固體廢物固化處理技術

1、6.1 6.1 固化處理的原理和步驟固化處理的原理和步驟 6.2 6.2 藥劑穩(wěn)定化處理藥劑穩(wěn)定化處理（補充資料）（補充資料） 6.3 6.3 固體廢物固化處理固體廢物固化處理 6.3.1 6.3.1 水泥固化水泥固化 6.3.2 6.3.2 石灰固化石灰固化 6.3.3 6.3.3 瀝青固化瀝青固化 6.3.4 6.3.4 塑性材料固化塑性材料固化 6.3.5 6.3.5 玻璃固化玻璃固化 6.3.6 6.3.6 自膠結固化自膠結固化內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要6.1 固化處理基本概念固化處理基本概念1、固體廢物的固化技術（1）固化技術：是利用物理或化學方法將有害廢物與能聚結成固體的某些惰性基材混

2、合，從而使固體廢物固定或包容在惰性固體基材中，使之具有化學穩(wěn)定性或密封性的一種無害化處理技術。 在實際應用中，固化處理可以劃分為兩個既相互關聯(lián)又相互區(qū)別的穩(wěn)定化技術和固化技術。 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。固化固化(Solidification)(Solidification)，在危險廢物中添加固化劑，在危險廢物中添加固化劑，使其轉(zhuǎn)變?yōu)槭蛊滢D(zhuǎn)變?yōu)椴豢闪鲃庸腆w不可流動固體或形成或形成緊密固體緊密固體的過程。的過程。（2 2）穩(wěn)定化）穩(wěn)定化(Stabilization)(Stabilization) , , 將有毒有害污染物將有毒有害污染物轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)

3、變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性低溶解性、低遷移性及低毒性的過程。的過程?；瘜W穩(wěn)定化&物理穩(wěn)定化。 （3 3）包容化技術。是指用穩(wěn)定劑、固化劑凝聚，將）包容化技術。是指用穩(wěn)定劑、固化劑凝聚，將有毒物質(zhì)或危險廢物顆粒包容或覆蓋的過程。有毒物質(zhì)或危險廢物顆粒包容或覆蓋的過程。 目的：目的：對對危險廢物危險廢物、其它處理過程、其它處理過程殘渣殘渣及及被污染的土壤被污染的土壤進行進行處理。使危險廢物中所有污染組分呈現(xiàn)處理。使危險廢物中所有污染組分呈現(xiàn)化學惰性化學惰性或或被包容被包容起來，減少后續(xù)處理與處置的潛在危險。起來，減少后續(xù)處理與處置的潛在危險。 2、固化處理的基本要求 （1）有害廢物經(jīng)過固化處理

4、后所形成的固化體應具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性、抗干濕性、抗凍融性及足夠的機械強度等，最好能作為資源加以利用。 （2）固化過程中材料和能量消耗要低，增容比要低。 （3）固化工藝過程簡單，便于操作。 （4）固化劑來源豐富，價廉易得。 （5）處理費用低廉。3、固化效果評價指標固化處理效果常用浸出率、增容比、抗壓強度等物理、化學指標予以評價。 （1）浸出率：是指固化體浸于水中或其它溶液中時，其中有毒（害）物質(zhì)的浸出速度。 浸出率的數(shù)學表達式如下： Rin=(ar/Ao)/(F/M)t 式中：Rin標準比表面的樣品每天浸出的有害物質(zhì)的浸出率，g/(dcm2) ar浸出時間內(nèi)浸出的有害物質(zhì)的量，mg A

