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文檔簡介
第六章危險廢物的固化/穩(wěn)定化
本章重點掌握各種固化方法的原理、特點及適用范圍,了解各種固化工藝?!?-1概述對危險廢物進行無害化處理,使危險廢物變成高度不溶性的穩(wěn)定的物質(zhì)---就是固化/穩(wěn)定化。一.固化/穩(wěn)定化的目的危險廢物固化/穩(wěn)定化的目的,是使危險廢物中所有污染成分呈現(xiàn)化學惰性或被包容起來,以便運輸、利用或處置。穩(wěn)定化過程是選用某種適當?shù)奶砑觿┡c廢物混合,以降低廢物的毒性和減小污染物自廢物到生態(tài)圈的遷移率。固化過程是一種利用添加劑改變廢物的工程特性(例如滲透性、可壓縮性和強度等)的過程。無論是穩(wěn)定化還是固化,其目的都是減小廢物的毒性和遷移性,同時改善被處理對象的工程性質(zhì)。二.固化/穩(wěn)定化的定義和方法危險廢物固化/穩(wěn)定化的途徑是:①將污染物通過化學轉變,引入到某種穩(wěn)定固體物質(zhì)的晶格中去;②通過物理過程把污染物直接摻入到惰性基材中去。目前常用的固化/穩(wěn)定化方法目前常用的固化/穩(wěn)定化方法主要有:①水泥固化;②石灰固化;③熱塑性材料固化;④有機聚合物固化;⑤自膠結固化;⑥熔融固化(玻璃固化)和陶瓷固化。三.固化/穩(wěn)定化處理的基本要求通常采用下述物理、化學指標鑒定固化/穩(wěn)定化產(chǎn)品好壞程度。浸出率增容比(或用體積變化因數(shù)表示)抗壓強度§6-2水泥固化
利用無機膠結材料----水泥為固化劑將有害物質(zhì)進行固化處理。有害廢物微粒水泥凝膠(水泥塊)硬化砂、石(骨料)水+(水化反應)固化體CaO·SiO2·mH2O凝膠將有害物質(zhì)封閉在內(nèi)一.原理水泥固化基本原理在于通過包容減少有害危險廢物的表面積和降低其可溶性。水泥固化最適合于處理無機類型的廢物,尤其是含重金屬污染物的廢物。由于水泥所具有的高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。研究指出,鉛、銅、鋅、錫、鎘均可得到很好的固定。但汞仍然要以物理封閉的微包形式與生態(tài)圈進行隔離。對于重金屬水泥固化過程的化學機理,關于鉛和鉻研究得較多。研究指出,鉛主要沉積于水泥水化物顆粒的外表面,而鉻則較為均勻地分布于整個水化物的顆粒之中。二.水泥與添加劑水泥:添加劑:(1)吸附劑:活性氧化鋁(助凝作用,迅速凝結成針狀結晶,并能防止重金屬的溶出)、粘土、蛭石(骨料作用和吸水作用)。(2)緩凝劑:酒石酸、檸檬酸、硼酸鹽(延緩水泥凝固和硬化)。(3)促凝劑:水玻璃、偏鋁酸鈉、碳酸鈉(加速水泥凝固和硬化)。(4)減水劑:表面活性劑。三.水泥固化工藝及其影響因素PH值:水、水泥和廢物的質(zhì)量比:凝固時間:添加劑:養(yǎng)護條件:養(yǎng)護一般在室溫下進行,要求φ>85%,時間大于28天。四.水泥固化流程外部攪拌混合法桶內(nèi)混合法注入法添加法五.特點及應用特點:技術和工藝比較簡單,運行費用低,水泥原料和添加劑便宜易得,對含水量較高的廢物可直接固化,固化體的強度、耐熱性、耐久性均好,有的產(chǎn)品可作路基或建筑基礎材料。應用:(1)用水泥固化處理含重金屬廢物,如電鍍污泥、汞渣、砷渣、鉛渣、鉻渣等;(2)處理放射性廢物,如低放射性廢物、廢離子交換樹脂等水泥固化含重金屬的污泥工藝流程§6-3瀝青固化
一.原理瀝青固化是以瀝青材料作為固化劑,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,形成固化體。二.瀝青固化工藝瀝青固化工藝主要包括三個部分,即廢物的預處理、廢物與瀝青的混合及二次蒸汽的凈化處理。其中最關鍵的是混合環(huán)節(jié)
1.高溫熔化混合蒸發(fā)法2.暫時乳化法雙螺桿擠壓機的暫時乳化法瀝青固化流程三.瀝青固化體的性能及影響因素瀝青固化的性能主要是:(1)污染物浸出率低,一般為10-5~10-7g/(cm2·d),大體為水泥固化產(chǎn)品的1/100。(2)增容比小,一般干廢物與固化劑之間的重量比通常為1:1~2:1。(3)化學穩(wěn)定性影響瀝青固化體浸出率的因素:(1)瀝青的種類:(2)廢物量、化學組成及混合狀況:(3)殘余水分:(4)表面活性劑:。影響瀝青固化體化學穩(wěn)定性的因素:在瀝青固化過程中,瀝青會與某些摻入的化合物、氧化劑等發(fā)生化學作用,從而影響固化體的穩(wěn)定性。如摻入硝酸鹽、亞硝酸鹽后可使瀝青的燃點由420℃左右(純?yōu)r青)降至250~330℃,使燃燒危險上升。四.特點及應用
