固體廢物固化穩(wěn)定化技術(shù)

1、固體廢物固化穩(wěn)定化技術(shù)第1頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二第一節(jié) 概述固化/穩(wěn)定化技術(shù)是處理重金屬廢物和其他非金屬危險廢物的重要手段，是危險廢物管理中的一項重要技術(shù)。經(jīng)其它無害化、減量化處理的固體廢物,都要全部或部分地經(jīng)過穩(wěn)定化/ 固化處理后,才能進行最終處置或加以利用。固化/穩(wěn)定化作為廢物最終處置前的預(yù)處理技術(shù)在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用。第2頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二圖1 危險廢物從產(chǎn)生到處置的管理體系第3頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二固化：在危險廢物中添加固化劑，使其轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢闪鲃庸腆w或形成緊密固體的過程。固化的產(chǎn)

2、物是結(jié)構(gòu)完整的整塊密實固體。穩(wěn)定化：將有毒有害污染物轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性的物質(zhì)的過程。可分為物理穩(wěn)定化和化學(xué)穩(wěn)定化。一、定義第4頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二物理穩(wěn)定化：是將固體廢物與一種疏松物料（如粉煤灰）混合生成一種粗顆粒、有土壤狀堅實度的固體，這種固體可以用運輸機械送至處置場。化學(xué)穩(wěn)定化：通過化學(xué)反應(yīng)使有毒物質(zhì)變成不溶性化合物，使之在穩(wěn)定的晶格內(nèi)固定不動。第5頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二固化可以看作是一種特定的穩(wěn)定化過程，可以理解為穩(wěn)定化的一個部分無論是穩(wěn)定化還是固化，其目的都是減小廢物的毒性和可遷移性，同時改善被處理對象

3、的工程性質(zhì)。第6頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二固化劑：固化所用的添加劑固化體：有害廢物經(jīng)過固化處理所形成的固化產(chǎn)物第7頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二二、固化/穩(wěn)定化技術(shù)發(fā)展的歷史固化/穩(wěn)定化技術(shù)的根源可以追溯到上世紀50 年代放射性廢物的固化處置。例如,美國在處理低水平放射性液體廢物時,先用蛭石等礦物進行吸附,或者先用普通水泥將其固化,然后再進行填埋處置。在歐洲,放射性廢物基本上是先用水泥固化,再用惰性材料包封,然后進行海洋處置。進入70 年代后,危險廢物污染環(huán)境的問題日益嚴重,作為危險廢物最終處置的預(yù)處理技術(shù),穩(wěn)定化/ 固化在一些工業(yè)發(fā)達國

4、家首先得到研究和應(yīng)用。第8頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二人們進而開發(fā)了以脲甲醛和瀝青等高分子有機物為基材的固化技術(shù)。此類固化技術(shù)的優(yōu)點是與廢物的相容性更高,增容比相對較小,而且固化體的重量也較輕。向水泥中添加硅酸鈉,可以使水泥固化產(chǎn)生更好的效果。開始出現(xiàn)以有機聚合物為基材的塑料固化和利用水泥、粉煤灰、石灰及粘土混合處理廢物的技術(shù)。第9頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二三、固化機理有的是將有害廢物通過化學(xué)轉(zhuǎn)變或引入某種穩(wěn)定的晶格中有的是將有害廢物用惰性材料加以包容有的兼有上述兩種過程第10頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二四、

5、衡量固化處理效果的指標浸出率：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。 式中： 標準比表面的樣品每天浸出的有害物質(zhì)的浸出率，g/(dcm2)； 浸出時間內(nèi)浸出的有害物質(zhì)的量，mg； 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：固化體體積與被固化有害廢物體積的比值，即第11頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二五、固化技術(shù)的應(yīng)用固化技術(shù)最早是用來處理放射性廢物的最近十年得到迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于處理電鍍污泥、鉻渣、汞渣、砷渣、氰渣和鎘渣等。特別適合含重金屬廢物第12頁，共54頁，2022年，5

6、月20日，9點37分，星期二六、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，如作建筑材料和路基材料等；固化過程中材料和能量消耗要低，增容比要低；固化工藝過程簡單、便于操作固化劑來源豐富，價廉易得處理費用低第13頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二七、固化技術(shù)的分類按固化劑分為：水泥固化瀝青固化塑料固化玻璃固化石灰固化第14頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二第二節(jié) 固化技術(shù)一、水泥固化水泥是是一種無機膠結(jié)材料，經(jīng)過水化反應(yīng)后可以生成堅硬的水泥固化體，將有害成分包容在水化產(chǎn)物中。處理

