固體廢物處理與處置物化處理課件

第三章

固體廢物的物化處理技術(shù)第一節(jié)溶劑浸出

成分復(fù)雜、嵌布粒度微細(xì)且有價(jià)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(jià)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（溶劑浸出）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(jìn)入溶液中而達(dá)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?jiān)蔀榻鲈?1)簡(jiǎn)單酸浸用于：大部分金屬的簡(jiǎn)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：Fe3+、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。(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(jià)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(jī)鹽的水溶液為浸出劑，常用的有氯化鈉、高價(jià)鐵鹽、氯化銅、次氯酸鈉。常用于浸出鐵、鉛、鉍、鋅、銅。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(jìn)行破碎處理，也可焙燒后浸出。1、根據(jù)浸出過程廢物的運(yùn)動(dòng)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(xì)的廢物與浸出劑在攪拌槽中進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌的浸出過程，可浸出各種廢物。浸出前廢物磨細(xì)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(duì)運(yùn)動(dòng)方式的不同浸出工藝可分為順流浸出、錯(cuò)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流浸出工藝流程錯(cuò)流浸出工藝流程浸液浸渣被浸物料浸出劑逆流浸出工藝流程物料粒度及其特性一般來說，粒度細(xì)、比表面積大、結(jié)構(gòu)疏松、組成簡(jiǎn)單、裂隙和孔隙發(fā)達(dá)、親水性強(qiáng)的物料浸出率高。滲濾池浸出粒度以0.5-1.0cm為宜。四、影響浸出過程的主要因素其他因素：固液比、氧分壓、溶劑濃度等。合適的固液比可通過實(shí)驗(yàn)確定；溶劑濃度過高，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且雜質(zhì)進(jìn)入溶液的量增多，設(shè)備腐蝕程度增大；鼓入氣體可提高料漿中氧分壓，對(duì)一些特定的浸出反應(yīng)有重要意義。第二節(jié)固化與穩(wěn)定化處理一、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(jī)械強(qiáng)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(jiǎn)單、便于操作。固化劑來源豐富，價(jià)廉易得。處理費(fèi)用低。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?？箟簭?qiáng)度：危險(xiǎn)廢物的固化體必須具有一定的抗壓強(qiáng)度，在環(huán)境中才能安全貯存或處置。裝桶貯存或進(jìn)行處置時(shí)，其抗壓強(qiáng)度控制在0.1~0.5MPa；如用作建筑材料，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于10MPa；放射性廢物固化體的抗壓強(qiáng)度，蘇聯(lián)要求是5MPa，英國(guó)要求是達(dá)到20MPa。4、固化處理機(jī)理固化處理的機(jī)理十分復(fù)雜，目前理論闡述不明確。目前的方法主要兩類：將污染物化學(xué)轉(zhuǎn)變或者引入到某種穩(wěn)定的晶格中；將污染物直接摻入到惰性材料中進(jìn)行包封；二者單獨(dú)或者結(jié)合使用。主要用于處理無機(jī)廢物。（二）包膠固化包膠固化是采用某種固化基材對(duì)于廢物塊或廢物堆進(jìn)行包覆處理。固化劑類型：水泥、石灰、熱塑性材料固化熱固性材料固化。水泥固化1）原理

以水泥為固化劑將有害廢物進(jìn)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下）氫氧化物或碳酸鹽↓（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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：固化工藝和設(shè)備比較簡(jiǎn)單，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低；水泥和添加劑便宜易得；對(duì)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(qiáng)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。（5）水泥固化的特點(diǎn)缺點(diǎn)：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(huì)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。特點(diǎn)：水泥固化法對(duì)含高毒重金屬?gòu)U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(jiān)硬物質(zhì)，將廢物包容的方法。波索來反應(yīng)：Ca(OH)2+SiO2+H2O(CaO)x(SiO2)y(H2O)zCa(OH)2+Al2O3+H2O(CaO)x(Al2O3)y(H2O)z（2）應(yīng)用適用于固化鋼鐵、機(jī)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(hù)后可作為路基材料或砂坑填充物。（3）特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：使用的添加劑本身是廢物，來源廣，成本低；操作簡(jiǎn)單，不需要特殊的設(shè)備，處理費(fèi)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(diǎn)：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(duì)固化體表面進(jìn)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(jìn)行包覆處理。熱塑性物質(zhì)在常溫下呈固態(tài)，高溫時(shí)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、聚丙烯等。（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(shí)乳化法：③化學(xué)乳化法：高溫熔化混合蒸發(fā)法瀝青固化流程暫時(shí)乳化法瀝青固化流程瀝青固化的優(yōu)點(diǎn)及適應(yīng)性：優(yōu)點(diǎn)：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(duì)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(jìn)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(qiáng)度和穩(wěn)定性的固化體。熱塑性材料固化特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：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(duì)溶液或微生物具有強(qiáng)抗侵蝕性。固化體不需作長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)。缺點(diǎn)：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(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高。4、熱固性塑料固化（1）原理將一種有機(jī)聚合物的單體與廢物一個(gè)特殊設(shè)計(jì)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(jī)聚合物：脲醛樹脂和不飽和聚酯。

