第五章 污泥處理

第六章固化與化學(xué)處理一、固化（一）概述1.基本概念固化處理：是用物理-化學(xué)方法將有害廢物固定或包封在惰性基材中，使之呈現(xiàn)化學(xué)穩(wěn)定性或密封性的一種無害化處理方法。固化劑：固化所用的惰性材料。固化體：有害廢物經(jīng)過固化處理所形成的固化產(chǎn)物。目前已應(yīng)用于處理電鍍污泥、砷渣、汞渣、氰渣、鉻渣和鎘渣。2.固化處理的基本要求固化體應(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械強度等，最好能作為資源加以利用。固化過程中材料和能量消耗要低，增容比要低。工藝過程簡單、便于操作。固化劑來源豐富，價廉易得。處理費用低。3.固化處理的主要指標固化體的浸出率：指固化體浸于水中或其它溶液中時，其中有害物質(zhì)的浸出速度。

Rin=(At/A0)/(F/M)tRin——標準比表面的樣品每天浸出的有害物質(zhì)的浸出率，g/(d.cm2)；At——浸出時間內(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——樣品暴露的表面積，cm2；M——樣品的質(zhì)量，g；t——浸出時間，d。增容比：指所形成的固化體體積與被固化有害廢物體積的比值，即

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。4、分類固化處理的機理十分復(fù)雜，目前理論闡述不明確。目前的方法主要兩類：1、將污染物化學(xué)轉(zhuǎn)變或者引入導(dǎo)某種穩(wěn)定的晶格中；2、將污染物直接摻入到惰性材料中進行包封。二者單獨或者結(jié)合使用。主要用于處理無機廢物。按照原理分為(1)包膠固化：據(jù)固化劑類型分為水泥、熱塑性材料固化（瀝青、熱塑性塑料）、石灰固化、有機聚合物固化。(2)玻璃固化。(3)自膠結(jié)固化。(4)水玻璃固化。（二）包膠固化包膠固化是采用某種固化基材對于廢物塊或廢物堆進行包覆處理。固化劑類型：水泥、石灰、熱塑性材料固化有機物聚合固化。1.水泥固化（1）原理以水泥為固化劑將有害廢物進行固化的一種處理方法。適于各種含重金屬的污泥。重金屬離子（高pH）氫氧化物或碳酸鹽↓（2）水泥與添加劑固化劑：硅酸鹽、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等添加劑：能夠吸收有害物質(zhì)并促進其凝固，可減少水泥用量，加強固化體的強度，降低有害組分的浸出率。常用有吸附劑（活性氧化鋁、粘土等）、緩凝劑（酒石酸、檸檬酸、硼酸鹽等）促凝劑（水玻璃、鋁酸鈉、碳酸鈉等）和減水劑（表面活性劑等）。（3）水泥固化工藝有害固體廢物、水泥、添加劑+水→攪拌混合→養(yǎng)護→水泥固化體。要求：①pH>8；②水灰比在1：2左右；③水泥與廢物比：由實驗確定。④凝固時間：初凝時間>2h，終凝時間在48h以內(nèi)；⑤選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿虎摒B(yǎng)護條件：室溫、相對濕度80%、28天；固化產(chǎn)物性能：抗壓強度、浸出性等。混合方法：外部攪拌混合法；筒內(nèi)混合法；注入法（4）水泥固化法的應(yīng)用電鍍污泥固化處理（5）水泥固化的特點優(yōu)點：固化工藝和設(shè)備比較簡單，設(shè)備和運行費用低；水泥和添加劑便宜易得；對含水量較高的廢物可以直接固化；固化產(chǎn)品經(jīng)過瀝青涂覆能有效地降低污染物的浸出，固化體的強度、耐熱性、耐久性均好；產(chǎn)品適于投海處置，有的產(chǎn)品可作路基或建筑物基礎(chǔ)材料。缺點：產(chǎn)品一般都比最終廢物原體積增大1.5~2.0倍，固化體中污染物的浸出率較高，須作涂覆處理；廢物有的需作預(yù)處理或需要加入添加劑，因而可能影響水泥漿的凝固，并會使成本增加，廢物體積增大；水泥的堿性能使銨離子變成氨氣釋出。水泥固化法對含高毒重金屬廢物的處理特別有效，2.石灰固化（1）原理以石灰為固化劑，以粉煤灰、水泥窯灰為添加劑，粉煤灰和水泥窯灰所含有的活性氧化鋁和二氧化硅與石灰、水反應(yīng)→堅硬物質(zhì)，將廢物包容的方法。（2）應(yīng)用適用于固化鋼鐵、機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。固化體養(yǎng)護后可作為路基材料或砂坑填充物。（3）特點使用的添加劑本身是廢物，來源廣，成本低；操作簡單，不需要特殊的設(shè)備，處理費用低；被固化的廢渣不要求脫水和干燥；可在常溫下操作，沒有尾氣處理問題等。