, 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

3、路基材料 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 固化工藝過程簡單、便于操作 固化劑來源豐富，價(jià)廉易得 處理費(fèi)用低,固化處理的基本要求,7,評價(jià)固化處理效果的主要指標(biāo),1. 固化體的浸出速率,式中： Vn 標(biāo)準(zhǔn)比表面的樣品每天浸出有害物質(zhì)的浸出速率，cm/d,mn 第n個(gè)浸提劑更換期的內(nèi)浸出的有害物質(zhì)的量，g,m0 樣品中原有的有害物質(zhì)的量，g,Ae 樣品暴露的表面積，cm2,V 樣品的體積，cm3,tn 第n個(gè)浸提劑更換期的時(shí)間，d,2. 增容比(即所形成的固化體體積與被固化廢物的體積之比),mn / m0 _ (Ae/V)tn,Vn =,R

4、,3. 抗壓強(qiáng)度,貯桶0.10.5Mpa；建材10Mpa,浸出率g/cm2.d,8,固化/穩(wěn)定化處理對象 危險(xiǎn)廢物處理，使其滿足安全處置工程與技術(shù)要求。 其它處理過程的殘?jiān)?、電鍍廢水處理產(chǎn)生的污泥，以及其它工業(yè)廢渣 固化/穩(wěn)定化處理以防止其無控堆放造成環(huán)境污染。 土壤去污，特別是當(dāng)大面積土壤受到有機(jī)或無機(jī)有毒有害污染物污染 時(shí)，對其穩(wěn)定處理以恢復(fù)土壤功能。 固化處理的目的 在于改變廢物的工程特性，即增加廢物的機(jī)械強(qiáng)度，減少廢物的可壓 縮性和滲透性，以便于廢物的運(yùn)輸、處置和利用，降低廢物對環(huán)境與健 康的風(fēng)險(xiǎn)。 穩(wěn)定化處理的目的 在于降低廢物中有毒有害組分的毒性（危害性）、溶解性和遷移性， 即將污

5、染物全部或部分地固定于支持介質(zhì)或粘結(jié)劑等添加劑上，借此降 低廢物對環(huán)境與健康的風(fēng)險(xiǎn)。,9,4.2 水泥固化,一、水泥固化的基本理論 二、水泥固化的工藝流程 三、水泥固化法的應(yīng)用 四、水泥固化法的特點(diǎn),10,水泥固化基本理論,水泥固化原理 水泥是一種無機(jī)膠凝結(jié)劑，經(jīng)水化反應(yīng)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。 水泥固化有害廢物利用了水泥的無機(jī)膠凝性質(zhì)，廢物被摻入水泥的基質(zhì)中，水泥與廢物中的水分或另外添加的水分，發(fā)生水化反應(yīng)后生成凝膠，將有害污泥微粒分別包容，并逐步硬化形成水泥固化體。 固化機(jī)理 水泥的水化產(chǎn)物 3 CaOSiO3,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)

6、被封閉在固化體內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定化、無害化的目的。 化學(xué)反應(yīng) P 117,11,纖維狀、針狀和柱狀的水化產(chǎn)物,水泥漿體電鏡圖,12,固化材料 固體廢物、水泥、水、添加劑 最適宜對象 含重金屬離子的的污泥,在固化過程中，由于水泥具有較高的pH值，使得污泥中重金屬離子在堿性條件下，生成難溶于水的氫氧化物或碳酸鹽等。某些重金屬離子也可以固定在水泥基體的晶格中，從而可有效地防止重金屬的浸出。,水泥固化基本理論,13,水泥主要成分：硅酸鈣，鋁、硅、鐵、鈣的氧化物 用作固化劑的水泥有： 普通硅酸鹽礦渣硅酸鹽火山灰硅酸鹽水泥 硅酸鹽水泥是由石灰石和粘土混合物或其它含硅、鋁，鐵的氧化物在約14500C的高溫下煅燒，

