固体废弃物处理ppt课件.ppt

第四章固体废物的物化处理PhysicalandChemicalTreatmentofSolidWaste 1固体废物浮选 2固体废物溶剂浸出 3固体废物稳定化 固化处理 固体废物的物化处理方法 1flotation 2solventextraction 3Stabilization solidification 浮选是根据不同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的过程 润湿性 wettability 物质被水润湿的程度 亲水性 hydrophilicity 如果颗粒易被水润湿 则称该颗粒为亲水性的 疏水性 hydrophobicity 如颗粒不易被水润湿 则是疏水性的 1 浮选 flotation 浮选 影响浮选效果的因素 浮选工艺 浮选原理 浮选药剂 浮选设备 料浆 浮选药剂 扩大不同组分的可浮性差异 无数细小气泡 目的颗粒粘附在气泡上上浮 捕收剂起泡剂调整剂 调浆调药调泡 机械搅拌式充气搅拌式充气式气体析出式 物料性质药剂条件操作条件 principle medicament equipment technique influencefactor 1 1 浮选原理 principle 浮选是通过在固体废物与水调制的料浆中 加入浮选药剂 并通入空气形成无数细小气泡 使欲选物质颗粒粘附在气泡上 随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层 然后刮出泡沫回收 不能上浮的颗粒仍留在料浆内 适当处理后废弃 1 2 浮选药剂 medicament 浮选剂 flotationagent 根据其作用的不同可分为捕收剂 collector 起泡剂 frother 和调整剂 modifyingagent 捕收剂 collector 捕收剂能够选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面 使其疏水性增强 提高可浮性 并牢固地粘附在气泡上而上浮 良好的捕收剂应具备 捕收作用强 具有足够的活性 有较高的选择性 易溶于水 无毒 无臭 成分稳定 不易变质 价廉易得 捕收剂 异极性捕收剂 非极性油类捕收剂 黄药 ROCSSMe 油酸 非极性基团 极性基团 非极性基团 脂环烷烃 CnH2n 1 环烷烃 CnH2n 煤油 起泡剂 frother 起泡剂是一种表面活性物质 surfactant 主要作用在水气界面上 使其界面张力降低 促使空气在料浆中弥散 形成小气泡 防止气泡兼并 增大分选界面 提高气泡与颗粒的粘附和上浮过程中的稳定性 以保证气泡上浮形成泡沫层 常用的起泡剂有松油 松醇油 脂肪醇等 起泡剂在气泡表面的吸附 起泡剂与捕收剂相互作用 调整剂 modifyingagent 调整剂的作用主要是调整捕收剂与物质颗粒表面之间的作用 还可调整料浆的性质 提高浮选过程的选择性 按其作用可分为活化剂 activator 抑制剂 depressor 介质调整剂 regulator 分散剂 dispersant 与混凝剂 coagulant 1 3 浮选工艺过程 technique 调浆 调节浮选前料浆浓度 浮选密度较大颗粒 用较浓料浆 浮选密度较小颗粒 用较稀料浆 调药 调整浮选过程药剂 包括提高药效 合理添加 混合用药 料浆中药剂浓度调节与控制 调泡 调节浮选气泡的过程 浮选前料浆的调制 废物的破碎 磨碎等 加药调整 搅拌 充气浮选 浓缩 脱水 产品 1 4 浮选设备 equipment 基本要求良好的充气作用搅拌作用能形成比较平稳的泡沫区能连续工作及便于调节 设备类型机械搅拌式充气搅拌式充气式气体析出式 缺点固体废物浮选前需要破碎到一定的细度浮选时要消耗一定数量的浮选药剂且易造成环境污染或增加相配套的净化设施需要一些辅助工序如浓缩 过滤 脱水 干燥等 1 5 浮选应用 application 应用粉煤灰中回收炭炼铜炉渣中回收金属废弃塑料混合物分离牙科废料中回收贵金属 2 溶剂浸出 solventextraction 溶剂浸出 是用适当的溶剂与废物作用使物料中的有关的组分有选择性地溶解的物理化学过程 浸出目的 使物料中有用成分或有害成分能选择性地最大限度地从固相转入液相 选择溶剂原则 对目的组分选择性好 浸出率高 速率快 成本低 容易制取 便于回收和循环使用 对设备腐蚀性小 