第四章 固體廢物穩(wěn)定化與固化處理-4(2h)

1、固體廢物穩(wěn)定化固體廢物穩(wěn)定化/ /固化處理固化處理內(nèi)容提要內(nèi)容提要n一、穩(wěn)定化/固化涉及概念與方法n二、穩(wěn)定化/固化效果評(píng)價(jià)指標(biāo)n三、固體廢物的藥劑穩(wěn)定化處理 1. 重金屬離子的穩(wěn)定化 2. 有機(jī)污染物的氧化解毒n四、固體廢物的固化處理 1. 水泥固化 2. 石灰固化 3. 瀝青固化 4. 塑性材料固化 5. 玻璃固化 6. 自膠結(jié)固化穩(wěn)定化穩(wěn)定化/固化的應(yīng)用固化的應(yīng)用n是處理重金屬?gòu)U物和其他非金屬危險(xiǎn)廢物重要手段。n通常被應(yīng)用于以下方面：對(duì)具有毒性或強(qiáng)反應(yīng)性等危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處理，使其滿足填埋處置的要求。其他處理過程中產(chǎn)生的殘?jiān)?，例如焚燒產(chǎn)生的灰份的無(wú)害化處理，其目的是對(duì)其進(jìn)行最終處置。1.在大

2、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。穩(wěn)定化穩(wěn)定化/固化的目的與途徑固化的目的與途徑n目的：目的：是使危險(xiǎn)廢物中的所有是使危險(xiǎn)廢物中的所有污染組分呈現(xiàn)污染組分呈現(xiàn)化學(xué)惰性或被包容化學(xué)惰性或被包容起來(lái)，起來(lái)，減小廢物的毒性和減小廢物的毒性和可遷移性可遷移性，同時(shí)，同時(shí)改善被處理對(duì)象的工程性質(zhì)改善被處理對(duì)象的工程性質(zhì)，以便運(yùn)輸、利用和處置，以便運(yùn)輸、利用和處置。n途徑：途徑： 將污染物通過將污染物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變化學(xué)轉(zhuǎn)變，引入到某種穩(wěn)定，引入到某種穩(wěn)定物質(zhì)的晶格中去；物質(zhì)的晶格中去； 通過通過物理過程物理過程把污染物直接摻入到惰性基把污染物直接摻入到惰性基材中去。材中去。一、穩(wěn)定化一、穩(wěn)定化

3、/固化涉及的術(shù)語(yǔ)固化涉及的術(shù)語(yǔ)n固化固化 n在危險(xiǎn)廢物中添加固化劑，使其轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢闪鲃?dòng)固體或形成緊密固體的過程。n固化產(chǎn)物是結(jié)構(gòu)完整的整塊密實(shí)固體。n穩(wěn)定化穩(wěn)定化 n將有毒有害廢物轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性的物質(zhì)的過程。化學(xué)穩(wěn)定化 通過化學(xué)反應(yīng)使有毒物質(zhì)變成不溶性化合物，使之在穩(wěn)定的晶格內(nèi)固定不動(dòng)；物理穩(wěn)定化 將污泥或半固體物質(zhì)與疏松的物料(如粉煤灰)混合生成粗顆粒、有土壤狀堅(jiān)實(shí)度的固體。固化與穩(wěn)定化關(guān)系：n固化可以看作是一種特定的穩(wěn)定化過程，可以理解為穩(wěn)定化的一個(gè)部分。n無(wú)論是穩(wěn)定化還是固化，其目的都是減小廢物的毒性和可遷移性，同時(shí)改善被處理對(duì)象的工程特性。二、穩(wěn)定化二、穩(wěn)定化/固化處

4、理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)固化處理效果評(píng)價(jià)指標(biāo) n浸出速率 指固化體浸于水中或其它溶液中時(shí)，其中有害物質(zhì)的浸出速率。 vn浸出速率，g/(dcm2)；mn浸出時(shí)間內(nèi)浸出的有害物質(zhì)的量，mg；m0樣品中含有的有害物質(zhì)的量，mg；Ae樣品暴露的表面積，cm2；M 樣品質(zhì)量，g；tn浸出時(shí)間，d。0e=A()Mnnnmmvtn增容比 增容比是指穩(wěn)定化/固化處理前后廢物的體積比值。Ci=V2/V1Ci增容比；V2固化體體積，m3；V1固化前有害廢物的體積，m3。n抗壓強(qiáng)度：保證固化體安全貯存的重要指標(biāo)，降低危險(xiǎn)廢物對(duì)環(huán)境的污染可能性。一般的危險(xiǎn)廢物0.10.5MPa便可；如用作建筑材料，應(yīng)大于l0MPa。放射性廢

