第4章_物化处理技术

固废污染控制工程盛广宏E-mail:[e-mail]安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology第4章固体废物的物化处理溶剂浸出1稳定化/固化处理技术2安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology固体废物的物化处理是利用物理化学反应过程对固体废物进行处理的方法，常见的废物物化处理方法有溶剂浸出、稳定化/固化处理等。用途主要是用于处理电镀污泥、铬渣等危险废物；环境修复；从固废中提取有价值的组分安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.1溶剂浸出溶剂浸出的动力学过程浸出过程的化学反应机理影响浸出过程的主要因素浸出工艺与设备安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology溶剂浸出是指用适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有选择性地溶解的物理化学过程。浸出的目的是要使物料中有用或有害成分能选择性地最大限度地从转入液相安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology溶剂选择要求对目的组分选择性好浸出率高，速率快成本低，便于回收和循环利用对设备腐蚀性小安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.1.1溶剂浸出的动力学过程溶剂浸出过程外扩散：即溶剂分子向颗粒表面和孔隙扩散化学反应：即溶剂达到反应带之后与颗粒中的某些组分发生反应生成可溶性化合物解吸：可溶性化合物在颗粒表面解吸，其中包括颗粒内部孔隙的可溶性化合物的解吸反扩散：可溶性化合物在固体表面解吸之后，向液相扩散整个溶剂浸出过程划为两个过程：扩散过程和化学反应过程安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology扩散速率化学反应速率)(sDDKnsKKK浸出过程达到平衡时KDKDKKKK分析:当KKKD时，即化学反应速率远大于扩散速率，上式简化为υ=kDρ，浸出过程速率服从扩散（传质）规律。当KKKD时，即扩散速率远大于化学反应速率，上式简化为υ=kkρ，浸出过程速率服从化学反应规律。安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.1.2浸出过程的化学反应机理交换反应溶解过程物料中的金属氧化物、硫化物与酸、碱、可溶性盐作用，生成可溶性的盐类的过程CuO+H2SO4→CuSO4+H2O氧化还原反应溶解过程溶液同物料组成之间发生氧化还原反应，生成可溶性化合物的过程Cu+H2SO4+1/2O2→CuSO4+H2O络合反应溶解过程溶剂与物料中组分发生络合反应，生成可溶性络合物的过程2Cu+O2+nNH3→2CuO·nNH3安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.1.3影响浸出过程的主要因素主要影响因素物料粒度及其特性浸出温度和压力溶剂浓度搅拌速度在渗滤浸出中物料层的孔隙率也有影响固液比安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.1.5浸出工艺与设备浸出过程渗滤浸出搅拌浸出浸出设备渗滤浸出槽（池）、机械搅拌浸出槽、空气搅拌浸出槽、流态化逆流浸出塔和高压釜等安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology应用淋洗法修复污染土壤淋洗法：利用流体去除土壤污染物的过程安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology淋洗剂无机淋洗剂–如：酸、碱、盐等，其作用机制主要是通过酸解、络合或离子交换作用来破坏土壤表面官能团与重金属形成的络合物，从而将重金属交换解吸下来，进而从土壤溶液中溶出。–例：以HCl+CaCl2溶液，对Pb的去除率为94％，对Zn的去除率为78%，对Cd的去除率为70%螯合剂–分为人工螯合剂和天然螯合剂两类。如EDTA、柠檬酸、苹果酸、丙二酸、乙酸组氨酸–螯合剂的作用机理就是首先通过螯合作用，将吸附在土壤颗粒及胶体表面重金属离子解络下来，然后在利用自身强的螯合作用和重金属离子形成强的螯合体，从土壤中分离出安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology天然有机酸–通过与重金属形成络合物而促进难溶态重金属的溶解，从而增加了重金属元素从样品中的转化–如：柠檬酸、酒石酸、革酸+柠檬酸对粘质土壤Cr，Mn，Hg和Pb的去除率分别为43~45%，37~41%，91~92%，75%。对于砂质土壤柠檬酸和酒石酸对重金属Cd、Cu、Pb、Zn的去除率分别为84~91%，73~84%，56~70%，72~81%。表面活性剂–脂肪酸甲酯淋洗修复高浓度多环芳烃污染的土壤，污染土壤中菲、芘、苯并(a)芘的去除率可以达到70%-90%，对采自北京焦化厂土壤中16种多环芳烃的总去除率可以达到60%左右。安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology案例：英国AVENUE修复和美化项目工程概况：该现场在1956年～1992年期间是个焦化厂，生产无烟燃料及其副产品，如硫酸、硫酸铵、苯、甲苯、二甲苯、其他酸和有机化合物。处理了冲击淤泥、废物、焦油处理池沉积物、土壤和包括多环芳烃、（苯）酚、苯类物等有机污染物和诸如氰化物、氨水及重金属的无机污染物，达到了再利用的要求。处理方法–技术应用：–热脱附处理215000立方米–生物治理315000立方米–土壤清洗210000立方米安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.2稳定化/固化处理技术基本概念稳定化/固化处理效果的评价化学稳定化处理技术固化处理技术安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.2.1基本概念固体废物稳定化/固化是用物理－化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。稳定化指将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。