仅发生晶格的破坏 化学键 离子或原子 物理溶解 化学溶解 2 1 化学反应机理 reactionmechanism 发生化学反应 交换反应氧化还原反应络合反应 physicaldissolution chemicaldissolution 中性浸出 浸出方法 碱浸 酸浸 浸出 溶剂选择性地溶解分离固体废物中某种目的组分的工艺过程 浸出剂 浸出过程所用的药剂 浸出液 浸出后含目的组分的溶液 浸出渣 浸出后的残渣 2 2 典型浸出反应 leachingreaction acidextraction neutralextraction alkalineextraction leachingliquor leachingresidue leachingagent 中性溶剂浸出 氯化钠浸出如含铅废物 PbSO4 NaCl PbCl2 Na2SO4PbCl2 NaCl Na2PbCl4 中性浸出剂是水和盐 如氯化钠 高价铁盐 氯化铜和次氯酸钠等溶液 高价铁盐浸出含铋废物 可浸出金属硫化矿废物 Bi FeCl3 BiCl3 FeCl2Bi2S3 FeCl3 BiCl3 FeCl2 S0 氯化铜浸出是浸出金属硫化矿废物的良好溶剂 可浸出FeS2 CuFeS2 PbS ZnS Cu2S等 Cu2S CuCl2 CuCl S0 次氯酸钠浸出可浸出难被高价铁盐及高价铜离子浸出的金属硫化物 MoS2 NaClO NaOH Na2MoO4 NaCl Na3SO4 H2O 水浸出如硫化铜矿经硫酸化焙烧后 CuSO4 固 H2O Cu2 SO42 H2O 酸性溶液浸出 简单酸浸适用于简单金属氧化物 金属含氧盐及少数的金属硫化物 FeS NiS CoS MnS Ni3S2 以及大部分金属铁酸盐 砷酸盐和硅酸盐 Me2Oy H Mey H2O MeO SiO2 H Me2 H2SiO3从含铜废物中浸出铜 孔雀石 CuCO3 Cu OH 2 蓝铜矿 CuCO3 Cu OH 2 黑铜矿 CuO 赤铜矿 Cu2O 硅孔雀石 CuSiO3 2H2O 铜蓝 CuS 辉铜矿 Cu2S O2 黄铜矿 CuFeS2 O2 自然铜 包括简单酸浸 氧化酸浸和还原酸浸 常用的酸浸剂有稀硫酸 浓硫酸 盐酸 硝酸 王水 氢氟酸 亚硫酸等 氧化酸浸控制酸用量及氧化剂 常用Fe3 Cl2 O2 HNO3 NaClO MnO2 H2O2等 用量 几乎所有金属硫化物中金属元素被氧化溶解 硫被还原为单质硫或硫酸根 MeS H 氧化剂 Me2 S0或SO42 还可浸出某些低价金属化合物 赤铜矿 Cu2O 辉铜矿 Cu2S 等 浓硫酸强氧化性可将大部分金属氧化物和氢氧化物转变为相应的硫酸盐MeS H2SO4 MeSO4 SO2 S H2O 还原酸浸变价金属的高价金属氧化物和氢氧化物 MeXOY 或Me OH Y H 还原剂 Men H2O工业上常用金属铁 Fe2 SO2等浸出有色金属生产过程中产生的镍渣 锰渣 钴渣等 MnO2 Fe2 H Mn2 Fe3 H2OMnO2 Fe H Mn2 Fe3 H2OCo OH 3 SO2 H Co2 SO42 H2ONi OH 3 SO2 H Ni2 SO42 H2O 碱性溶剂浸出 氨浸适用于含金属铜 钴 镍及其氧化物的废物浸出 黑铜矿CuO NH4OH NH4 2CO3 Cu NH3 4CO3 H2O孔雀石CuCO3 Cu OH 2 NH4OH NH4 2CO3 Cu NH3 4CO3 H2O而金属铜通过氧化还原反应浸出Cu Cu NH3 4CO3 Cu2 NH3 4CO3Cu2 NH3 4CO3 NH4OH NH4 2CO3 O2 Cu NH3 4CO3 H2OCu Co Ni的硫化物常压氨浸常因溶解不完全而留在浸渣中 采用高压氧化氨浸反应式如下 斑铜矿Cu2FeS4 NH3 CO2 O2 H2O Cu NH3 4 SO4 Cu NH4 2 CO3 Fe2O3 nH2O黄铜矿CuFeS2 NH3 O2 H2O Cu NH3 4 SO4 NH4 2SO4 Fe2O3 nH2O 常用的碱浸剂有氨水 碳酸钠 苛性钠 硫化钠等 碳酸钠溶液浸出较酸浸能力弱 但选择性好设备防腐问题较易解决 适用于含碳酸盐含量高 含钨废料 硫化钼氧化焙烧渣 含磷废物 P2O5 含钒废物 V2O5 黑钨矿 Fe Mn WO4 等的浸出 白钨矿CaWO4 Na2CO3 Na2WO4 CaCO3 苛性钠溶液浸出苛性钠是拜尔法生产氧化铝的主要浸出剂 