缺點：石灰固化體的增容比較大；固化體容易受酸性介質(zhì)浸蝕，需對固化體表面進行涂覆。3.熱塑性材料固化（1）原理用熱塑性物質(zhì)作固化劑，在一定溫度下將廢物進行包覆處理。熱塑性物質(zhì)在常溫下呈固態(tài)，高溫時變成熔融膠粘性液體，故可用來包覆廢物。常用的熱塑性材料：瀝青、石蠟、聚乙烯、聚丁二烯等。（2）瀝青固化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。瀝青固化的基本方法先將廢物脫水，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。①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150~230℃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。②暫時乳化法。③化學(xué)乳化法。影響瀝青固化體性質(zhì)的因素①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。②影響化學(xué)穩(wěn)定性的因素：廢物中的化合物或氧化劑。瀝青固化的優(yōu)點及適應(yīng)性：優(yōu)點：瀝青具有良好的粘結(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。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。（3）熱塑性塑料固化以熱塑性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）進行攪拌混合，使其共聚和固化而將有害廢物包容形成具有一定強度和穩(wěn)定性的固化體。（4）熱塑性材料固化特點優(yōu)點：固化產(chǎn)品空隙率低，致密度高；浸出率低于水泥法和石灰法；增容比小。固化基材對溶液或微生物具有強抗侵蝕性。固化體不需作長時間養(yǎng)護。缺點：廢物必須預(yù)先冷凍、融解或離心脫水處理；基材具有可燃性，產(chǎn)品應(yīng)有適宜的包裝；熱塑性材料價格昂貴，操作復(fù)雜，設(shè)備費用高。4、有機物聚合固化（1）原理將一種有機聚合物的單體與廢物一個特殊設(shè)計的混合器里完全混合，然后加入一種催化劑攪拌均勻，使其聚合、固化。使廢物被聚合物包膠。常用的有機聚合物：脲醛樹脂和不飽和聚酯。（2）應(yīng)用在含有重金屬、油及有機物的電鍍污泥中加入碳酸鈣，干燥以后與不飽和聚酯、催化劑、助凝劑、河沙等混合加熱固化。（3）特點優(yōu)點：在常溫下操作；添加的催化劑數(shù)量很少，終產(chǎn)品體積比其他固化法小；既能處理干渣，也能處理濕泥漿；固化體不可燃；固化體密度小。缺點：不夠安全，有時包膠劑要求用強酸性催化劑，因而在聚合過程中會使重金屬溶出，并要求使用耐腐蝕設(shè)備；固化體耐老化性差；固化體松散，需裝入容器處置，增加了處置費用；此法要求操作熟練，以保證固化質(zhì)量。（三）玻璃固化1.原理以玻璃為固化劑，將待固化的廢物首先在高溫下煅燒，使之形成氧化物，再與加入的添加劑和熔融的玻璃料混合，在1000℃溫度下燒結(jié)，冷卻后形成十分堅固而穩(wěn)定的玻璃固化體。適用于極少量特毒廢物的處理。2.應(yīng)用（1）磷酸鹽的玻璃固化連續(xù)式（2）硼酸鹽的玻璃固化半連續(xù)操作3.玻璃固化的特點優(yōu)點：處理效率最好；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/(cm.d)；增容比??；在玻璃固化過程中產(chǎn)生的粉塵量少；玻璃固化體有較高的導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性和輻射穩(wěn)定性。2、缺點：裝置較復(fù)雜，處理費用高、工作溫度較高、設(shè)備腐蝕嚴重，以及放射性核素揮發(fā)量大等。（四）自膠結(jié)固化1.原理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（CaSO4·1/2H2O）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)硬化形成象塑料一樣硬度的自膠結(jié)固化體。此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。2.工藝流程3.特點優(yōu)點：采用的填料飛灰是工業(yè)廢料，以廢制廢節(jié)約資源；固化體的化學(xué)穩(wěn)定性好，浸出率低；凝結(jié)硬化時間短；對固化的泥渣不需要完全脫水等。