7、廢物時最常用的一種固化技術(shù)。 第15頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二水泥固化劑普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、礬土水泥、沸石水泥等都可以作為廢物固化處理的基材。普通硅酸鹽水泥是用石灰石、粘土以及其他硅酸鹽物質(zhì)混合在1450的高溫下煅燒，然后研磨成粉末狀。它是鈣、硅、鋁及鐵的氧化物的混合物。其主要成分是硅酸二鈣和硅酸三鈣。 第16頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二水泥固化的水化反應(yīng)：讓廢物料與硅酸鹽水泥混合，如果廢物中沒有水分，則需向混合物中加水，以保證水泥分子跨接所必需的水合作用。 第17頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二(1

8、)硅酸三鈣的水合反應(yīng)3CaOSi02+xH2O2CaOSi02yH20+Ca(OH)2 CaOSi02mH20+2Ca(OH)2 2(3CaOSi02)+xH2O3CaO2Si02yH20+3Ca(OH)2 2(CaOSi02mH2O)+4Ca(OH)2 第18頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二(2)硅酸二鈣的水合反應(yīng)2CaOSi02+ xH2O2CaOSi02xH2O CaOSi02mH20+Ca(OH)2 2(2CaOSi02)+H2O3CaO2Si02yH2O+Ca(OH)2 2(CaOSi02mH2O)+2Ca(OH)2 第19頁，共54頁，2022年，5月20日

9、，9點37分，星期二(3)鋁酸三鈣的水合反應(yīng) 3CaOA1203+xH2O3CaOA1203xH20 如有氫氧化鈣Ca(OH)2存在，則變?yōu)?CaOA1203+xH2O+Ca(OH)24CaOA1203mH2O第20頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二(4)鋁酸四鈣的水合反應(yīng)4CaOA1203+ xH2O+Fe2O33CaOA1203mH2O+ CaOFe203nH2O第21頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二添加劑作用：改善固化條件，提高固化體的質(zhì)量。常用的添加劑有：吸附劑 活性氧化鋁、粘土、蛭石等緩凝劑 酒石酸、檸檬酸、硼酸鹽等促凝劑 水玻璃、鋁酸鈉

10、、碳酸鈉等減水劑 表面活性劑等第22頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二水泥固化技術(shù)的應(yīng)用最適用于無機類型的廢物，尤其是含有重金屬污染物的廢物。水泥高pH值，形成不溶性的氫氧化物或碳酸鹽形式。某些重金屬也可固定在水泥基體的晶格中。研究指出，鉛、鉻、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容形式與生態(tài)圈進行隔離。對鉛和鉻的水泥固化機理研究較多，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。 第23頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二電鍍污泥固化處理固化材料為425號普通硅酸鹽水泥，水/水泥質(zhì)量比為0.4

11、70.88，水泥廢物質(zhì)量比0.674.00，固化體的抗壓強度可以達到630MPa。固化體的浸出試驗結(jié)果說明，Pb2+、Cd2+、Cr6+的浸出濃度都遠低于相應(yīng)的浸出毒性鑒別標準。 第24頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二水泥固化的優(yōu)點對各種無機類型廢物，尤其是重金屬廢物；設(shè)備和工藝過程簡單，設(shè)備投資、動力消耗和運行費用都比較低；價廉易得；對含水率較高的廢物可直接固化；操作常溫下即可進行；對放射性廢物的固化容易實現(xiàn)安全運輸和自動化控制等。第25頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二水泥固化的缺點水泥固化體的浸出率較高，由于它的空隙率較高所致，需作涂覆處理；

12、增容比較高，達1.5-2；有的廢物需進行預(yù)處理和投加添加劑，使處理費用增高；水泥的堿性易使銨離子轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔庖莩觯惶幚砘瘜W(xué)泥渣時，由于生成膠狀物，使混合器的排料較困難，需加入適量鋸末。第26頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二二、瀝青固化瀝青固化是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。一般用于處理中、低放射水平的蒸發(fā)殘液、廢水化學(xué)處理的污泥、焚燒爐灰渣、塑料廢物、電鍍污泥和砷渣等。第27頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二瀝青有良好的粘結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性與一定的彈性和塑性；對大多

13、數(shù)酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性；還具有一定的輻射穩(wěn)定性第28頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二瀝青固化的基本方法瀝青固化的基本方法有：高溫熔化混合蒸發(fā)法暫時乳化法化學(xué)乳化法第29頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二高溫溶化混合蒸發(fā)法是將廢液加入預(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。第30頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二暫時乳化法分三個步驟進行：將污泥漿、瀝青與表面活性劑混合成乳漿狀；分離除去大部分水分；進一步升溫干燥，使混合物脫水。第31頁，共54頁，202

