固化稳定化.ppt

1 固化与稳定化处理 2 第一节概述一 定义二 固化 稳定化目的及应用三 固化 稳定化过程四 适应性五 固化 稳定化处理的技术要求与效果评价 3 定义1 固化处理 利用惰性基材 固化剂 与废物完全混合 使其生成结构完整 具有一不定尺寸和机械强度的块状密实体 固化体 的过程 2 稳定化处理 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 3 固定化技术 具有固化和稳定化作用的处理技术与方法的统称 4 限定化技术 将有毒有害组分固定在固体颗粒表面的处理技术与方法的统称 5 包容化技术 用惰性基材将废物完全覆盖或将有毒有害废物包容在惰性基材里面 又称再包容化技术 4 固化 稳定化目的及应用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 籍此降低废物对环境与健康的风险 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于技术要求 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 5 6 基本要求固化体是密实的 具有一定几何形状和稳定的物理化学性质 有一定的抗压强度 有毒有害组分浸出量满足相应标准要求 固化体的体积尽可能小 即体积增率尽可能地小于掺入的固体废物的体积 处理过程简单 方便 无二次污染 处理费用或成本低廉 固化体要有较好的导热性和热稳定性 以防内热或外部环境条件改变造成固化体结构破损 污染物泄漏 7 评价指标 浸出率 是评价固化体在水介质环境中受浸泡时有毒有害物质溶解并进入环境中的性能指标 增容比 又称体积变化因素 包括体积缩小因素和体积扩大因素 指固化 稳定化处理后废物的体积比 CR V前 V后 它是鉴别固化 稳定化处理方法好坏和衡量最终处置成本的一项重要指标 其大小取决于药剂掺入量和有毒有害物质控制水平 抗压强度 是固化体基本工程特性指标 目的在于确保固化体在贮运过程和最终处置过程中不至于出现结构破坏 甚至破裂和散裂现象而造成暴露比表面积增加 污染环境的潜在可能性增大情况发生 8 第二节固化处理技术一 分类二 水泥固化技术三 石灰固化技术四 自胶结固化技术五 塑性材料固化技术六 熔融固化技术 9 分类根据固化基材及固化过程 目前常用的固化技术有 水泥固化 石灰固化 塑性材料固化 有机聚合物固化 自胶结固化 熔融固化 玻璃固化 和陶瓷固化 实践表明 自胶结更适用于处理无机废物 尤其是含阳离子废物 而无机基材包封 容 法则更适用于有机废物或无机阴离子废物处理 10 11 12 水泥固化技术基本原理 水泥是一种无机胶凝材料 经过水化反应后可生成坚硬的水泥固化体 是最常用的危险废物稳定剂 尤以普通硅酸盐水泥最为常用 水泥固化就是一种以水泥为基材的固化方法 其过程是 废物与硅酸盐水泥混合 如果废物中没有水分则需要向混合物中加水以保证水合作用发生 最终生成硅酸铝盐胶体 并将废物中有毒有害组分固定在固化体中 达到无害化处理的目的 处理对象 无机废物 尤其是含有重金属污染物的废物 添加剂 无机添加剂 蛭石 沸石 黏土 水玻璃 有机添加剂 硬脂肪丁酯 柠檬酸等 13 工艺技术条件及控制A pH值 影响金属离子溶解度 以8 pH 9为宜 B 水 水泥和废物配比 适量并由试验确定 C 凝固时间 初凝时间 2hr 终凝时间 48hr D 添加剂与成型工艺 改善工程特性 提高处理效果 14 石灰固化技术1 定义 指以石灰 垃圾焚烧飞灰 粉煤灰 水泥窑灰 炼炉渣等具火山灰性质的物质为固化基材而进行危险废物固化 稳定化处理技术 2 原理 