5、o樣品中含有的有害物質(zhì)的量，mg F樣品暴露的表面積，cm2 M樣品的質(zhì)量，g t浸出時間，d （2）增容比 是指所形成的固化體體積與被固化有害廢物體積的比值，它是鑒別處理方法好壞和衡量最終成本的一項重要指標。 即 ： C Ci i= =V V2 2/ /V V1 1 式中：C Ci i增容比 V V2 2固化體體積，m3 V V1 1固化前有害廢物的體積，m3 （3）抗壓強度是保證固化體安全貯存的重要指標。 對于一般的危險廢物，經(jīng)固化處理后得到的固化體，若進行處置或裝桶貯存，對抗壓強度要求較低，控制在0.10.5MPa即可；作為填埋處理無側(cè)限抗壓強大于50kPa；作為建筑填土無側(cè)限抗壓強度大

6、于100kPa 。對于放射性廢物，其固化產(chǎn)品的抗壓強度，前蘇聯(lián)要求大于5MPa，英國要求達到20MPa。一般情況下，固化體的強度越高，其中有毒有害組分的浸出率也越低。 評評 價價 指指 標標21VVCRnnntVFAaR)/(/04 4、固化處理的基本步驟、固化處理的基本步驟（1 1）廢物預處理）廢物預處理對收集到的固體廢物必須進行預處理，如分選、對收集到的固體廢物必須進行預處理，如分選、干燥、中和、破壞氛化物等物理的和化學干燥、中和、破壞氛化物等物理的和化學的處理過程，因為廢物中所含的許多化合的處理過程，因為廢物中所含的許多化合物都會干擾固化過程。例如用水泥為固化物都會干擾固化過程。例如用水

7、泥為固化劑時，錳、錫、銅、鋁的可溶性鹽類會延劑時，錳、錫、銅、鋁的可溶性鹽類會延長凝固時間并降低固化體的物理強度。過長凝固時間并降低固化體的物理強度。過量的水也會阻礙固化過程，含酸性物質(zhì)過量的水也會阻礙固化過程，含酸性物質(zhì)過多則會使固化劑用量增加等。多則會使固化劑用量增加等。 （2 2）加入填充劑及固化劑）加入填充劑及固化劑其用量一般根據(jù)實驗結果來確定。其用量一般根據(jù)實驗結果來確定。 （3 3）混合和凝硬）混合和凝硬將廢物和固化劑在混合設備中均勻混合，然后送到硬將廢物和固化劑在混合設備中均勻混合，然后送到硬化池或處置場地中放置一段時間，使之凝硬完成硬化池或處置場地中放置一段時間，使之凝硬完成硬

8、化過程。化過程。 （4 4）固化體的處理）固化體的處理v根據(jù)所處理廢物的特性將固化體填埋或加以利用根據(jù)所處理廢物的特性將固化體填埋或加以利用（如做建筑材料）。（如做建筑材料）。 6.2 6.2 有毒有害物質(zhì)的穩(wěn)定化處理有毒有害物質(zhì)的穩(wěn)定化處理6.2.1 6.2.1 重金屬離子的穩(wěn)定化技術重金屬離子的穩(wěn)定化技術 （1）中和法； （2）氧化還原法； （3）化學沉淀法； 氫氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 硅酸鹽沉淀法 碳酸鹽沉淀法 共沉淀法 無機及有機螯合物沉淀法 （4）吸附法 （5）離子交換法6.2.2 6.2.2 有機污染物的氧化解毒技術有機污染物的氧化解毒技術 向廢物中投加某種強氧化劑，可以將有機

9、污染物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，或轉(zhuǎn)化為毒性很小的中間有機物，以達到穩(wěn)定化目的。常用的氧化劑有臭氧、過氧化氫、氯氣、漂白粉等。1 1、臭氧氧化解毒、臭氧氧化解毒 如用臭氧處理氰化物時發(fā)生反應：NaCN+O3一NaCNO+O22 2、過氧化氫氧化解毒、過氧化氫氧化解毒 如用過氧化氫處理氰化物時發(fā)生下列反應： NaCN +H2O2一NaCNO+H2O 3 3、氯氧化解毒、氯氧化解毒 如果廢物是液態(tài)的，則可以將氯氣直接通入其中發(fā)生水解反應生成次氯酸： CI2+H2O一HOCI+H+CI- 次氯酸HOCI是一種弱酸，又進而在瞬間離解： HOCIHOCIH+OCI-CrCr、CdCd、HgHg、PbPb、C