14、2年，5月20日，9點37分，星期二化學(xué)乳化法分三步進行：將有害廢物在常溫下與乳化瀝青混合；將混合物加熱，脫去水分；將脫水干燥后的混合物排入廢物容器，待冷卻硬化后即形成瀝青固化體。第32頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二影響瀝青固化體性質(zhì)的因素瀝青的種類 直餾瀝青效果最好廢物量、化學(xué)組成及混合狀況 一般應(yīng)控制加入的廢物量與瀝青的重量比在40-50殘余水分 應(yīng)控制在10以下，最好小于0.5表面活性劑 使浸出率升高摻入的化合物、氧化劑 硝酸鹽、亞硝酸鹽摻入后，會降低瀝青的燃點第33頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二三、塑料固化塑料固化是以塑料為固化劑與有

15、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，使其共聚合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。第34頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二按塑料的種類分為：熱塑性塑料固化：聚乙烯、聚氯乙稀樹酯等熱固性塑料固化：脲醛樹脂和不飽和樹酯等第35頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二塑料固化的特點優(yōu)點：可以在常溫下操作；為使混合物聚合凝結(jié)僅加入少量的催化劑即可；增容比和固化體的密度較小。缺點：塑料固化體耐老化性能較差；固化體一旦破裂，污染物浸出會污染環(huán)境，因此處置前都應(yīng)有容器包裝，因而增加了處理費用；混合過程中釋放有害煙霧；需要

16、熟練的操作技術(shù)。第36頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二四、玻璃固化原理：是以玻璃為固化劑，將其與有害廢物以一定比例混合后，在900-1200高溫下熔融，經(jīng)退火后即可轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的玻璃固化體。從固化體的穩(wěn)定性、對融融設(shè)備的腐蝕性、處理時的發(fā)泡情況和增容比來看，硼硅酸鹽玻璃是最有發(fā)展前途的固化方法。第37頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二玻璃固化法的特點優(yōu)點：玻璃固化體致密，在水及酸、堿溶液中的浸出率?。辉鋈荼刃。辉诓ＡЧ袒^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。缺點：裝置較復(fù)雜，處理費用昂貴、工作溫度較高、設(shè)備腐蝕嚴重，以

17、及放射性核素揮發(fā)量大等。第38頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二五、其他固化方法1、石灰固化以石灰為固化劑，以粉煤灰、水泥窯灰為填料，專用于固化含有硫酸鹽或亞硫酸鹽類廢渣的一種固化方法。原理：水泥窯灰和粉煤灰中的活性氧化鋁和二氧化硅，能與石灰和含有硫酸鹽、亞硫酸鹽廢渣中的水反應(yīng)，經(jīng)凝結(jié)、硬化后形成具有一定強度的固化體。第39頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二適用于固化鋼鐵、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。固化體可作路基材料或砂坑填充物、優(yōu)點使固化劑來源豐富，價廉易得；操作簡單，處理費用低；不需脫水和干燥，可在

18、常溫下操作等。缺點是增容比大，固化體易受酸性介質(zhì)浸蝕，需對固化體表面進行涂覆。第40頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二2、自膠結(jié)固化自膠結(jié)固化是將大量含有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（ ）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)硬化形成自膠結(jié)固化體。自膠結(jié)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。第41頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二3、水玻璃固化是以水玻璃為固化劑，無機酸類（如硫酸、硝酸、鹽酸和磷酸）為助劑，與有害廢物按一定比例進行中和和縮合脫水反應(yīng)

19、，形成凝膠體，將有害廢物包容，經(jīng)凝結(jié)硬化逐步形成水玻璃固化體。具有工藝簡單、價廉易得，處理費用低、固化體耐酸性強，抗透水性號，重金屬浸出率低等特點。第42頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二 表6-1各種固化/穩(wěn)定化技術(shù)的適用對象和優(yōu)缺點技術(shù)適用對象優(yōu)點缺點水泥固化法重金屬，氧化物，廢酸1. 水泥攪拌，處理技支已相當成熟2. 對廢物中化學(xué)性質(zhì)的變動具有相當?shù)某惺芰?. 可由水泥與廢物的比例來控制固化體的結(jié)構(gòu)缺點與不透水性4. 無需特殊的設(shè)備，處理成本低5. 廢物可直接處理，無需前處理1.廢物中若含有特殊的鹽類，會造怐固化體破裂2.有機物的分解造成裂隙，增加滲透性，降低結(jié)構(gòu)強