其基本原理与水泥固化相似 都是重金属成分吸附在波索米反应 水化反应 产生的胶体结晶中 以降低其溶解性和迁移性 但也有人认为水凝性物料经历着与沸石类化合物相似的反应 即它们的碱金属离子成分相互交换而固定于生成物胶体结晶中 3 处理对象 适用于处理含重金属污泥和湿法烟气脱硫污泥 4 添加剂 与石灰同时向废物中加入适量的添加剂 如废物中含有可溶性钡是可添加适量的硫酸根离子等 可获得额外稳定效果 15 自胶结固化技术定义 是利用废物自身的胶结特性而达到固化目的的方法 原理 废物中所含的CaSO4及CaSO3均以二水化合物形式存在 即CaSO4 2H2O及CaSO3 2H2O 当它们被加热到脱水温度 107 170 时即生成CaSO4 0 5H2O及CaSO3 0 5H2O 这两种化合物在遇水时会重新生成二水化物 并迅速凝固 硬化 基于这一特性 可以将含大量CaSO4及CaSO3废物在控制温度下煅炼 然后与选定的添加剂 填料混合成稀浆 并成型 凝固 硬化后生成自胶结固化体 适用对象 含大量硫酸钙废物 应用面较窄 不如水泥和石灰固化实用 16 热固性塑料包容技术1 定义 利用热固性有机单体 如脲醛与粉碎后废物充分混合 并在助絮剂和催化剂作用下受热形成海绵状的聚合体 在每个废物颗粒周围形成一层不透水的保护膜而达到固化和稳定化目的 2 原料 脲甲醛 聚酯 聚丁二烯 酚醛树脂和环氧树脂等 3 原理 利用热固性塑料受热时从液态小分子通过交链聚合反应生成固体大分子的不可逆反应过程实现对废物的包容过程 但并不与废物发生任何化学反应 故固化处理效果与废物粒度 含水量和聚合反应条件有关 17 热塑性塑料包容技术1 定义 利用热塑性材料 如沥青 石蜡 聚乙烯等在高温条件下熔融并与废物充分混合 并冷却成型后将废物完全包容 2 固化剂 沥青 石蜡聚乙烯 聚丙烯等 尤其是沥青具有化学惰性 不溶于水 又具有一定可塑性和弹性 对废物具有典型的包容效果 3 适用对象 低放射性残液 渣 焚烧灰分 电镀污泥和砷渣等 但由于沥青固化不吸水 所以有时需要预先脱水或干化 4 工艺控制 混合温度要控制在沥青的熔点和闪点之间 150 230 温度太高容易产生火灾 尤其在不加搅拌时因局部受热容易发生燃烧事故 18 熔融固化技术定义 又称玻化处理技术 是将废物与细小的玻璃质和碎玻璃混合造粒成型后 在1000 1100 高温条件下共熔而形成玻璃质固化体的过程 适用对象 各类工业废渣 被有机物污染的土壤 19 第三节药剂稳定化处理技术药剂稳定化处理技术以处理含重金属废物为主 目前常见的有 pH值控制技术 氧化 还原电位控制技术 沉淀与共沉淀技术 吸附技术 离子交换技术 超临界技术等 一 重金属废物药剂稳定化处理技术二 吸附技术三 离子交换技术四 含重金属废物药剂稳定化技术应用前景五 超临界处理技术 20 含重金属废物药剂稳定化技术应用前景1 为了有效减小固化处理后的固化体体积增容 首先对废物进行药剂稳定化处理十分必要 值得研究 2 为了解决固化体长期稳定性问题 尤其是包容体破裂解体后的环境污染风险 需要开发高效化学药剂稳定化处理技术及工艺 并在危险废物无害化处理领域成为一个研究热点 3 药剂稳定化处理在确保减容和无害化的同时 可提高危险废物处理处置系统的整体效果和经济效益 减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响 21 重金属废物药剂稳定化处理技术1 pH值控制技术原理 加入碱性药剂将废物所处介质的pH值调整到重金属离子具有最小溶解度的pH值范围 药剂 石灰 苏打 烧碱 固化基材 2 氧化还原电位控制技术原理 通过调整氧化还原电位改变重金属离子价态 