5、物，其固化產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度，蘇聯(lián)要求5MPa，英國(guó)要求達(dá)到20MPa三、藥劑穩(wěn)定化處理三、藥劑穩(wěn)定化處理n原理：利用化學(xué)藥劑通過化學(xué)反應(yīng)使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿苄?、低遷移性及低毒性物質(zhì)的過程。n目標(biāo)物：以重金屬?gòu)U物為主，也包括As、F等非金屬，以及放射性元素和有機(jī)物。重要應(yīng)用重要應(yīng)用n常規(guī)的固化技術(shù)存在一些不可忽視的問題：廢物經(jīng)固化處理后體積都有不同程度的增加，有的會(huì)成倍的脹大；廢物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。n用藥劑穩(wěn)定化技術(shù)處理危險(xiǎn)廢物：實(shí)現(xiàn)廢物無(wú)害化，達(dá)到廢物少增容或不增容，提高危險(xiǎn)廢物處理處置系統(tǒng)的總體效果和經(jīng)濟(jì)性。通過改進(jìn)螯合劑的構(gòu)造和性能，使之與廢物中危險(xiǎn)成分之間的化學(xué)螯合作用得到強(qiáng)化，進(jìn)而提高穩(wěn)

6、定化產(chǎn)物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，減少最終處置過程中穩(wěn)定化產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的影響。主要包括下列處理技術(shù)主要包括下列處理技術(shù)（一）重金屬離子的穩(wěn)定化技術(shù)：（一）重金屬離子的穩(wěn)定化技術(shù)：中和控制技術(shù)；氧化還原控制技術(shù)；沉淀技術(shù)；吸附技術(shù)；離子交換技術(shù)；（二）有機(jī)污染物氧化解毒技術(shù)：（二）有機(jī)污染物氧化解毒技術(shù)：臭氧氧化解毒；過氧化氫氧化解毒；氯氧化解毒；1. 中和法中和法n在化工、冶金、電鍍等工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常產(chǎn)生大量的含重金屬的酸、堿性泥渣，威脅土壤水體，需進(jìn)行中和處理，達(dá)到中性，便于后續(xù)處理處置。n酸性泥渣 采用石灰石、石灰、氫氧化鈉或碳酸鈉等堿性劑進(jìn)行中和處理。n堿性泥渣 常用硫酸、鹽酸做中和劑。n對(duì)于同一地區(qū)均

7、有兩種泥渣產(chǎn)生的企業(yè)，通常將二者互做中和劑，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效的處理效果。n工藝：罐式機(jī)械攪拌和池式人工攪拌。2. 氧化還原法氧化還原法As3+As5+As3+As5+3. 化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法_Page 13. 化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法_Page 23. 化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法_Page 34. 吸附技術(shù)吸附技術(shù)1. 臭氧氧化解毒臭氧氧化解毒n臭氧(O3)作為一種強(qiáng)氧化劑，可以氧化分解水中絕大多數(shù)有機(jī)污染物，使高分子化合物轉(zhuǎn)化為低分子的酮醛酸等，并能將一部分物質(zhì)礦化為CO2和H2O，降低有機(jī)污染物毒性，使其達(dá)到穩(wěn)定化。n氧化醇n氧化氰化物n缺點(diǎn)： O3發(fā)生昂貴，處理成本高； 容易分解為O2 ，需在現(xiàn)場(chǎng)

8、即制即用。2323RCH OH2O3RCOOH3H O32NaCNONaCNOO2. 過氧化氫氧化解毒過氧化氫氧化解毒n過氧化氫(H2O2)也是一種強(qiáng)氧化劑，氧化分解水中有機(jī)污染物機(jī)理與臭氧類似，但當(dāng)水中存在某種催化劑時(shí)，便會(huì)使其產(chǎn)生氧化性能更高的OH，從而大大提高過氧化氫體系的氧化性能，降低有機(jī)污染物毒性，使其達(dá)到穩(wěn)定化。nFe作為催化劑與H2O2形成芬頓體系，產(chǎn)生OH，氧化有機(jī)物，反應(yīng)過程：n過氧化氫結(jié)合紫外下氧化有機(jī)物：n應(yīng)用：用過氧化氫在現(xiàn)場(chǎng)處理五氯芬污染的土壤，去除率接近100%。222RHOHRH ORH OOHROH222222CH Cl2H OCO2H O+2HCl 紫外線3.

