固体废物的物化处理.pptVIP

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，常见的是浮选、溶剂浸出、稳定化/固定化处理等。,一、,一、浮选原理,二、浮选药剂,（一） 捕收剂 1、概念 能够选择性地吸附在欲选颗粒上，使目的颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡浮着的药剂称为捕收剂。,根据在浮选过程中的作用，浮选药剂分为三大类：捕收剂、起泡剂和调整剂。,2. 捕收剂的种类,捕收剂的种类很多，虽然都是在物料表面吸附以增加物料表面的疏水性，但吸附机理也有多种，如物理吸附，化学吸附和电性吸附等，仅介绍两种典型的捕收剂类型。 异极性捕收剂(heteropolar collector) 异极性捕收剂的分子由极性基（亲固基）和非极性基（疏水基）组成，如黄药（ROCSSNa）和羧酸（RCOOH）或羧酸盐（RCOONa）等。其捕收对象主要取决于极性基的选择性吸附。 非极性捕收剂(non-polar collector) 不含极性基的有机烃类，如煤油、柴油等，对具有天然可浮性的物料具有增强作用。,3. 捕收剂的结构特征（以黄药为例）： 黄药学名为烃基二硫代碳酸盐，也称黄原酸盐，其分子结构通式为ROCSSAm, R为烃基，Am为碱金属离子，见下图； 极性基：决定其在固体表面的吸附（能否吸附，吸附什么离子）以及属于什么吸附（化学吸附或物理吸附等）； 非极性基：在一定程度上可促进吸附，并在吸附后决定其吸附接触角的大小（即吸附强度）。,黄药分子与固体颗粒表面的作用,（二）起泡剂（frothers）,作用 主要是形成泡沫，增加分选界面，有时也与捕收剂联合作用. 结构及特性 应该是异极性有机物：极性基亲水，非极性基亲气，能在气水界面产生定向排列； 大部分为表面活性物质，能够降低水的表面张力； 应具有适当的溶解度：溶解度太高，主要溶解于水的内部，表面浓度低，达到同样效果的消耗量大；溶解度太低，则不能及时发挥作用，难以控制 常用的起泡剂 有松油，松醇油（主要成分均为-萜烯醇）和68个C的脂肪醇类等.-萜烯醇的化学式为：C10H17OH。,（三）调整剂（regulators）,作用 主要调整捕收剂的作用及介质条件。作用在于提高浮选过程的选择性，强化捕收剂的作用，改善浮选条件等，根据其具体作用的不同，又可分为： 类型 活化剂：促进捕收剂与被选物质的作用（如硫化钠作用于金属表面），常见种类如金属阳离子、阴离子HS-、 HSiO3- 抑制剂：增大可浮物与不浮物的可浮性的差异，主要是增加不浮物的亲水性；常见如O2、SO2、淀粉和单宁等 介质调整剂：调节介质的酸碱度，如黄药在碱性介质中效果好，而双黄药则适宜于酸性介质中；常见种类酸、碱 分散剂：细粒分散，减少对药剂的干扰和消耗，避免细粒罩盖影响选择；常见种类水玻璃、磷酸盐 絮凝剂：用于团聚细粒，也可用于分选，如选择性絮凝。常见如聚丙烯酰胺。,三、浮选工艺过程,影响浮选效果的主要因素有：物料性质(如颗粒的润湿性、颗粒的大小等)；药剂条件(如药剂的种类、用量、药剂的组合等)；操作条件(如充气量大小、液面高低等)等。,浮选工艺过程主要包括调浆、调药、调泡三个程序。 调浆即调节浮选的料浆浓度。浮选的料浆浓度必须适合浮选工艺的要求。 调整浮选过程药剂的过程为调药。调药包括提高药效、合理添加、混合用药、料桨中药剂浓度调节与控制等。一般先加调整剂，再加捕收剂，最后加起泡剂。 调节浮选气泡的过程为调泡。,四、浮选设备,浮选机的种类很多，其主要差别有：充气方式不同（吸入或压入），搅拌方式的不同，槽体形状不同（方形、圆形，上方下锥形等），料浆和空气在槽内的运动方式不同。 浮选机的主要类型：机械搅拌式浮选机、充气搅拌式浮选机、充气式浮选机 、气体析出式浮选机。XJK型机械搅拌式浮选机我国使用最广。,浮选机是实现浮选过程的重要设备。,浮选对浮选机的基本要求,浮选技术经济指标的好坏，与浮选机的性能密切相关。 