固体废物处理处置工程第五章固定化

第五章固体废物固化/稳定化技术一、固化技术固体废物的固化：是用物理－化学方法将有害废物掺和并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。第一节概述固化剂：固化所用的惰性材料固化体：有害废物经过固化处理所形成的固化产物固化目的：使有害废物中的所有污染物组分呈现化学惰性或被包容起来，以便于运输、利用和处置第一节概述固化过程：将污染物通过化学转变，引入到某种稳定物质的晶格中去将有害物质直接用惰性材料加以包容将上述两个过程结合包胶固化熔融固化自胶结固化水泥固化石灰固化热塑性材料固化热固性材料固化热塑性塑料固化沥青固化衡量固化处理效果的主要指标：固化体的浸出率增容比固化体浸于水中或其他溶液中时，固化体中有害物质的浸出速度指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值固化体的浸出率tMFAaRrin)(0＝式中：：标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，g/(d●cm2)inR：浸出时间内浸出的有害物质的量，mgra：样品中含有的有害物质的量，mg0A：样品暴露的表面积，cm2F：样品的质量，gM：浸出时间，dt增容比12VVci＝式中：ic：增容比2V：固化体体积，m3：固化前有害废物的体积，m31V第二节水泥固化一、水泥固化的原理二、水泥固化基材与添加剂1、水泥固化基材可用作固化剂的水泥：普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥矾土水泥氟石水泥3CaO·SiO2+xH2O2CaO·SiO2·yH2O+Ca(OH)2CaO·SiO2·mH2O+2Ca(OH)22(3CaO·SiO2)+xH2O3CaO·2SiO2·yH2O+3Ca(OH)22(CaO·SiO2·mH2O)+4Ca(OH)22CaO·SiO2+xH2O2CaO·SiO2·xH2OCaO·SiO2·mH2O+Ca(OH)2硅酸三钙的水和反应硅酸二钙的水和反应2(2CaO·SiO2)+xH2O3CaO·2SiO2·yH2O+Ca(OH)22(CaO·SiO2·mH2O)+2Ca(OH)2二、水泥固化基材与添加剂2、添加剂吸附剂：粘土、蛭石、沸石等缓凝剂：酒石酸、柠檬酸、硼酸钠等促凝剂：偏铝酸钠、碳酸钠、氯化钙、氢氧化铁减水剂：1）、pH值2）、水、水泥和废物的量比3）、凝固时间4）、其它添加剂5）、固化块成型工艺水泥固化技术（初凝2h,终凝时间≤48h）三、水泥固化的影响因素1）、pH值酸性固体废物必须先进行中和后再固化。硅酸盐水泥：只能固化处理中性和碱性废物铝酸盐水泥（矾土水泥）：只能固化处理中性废物，不能固化碱性废物。四、水泥固化工艺1）、外部混合法2）、容器内混合法3）、注入法适合处理危害性大，数量少的废物五、水泥固化法的应用电镀污泥:复杂的污泥：如多氯联苯、油和油泥有害废渣：汞渣、铅渣、铬渣等各种放射性废物六、水泥固化的特点优点：⑴对含高毒重金属废物的处理特别有效⑵固化工艺、设备简单，投资费用和日常运行费用低⑶水泥原料、添加剂便宜优点：⑷对含水量高的废物可直接固化不需彻底脱水过程⑸固化体的强度、耐热性、耐久性都很好⑹对放射性废物的固化容易实现安全运输和控制六、水泥固化的特点缺点：⑴水泥固化体增容比较大。⑵水泥固化体中污染物的浸出率比较高，因此需作涂覆处理⑷有机物对于水化过程有干扰作用，减小最终产物强度，不利于稳定化过程⑶水泥的碱性会使废物中的氨离子变成氨气释放污染大气环境第三节塑性材料包容技术1、热塑性塑料固化2、热固性塑料固化塑性材料包容技术热塑性材料：是指那些在加热和冷却时能够反复软化和硬化的有机材料热塑性材料固化：用热塑性材料作固化剂，在一定温度下将废物进行包覆处理1、热塑性塑料固化先对热塑性塑料进行预加热使其熔化，然后将熔融的塑料在高温下与废物混合，在冷却后，废物就被固化的塑料所包容，从而达到固化的目的。