固体废物固化(物化)与稳定化处理

1【概念】压实压缩比硬度破碎比破碎段筛分效率重介质加重质【理论和方法】压实效果的度量；压实设备评价；影响破碎效果的因素；破碎方法及工艺；常见分选方法及原理；影响筛分效率的因素；常见选设备；固体废物中水分存在方式；脱水浓缩方法及常见机械。上章复习固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理2第四章固体废物的固化与稳定化处理固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理3内容提要固化稳定化浮选溶剂浸出——见第三章——自学(物理化学过程，适合有价或有害成分处理)固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理44.1概述4.2水泥固化4.3沥青固化4.4塑料固化4.5玻璃固化4.6石灰固化和自胶结固化内容提要固化稳定化固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理54.1概述——基本概念废物固化废物固化是用物理－化学方法将有害废物掺和并包容在密实的惰性材料中，使其稳定化的过程。固化途径通过化学转变，将污染物引入到某种稳定固体物质的晶格中去；通过物理过程，把污染物直接掺入到惰性基材中去。固化剂——固化过程所用的惰性材料。固化体——有害废物经过固化处理所形成的固化产物。稳定化——利用化学添加剂等技术手段，改变废物中有毒有害组分的赋存状态或化学组成形式，以降低毒性、溶解性和迁移性的过程。固定化——具有固化和稳定化作用的过程。限定化、包容化固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理6①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，如作建筑基础和路基材料②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③固化工艺过程简单、便于操作④固化剂来源丰富，价廉易得⑤处理费用低固化处理的基本要求固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理7评价固化处理效果的主要指标1.固化体的浸出速率式中：Vn——标准比表面的样品每天浸出有害物质的浸出速率，cm/dmn——第n个浸提剂更换期的内浸出的有害物质的量，gm0——样品中原有的有害物质的量，gAe——样品暴露的表面积，cm2V——样品的体积，cm3tn——第n个浸提剂更换期的时间，d2.增容比(即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比)固化体体积固化前有害废物的体积mn/m0____——————————(Ae/V)tnVn=12VVCiR3.抗压强度贮桶——0.1~0.5Mpa；建材——＞10Mpa浸出率——g/cm2.d固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理8固化/稳定化处理对象☆危险废物处理，使其满足安全处置工程与技术要求。☆其它处理过程的残渣、电镀废水处理产生的污泥，以及其它工业废渣固化/稳定化处理以防止其无控堆放造成环境污染。☆土壤去污，特别是当大面积土壤受到有机或无机有毒有害污染物污染时，对其稳定处理以恢复土壤功能。固化处理的目的在于改变废物的工程特性，即增加废物的机械强度，减少废物的可压缩性和渗透性，以便于废物的运输、处置和利用，降低废物对环境与健康的风险。稳定化处理的目的在于降低废物中有毒有害组分的毒性（危害性）、溶解性和迁移性，即将污染物全部或部分地固定于支持介质或粘结剂等添加剂上，借此降低废物对环境与健康的风险。固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理94.2水泥固化一、水泥固化的基本理论二、水泥固化的工艺流程三、水泥固化法的应用四、水泥固化法的特点固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理10水泥固化基本理论水泥固化原理水泥是一种无机胶凝结剂，经水化反应可形成坚硬的水泥块，能将砂石等添加料牢固地凝结在一起。水泥固化有害废物利用了水泥的无机胶凝性质，废物被掺入水泥的基质中，水泥与废物中的水分或另外添加的水分，发生水化反应后生成凝胶，将有害污泥微粒分别包容，并逐步硬化形成水泥固化体。固化机理水泥的水化产物3CaO·SiO3,水化结晶体内包进了污泥微粒，使得污泥中的有害物质被封闭在固化体内，达到稳定化、无害化的目的。化学反应P117固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理11纤维状、针状和柱状的水化产物水泥浆体电镜图固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理12固化材料•固体废物、水泥、水、添加剂最适宜对象•含重金属离子的的污泥在固化过程中，由于水泥具有较高的pH值，使得污泥中重金属离子在碱性条件下，生成难溶于水的氢氧化物或碳酸盐等。某些重金属离子也可以固定在水泥基体的晶格中，从而可有效地防止重金属的浸出。水泥固化基本理论固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理13水泥主要成分：硅酸钙，铝、硅、铁、钙的氧化物用作固化剂的水泥有：普通硅酸盐\矿渣硅酸盐\火山灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥是由石灰石和粘土混合物或其它含硅、铝，铁的氧化物在约14500C的高温下煅烧，再经磨细制得。水泥简介水泥固化基本理论无机添加剂：蛭石、沸石、多种粘土矿物、水玻璃、无机缓凝剂、无机速凝剂和骨料等有机添加剂：硬脂肪酸丁酯、δ-糖酸丙酯、柠檬酸固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理14水泥固化影响因素固化效果添加剂pH凝固时间配料比pH过高，氢氧化物沉淀，碳酸盐沉淀。过高，带负电荷的羟基络合物，溶解度↑。Cu——9；Zn——9.3；Cd——11.1改善固化体质量。吸附剂——沸石或蛭石加入含硫酸盐的废物中防止其与水泥成分反应生成硫酸铝钙导致体积膨胀和破裂。蛭石也是骨料水、水泥和废物的量比，水分过少，不能保证水泥的充分水合作用；水分过大，出现泌水现象投加促凝剂、缓凝剂来控制凝结时间，一般初凝时间2h,终凝24h，保证混料后有足够时间输送、装桶或浇注水泥固化基本理论固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理15水泥固化法工艺流程将废物、水泥、添加剂和水在单独的混合器中进行混合，经过充分搅拌后再注入处置容器中。特点：需要设备较少，可充分利用处置容器的容积；但搅拌混合后的混合器需要洗涤，耗费人力，产生一定数量的洗涤废水。外部加入水泥的方法固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理16•可直接在最终处置使用的容器内进行混合，然后用可移动的搅拌装置混合•适合危险性大但数量不多的废物，如放射性废物。