(1)浸出率低、增容比小、對各種污泥均可得到穩(wěn)定的固化體、冷卻后即可得到固化體而不需養(yǎng)護;
(2)固化劑有一定的危害性,固化過程中容易造成二次污染(廢氣的污染),需采取措施避免。
(3)固化操作需在高溫下完成,不宜處理在高溫下易分解的廢物、有機溶劑以及強氧化性廢物?!?-4塑料固化一、原理塑料固化是以塑料為固化劑與有害物質(zhì)按一定比例配料,并加入適量的催化劑和填料進行攪拌混合,使其發(fā)生共聚合反應,將有害廢物包容其中形成具有一定強度和穩(wěn)定性的固化體的過程(1)熱塑性塑料固化(2)熱固性塑料固化熱塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯樹脂等,在常溫下呈固態(tài),高溫時可變成熔融膠粘液體,將有害廢物包容在塑料中,冷卻后即形成塑料固化體。熱固性塑料包括脲醛樹酯、聚酯、聚丁二烯等,常溫下通常是粘稠的液體,使用強酸作為催化劑,對多孔性極性材料有較好的粘附力,使用方便,固化速度快,常溫或加熱都能很快固化,適用于放射性和有害廢物的固化處理。二、特點熱固性材料固化技術的優(yōu)點:常溫下操作:為使混合物凝固,只需添加很少量的催化劑;對廢物不要求干燥:它既能處理干渣,也能處理濕泥漿;固化物不可燃;摻和廢物比例高;可與熱塑性材料相當,或甚至更高;固化密度小。絕大多數(shù)熱固性材料都有老化的問題三、熱固性材料固化的應用脲醛固化聚酯固化不飽和聚酯固化環(huán)氧樹脂固化§6-5熔融和燒結固化
本技術是將廢物與某些添加劑(例如玻璃和粘土)共同加熱至較高溫度,使之結成塊或達到熔融狀態(tài),冷卻后形成固化體的一種工藝技術。根據(jù)煅燒溫度和最終形成固化體的種類,該技術又可分為玻璃固化、陶瓷固化和鑄石固化。一.玻璃固化把廢物在高溫下煅燒成氧化物,然后再與加入的玻璃料一起熔融,經(jīng)高溫玻璃化過程燒制成玻璃體。
在玻璃中硅含量的多少,直接影響到玻璃的熔制溫度和機械強度。
普遍采用的是磷酸鹽玻璃和硼硅酸鹽玻璃。玻璃固化體的性能:性能硼硅酸鹽玻璃固化體磷酸鹽玻璃固化體浸出率(25℃)(g·cm2·d-1)10-7~10-5
10-6~10-4密度(g·cm-3)3.0~3.52.7~3.0熱導率(W·cm·s-1)0.5~0.80.4~1.0反玻璃化(析晶)傾向性較?。?00℃時發(fā)生反玻璃化反玻璃化現(xiàn)象:玻璃固化體中含有很強的放射性,貯存過程不可避免會產(chǎn)生大量的熱量而造成溫度上升。溫度過高不僅可能使玻璃熔融化。而且長期的高溫影響下會使玻璃中析出晶態(tài)物質(zhì)或分出第二相而造成不均勻,失去透明性(失透),這就叫反玻璃化現(xiàn)象。磷酸鹽玻璃固化流程硼酸鹽玻璃固化流程二.陶瓷固化
高放射廢物陶瓷固化的形式主要是玻璃陶瓷、桑地亞陶瓷(主要是高鈦酸鹽陶瓷等)以及優(yōu)質(zhì)煅燒物陶瓷等。1.玻璃陶瓷為了克服玻璃固化體在高強輻照下的自發(fā)析晶傾向,可以通過部分變動玻璃配方和采用人工控制析晶的辦法使玻璃變?yōu)椴A沾?,其晶體小而致密,危險核素可以結合在結晶核中,方法是將熔融玻璃料升溫→降溫形成晶核→再升溫促進晶核長大→冷卻成玻璃陶瓷體。2.桑地亞陶瓷(鈦酸鹽陶瓷)方法是利用鈦基水合氧化物無機離子交換劑處理高放廢液。它吸附并與裂變產(chǎn)物的陽離子交換,干燥后添加沸石作為助熔劑,經(jīng)過熱壓燒結成為高密度的陶瓷體。3.優(yōu)質(zhì)煅燒物陶瓷方法是將高放廢液中最危險的核素分別選擇相應的穩(wěn)定結晶相,經(jīng)高溫處理制成抗浸出的晶體間彼此相容的陶瓷體。
三.鑄石固化技術(又稱人工合成巖固化技術)合成巖的基本組成是鈣鈦礦、鋇長石、堿硬鈦礦、白餾石和氧化鋯等。將5%~10%的高放廢物氧化物加到上述混合礦物中,然后在大約1280℃時熔化結晶,放射性核素就會進入合成巖礦物晶格,形成高穩(wěn)定性的固溶體。§6-6自膠結固化
一.原理
自膠結固化是利用廢物自身的膠結特性來達到固化目的的方法。主要用來處理含有大量硫酸鈣和亞硫酸鈣的廢物,如磷石膏、煙道氣脫硫廢渣等。CaSO4·2H2OCaSO3·2H2OCaSO4·0.5H2O-H2O+H2O-H2O+H2OCaSO3·0.5H2O二.特點優(yōu)點:(1)工藝簡單;(2)主要添加劑現(xiàn)場即可獲取;(3)膠結時間較石灰基固化凝固短;
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