对浮选机的基本要求有： 良好的充气作用：气泡是疏水性物料的运载工具，浮选机必须保证能吸入或压入足量的空气并能使这些空气充分弥散； 良好的搅拌作用：搅拌能造成物料的悬浮，物料在浮选槽内均匀分散，造成物料与药剂、气泡充分接触和碰撞，促进药剂的溶解； 能形成比较平稳的泡沫区：在浮选的料浆表面，应有比较平稳的泡沫区，以使吸附了目的物料的泡沫保持住目的物料，并使夹杂的非目的物料能够脱落； 能连续工作并便于调节：包括连续给料和连续排料，给、排料量的调节等。,从粉煤灰中回收炭：捕收剂为煤油，起泡剂可用松醇油； 从煤矸石中回收硫铁矿：黄药松醇油； 从焚烧炉灰中回收金属：黄药松醇油。,五、 浮选的应用,固相,主要用于处理成分复杂、嵌布粒度微细且有价成分含量低的矿业、化工和冶金废弃物。,1、外扩散：指溶剂分子向颗粒表面和孔隙扩散到达反应带。 2、化学反应：指溶剂达到反应带后与颗粒中的某些成分发生反应生成可溶性化合物。 3、解吸：指可溶性化合物在颗粒表面解吸，包括颗粒内部孔隙的可溶性化合物的解吸。 4、反扩散：指可溶性化合物在固体表面解吸后，向液相扩散，浓度差是主要的推动力。,由于经历了上述4个过程，物料中目的组分不断进入液相，最后进行固液分离，即可使得目的组分全部或大部分转入液相，再从液相中回收利用。,（二）浸出过程的化学反应机理,浸出物料中的某一种或几种组分是一个极为复杂的溶解过程，可分为物理溶解过程和化学溶解过程。,化学溶解过程是指溶剂与物料的有关组分之间发生化学反应生成可溶性的化合物进入液相的过程。包括：,CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O,2Cu + O2 + nNH3 2CuO nNH3,Cu + H2SO4 +1/2O2 CuSO4 + H2O,即,，,（三）典型的浸出反应,氧化,浸出液经固液分离得到含铜的氨浸出液，对其进行蒸馏，氧化铜以沉淀析出，NH3和CO2冷凝吸收得到(NH4)2CO3等，返回浸出作业再利用。,浸出剂,粒度细、比表面积大、结构疏松、组成简单、 裂隙和孔隙发达、亲水性强的物料浸出率高。,大部分浸出化学反应和扩散速率随温度升高而加快。温度升高的程度受到溶剂沸点和技术经济条件的限制。,浸出速率随着压力增加而加快。,适宜的搅拌能减小扩散层厚度，加快浸出速率，但需通过实验确定。,溶剂的浓度越大，固体的溶解速率和溶解程度都增加，但是过高的浓度，不仅不经济，杂质进入溶液的量也增多，设备腐蚀程度也增大，因此适宜的浓度需通过实验确定。,(四),固液比、,五、,根据浸出过程中物料的运动方式：,五、,据浸出剂与被浸废料的相对运动方式的不同浸出工艺可分为顺流浸出、错流浸出和逆流浸出三种。,浸出剂,被浸物料,送后续处理,浸液,浸渣,物料,新浸出剂,顺流浸出工艺流程,错流浸出工艺流程,浸液,浸渣,被浸物料,浸出剂,逆流浸出工艺流程,渗滤浸出是使浸出剂溶液通过物料层实现的，按溶液流向分为上升流浸出和下降流浸出。包括就地浸出、堆浸和槽浸三种方法。多用于大规模矿业废物，如尾矿的浸出。,（一）渗滤浸出,搅拌浸出与渗滤浸出不同，浸出时物料和浸出剂同时流动，在机械，空气或机械与空气联合搅拌下进行。搅拌浸出必须先将物料磨细，再配成2050的料浆，它具有浸出速率快，浸出率高、生产能力大、连续方便等优点。料浆搅拌有常压和高压操作之分。多用于各种数量较少的工业废物，如各种冶金、化工废渣等的浸出。 浸出系统由数个浸出设备组成，料浆逆向连续通过各浸出槽多段浸出，以提高浸出效果。机械搅拌和高压反应釜可采用化工生产类似设备。 空气搅拌浸出与机械搅拌浸出比较，具有充气性好，搅拌能力强和避免机械搅拌部件腐蚀和磨损等优点。 生产中究竟采用哪种工艺，取决于浸出物料品位，回收的有用组分的价值，进行反应所需条件等因素。,（二）搅拌浸出,常用的浸出设备主要有渗滤浸出槽(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五类。,立式高压釜,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,六、,固体废物中的目的组分浸出进入浸出液后，要经过后续作业将目的组分从浸出液中提取或分离出来，常用方法有：,稳定化固化处理是处理重金属废物和其他非金属危险废物的重要手段，在区域性集中管理系统中占有重要的地位。