•优点:不产生二次污染物。但处置所用容器体积有限(通常用200L的桶），充分搅拌困难，留有无效空间水泥固化法工艺流程在桶中加入水泥的方法固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理17电镀污泥固化处理水泥固化法的应用电镀污泥：包含Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn电镀干污泥、水泥、和水的比（1-2）：20：（6-10）固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理18水泥也用来处理复杂的污泥，如多氯联苯、油和油泥，含二氯乙烯和二氯乙烷的废物，多种树脂，被稳定化／固化的塑料，石棉，硫化物等物料水泥固化工艺也较多地被应用于处理垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰这种危险废物水泥固化法的应用固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理19水泥固化法的特点优点：①设备和工艺过程简单，无需特殊的设备，设备投资、动力消耗和运行费用都比较低；②水泥和添加剂价廉易得；③对含水率较低的废物可直接固化，无需前处理；④在常温下就可操作；⑤处理技术已相当成熟，对放射性固体废物的固化容易实现安全运输和自动控制等。缺点①水泥固化体的浸出率较高，通常为10-4一10-5g／(cm2·d)，主要是由于它的空隙率较高所致，因此，需作涂覆处理；②水泥固化体的增容比较高，达1.5-2；③有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；④水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；⑤处理化学泥渣时，由于生成胶状物，使混合器的排料较困难．需加入适量的锯末予以克服。固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理204.3沥青固化一概述二沥青固化的基本方法三沥青固化体的性质及其影响因素固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理21•定义：沥青固化是以沥青为固化剂，与有害废物在一定的温度、配比、碱度和搅拌作用下发生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中，形成稳定固化体的过程。沥青固化概述•沥青的特性：①沥青具有良好的粘结性、憎水性②化学稳定性③一定的弹性和塑性④一定的耐腐蚀性（耐大多数酸、碱、盐类）⑤一定的辐射稳定性石油分馏的残渣，其化学成分包括沥青质、油分、游离碳、胶质、沥青酸和石蜡等。•沥青固化应用对象：①中、低放射水平的蒸发残液②废水化学处理产生的沉渣③焚烧炉产生的灰烬、塑料废物，电镀污泥、砷渣等（同水泥）不适合热不稳定物质、有机溶剂固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理22沥青固化的基本方法•高温熔化混合蒸发法•暂时乳化法•化学乳化法固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理23•高温熔化混合蒸发法沥青固化的基本方法中放射水平废水浓缩液150~230℃固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理24•暂时乳化法①温度为90度，固体物质在此产生混合和包容，分离90％的水分②将分离出的水分除去③升温至105-110度，由双螺杆挤压机得到的混合物尚有5-7％的水分140-150度•混合脱水干燥固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理25•化学乳化法废物与乳化沥青混合干燥脱水冷却硬化常温沥青固化的基本方法固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理26沥青固化体的主要性能指标：①水中的浸出率②辐照稳定性③化学稳定性沥青固化体的性质及其影响因素固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理271．沥青的种类用不同类型的沥青所得固化体的浸出率不同，实验表明，采用直馏沥青效果较好。较软的沥青比较硬的沥青所得固化体浸出率低。2．废物量，化学组成及混合状况由于沥青与废物之间存在复杂的物理和化学作用，过高的废物量将导致固化体浸出率的急剧上升。鉴于操作和安全上的考虑，一般应控制加入的废物量与沥青的重量比在40-50％。3．残余水分固化体中的残余水分对固化体的浸出率有显著的影响。一般认为残余水分的存在将增加沥青中的细孔数量。残余水分应控制在10％以下，最好小于0.5％（一）影响沥青固化体浸出率的因素固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理28(二)影响沥青固化体化学稳定性的因素在沥青固化过程中，沥青会与某些掺入的化合物，氧化剂等发生化学作用，从而影响固化体的化学稳定性。例如纯沥青的燃点一般为420℃左右，而在掺入硝酸盐，亚硝酸盐后，其燃点降至250-330℃，因而增加了燃烧的危险性。固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理294.4塑料固化一塑料固化原理二塑料固化的应用及其特点固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理30概念:以塑料为固化剂，与危险废物按一定的比例配料，并加入适量催化剂和填料进行搅拌混合，使其共聚合固化，将危险废物包容形成具有一定强度和稳定性固化体。塑料固化原理热塑性材料固化①石蜡、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等②是用熔融的热塑性物质在高温下与干燥脱水危险废物混合，以达到对废物稳定化的目的的过程。热固性塑料固化脲醛树脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂用热固性有机单体和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聚合以形成海绵状的聚合物质，从而在每个废物颗粒的周围形成一层不透水的保护膜。固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理31应用实例日本冈山县公害防治中心利用塑料固化法处理电镀污泥，其工艺过程是向电镀污泥中加入碳酸钙使其干燥，然后加入不饱和聚酯树脂、催化剂、促进剂及河沙(骨料)等经过混合，加热形成固化体。其配比为：干污泥重量百分数为30％左右，不饱和聚酯树脂20-35％，骨料35-50％。该法所形成的固化体与水泥固化体相比具有抗压强度大、重量轻、表面有光泽等特点，可作为轻型建筑材料热固性塑料固化固体废物处理与处置第4章固体废物的稳定化与固化处理32塑料固化的特点优点：①可在常温下操作②增容比和固化体的密度较小③