缺點：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。（五）水玻璃固化1.原理以水玻璃為固化劑，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(yīng)，形成凝膠體，將有害污泥包容，經(jīng)凝結(jié)硬化逐步形成水玻璃固化體。2.特點工藝操作簡便、原料價廉易得，處理費用低、固化體耐酸性強，抗透水性好，重金屬浸出率低。二、化學(xué)處理目的：對固體廢物中能對環(huán)境造成嚴重后果的有毒有害化學(xué)成分，采用化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法，使之達到無害化。（一）中和法處理對象：化工、冶金、電鍍等工業(yè)中產(chǎn)生的酸、堿泥渣。處理原則：根據(jù)廢物的酸堿性質(zhì)、含量及廢物的量選擇適宜的中和劑并確定中和劑的加入量和投加方式，再設(shè)計處理的工藝及設(shè)備。常用的中和劑：石灰、氫氧化物或碳酸鈉；硫酸、鹽酸。設(shè)備：罐式機械攪拌和池式人工攪拌。（二）氧化還原法原理：通過氧化或還原化學(xué)反應(yīng)，將固體廢物中可以發(fā)生價態(tài)變化的某些有毒、有害成分轉(zhuǎn)化為無毒或低毒，且具有化學(xué)穩(wěn)定性的成分，以便無害化處置或進行資源回收。(三)水解法原理：利用某些化學(xué)物質(zhì)的水解作用將其轉(zhuǎn)化為低毒或無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)。適用于含農(nóng)藥的固廢及二硫脲類殺菌劑的無害化處理。第六節(jié)固體廢物的化學(xué)浸出技術(shù)成分復(fù)雜、嵌布粒度微細且有價成分含量低的礦業(yè)固體廢物、化工和冶金過程排出的廢渣等，若要提取其中的有價成分或是去除其中的有害成分，采用傳統(tǒng)的分選技術(shù)往往成效甚微，而常常采用化學(xué)浸出技術(shù)。浸出是溶劑選擇性地溶解固體廢物中某種目的組分，使該組分進入溶液中而達到與廢物中其他組分相分離的工藝過程。浸出過程所使用的藥劑成為浸出劑，浸出后含目的組分的溶液成為浸出液，殘渣成為浸出渣。一、浸出方法根據(jù)浸出藥劑種類的不同，浸出分為：酸浸、堿浸、鹽浸、水浸。1、酸浸常用的有稀硫酸、濃硫酸、鹽酸、硝酸、王水、氫氟酸、亞硫酸等。凡廢物中的某種組分可通過酸溶進入溶液的都可采用酸浸的方法。(1)簡單酸浸用于：大部分金屬的簡單氧化物、金屬鐵酸鹽、砷酸鹽和硅酸鹽，小部分金屬硫化物(FeS、Ni2S、CoS、MnS、NiS)。(2)氧化酸浸用于：大部分金屬硫化物。氧化劑：Fe2+、Cl2、O2、HNO3、NaClO、MnO2、H2O2。(3)還原酸浸2、堿浸浸出能力一般比酸浸藥劑弱，但選擇性高，浸出液較純凈，且設(shè)備防腐蝕問題較易解決。堿浸藥劑：碳酸銨、氨水、碳酸鈉、苛性鈉、硫化鈉。浸出方法：氨浸、碳酸鈉溶液浸出、苛性鈉溶液浸出、硫化鈉溶液浸出等。(1)氨浸：常用于銅、鈷、鎳及其氧化物的廢物的浸出，屬于金屬的電化腐蝕過程。由于銅、鈷、鎳能與氨形成穩(wěn)定的可溶絡(luò)合物，擴大了銅、鈷、鎳離子在溶液中的穩(wěn)定區(qū)，降低了銅、鈷、鎳的還原電位，使其較易轉(zhuǎn)入浸液中。例如：黑銅礦(2)碳酸鈉溶液浸出：適用于能與碳酸鈉反應(yīng)生成可溶性鈉鹽的廢物。主要用于浸出某些含鎢廢料、硫化鉬氧化焙燒渣、含磷廢物、含釩廢物。例如：白鎢礦(3)苛性鈉溶液浸出：是生產(chǎn)氧化鋁的主要浸出劑，也常用于含硅高的固體廢物有價組分的浸出。例如：方鉛礦(4)硫化鈉溶液浸出:硫化鈉可分解砷、銻、錫、汞等硫化物，使其生成可溶性硫代酸鹽的形態(tài)轉(zhuǎn)入浸出液中。3、鹽浸利用無機鹽的水溶液為浸出劑，常用的有氯化鈉、高價鐵鹽、氯化銅、次氯酸鈉。常用于浸出鐵、鉛、鉍、鋅、銅。二、浸出效果衡量常用：浸出率、浸出過程的選擇性、浸出藥劑的用量衡量浸出過程。浸出率選擇性系數(shù)(β)：愈接近1，則該兩組分的浸出選擇性愈差。三、浸出工藝為使廢物中的目的組分充分暴露，增大浸出效果，浸出前一般須進行破碎處理，也可焙燒后浸出。1、根據(jù)浸出過程廢物的運動方式，浸出分為滲濾浸出和攪拌浸出。滲濾浸出：浸出劑在浸出劑在重力作用下自上而下或在壓力作用下自下而上通過固定廢料層的浸出過程。攪拌浸出：將磨細的廢物與浸出劑在攪拌槽中進行強烈攪拌的浸出過程，可浸出各種廢物。浸出前廢物磨細至0.3mm以下，采用連續(xù)操作制度。2、據(jù)浸出劑與被浸廢料的相對運動方式的不同浸出工藝可分為順流浸出、錯流浸出和逆流浸出三種。浸出劑被浸物料送后續(xù)處理浸液浸渣物料新浸出劑順