稳定化固化处理作为废物最终处置的预处理技术在国内外广泛应用于以下几个方面： （1）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，例如，在填埋处置液态或泥状危险废物时，由于液态物质的迁移特性，如使用液体吸收剂，当填埋场处于很大的外加负荷时，被吸收的液体很容易被重新释放出来，所以应对这类废物进行稳定化/固定化处理。 （2）对其他处理过程所产生的残渣进行无害化处理。例如，焚烧过程虽然可以有效地破坏有机毒性物质，并具有很大的减容效果。但是同时也必然会在此过程产生的灰渣中浓集某些化学成分，甚至浓集放射性物质，所以要对焚烧过程产生的灰渣进行无害化处理。另外，在铅锌的冶炼过程中产生含有较高浓度砷的废渣，这些废渣大量堆积，会严重威胁地下水的质量，因此也必须对此废渣进行稳定化/固定化处理。 （3）对被有害污染物污染的土壤进行去污。,化学稳定化是通过化学反应使有毒物质生成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固定不动。 物理稳定化是将污泥或半固体物质与一种疏松物料(如粉煤灰)混合生成一种粗颗粒、有土壤坚实度的固体，这种固体可以用运输机送至处置场。,一、稳定化/固化处理技术所涉及的概念和方法,可以理解为特定的稳定化过程。,二、,浸出速率，是指固化体浸于水或其他溶液中时，其中危险物质的浸出速率。固化体在浸泡时的溶解性能，是鉴别固化体产品性能的最重要的一项指标。评价固化体浸出速率主要有两个目的：一是通过固化体难溶性程度比较，可以对固化方法及工艺条件进行比较、改进或选择；二是有助于预测各类型固化体暴露在不同环境时的性能，在危险废物固化体贮存或运输条件下用以估计其与水(或其他溶液)接触所引起的危险或风险。 增容比，也称体积变化因数，是指危险废物在稳定化/固化处理前后的体积比。体积变化因素是评价稳定化/固化处理方法好坏和衡量最终处置成本的一项重要指标。 抗压强度，危险废物固化体必须具有一定的抗压强度，才能安全贮存；否则一旦其出现破碎和散裂，就会增加暴露的表面积和污染环境的可能性。不同后续处置利用要求不同。,三、,利用化学药剂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。稳定化技术与其他方法(例如封闭与隔离)相比，具有处理后潜在威胁和相对持久性的持点。利用稳定化技术可以有效地防止污染物的扩散。,对化工、冶金、电镀等行业中含重金属的酸、碱性泥渣，进行中和处理，达到化学中性。,在设计处理工艺时应尽量使用酸、碱性泥渣互为中和剂，以达到经济有效的中和处理效果。,（一）重金属离子的稳定化,通过氧化还原处理，将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒有害组分转化为无毒或低毒的化学性质稳定的组分，以便资源化利用或无害化处置。,一种吸附剂往往只对某一种或某几种污染物具有优良的吸附性能，而对具他污染成分则效果不佳。例如，活性炭吸附有机物最有效，活性氧化铝对镍离子的吸附能力较强，而其他吸附剂对这种金属离子却没有吸附作用。,调节好pH值是操作的重要条件。,形成硅酸盐,在较宽的pH（211）值范围内，有较低的溶解度,有调pH值的作用,主要用于,磁铁吸住而去除,沉淀包含于,在非铁二价重金属离子与Fe2共存的溶液中，投加适量的碱调节pH，再用空气氧化：,除了氢氧化铁外，其他沉淀物如碳酸钙也可以产生共沉淀。,大多数金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的溶解度要小得多，因此，采用硫化物沉淀法可使重金属的稳定化效果更好。,螯环的形成使螯合物比相应的非螯合配合物具有更高的稳定性。,螯环对这几种重金属离子有非常好的捕集效果。,（二）有机污染物的氧化解毒处理,3550的水溶液保存，和紫外线结合使用，可以极大地减小反应设备的容量。 现场处理被五氯酚污染的土壤是很有效，可以降解99.9的五氯酚，并可有效去除总有机碳。