10、uCu、ZnZn等重金屬的化學穩(wěn)等重金屬的化學穩(wěn)定化技術定化技術有有 毒毒 有有 害害 物物 質(zhì)質(zhì)含氯的揮發(fā)性有機物、含氯的揮發(fā)性有機物、硫醇、酚類、氰化物等硫醇、酚類、氰化物等有機污染物的氧化解毒有機污染物的氧化解毒技術技術利用化學藥劑通過化學反應。具有相對持久性利用化學藥劑通過化學反應。具有相對持久性 。酸堿泥渣酸堿泥渣 中和劑中和劑 罐式機械攪拌罐式機械攪拌/ /池式人工攪拌池式人工攪拌將固體廢物中可以發(fā)將固體廢物中可以發(fā)生價態(tài)變化的某些有生價態(tài)變化的某些有毒有害組分通過氧化毒有害組分通過氧化還原反應轉(zhuǎn)化為無毒還原反應轉(zhuǎn)化為無毒/ /低毒化學性質(zhì)穩(wěn)定低毒化學性質(zhì)穩(wěn)定的組分的組分吸附劑吸附

11、劑 可逆可逆 吸附具有選擇性：活吸附具有選擇性：活性炭性炭- -有機物；活性有機物；活性氧化鋁氧化鋁- -鎳離子鎳離子氫氧化物沉淀氫氧化物沉淀 硫化物沉淀硫化物沉淀 硅酸鹽沉淀硅酸鹽沉淀 碳酸鹽沉淀碳酸鹽沉淀 共沉淀共沉淀 無機無機/ /有機螯合有機螯合物沉淀物沉淀重金屬重金屬溶出法溶出法離子離子交換交換中和法中和法氧化還氧化還原法原法吸附法吸附法化學沉化學沉淀法淀法離子交換樹脂、天離子交換樹脂、天然或人工合成沸石、然或人工合成沸石、硅膠硅膠 昂貴昂貴 可逆可逆 重 金 屬 化 學 穩(wěn) 定 化硫酸亞鐵硫酸亞鐵/ /硫代硫酸鈉硫代硫酸鈉/ /亞硫酸氫鈉亞硫酸氫鈉/ /二氧二氧化硫化硫/ /煤炭煤

12、炭/ /紙漿廢液紙漿廢液/ /鋸木屑鋸木屑/ /谷殼谷殼Cr6+Hg2+As5+Cr3+HgAs3+無毒有毒 藥劑穩(wěn)定化處理 吸吸 附附 劑劑 活性炭：活性炭活性炭：活性炭 有機物有機物 粘土：粘土： 金屬氧化物：氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁金屬氧化物：氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁 天然材料：鋸末、沙、泥炭、沸石、軟錳礦、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、活性氧化人工材料：飛灰、粉煤灰、高爐渣、活性氧化鋁、有機聚合物鋁、有機聚合物氫氧化物沉淀法氫氧化物沉淀法 堿性物質(zhì)：氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉等堿性物質(zhì)：氫氧化鈉、

13、石灰、碳酸鈉等 固化基材：硅酸鹽水泥、石灰窯灰渣、碳酸鈉等固化基材：硅酸鹽水泥、石灰窯灰渣、碳酸鈉等硅酸鹽固化（硅酸鹽固化（pH 2pH 21111） 水和金屬離子與二氧化硅或硅膠不同比例結合水和金屬離子與二氧化硅或硅膠不同比例結合 碳酸鹽沉淀碳酸鹽沉淀 鋇、鎘、鉛碳酸鹽溶解度鋇、鎘、鉛碳酸鹽溶解度 其氫氧化物其氫氧化物 應用不廣泛應用不廣泛pHpH低，低，CO2CO2溢出；溢出；pHpH高，氫氧化物高，氫氧化物pH溶解度硫化物沉淀法硫化物沉淀法 無機無機硫化物沉淀硫化物沉淀：應用僅次于氫氧化物沉淀法：應用僅次于氫氧化物沉淀法大多大多數(shù)數(shù)金屬硫化物溶解度低金屬硫化物溶解度低。一般保持。一般保持