也用于高含硅废物中有价成分的浸出 方铅矿PbS NaOH Na2WO4 CaCO3还可用于浸出闪锌矿 ZnS 白钨矿 黑钨矿 铝土矿 Al2O3 nH2O 硫化钠溶液浸出硫化钠可分解砷 锑 锡 汞等硫化物 使其生成可溶性硫代酸盐的形态转入浸液中 As2O3 Sb2O3 SnS2 HgS Na2S Na3AsS3 Na3SbS3 Na2SnS3 Na2HgS2 为防止硫化钠水解 提高浸出率 实践中常用硫化钠和苛性钠的混合液作为浸出剂 浸出操作要保证有较高的浸出率 leachingefficiency 浸出率是目的溶质进入溶液的质量分数 设废物干质为Q t 废物中某组分的含量为a 浸出液体积为V m3 该组分在浸出液中的含量为C t m3 浸出渣干质量为m t 浸渣中该组分含量为 浸出率 浸 2 3 影响浸出的过程的主要因素 factor 影响因素 物料粒度及其特性size浸出温度temperature浸出压力pressure搅拌速度mixingrate其他因素的影响 渗滤浸出槽机械搅拌浸出槽空气搅拌浸出槽流态化逆流浸出槽高压釜 工艺 设备 2 2 固体废物浸出工艺与设备Processandequipment 渗滤浸出搅拌浸出 顺流浸出逆流浸出错流浸出 废料的运动方式 废料与浸出剂的相对运动方式 2 4 含锰 锌渣溶剂浸出工艺流程图 渗滤浸出槽结构示意图 机械搅拌浸出槽结构示意图 空气搅拌浸出槽结构示意图 流态化逆流浸出塔结构示意图 卧式高压釜结构示意图 3 稳定化 固化处理 3 1 概述 50年代 水泥固化 cement 和沥青固化 bitumen 处理放射性废物 radwaste 70年代 腊芙运河 事件 LoveCanalchemicalrefugepollutionevent 重金属类等危险废物稳定化 固化处理80年代 稳定化 固化有关的法规 lawsandregulations 药剂稳定化技术发展 发展经历 腊芙运河事件指发生在美国腊芙运河地区的剧毒化学废物污染事件 该运河位于纽约州尼加拉瓜瀑布附近 是一条废弃的运河 20世纪20年代末 被霍克化学塑料公司买去作为废物填埋厂 共填埋了大约200多种化学废物和其他工业废物 其中相当一部分是剧毒物 这些化学废物可以导致畸形 肝病 精神失常 癌症等多种严重疾病 1953年后 铺上表土的填埋厂经转手后建为居民区 1976年 一场罕见的大雨冲走了地表上 使化学废物暴露出来 此后 花草坏死 腐蚀灼伤等现象时有发生 癌症发病率明显增高 引起当地居民的恐慌不安 1978年 美国国家环保总局调查证实为严重的有毒化学废物污染事件 纽约州政府采取了一系列紧急措施进行处理 如封闭学校 疏散居民 买下被化学废物污染的全部房屋等 由于运河事件中首次出现民众自发争取环境权的现象 所以也被称为里程碑式的环境公害事件 对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理对其他处理过程所产生的残渣进行无害化处理对被有害污染物所污染的土壤进行去污 主要应用 发展方向 开发和研制新型的凝结剂coagulant 有机废物的凝结剂 华盛顿加州大学用聚酯固化有毒化学废物在天然粘土中添加季铵盐化合物 提高其吸附性能用纤维和聚合物增加水泥的耐久性开发新型的稳定化 固化重金属危险废物技术在凝结剂中添加炉渣有利于金属的氧化还原反应在普通水泥中加入粉煤灰和活性硫降低固化体孔隙率对两性金属污染废物的稳定化技术优化 对其与凝结剂的健合形式进行了研究 危险废物从产生到处置的全过程 稳定化 固体化处理的目的使危险废物中所有污染组分呈现化学惰性 chemicalinertness 或被包容 hold 起来 减少后续处理与处置的潜在危险 potentialdanger 稳定化 固体化处理的途径将污染物通过化学转变 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 稳定化 固化理论基础 稳定化 固化概念 稳定化 Stabilization 将有毒有害污染物转变为低溶解性 低迁移性及低毒性的过程 化学稳定化 物理稳定化固化 Solidification 在危险废物中添加固化剂 使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程 固化过程 利用添加剂改变废物的工程特征的过程 固化剂 固化过程所用的添加剂 限定化 