9、 氯氧化解毒氯氧化解毒n氯(Cl2)和氯化物Ca(ClO)2在廢物處理中常被用作氧化劑，主要是利用氯水解產(chǎn)生或氯化物中的ClO-進(jìn)行氧化污染物，離解過程受pH值影響，pH高于7.5時(shí)， ClO-為主要存在形式，氧化效果最好。n氯的氧化作用破壞劇毒的氰化物是一種經(jīng)典的方法（pH10）：222222NaCN+ClCNClNaClCNCl+2NaOHNaCNOH ONaCl2NaCNO+3Cl +4NaOHN2CO6NaCl2H O n固化通常被應(yīng)用于以下方面：對(duì)具有毒性或強(qiáng)反應(yīng)性等危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處理，使其滿足填埋處置的要求。其他處理過程中產(chǎn)生的殘?jiān)绶贌a(chǎn)生的灰份的無(wú)害化處理，其目的是對(duì)其進(jìn)行最

10、終處置。 四、固體廢物固化處理四、固體廢物固化處理1. 固化基本理論固化基本理論n廢物固化 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。 利用添加劑改變廢物的工程特性（例如滲透性、可壓縮性和強(qiáng)度等）的過程。n固化劑 固化所用的惰性材料。n固化體 有害廢物經(jīng)過固化處理所形成的固化產(chǎn)物。2. 固化技術(shù)的適應(yīng)性固化技術(shù)的適應(yīng)性n危險(xiǎn)廢物種類繁多，并非所有的危險(xiǎn)廢物都適于固化處理。固化技術(shù)最早是用來(lái)處理放射性污泥和蒸發(fā)濃縮液的。固化技術(shù)特別適用于含重金屬的廢物。目前已應(yīng)用于處理電鍍污泥、砷渣、汞渣、氰渣、鉻渣和鎘渣。3. 固化途徑固化途徑n通常，危險(xiǎn)廢物固化的途徑是：

11、 將污染物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變，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。4. 固化處理的基本要求固化處理的基本要求 得到的固體產(chǎn)品密實(shí)、具有一定幾何形狀和較好物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定； 處理過程簡(jiǎn)單，應(yīng)有有效措施減少有毒有害物質(zhì)的逸出； 最終產(chǎn)品的體積盡可能小于摻入的固廢體積； 產(chǎn)品中有害物質(zhì)的水分不能超過容許水平或浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)。 處理費(fèi)用低廉； 放射性廢物的固化產(chǎn)品應(yīng)有較好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性。5. 常用固化方法常用固化方法n目前常用的固化方法有: 水泥固化 石灰固化 塑性材料（瀝青、塑料）固化 玻璃（熔融）固化 自膠結(jié)固化（一）水泥固化（一）水泥固化n以水泥為固

12、化劑將有害廢物進(jìn)行固化的一種處理方法。適于各種含重金屬的污泥。水泥是最常用的危險(xiǎn)廢物穩(wěn)定劑。水泥是建筑用膠凝材料, 按化學(xué)組成可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥三大類。n硅酸鹽水泥是普遍常用的水泥,又稱波特蘭水泥,n鋁酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥是特種用途的水泥 。1. 水泥固化的原理水泥固化的原理n水泥是一種無(wú)機(jī)膠結(jié)劑，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。n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(wú)害化的目的。n固化劑：硅酸鹽、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等2. 水泥固化添加劑水泥固化添加劑n添加劑 改善水泥固化條件，提高固化體的質(zhì)量。吸收

13、有害物質(zhì)并促進(jìn)其凝固，減少水泥用量，加強(qiáng)固化體的強(qiáng)度，降低有害組分的浸出率。n常用的添加劑：吸附劑：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：表面活性劑等。3. 適用對(duì)象適用對(duì)象n水泥固化技術(shù)最適用于無(wú)機(jī)類型的廢物含有重金屬污染物的廢物。n由于水化水泥所具有的高pH值，使得幾乎所有的重金屬形成不溶性的氫氧化物或碳酸鹽形式而被固定在固化體中。汞仍然要以物理封閉的微包容形式與生態(tài)圈進(jìn)行隔離；鉛主要沉積于水泥水化物顆粒的外表面；鉻較為均勻的分布于整個(gè)水化物的顆粒之中。n有害固體廢物、水泥、添加劑有害固體廢物、水泥、添加劑 + 水水 攪拌混合攪