14、pHpH大于大于8 8。有機有機硫化物沉淀硫化物沉淀：較高的分子質(zhì)量：較高的分子質(zhì)量沉淀物易沉沉淀物易沉 降、降、脫水和過濾；沉淀徹底，適用脫水和過濾；沉淀徹底，適用pHpH范圍廣。范圍廣。 含汞廢物及含重金屬的粉塵含汞廢物及含重金屬的粉塵（焚燒灰及飛灰等）（焚燒灰及飛灰等） 共沉淀共沉淀 永久磁鐵吸住。碳酸鈣也可產(chǎn)生共沉淀永久磁鐵吸住。碳酸鈣也可產(chǎn)生共沉淀6322)()(6)3(OHFeMOHFexxMxx43263)(OFeMOOHFeMxxxxMn2+Zn2+Ni2+Mg2+Cu2+Cd2+溶解度無機及有機螯合物沉淀無機及有機螯合物沉淀 廢物中含有的配合劑：廢物中含有的配合劑：磷酸酯、檸

15、檬酸鹽、葡萄糖酸、氨磷酸酯、檸檬酸鹽、葡萄糖酸、氨基乙酸、基乙酸、EDTAEDTA等形成等形成穩(wěn)定可溶螯合物穩(wěn)定可溶螯合物。 螯環(huán)螯環(huán) Pb2+Pb2+、Cd2+Cd2+、Ag+Ag+、Ni2+Ni2+、Cu2+,98% Cu2+,98% Co2+Co2+、Cr2+,85%Cr2+,85%； 優(yōu)于優(yōu)于NaNa2 2S S強氧化劑、高溫破壞強氧化劑、高溫破壞 高高pHpH破壞破壞螯合效應有機有機 污染物污染物 氧化解毒氧化解毒 臭氧氧化臭氧氧化 解毒解毒 過氧化氫過氧化氫 解毒解毒氯氧化解毒氯氧化解毒理論上理論上1058g1058g臭氧臭氧/ /度電度電 實際實際150g/150g/度電，費用高

16、度電，費用高 自由能高，強氧化劑自由能高，強氧化劑 有紫外線照射時：有紫外線照射時：OHRCOOHOOHRCH232332323ONaCNOONaCN 2333OCOOHCHOCHOCH 氯和漂白粉。用氯的氧化物破壞劇毒的氰化物是一種經(jīng)典方法：在氯和漂白粉。用氯的氧化物破壞劇毒的氰化物是一種經(jīng)典方法：在pH pH 1010 ClCNOClOCNNaClOHNaCNONaOHCNCl22NaClCNClClNaCN2OHNaClCONNaOHClNaCNO2222262432 鐵做催化劑產(chǎn)生鐵做催化劑產(chǎn)生OHOH 35% 35%50%50%，紫外線，紫外線功率功率500W/L500W/L 五氯酚

17、污染的土壤，五氯酚污染的土壤，99.9%99.9%，有機碳，有機碳 ROHOHOHR22OHRRHOH26.3 6.3 固體廢物的固化處理固體廢物的固化處理 6.3.1 6.3.1 水泥固化技術水泥固化技術 (Cement solidification)(Cement solidification) 水泥固化：水泥固化：是以水泥為固化劑將有害廢物進行固化的一種處理方法。 水泥固化原理：水泥固化原理：水泥是一種無機膠結劑，經(jīng)水化反應后可形成堅硬的水泥塊，能將砂、石等骨料牢固地凝結在一起。水泥固化有害廢物就是利用水泥的這一特性。 常用作固化劑的水泥：硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 。 在水泥固化處