一般包括化学稳定化和物理稳定化。固化指在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动或形成紧密固体的过程，使废物的工程特性（如：渗透性、可压缩性、强度等）得到改善的一种技术。安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology稳定化/固化处理技术应用领域：对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理，使得其满足后续处理或填埋处置的要求。如对液态危险废物（污泥）进行稳定化/固化处理。对其他处理过程所产生的残渣进行无害化处理。如：对危险废物焚烧残渣或生活垃圾焚烧飞灰进行固化处理。对被有害污染物污染的土壤进行去污。安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology危险废物的稳定化/固化处理的目的是使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，减少它们在贮存或填埋处置过程中污染环境的潜在风险，并便于运输、利用和处置。危险废物稳定化/固化处理的途径通过化学反应，将有毒组分转变为无毒或低毒的组分将污染物通过化学转变，引入到某种稳定固体物质的晶格中通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.2.2稳定化/固化处理效果的评价稳定化/固化的基本要求良好的环境稳定性：有害废物经固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等，最好能作为资源加以利用成本低：固化过程中材料和能量消耗要低，增容比（即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比）要低；固化工艺过程简单、便于操作，应有有效措施减少有害物质的逸出；固化剂来源丰富、价廉易得，处理费用低。安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology稳定化/固化的评价指标浸出速率固化体浸于水或其他溶液中时，其中危险物质的浸出速率(实验方法参GB5086)体积变化因数（增容比）危险废物在稳定化/固化处理前后的体积比21VVCR抗压强度危险废物固化体必须具有一定的抗压强度安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.2.3化学稳定化处理技术化学稳定化处理技术原理化学稳定化处理技术主要是通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程pH值控制原理氧化/还原解毒原理沉淀原理吸附原理离子交换原理安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology重金属离子的稳定化技术中和法适用于强酸性或强碱性废物常用的中和剂：石灰石、石灰、氢氧化钠和碳酸钠等；硫酸、盐酸等氧化还原法不同价态的重金属离子其毒性大小通常不一样，因此可以通过氧化还原法将废物中的重金属离子转变为毒性较小的价态。安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology化学沉淀法在含重金属的污染物中投加某些化学药剂，与污染物发生化学反应，形成难溶性的沉淀物。–氢氧化物沉淀法–硫化物沉淀法–硅酸盐沉淀法–磷酸盐沉淀法–共沉淀法–络合物沉淀法安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology吸附技术处理重金属废物的常用吸附剂有：天然材料（粘土矿物、氧化铁、氧化镁、沸石、软锰矿、硫铁矿等）和人工材料（活性炭、锯末、粉煤灰、有机聚合物等）离子交换技术有用的离子交换剂有树脂、沸石、硅胶等安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology有机污染物的氧化解毒处理氧化解毒原理：向废物中投加强氧化剂，将有机污染物氧化成CO2、H2O或转化为毒性很小的中间有机物，以达到稳定化的目的。适用于含氯的挥发性有机物、硫醇、酚类以及某些无机物，如氰化物等。–常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、次氯酸钠等。例：–NaCN+2O3→NaCNO+O2–H2S+H2O2→S↓+H2O–CN-+ClO-→CNO-+Cl-2CNO-+3Cl2+4OH-→N2+2CO2+6Cl-+2H2O安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology4.2.4固化处理技术–固化技术已应用于处理多种有毒有害废物，如电镀污泥、砷渣，汞渣、氰渣、铬渣和镉渣等。–根据固化基材及固化过程，常用的固化技术包括：水泥固化、石灰固化、沥青固化、塑料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、熔融固化和陶瓷固化等水泥固化水泥是最常用的危险废物固化和稳定化药剂原理：（1）物理包裹作用；（2）含重金属等组分在高pH值下发生沉淀作用。以水泥为基础的固化/稳定化技术已经大量用来处置含无机有害成分的危险废物。实践证明，用水泥进行的固化/稳定化处置对As、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni等的稳定化都是有效的。安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology沥青固化基本原理沥青固化是以沥青类材料作为固化剂，与有害废物在一定的温度，配料比、碱度和搅拌作用下产生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中并形成稳定固化体的过程沥青具有良好的粘结性、化学稳定性与一定的弹性和塑性，对大多数酸、碱、盐类有一定的耐腐蚀性沥青固化的基本工艺三个部分：固化废物的预处理、废物与沥青的热混合、二次蒸汽的净化处理–关键部分为热混合环节，根据热混合工艺的不同，有高温熔化混合蒸发法，暂时乳化法和化学乳化法安徽工业大学建筑工程学院AnhuiUniversityofTechonology塑料固化固化原理以塑料为固化剂与有害废物按一定的配料比，并加入适量的催化剂和填料(骨料)进行搅拌混合，使其共聚合固化而将有害废物包容形成具有一定强度和稳定性的固化体塑料固化技术按所用