14、拌混合養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)水泥固化體。水泥固化體。n要求：pH8；(形成氫氧化物沉淀或碳酸鹽沉淀)水灰比在1:2左右；(過低水合不完全，過高出現(xiàn)泌水) 水泥與廢物比：由實(shí)驗(yàn)確定。 凝固時(shí)間：初凝時(shí)間2h，終凝時(shí)間在48h以內(nèi)；選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿?改善固化條件，提高固化產(chǎn)品)養(yǎng)護(hù)條件：室溫、相對(duì)濕度80%、28天；5. 影響因素影響因素6. 水泥固化法的應(yīng)用水泥固化法的應(yīng)用n電鍍污泥固化處理n汞渣水泥固化處理7. 水泥固化法的特點(diǎn)水泥固化法的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電鍍污泥處理十分有效；設(shè)備和工藝過程簡(jiǎn)單，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(duì)含水率較高的廢物可以直接固化；操作在常溫下即可

15、進(jìn)行；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。n缺點(diǎn)由于空隙率較高，水泥固化體的浸出率較高，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?；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，需加入適量鋸末予以克服。（二）（二） 石灰固化石灰固化（三）（三） 瀝青固化瀝青固化n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。n瀝青固化工藝主要包括三部分：固體廢物的預(yù)處理廢物與瀝青的熱混合二次蒸汽的凈化處理1. 瀝青固化的基本

16、方法瀝青固化的基本方法n先將廢物脫水，再同瀝青在高溫下混合；或?qū)U物與瀝青共同加熱脫水，再冷卻、固化。高溫熔化混合蒸發(fā)法 將廢液加入預(yù)先熔化的瀝青中，在150230下攪拌混合蒸發(fā)，待水分和其他揮發(fā)組分排出后，將混合物排至貯存器或處置容器中。暫時(shí)乳化法 混合、去水、升溫干燥、成型。化學(xué)乳化法 混合(乳化瀝青)、加熱脫水、冷卻成型。2. 影響瀝青固化體性質(zhì)的因素影響瀝青固化體性質(zhì)的因素n主要性能指標(biāo)：固化體在水中的浸出率； 輻照穩(wěn)定性；化學(xué)穩(wěn)定性。n影響浸出率的因素：瀝青的種類；廢物量、化學(xué)組成及混合狀況；殘余水分；某些表面活性劑的影響。n影響化學(xué)穩(wěn)定性的因素：廢物中的化合物或氧化劑。n優(yōu)點(diǎn)：瀝青

17、具有良好的粘結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性與一定的彈性和塑性；對(duì)大多數(shù)酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性。此外，它還具有一定的輻射穩(wěn)定性。n應(yīng)用：一般用于中、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。（四）（四） 塑料固化塑料固化n塑料固化塑料固化 n是以塑料為固化劑與有害廢物按一定的配料比，并加入適量的催化劑和填料（骨料）進(jìn)行攪拌混合，使其聚合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。n熱固性塑料包容1. 熱固性塑料包容熱固性塑料包容n熱固性塑料 在加熱時(shí)會(huì)從液體變成固體并硬化的材料。這種材料即使以后再次加熱也不會(huì)重新液化或軟化。n固化原理 主要是

18、在每個(gè)廢物顆粒的周圍形成一層不透水的保護(hù)膜。由于大多數(shù)廢物不與包封材料發(fā)生反應(yīng)，所以包封的效果僅取決于廢物自身的形態(tài)以及進(jìn)行聚合的條件。2. 熱固性塑料包容優(yōu)缺點(diǎn)熱固性塑料包容優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：固化低水平有機(jī)放射性廢物（如放射性離子交換樹脂）；穩(wěn)定非蒸發(fā)性的、液體狀態(tài)的有機(jī)危險(xiǎn)廢物。n缺點(diǎn)：操作過程復(fù)雜，熱固性材料本身價(jià)格高昂，操作過程容易引起燃燒起火。（五）玻璃固化（五）玻璃固化n也稱為熔融固化，適用于極少量特毒廢物的處理。n該技術(shù)將待處理的危險(xiǎn)廢物與細(xì)小的玻璃質(zhì)，如玻璃屑、玻璃粉混合。經(jīng)混合造粒成型后，在10001100高溫熔融下形成玻璃固化體，借助玻璃體的致密結(jié)晶結(jié)構(gòu)，確保固化體的永久穩(wěn)定。n缺點(diǎn)- 需要很高的能源消耗；n優(yōu)點(diǎn)- 可以得到高質(zhì)量的建筑材料。2. 玻璃固化法的特點(diǎn)玻璃固化法的特點(diǎn)n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10-7g/(cm2d)；增容比?。?/p>