18、理過程中，為了改善固化條件，提高固化體的質(zhì)量，有時摻入適宜的添加劑。常用的添加劑有： 吸附劑：如活性氧化鋁、粘土、蛭石等； 緩凝劑：如酒石酸、檸檬酸、硼酸鹽等； 促凝劑：如水玻璃、鋁酸鈉、碳酸鈉等； 減水劑：如表面活性劑等。 固化材料固化材料 廢物被摻入水泥的基質(zhì)中廢物被摻入水泥的基質(zhì)中, ,水泥與廢物中的水分或另水泥與廢物中的水分或另外添加的水分外添加的水分, ,發(fā)生水化反應后生成堅硬的水泥固化體發(fā)生水化反應后生成堅硬的水泥固化體 水泥主要成分水泥主要成分：鋁、硅、鐵、鈣的氧化物鋁、硅、鐵、鈣的氧化物 固化基材固化基材: : 普通硅酸鹽普通硅酸鹽 礦渣硅酸鹽礦渣硅酸鹽 火山灰硅酸鹽火山灰硅酸

19、鹽 礬土礬土 沸石等水泥沸石等水泥 無機添加劑：無機添加劑：蛭石、沸石、多種粘土礦物、水玻璃、蛭石、沸石、多種粘土礦物、水玻璃、 無機緩凝劑、無機速凝劑和骨料等無機緩凝劑、無機速凝劑和骨料等 有機添加劑：有機添加劑：硬脂肪酸丁酯、硬脂肪酸丁酯、- -糖酸丙酯、檸檬酸糖酸丙酯、檸檬酸 水泥固化過程硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等的水泥固化過程硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等的水合反應產(chǎn)生水合反應產(chǎn)生Ca(OH)Ca(OH)2 2 改善固化體質(zhì)量。吸附劑改善固化體質(zhì)量。吸附劑沸石或蛭石加入含硫酸鹽的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生成硫酸鋁鈣導致體積膨脹廢物中防止其與水泥成分反應生成

20、硫酸鋁鈣導致體積膨脹和破裂。蛭石還是骨料。和破裂。蛭石還是骨料。 6.3.2 6.3.2 瀝青固化技術瀝青固化技術 （Pitch solidificationPitch solidification） 瀝青固化：瀝青固化：是以瀝青類材料作為固化劑，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，使有害廢物均勻地包容在瀝青中，形成穩(wěn)定的固化體。 瀝青屬于憎水性物質(zhì)，具有良好的黏結性和化學穩(wěn)定性與一定的彈性和塑性，對大多數(shù)酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性。此外，它還具有一定的輻射穩(wěn)定性，一般被用來處理具有中、低放射性的蒸發(fā)殘渣及有毒有害廢物。 放射性廢物瀝青固化的基本方法：高溫熔化混合蒸

21、發(fā)法（如圖圖6 62 2）、暫時乳化法和化學乳化法三種。 瀝青固化體的性質(zhì)：瀝青固化體的主要性能指標是它在水中的浸出率、輻照穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。它們分別受到瀝青種類、加入的廢物量、廢物的化學組分和殘余水分等因素的影響。 與水泥固化技術一樣，瀝青固化最初也是用于放射性廢物的處理，后來才發(fā)展到固化處理其它危險廢物，兩者處理的廢物類型也基本相同。 原理工藝 圖圖6 62 2 高溫熔化混合蒸發(fā)瀝青固化流高溫熔化混合蒸發(fā)瀝青固化流程示意圖程示意圖概念 6.3.3 塑料固化塑料固化處理處理v熱塑性材料是指那些在加熱后冷卻時能反復轉(zhuǎn)化和熱塑性材料是指那些在加熱后冷卻時能反復轉(zhuǎn)化和硬化的有機材料，如瀝青、聚乙