热塑性塑料固化的特点：优点：⑴所得固化体的孔隙率低，污染物浸出率低于水泥固化体⑵增容比和固化体的密度都比较小，便于运输和处置⑶塑料、沥青这类热塑性材料对溶液、微生物都有很强的抗侵蚀性，而且和水泥固化相比，固化时间短，不需作长时间的养护热塑性塑料固化的特点：缺点：⑴高温下操作，产生大量挥发性有害物质⑵塑料、沥青这类热塑性材料在与废物在高温下混合时易产生火灾，固化体在处置前需有适宜包装，以防起火燃烧。⑶不适于处理高放射性废物。⑷固化物的耐老化性差。沥青固化：是以沥青为固化剂，与有害废物在一定温度、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，形成固化体热塑性塑料固化沥青固化：用于危险废物固化的沥青：直流沥青、氧化沥青、乳化沥青沥青固化工艺主要包括三部分：固体废物预处理废物与沥青热混合（关键部分）二次蒸汽净化处理沥青中石蜡质过高，固化体容易在环境应力下开裂沥青固化技术的应用：一般用于处理：低水平放射性废物废水化学处理产生的污泥焚烧炉产生的灰烬电镀污泥砷渣等沥青固化技术的特点：污染物浸出率低。大体为水泥固化产品的1/100体积小。废物和固话基材之间重量比通常在1:1~2:1之间以重量计，一般可掺入60%的固体组分2、热固性塑料固化热固性塑料：是指加热时会从液体变成固体并硬化的材料。这种材料固化后即使再加热或冷却也不会重新液化或软化目前常用的热固性材料有：脲甲醛、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂等。热固性塑料固化的原理：用热固性有机单体与已经过粉碎处理的废物充分混合，在助凝剂和催化剂的作用下产生交链聚合以形成海绵状的聚合物质，从而在每个废物颗粒周围形成一层不透水的保护膜热固性塑料固化的应用：热固性塑料固化的特点：优点：⑴常温下操作，添加的催化剂数量少，最终固化产品的体积比其他固化体小⑵固化体不可燃热固性塑料固化的特点：缺点：⑴操作过程复杂，热固性材料自身价格昂贵⑵操作过程中有机物挥发，易引起大火，所以通常不能在现场大规模应用。⑶一般认为只适用于处理小量、高危害性废物。第四节熔融固化技术熔融固化技术也称玻璃化技术，是利用热在高温下把固态污染物（如污染土、城市垃圾、尾矿渣、放射性废料等）熔化为玻璃状或玻璃－陶瓷状物质，借助玻璃体的致密结晶结构，确保固化体的永久稳定。熔融固化技术分类：根据熔融温度与添加材料不同：玻璃化技术陶瓷化技术铸石化技术根据熔融固化技术处理场所的不同：原位熔融固化异地熔融固化燃料源熔融固化电热源熔融固化高温等离子体熔融固化优点：⑴玻璃固化体致密，在水及酸、碱溶液中的浸出率小⑵固化前后的增容比小⑶玻璃固化过程中产生的粉尘少⑷玻璃固化体有较高的热稳定性和辐射稳定性熔融固化技术特点：缺点：⑴固化过程中有大量有害气体产生⑵装置复杂，处理成本高，设备腐蚀严重，在固化高放废液时，放射性核素挥发量大熔融固化技术特点：自胶结固化技术利用废物自身的胶结特性来达到固化目的的方法。主要用于处理含大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物，如石膏类废物和烟道气脱硫废渣主要缺点：仅限于含有大量硫酸钙的废物，应用面较窄二、稳定化技术固体废物的稳定化技术：将有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质。化学稳定化物理稳定化化学稳定化技术pH控制技术氧化还原电势控制技术沉淀技术吸附技术离子交换技术化学稳定化技术以处理含重金属的危险废物为主表5－4（p109）：不同类型废物的固化稳定化技术适用范围