20、度3.大量水泥的使用增加固化體的體積和質(zhì)量石灰固化法重金屬，氧化物，廢酸1.所用物料價格便宜，容易購得2. 操作不需特殊設(shè)備及技術(shù)3.在適當處置環(huán)境，可維持波索來（pozzolanic reaction）反應(yīng)的持續(xù)進行1.固化體的強度較低，且需較長的養(yǎng)護時間2.有較大的體積膨脹，增加清運和處置的困難塑性固化法部分非極性有機物，氧化物，廢酸1. 固化體的滲透性較其它固化法低2. 對水溶液有良好的阻隔性1. 需要特殊設(shè)備和專業(yè)操作人員2. 廢物中若含氧化劑或揮發(fā)性物質(zhì)，加熱時可能會著火或逸散，廢物須先干燥，破碎后才能進行操作熔融固化法不揮發(fā)的高危害性廢物，核能廢料1. 玻璃體的高穩(wěn)定性，可確保固化

21、體的長期穩(wěn)定2. 可利用廢玻璃屑作為固化材料3. 對核能廢料處理已有相當成功技術(shù)1. 對可燃或具揮發(fā)性的廢物并不適用2. 高溫?zé)崛谛柘拇罅磕茉?. 需要特殊的設(shè)備及專業(yè)人員自膠結(jié)固化含有大量硫酸鈣和亞硫酸鈣的廢物1. 燒結(jié)體的性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)強度高2. 燒結(jié)體不具生物反應(yīng)性及著火性1. 應(yīng)用面較為狹窄2. 需要特殊的設(shè)備及專業(yè)人員第43頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二第三節(jié) 藥劑穩(wěn)定化一、常規(guī)固化技術(shù)的問題體積都有不同程度的增加固化體的長期穩(wěn)定性 因此，近來發(fā)展了一種新型的穩(wěn)定化方法化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)。第44頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二二、藥

22、劑穩(wěn)定化原理：是利用化學(xué)藥劑通過化學(xué)反應(yīng)使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性物質(zhì)的過程。優(yōu)點：可以在實現(xiàn)廢物無害化的同時，達到廢物少增容或不增容，從而提高危險廢物處理處置系統(tǒng)的總體效率和經(jīng)濟性；還可以通過改進螯合劑的結(jié)構(gòu)和性能使其與廢物中危險成分之間的化學(xué)螯和作用得到強化，進而提高穩(wěn)定化產(chǎn)物的長期穩(wěn)定性，減少最終處置過程中穩(wěn)定化產(chǎn)物對環(huán)境的影響。 第45頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二目前發(fā)展的化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)：pH值控制技術(shù)氧化還原電勢控制技術(shù)沉淀技術(shù)吸附技術(shù)離子交換技術(shù) 其他技術(shù) 第46頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二加入堿性藥劑

23、，將廢物的pH值調(diào)整至使重金屬離子具有最小溶解度的范圍，從而實現(xiàn)穩(wěn)定化。常用的藥劑有：石灰、蘇打、氫氧化鈉等。另外，除了這些常用的強堿外，大部分固化基材，如普通水泥、石灰窯灰渣、硅酸鈉等也都是堿性物質(zhì)，它們在固化廢物的同時，也有調(diào)整pH值的作用。另外，石灰及一些類型的粘土可用作pH緩沖材料。 1、pH值控制技術(shù)第47頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二2、氧化/還原電勢控制技術(shù)把為了使某些重金屬離子更易沉淀，常需將其還原為最有利的價態(tài)。最典型的是把6價鉻(Cr6+)還原為3價鉻(Cr3+)、5價砷(As5+)還原為3價砷(As3+)。常用的還原劑有硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、二氧化硫等。 第48頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二3、沉淀技術(shù)硫化物沉淀 大多數(shù)重金屬硫化物在所有pH值下的溶解度都大大低于其氫氧化物硅酸鹽沉淀 生成的硅酸鹽沉淀在較寬的pH值范圍（2-11）有較低的溶解度碳酸鹽沉淀 一些重金屬（Ba、Cd、Pb）的碳酸鹽溶解度低于其氫氧化物第49頁，共54頁，2022年，5月20日，9點37分，星期二共沉淀 在非鐵二價重金屬離子與Fe2+共存的溶液中，投加等當量的堿，則有：xM2+(3-x)Fe2+60H-MxFe3-x(OH)6 生成暗綠色的混合氫氧化