7、再經(jīng)磨細(xì)制得。,水泥簡介,水泥固化基本理論,無機(jī)添加劑：蛭石、沸石、多種粘土礦物、水玻璃、無機(jī)緩凝劑、無 機(jī)速凝劑和骨料等 有機(jī)添加劑：硬脂肪酸丁酯、-糖酸丙酯、檸檬酸,14,水泥固化影響因素,pH 過高，氫氧化物沉淀，碳酸鹽沉淀。過高，帶負(fù)電荷的羥基絡(luò)合物，溶解度。Cu9； Zn9.3 ； Cd11.1,改善固化體質(zhì)量。吸附劑沸石或蛭石加入含硫酸鹽的廢物中防止其與水泥成分反應(yīng)生成硫酸鋁鈣導(dǎo)致體積膨脹和破裂。蛭石也是骨料,水、水泥和廢物的量比，水分過少，不能保證水泥的充分水合作用；水分過大，出現(xiàn)泌水現(xiàn)象,投加促凝劑、緩凝劑來控制凝結(jié)時(shí)間，一般初凝時(shí)間2h,終凝24h，保證混料后有足夠時(shí)間輸送、

8、裝桶或澆注,水泥固化基本理論,15,水泥固化法工藝流程,將廢物、水泥、添加劑和水在單獨(dú)的混合器中進(jìn)行混合，經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬笤僮⑷胩幹萌萜髦小?特點(diǎn)：需要設(shè)備較少，可充分利用處置容器的容積；但攪拌混合后的混合器需要洗滌，耗費(fèi)人力，產(chǎn)生一定數(shù)量的洗滌廢水。,外部加入水泥的方法,16,可直接在最終處置使用的容器內(nèi)進(jìn)行混合，然后用可移動(dòng)的攪拌裝置混合 適合危險(xiǎn)性大但數(shù)量不多的廢物，如放射性廢物。 優(yōu)點(diǎn):不產(chǎn)生二次污染物。但處置所用容器體積有限(通常用200 L的桶），充分?jǐn)嚢枥щy，留有無效空間,水泥固化法工藝流程,在桶中加入水泥的方法,17,電鍍污泥固化處理,水泥固化法的應(yīng)用,電鍍污泥：包含Cd、Cr、

9、Cu、Pb、Ni、Zn,電鍍干污泥、水泥、和水的比（1-2）：20 ：（6-10）,18,水泥也用來處理復(fù)雜的污泥，如多氯聯(lián)苯、油和油泥，含二氯乙烯和二氯乙烷的廢物，多種樹脂，被穩(wěn)定化固化的塑料，石棉，硫化物等物料,水泥固化工藝也較多地被應(yīng)用于處理垃圾焚燒廠產(chǎn)生的焚燒飛灰這種危險(xiǎn)廢物,水泥固化法的應(yīng)用,19,水泥固化法的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備和工藝過程簡單，無需特殊的設(shè)備，設(shè)備投資、動(dòng)力消耗和運(yùn)行 費(fèi)用都比較低； 水泥和添加劑價(jià)廉易得； 對含水率較低的廢物可直接固化，無需前處理； 在常溫下就可操作； 處理技術(shù)已相當(dāng)成熟，對放射性固體廢物的固化容易實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)輸和 自動(dòng)控制等。 缺點(diǎn) 水泥固化體的浸出

10、率較高，通常為10-4一10-5 g(cm2d)，主要是由 于它的空隙率較高所致，因此，需作涂覆處理； 水泥固化體的增容比較高，達(dá)1.5-2； 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； 水泥的堿性易使銨離子轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔庖莩觯?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。,20,4.3 瀝青固化,一 概述 二 瀝青固化的基本方法 三 瀝青固化體的性質(zhì)及其影響因素,21,定義：瀝青固化是以瀝青為固化劑，與有害廢物在一定的溫度、配比、堿度和攪拌作用下發(fā)生皂化反應(yīng)，使有害廢物均勻地包容在瀝青中，形成穩(wěn)定固化體的過程。,瀝青固化概述,瀝青的特性： 瀝青具有良好

11、的粘結(jié)性、憎水性 化學(xué)穩(wěn)定性 一定的彈性和塑性 一定的耐腐蝕性（耐大多數(shù)酸、堿、鹽類） 一定的輻射穩(wěn)定性,石油分餾的殘?jiān)?，其化學(xué)成分包括瀝青質(zhì)、油分、游離碳、膠質(zhì)、瀝青酸和石蠟等。,瀝青固化應(yīng)用對象： 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（同水泥）,不適合熱不穩(wěn)定物質(zhì)、 有機(jī)溶劑,22,瀝青固化的基本方法,高溫熔化混合蒸發(fā)法 暫時(shí)乳化法 化學(xué)乳化法,23,高溫熔化混合蒸發(fā)法,瀝 青 固 化 的 基 本 方 法,中放射水平廢水濃縮液,150230,24,暫時(shí)乳化法,溫度為90度，固體物質(zhì)在此產(chǎn)生混合和包容，分離90的水分 將分離出的水分除