,铁作为催化剂时， 产生自由基OH,四、固体废物固化处理,指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，使其达到稳定化的一种过程。 有害废物经固化处理后，其渗透性和溶出性均可降低，所得固化块能安全地运输和方便地进行堆存或填埋，对稳定性和强度适宜的产品还可以作为筑路的基材。,（1）固化的概念,（2）固化的机理,固化有两种方式，其机理也不尽相同： 将有害废物通过化学转变或引入到某种晶格中达到稳定化。 将有害废物用惰性材料加以包容使之与环境隔离。 根据上述基本原理，固化处理方法可划分为四类： 包胶固化（又称凝结固化） 按固化剂：a.水泥固化；b.沥青固化；c.石灰固化；c.塑料固化 按包胶结构： a.宏观包胶：将有害废物包裹在包胶体内，使其与 环境隔离。 b.微囊包胶：用包胶材料包覆废物的微粒。 自胶结固化：适用于含有大量能成为胶凝剂的废物，（如：排烟脱硫 石膏） 玻璃固化： 将污泥与玻璃原料一起烧制成玻璃。 水玻璃固化：利用水玻璃加酸后的硬化等性能将有害废物结合，包容及吸附而固化。,（3）固化剂(Solidifying agent),固化常用的惰性材料： 水泥、沥青、塑料、石灰（凝结固化） 硅酸钠（水玻璃）、粘土（玻璃化固化）,但是现在所采用的各种固化处理往往只能适用于一种或几种类型的废物。已应用该技术处理的废物主要包括金属表面加工废物、电镀及铅冶炼酸性废物、尾矿、废水处理污泥、焚烧、炉灰、食品生产污泥等，并非所有的危险废物都适用于固化处理，并且某些废物对不同固化处理技术的适应性也有所差别。,根据固化处理的对象可以将固化处理分为无机废物固化法和有机废物包封法，各自的优缺点如表所示。,1. 基本理论,概念：以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种处理方法。 原理： 水泥是一种无机胶凝材料，是以水化反应的形式凝固并逐步硬化的，包括两种作用： 凝胶包容(Gel encapsulation)：水泥与污泥中的水发生水化反应，生成的凝胶将污泥中的固态物质包容（污泥中的固态物成为水化物的骨料从而被水泥凝胶包容）。 离子沉淀(ionic precipitation)：水泥是一种碱性物质，污泥中的重金属离子与水泥中的OH反应生成难溶于水的沉淀（重金属离子以其稳定的化合物形式存在与水泥制品中）。,(一)水泥固化,适用对象：适用于无机类的废物，尤其是重金属污染废物，也适用于低、中放射性废物和垃圾焚烧飞灰等。,2.水泥与添加剂,（1）水泥 水泥的种类 硅酸盐水泥：以石灰、粘土为主要原料的水泥（又叫波特兰水泥）； 矿渣水泥：加入了一定量的高炉水淬渣（火山灰质）。 粉煤灰水泥：加入了一定量的粉煤灰（火山灰质）。 高铝水泥：加入了一定量的高铝原料，如铝土。 用于固化处理的水泥主要有： 硅酸盐水泥：适用于腐蚀性不强的污泥（因硅酸盐水泥易于和污 泥中的油类， 有机酸，金属氧化物反应损害凝结 硬化过程）。 矿渣水泥： 具有抗硫酸盐和抗化学腐蚀性。 粉煤灰水泥：抗硫酸盐。,（2）添加剂 作用 改善固化条件，提高固化体的质量（如减水剂）。 添加剂种类 吸附剂（活性氧化铝等）：吸附污泥中的有害组分。 缓凝剂（柠檬酸等）：获得一定的操作时间。 促凝剂（水玻璃等）：提高早期强度。 减水剂（Na2SO4等）：降低水灰比，提高强度。,3 水泥固化影响因素,较,（1）电镀干污泥的水泥固化,干污泥 水泥 水（12） 20 （610） 强度可达：1020Mpa 重金属浸出率：Hg0.0002 mg/L Cd0.02 mg/L Pb0.002 mg/L Cr6+0.02 mg/L As0.01 mg/L,3.水泥固化法的应用,采用400500号硅酸盐水泥作为固化剂。,工艺流程,电镀污泥水泥固化处理工艺流程,4 水泥固化的特点,1.概述,概念 以沥青类材料作为固化剂，与危险废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌作用下发生皂化反应，使有害物质包容在沥青中并形成稳定固化体的过程。 沥青的性质 具有粘结性、化学稳定性，弹性，塑性； 具有对大多数酸、碱、盐的耐腐蚀性和一定的抗辐射性。