22、烯、聚氯乙烯、聚硬化的有機材料，如瀝青、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、石蠟等。丙烯、石蠟等。這些材料在常溫下為堅硬的固體，而在較高溫度下有可塑性和流動性，從而可以利用這種特性對固體廢物進行固化處理。 v熱固性材料是指在加熱時變成固體并且硬化，且再熱固性材料是指在加熱時變成固體并且硬化，且再進行加熱或冷卻時仍保持其固體狀態(tài)不變的物質(zhì)。進行加熱或冷卻時仍保持其固體狀態(tài)不變的物質(zhì)。目前常用的熱固性材料有尿醛樹脂和不飽和聚醋尿醛樹脂和不飽和聚醋等，酚醛樹脂及環(huán)氧樹脂也在小范圍內(nèi)使用。尿醛樹脂尿醛樹脂使用方便，固化速度快，與有害物質(zhì)形成的固化體有較好的耐水性、耐腐蝕性、價格也較便宜，使用較為廣泛。不飽和聚醋

23、樹脂在常溫常壓下即可固化。v日本岡山公害防治中心利用不飽和聚醋樹脂固化處理電鍍污泥，所形成的固化體抗壓強度大，重量輕，表面光澤，可以作為建筑材料使用。 概念固化劑特點 6.3.4 玻璃固化玻璃固化處理處理概念應用特點 6.3.5 石灰固化石灰固化處理處理特點原理應用概念 6.3.6 自膠結固化自膠結固化處理處理圖圖6-5 6-5 煙道氣脫硫泥渣自膠結固化的工藝流程煙道氣脫硫泥渣自膠結固化的工藝流程 6.3.7 6.3.7 水玻璃固化水玻璃固化 水玻璃固化：以水玻璃為固化劑，無機酸類（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行中和與縮合脫水反應，形成凝膠體，將有害污泥包容，經(jīng)

24、凝結硬化逐步形成水玻璃固化體。 水玻璃固化電鍍污泥時的配比為：水玻璃（3號硅酸鈉）混酸（純硫酸與純磷酸之比為91）污泥為5.850.5593.6。技術技術適用對象適用對象主要優(yōu)點主要優(yōu)點主要缺點主要缺點水泥水泥固化法固化法重金屬、重金屬、氧化物、氧化物、廢酸廢酸1.1.水泥攪拌，技術已相當成熟；水泥攪拌，技術已相當成熟；2.2.對廢物中對廢物中化學性質(zhì)的變動承受力強化學性質(zhì)的變動承受力強;3.;3.可由水泥與廢可由水泥與廢物的比例來控制固化體的結構缺點與防水性；物的比例來控制固化體的結構缺點與防水性；4.4.無需特殊的設備，處理成本低；無需特殊的設備，處理成本低；5.5.廢物可廢物可直接處理，

25、無需前處理。直接處理，無需前處理。1.1.廢物如含特殊的鹽類，會造成廢物如含特殊的鹽類，會造成固化體破裂；固化體破裂；2.2.有機物的分解造有機物的分解造成裂隙，增加滲透性，降低結構成裂隙，增加滲透性，降低結構強度；強度；3.3.大量水泥的使用可增加大量水泥的使用可增加固化體的體積和質(zhì)量固化體的體積和質(zhì)量石灰石灰固化法固化法重金屬、重金屬、氧化物、氧化物、廢酸廢酸1 1所用物料來源方便，價格便宜；所用物料來源方便，價格便宜；2 2操作不需特殊設備及技術；操作不需特殊設備及技術；3.3.產(chǎn)品通常便于裝卸，滲透性有所降低產(chǎn)品通常便于裝卸，滲透性有所降低1.1.固化體的強度較低，需較長的固化體的強度較低，需較長的養(yǎng)護時間；養(yǎng)護時