12、去 升溫至105-110度，由雙螺桿擠壓機(jī)得到的混合物尚有5-7的水分,140-150度,混合脫水干燥,25,化學(xué)乳化法,廢物與乳化瀝青混合干燥脫水冷卻硬化,常溫,瀝 青 固 化 的 基 本 方 法,26,瀝青固化體的主要性能指標(biāo)： 水中的浸出率 輻照穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性,瀝青固化體的性質(zhì)及其影響因素,27,1瀝青的種類 用不同類型的瀝青所得固化體的浸出率不同，實(shí)驗(yàn)表明，采用直餾瀝青效果較好。較軟的瀝青比較硬的瀝青所得固化體浸出率低。 2廢物量，化學(xué)組成及混合狀況 由于瀝青與廢物之間存在復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，過高的廢物量將導(dǎo)致固化體浸出率的急劇上升。鑒于操作和安全上的考慮，一般應(yīng)控制加入的廢物量

13、與瀝青的重量比在40-50。 3殘余水分 固化體中的殘余水分對固化體的浸出率有顯著的影響。一般認(rèn)為殘余水分的存在將增加瀝青中的細(xì)孔數(shù)量。殘余水分應(yīng)控制在10以下，最好小于0.5,（一）影響瀝青固化體浸出率的因素,28,(二)影響瀝青固化體化學(xué)穩(wěn)定性的因素,在瀝青固化過程中，瀝青會(huì)與某些摻入的化合物，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。例如純?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。,29,4.4 塑料固化,一 塑料固化原理 二 塑料固化的應(yīng)用及其特點(diǎn),30,概念: 以塑料為固化劑，與危險(xiǎn)廢物按一定的比例配料，并加入適

14、量催化劑和填料進(jìn)行攪拌混合，使其共聚合固化，將危險(xiǎn)廢物包容形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性固化體。,塑料固化原理,熱塑性材料固化 石蠟、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等 是用熔融的熱塑性物質(zhì)在高溫下與干燥脫水危險(xiǎn)廢物混合，以達(dá)到對廢物穩(wěn)定化的目的的過程。 熱固性塑料固化 脲醛樹脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂 用熱固性有機(jī)單體和經(jīng)過粉碎處理的廢物充分混合，在助凝劑和催化劑的作用下產(chǎn)生聚合以形成海綿狀的聚合物質(zhì)，從而在每個(gè)廢物顆粒的周圍形成一層不透水的保護(hù)膜。,31,應(yīng)用實(shí)例 日本岡山縣公害防治中心利用塑料固化法處理電鍍污泥，其工藝過程是向電鍍污泥中加入碳酸鈣使其干燥，然后加入不飽和聚酯樹脂、催化劑、促

15、進(jìn)劑及河沙(骨料)等經(jīng)過混合，加熱形成固化體。 其配比為：干污泥重量百分?jǐn)?shù)為30左右，不飽和聚酯樹脂20-35，骨料35-50。該法所形成的固化體與水泥固化體相比具有抗壓強(qiáng)度大、重量輕、表面有光澤等特點(diǎn)，可作為輕型建筑材料,熱固性塑料固化,32,塑料固化的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 可在常溫下操作 增容比和固化體的密度較小 既能處理干廢渣，也能處理污泥漿。 塑料固化體是不可燃的。 缺點(diǎn)： 塑料固化體耐老化性能較差，固化體一旦破裂，污染物浸出會(huì)污染環(huán)境，因此，處置前都應(yīng)有容器包裝，因而增加了處理費(fèi)用。 如果以脲醛樹脂為固化劑，通常采用強(qiáng)酸作催化劑，需要耐腐蝕的混合設(shè)備或有耐腐蝕襯里的混合器。 在混合過程中釋放

16、有害煙霧，污染周圍環(huán)境。該法還需要熟練的操作技術(shù)以保證固化質(zhì)量。,33,4.5 玻璃固化,一 玻璃固化原理 二 玻璃固化方法及工藝流程 三 玻璃固化法的特點(diǎn),34,玻璃固化原理,玻璃固化是以玻璃原料為固化劑，將其與有害廢物以一定的配料比混合后，在高溫（1000-1500 ）下熔融，經(jīng)退火后即可轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的玻璃固化體,主要用于固化高放廢物,磷酸鹽玻璃固化 硼酸鹽玻璃固化,K、Na玻璃在水中溶解度較高， 硅酸鹽玻璃熔點(diǎn)過高，均不適用,35,玻璃固化方法及工藝流程,36,優(yōu)點(diǎn)： 玻璃固化體致密，在水及酸、堿溶液中的浸出率小，大 約為10-7 g/(cm2.d)； 增容比?。?在玻璃固化過程中產(chǎn)生的粉