指将有毒化合物固定在固体颗粒表面的过程 包容化 指用稳定剂 固化剂凝聚 将有毒物质或危险废物颗粒包容或覆盖的过程 rateofleaching factorofvolumechange compressionstrength 利用化学药剂通过化学反应具有相对持久性 有毒有害物质 Cr Cd Hg Pb Cu Zn等重金属的化学稳定化技术 含氯的挥发性有机物 硫醇 酚类 氰化物等有机污染物的氧化解毒技术 3 2 固体废物的药剂稳定化处理 chemicalreagentstabilization 将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒有害组分通过氧化还原反应转化为无毒 低毒化学性质稳定的组分 吸附剂可逆吸附具有选择性 活性炭 有机物 活性氧化铝 镍离子 酸碱泥渣中和剂罐式机械搅拌 池式人工搅拌 氢氧化物沉淀硫化物沉淀硅酸盐沉淀碳酸盐沉淀共沉淀无机 有机螯合物沉淀 离子交换树脂 天然或人工合成沸石 硅胶昂贵可逆 重金属化学稳定化 neutralizationprocess oxidationreductionprocess strippingmethod adsorptionmethod chemicalprecipitationmethod ionexchangemethod 重金属离子的稳定化 中和剂 中和法 酸性泥渣 铬泥 石灰石 石灰 氢氧化钠 碳酸钠碱性泥渣 赤泥 硫酸或盐酸 neutralizer reductant oxidant 重金属离子的稳定化 吸附剂活性炭活性炭有机物粘土金属氧化物 氧化铁 氧化镁 氧化铝天然材料 锯末 沙 泥炭 沸石 软锰矿 磁铁矿 硫铁矿 磁黄铁矿等人工材料 飞灰 粉煤灰 高炉渣 活性氧化铝 有机聚合物 吸附法 镍离子 adsorbent 重金属离子的稳定化 氢氧化物沉淀法碱性物质 氢氧化钠 石灰 碳酸钠等固化基材 硅酸盐水泥 石灰窑灰渣 碳酸钠等硅酸盐沉淀 pH2 11 水和金属离子与二氧化硅或硅胶不同比例结合碳酸盐沉淀钡 镉 铅碳酸盐溶解度 其氢氧化物应用不广泛 pH低 CO2溢出 pH高 氢氧化物 化学沉淀法 pH 溶解度 重金属离子的稳定化 硫化物沉淀法无机硫化物沉淀 应用仅次于氢氧化物沉淀法 大多数金属硫化物溶解度低 一般保持pH大于8 有机硫化物沉淀 较高的分子质量 沉淀物易沉降 脱水和过滤 沉淀彻底 适用pH范围广 含汞废物及含重金属的粉尘 焚烧灰及飞灰等 共沉淀永久磁铁吸住 碳酸钙也可产生共沉淀 化学沉淀法 溶解度 Mn2 Zn2 Ni2 Mg2 Cu2 Cd2 铁氧体 1 1 1 2 重金属离子的稳定化 无机及有机螯合物沉淀废物中含有的配合剂 磷酸酯 柠檬酸盐 葡萄糖酸 氨基乙酸 EDTA等形成稳定可溶螯合物 螯环Pb2 Cd2 Ag Ni2 Cu2 98 Co2 Cr3 85 优于Na2S 化学沉淀法 强氧化剂 高温破坏高pH破坏 Na2S高分子有机硫稳定剂 更稳定螯合物 螯合效应 有机污染物氧化解毒处理 hydrogenperoxide ozone chlorine 水泥固化 固化材料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坚硬的水泥固化体水泥主要成分 铝 硅 铁 钙的氧化物固化基材 普通硅酸盐 矿渣硅酸盐 火山灰硅酸盐 矾土 沸石水泥无机添加剂 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 糖酸丙酯 柠檬酸水泥固化过程硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙等的水合反应产生Ca OH 2 基本理论 危险废物 水泥 水 添加剂 3 3 固体废物的固化处理 cementsolidification 水泥固化 水泥固化影响因素 pH较高 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 蛭石还是骨料 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 凝固时间 水泥固化 应用 无机类的废物 多氯联苯 油和油泥 含有氯乙烯和二氯乙烷的废物 硫化物等 尤其是含有重金属污染物废物 也被应用于低 