,（二）沥青固化,目前，我国使用的沥青大部分来自于石油蒸馏的残渣，从固化的要求出发，较理想的沥青组分含有较高的沥青质和胶质以及较低的石蜡。完整的沥青固化体具有优良的防水性能。,2. 沥青固化方法,（1） 高温熔化混合蒸发法 （High temperature melting-vaporization method）,高温熔化混合蒸发法沥青固化流程,a.工艺流程说明 在沥青贮槽通入蒸气加热，使沥青成熔融状态； 加入废物，在搅拌槽中进一步加热至220，并高速搅拌（15003000转分）； 在高温和高搅拌速度的条件下，污泥中的水分蒸发； 混合物排入贮存容器，冷却后固化； 蒸发气体经冷凝器冷却，冷凝液体再经处理排放，废气经静电除尘，木炭过滤，烟囱排放。,b. 特点,增容比低，浓缩系数大 固化体致密度高，有害物质的浸出率低，一般比水泥固化体低23个数量级。 快速硬化：冷却后即固化（水泥需养护，28天后为最终强度）。 导热系数低，水分蒸发慢，处理时间长（需加温，搅拌)。 控制温度（加热过高造成可燃），运输，贮存要有防火措施。,c.应用范围,适用于量小，浸出率要求较低的污泥，如放射性污泥，电镀污等。,(2) 暂时乳化法 （Temporary emulsification method）,主要步骤 首先将污泥、沥青与表面活性剂混合成乳浆状：处理中等放射性污泥时，可采用20%活性成分（1/3烷基磺酸钠和2/3的烷基苯磺酸钠）的阴离子表面活性剂；用量为与干污泥之比约6：1000；处理高放射性污泥时，可采用90%活性成分（主要为椰子壳中的氨基丙酮）的阴离子表面活性剂；用量为与干污泥之比约5：100； 然后经过滤除去大部分水分；再进一步升温干燥，使混合物脱水。主要设备是双螺杆挤压机。,b. 固化流程的说明 对含水率为90%的污泥，先经过滤机过滤使含水率降至50%； 将污泥、沥青和表面活性剂按比例一起给入螺杆挤压机； 螺杆挤压机分三个区域： 给料区：不加热，将三种物料混合； 挤压区：加热至90C，并经挤压分离水分； 高温区：加热至105-110C，将水分降至5-7%。 经螺杆挤压机处理后，再给入螺旋干燥器以140-150C的温度进一步将水分降至0.5%以下； 固体和放射性盐份留在沥青内，冷却后被固化。,暂时乳化法沥青固化流程,3. 沥青固化主要影响因素,影响固化体浸出率的因素 沥青的种类：直馏沥青效果较好； 废物量、化学组成及混合状况：废物量与沥青的重量比以40-50为宜； 残余水分：残余水分越高，浸出率越高，应控制在10%以内，最好是0.5%以内。 影响固化体化学稳定性的因素 硝酸盐和亚硝酸盐能降低沥青的燃点； 能与沥青发生化学反应的物质也能降低沥青的稳定性。,沥青固化一般被用来处理中、低放射性蒸发残液、废水化学处理产生的污泥、焚烧炉产生的灰分，以及毒性较大的电镀污泥和砷渣等危险废物。,4. 沥青固化应用及特点,固化体的空隙率和固化体中的污染物的浸出速率均大大降低。 固化剂有一定的危险性，固化过程中容易造成二次污染，需要采取措施避免。 对于含水量高的废物，由于沥青不具备水泥的水化作用和吸水性，所以需要预先对废物进行浓缩脱水处理。因此沥青固化工艺流程和装置往往较为复杂，一次性投资与运行费用均高于水泥固化法。 固化操作需要在高温下完成，不宜处理在高温下易分解的废物、有机溶剂和强氧化性质废物。,主要和水泥固化相比，沥青固化在固化技术方面，具有如下特点：,（三）石灰固化,1、原理： 是指以石灰和具有火山灰活性的物质(如粉煤灰、垃圾焚烧灰渣、水泥窑灰等)为固化基材对危险废物进行稳定化与固化处理的方法。在有水存在的条件下，这些基材物质发生反应，将污泥中的重金属成分吸附于所产生的胶状微晶中。而石灰与凝硬性物料结合会产生能在化学及物理上将废物包裹起来的粘结性物质。 石灰固化利用一些很少有或者没有商业价值的废物，对废物处理者来说是非常有利的，因为两种废物可以同时得到处理。 2、应用特点： 石灰固化技术适用于稳定石油冶炼污泥、重金属污泥、氧化物、废酸等无机污染物。 总的来说，石灰固化方法简单，物料来源方便，操作不需特殊设备及技术比水泥固化法便宜，并在适当的处置