17、塵量少； 玻璃固化體有較高的導(dǎo)熱性、熱溫定性和輻射穩(wěn)定性。 缺點(diǎn) 裝置較復(fù)雜； 處理費(fèi)用昂貴； 工作溫度較高； 設(shè)備腐蝕嚴(yán)重； 放射性核素?fù)]發(fā)量大。,玻璃固化法的特點(diǎn),37,4.6 石灰固化和自膠結(jié)固化,石灰固化,概念 以石灰和具有火山灰活性的物質(zhì)（如粉煤灰、垃圾焚燒灰渣、 水泥窯灰等）為固化基材，對危險(xiǎn)廢物進(jìn)行穩(wěn)定化與固化處理的方法。 重金屬被吸附于膠體結(jié)晶中。,添加劑 與石灰同時(shí)向廢物中加入適量的添加劑，如廢物中含有可溶性 鋇時(shí)可添加適量的硫酸根離子等，可獲得額外穩(wěn)定效果。,應(yīng)用 適用于穩(wěn)定石油冶煉污泥、重金屬污泥、氧化物、廢酸等無機(jī)污染物。 特點(diǎn) 簡單，物料來源方便，操作不需特殊設(shè)備及技

18、術(shù)，比水泥固化法便宜。 石灰固化處理得到固化體的強(qiáng)度較低，所需養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長，并且體積膨脹較大，增加清運(yùn)和處置的困難，因而較少單獨(dú)使用。,38,定義：是利用廢物自身的膠結(jié)特性而達(dá)到固化目的的方法。 原理：廢物中所含的CaSO4及CaSO3均以二水化合物形式存在，即CaSO4 2H2O及CaSO3 2H2O。當(dāng)它們被加熱到脫水溫度（107-170）時(shí)即生成CaSO4 0.5H2O（燒石膏、熟石膏或半水石膏）及CaSO3 0.5H2O。這兩種化合物在遇水時(shí)會(huì)重新生成二水化物，并迅速凝固、硬化?；谶@一特性，可以將含大量CaSO4及CaSO3廢物在控制溫度下煅燒，然后與選定的添加劑、填料混合成稀漿，并

19、成型、凝固、硬化后生成自膠結(jié)固化體。 適用對象：含大量硫酸鈣廢物，應(yīng)用面較窄，不如水泥和石灰固化實(shí)用。,自膠結(jié)固化,39,40,固體廢物的 穩(wěn)定化,41,藥劑穩(wěn)定化處理,有 毒 有 害 物 質(zhì),Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等，采用重金屬的化學(xué)穩(wěn)定化技術(shù),含氯的揮發(fā)性有機(jī)物、硫醇、酚類、氰化物等，采用有機(jī)污染物的氧化解毒技術(shù),使用化學(xué)藥劑使有毒物質(zhì)處于某一相對穩(wěn)定的形態(tài),42,將固體廢物中可以發(fā)生價(jià)態(tài)變化的某些有毒有害組分通過氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒/低毒化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的組分,吸附劑 可逆 吸附具有選擇性：活性炭-有機(jī)物；活性氧化鋁-鎳離子,酸堿泥渣 中和劑 罐式機(jī)械攪拌/池式人工攪拌,氫氧化物沉淀 硫化物沉淀 硅酸鹽沉淀 碳酸鹽沉淀 共沉淀 無機(jī)/有機(jī)螯合物沉淀,離子交換樹脂、天然或人工合成沸石、硅膠 昂貴 可逆,重金屬化學(xué)穩(wěn)定化,43,重金屬離子的穩(wěn)定化,氧 化 還 原 法,44, 吸附劑 活性炭 活性炭 有機(jī)物 粘土 金屬氧化物：氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁 天然材料： 鋸末、沙、泥炭、沸石、軟錳礦、磁鐵 礦、硫鐵礦、磁黃鐵礦等 人工材料： 飛灰、粉煤灰、高爐渣、活性氧化