不飽和聚酯樹脂是由二元羧酸（或酸酐）與二元醇縮聚，并與乙烯基單體共聚形成的網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)的材料。脲醛樹脂是尿素和甲醛反應(yīng)得到的聚合物。（2）應(yīng)用在含有重金屬、油及有機(jī)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）熱固性塑料固化的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：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??；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(diǎn)：不夠安全，有時(shí)包膠劑要求用強(qiáng)酸性催化劑，因而在聚合過程中會(huì)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(fèi)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(jiān)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)操作磷酸鹽玻璃固化流程硼酸鹽玻璃固化流程3.玻璃固化的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：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。缺點(diǎn)：裝置較復(fù)雜，處理費(fèi)用高、工作溫度較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，以及放射性核素?fù)]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(jìn)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)硬化形成像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(diǎn)。2.工藝流程煙道氣脫硫泥渣固化Terra-Crete流程3.特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

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(shí)間短；對(duì)固化的泥渣不需要完全脫水等。缺點(diǎn)：

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。二、穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化是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。Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等重金屬的化學(xué)穩(wěn)定化技術(shù)有毒有害物質(zhì)含氯的揮發(fā)性有機(jī)物、硫醇、酚類、氰化物等有機(jī)污染物的氧化解毒技術(shù)利用化學(xué)藥劑通過化學(xué)反應(yīng)。具有相對(duì)持久性。

藥劑穩(wěn)定化處理酸堿泥渣中和劑罐式機(jī)械攪拌/池式人工攪拌將固體廢物中可以發(fā)生價(jià)態(tài)變化的某些有毒有害組分通過氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無毒/低毒化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的組分吸附劑可逆

吸附具有選擇性：活性炭-有機(jī)物；活性氧化鋁-鎳離子氫氧化物沉淀硫化物沉淀硅酸鹽沉淀碳酸鹽沉淀共沉淀無機(jī)/有機(jī)螯合物沉淀重金屬溶出法離子交換中和法氧化還原法吸附法化學(xué)沉淀法離子交換樹脂、天然或人工合成沸石、硅膠

昂貴可逆

2.1重金屬化學(xué)穩(wěn)定化還原劑硫酸亞鐵/硫代硫酸鈉/亞硫酸氫鈉/二氧化硫/煤炭/紙漿廢液/鋸木屑/谷殼Cr6+Hg2+As3+Cr3+HgAs5+氧化還原反應(yīng)無毒有毒重金屬離子的穩(wěn)定化氧化還原法

藥劑穩(wěn)定化處理氫氧化物沉淀法堿性物質(zhì)：氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉等固化基材：硅酸鹽水泥、石灰窯灰渣、碳酸鈉等硅酸鹽固化（pH2～11）

水和金屬離子與二氧化硅或硅膠不同比例結(jié)合

碳酸鹽沉淀

鋇、鎘、鉛碳酸鹽溶解度＜＜其氫氧化物應(yīng)用不廣泛——pH低，CO2溢出；pH高，氫氧化物重金屬離子的穩(wěn)定化化學(xué)沉淀法pH～溶解度硫化物沉淀法無機(jī)硫化物沉淀：應(yīng)用僅次于氫氧化物沉淀法——大多數(shù)金屬硫化物溶解度低。一般保持pH大于8。有機(jī)硫化物沉淀：較高的分子質(zhì)量——沉淀物易沉降、脫水和過濾；沉淀徹底，適用pH范圍廣。

含汞廢物及含重金屬的粉塵（焚燒灰及飛灰等）

共沉淀

永久磁鐵吸住。碳酸鈣也可產(chǎn)生共沉淀重金屬離子的穩(wěn)定化化學(xué)沉淀法鐵氧體Ⅱ:Ⅲ=1:1～1:2Mn2+Zn2+Ni2+Mg2+Cu2+Cd2+溶解度無機(jī)及有機(jī)螯合物沉淀

廢物中含有的配合劑：磷酸酯、檸檬酸鹽、葡萄糖酸、氨基乙酸、EDTA等形成穩(wěn)定可溶螯合物。螯環(huán)

Pb2+、Cd2+、Ag+、Ni2+、Cu2+,98%Co2+、Cr2+,85%；優(yōu)于Na2S重金屬離子的穩(wěn)定化化學(xué)沉淀法強(qiáng)氧化劑、高溫破壞高pH破壞螯合效應(yīng)

吸附劑

活性炭：活性炭有機(jī)物粘土：金屬氧化物：氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁天然材料：鋸末、沙、泥炭、沸石、軟錳礦、磁鐵礦、硫鐵礦、磁黃鐵礦等人工材料：飛灰、粉煤灰、高爐渣、活性氧化鋁、有機(jī)