中放射性及垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰等危险废物的固化处理 对象 采用400 500号硅酸盐水泥为固化剂 电镀干污泥 水泥和水的配比为 1 2 20 6 10 固化体的抗压强度可达10 20Mpa 浸出试验表明 重金属的浸出浓度 汞小于0 0002mg L 原0 13 1 25mg L 镉小于0 002mg L 原1 0 80 6mg L 铅小于0 002mg L 原165 243mg L 六价铬小于0 02mg L 原0 3 0 4mg L 砷小于0 01mg L 原8 14 11 0mg L 电镀污泥 工艺流程 含重金属污泥的水泥固化工艺流程图 水泥固化 特点 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 水泥和添加剂价廉易得 对含水率较低的废物可直接固化 无需前处理 在常温下就可操作 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 优点 缺点 固化体的浸出率较高 通常为10 4 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 固化体的增容比较高 达1 5 2 有的废物需进行预处理和投加添加剂 使处理费用增高 水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出 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 石灰固化 概念应用及特点 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 重金属被吸附于胶体结晶中 包裹起来的粘结性物质 概念 应用 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 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 并在适当的处置环境 可维持波索来反应的持续进行 石灰固化处理得到固化体的强度较低 所需养护时间较长 并且体积膨胀较大 增加清运和处置的困难 因而较少单独使用 特点 limesolidification 沥青固化 原理与工艺 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 憎水性物质 良好的黏结性 化学稳定性 较高的耐腐蚀性 石油蒸馏的残渣 其化学成分包括沥青质 油分 游离碳 胶质 沥青酸和石蜡等 原理 固废预处理 废物与沥青热混合 二次蒸汽净化放射性废物沥青固化基本方法 高温融化混合蒸发 如图4 12 150 230 暂时乳化 混合 脱水 干燥 双螺杆挤压机化学乳化 废物与乳化沥青混合 干燥脱水 冷却硬化 工艺 bitumensolidification 高温熔化混合蒸发沥青固化流程图 沥青固化 应用及特点 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 对象与水泥固化基本相同 应用 1 固化体的空隙率和固化体中污染物的浸出速率均大大降低 另外 由于固化过程中干废物与固化剂之间的质量比通常为1 1 2 1 因而固化体的增容较小 2 固化剂具有一定的危险性 固化过程中容易造成二次污染 需采取措施加以避免 另外 对于含有大量水分的废物 由于沥青不具备水泥的水化作用和吸水性 所以需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 3 固化操作需在高温下完成 不宜处理在高温下易分解的废物 有机溶剂以及强氧化性废物 特点 塑性材料固化 概念及原理 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的过程 概念 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 部分液体废物遗留 需干化 颗粒度 含水量等以及进行聚合的条件热塑性固化 沥青 石蜡 聚乙烯 聚丙烯等 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 plasticmaterialsolidification 应用及特点 特点 引入密度较低的物质 添加剂