使其更易于沉淀 药剂 硫酸亚铁 硫代硫酸钠 亚硫酸氢钠和二氧化硫等 3 沉淀技术原理 在改变重金属离子沉淀的价态和溶解度使其更易于沉淀而难于溶解基础上 利用沉淀剂及其它沉淀技术手段使重金属离子沉淀下来 与介质分离实现稳定化 并利于固化处理目的 药剂 氧化物或氢氧化物沉淀 硫化物沉淀 共沉淀 硅酸盐沉淀 无机络合物沉淀和有机络合物沉淀等 22 硫化物沉淀定义 利用硫化物沉淀剂将重金属离子转化为硫化物而沉淀 药剂 可溶性无机硫化物沉淀剂 不可溶性无机硫化物沉淀剂 有机硫沉淀剂原理 大多数金属硫化物在所有pH值条件下的溶解度都明显低于相应的氢氧化物 与无机硫化物沉淀相比 有机硫化物沉淀具有工艺性能良好 易沉降 脱水和过滤等优点 且pH值适应范围广 工艺技术控制 pH值保持在8以上 以防止逸出和沉淀物再溶解 硫化物沉淀剂添加量又试验确定 并在固化基材添加之前完成 以防止废物中Fe Mg Ca抢夺离子 23 硅酸盐沉淀定义 利用硅酸根与重金属离子结合生成晶态和非晶态硅酸盐混合物 原理 重金属硅酸盐在pH 2 11大范围内的溶解度都较低 易于形成沉淀 达到稳定化目的 但因生成物不稳定而实际应用不多 药剂 硅胶或二氧化硅胶体 24 碳酸盐沉淀原理 Ba Cb Pb等碳酸盐的溶解度低于其相应的氢氧化物 但由于在pH值较低时 碳酸盐不稳定 有CO2逸出 即使pH值较大 其最终产物仍是氢氧化物而不是碳酸盐 故应用不多 共沉淀原理 利用非铁二价重金属离子与Fe2 共存溶液时 在合适的pH值条件下生成尖晶石型化合物 铁氧体而共沉淀 其中重金属被铁氧体中Fe2 和Fe3 永久磁铁吸住 包含于铁氧体中 故不用担心氢氧化物胶体粒子不好过滤问题 25 无机络合物 有机螯合物沉淀原理 利用络合剂与重金属离子生成稳定的络合物或螯合物 络合剂 磷酸酯 柠檬酸盐 葡萄糖盐 氨基乙酸等 螯合物 指多齿配位体以两个或两个以上配位原子与一个中心原子配位生成的具有环状结构的络合物 注意事项 当络合剂与介质中重金属离子 Pb2 Cd2 Ag2 Ni2 Cu2 生成可溶性螯合物 可通入氧化剂予以破坏或用碱性的Na2S去除重金属 或用有机硫稳定剂 沉淀剂 抢夺重金属离子并沉淀 26 吸附技术原理 用吸附剂将重金属离子吸附固定在特定吸附剂上 使其稳定并固化 稳定化处理 吸附剂 活性炭 黏土 金属氧化物 锯末 沙 泥炭 硅藻土 人工材料 离子交换技术原理 利用离子交换剂将重金属离子吸附或富集在交换剂表面 达到稳定化目的并利于固化处理的目的 离子交换剂 离子交换树脂 沸石 硅胶等 存在问题 与吸附处理一样 价格或成本高昂 且离子交换与吸附过程都是可逆反应 一旦条件得到满足 污染物将通过逆反应而被释放 27 超临界处理技术基本概念定义 利用超临界流体对废物进行氧化或萃取 以达到控制污染的目的 根据其处理方法 通常分为超临界萃取技术和超临界氧化技术两种 超临界流体 当温度和压力超过一定值 即临界点 以后 液相流体的性质将介于液体和气体之间 即气液两相界限不可分 通常把温度和压力超过临界点时的均相流体称为超临界流体 其性质介于气体和液体之间 即流体的密度接近于液相 而流体的扩散性及粘度则接近于气相 28 超临界萃取的基本原理由于超临界流体为一均相体 其扩散性和粘度接近于气体 即粘度小 扩散性大 有机物很容易从初始介质中转移并溶解到超临界流体中来 这是因为有机组分在超临界流体中的扩散率比在水中高出好几个数量级 即溶液的底粘度和有机物高扩散率大改善了有机污染物向超临界流体中的传质速率 29 超临界萃取应用时溶剂选择考虑因素A 分配系数 决定了萃取溶剂的最少用量 有毒有害污染物在两相间的分配系数 计算式为 K 平衡时的有机污染物在萃取液中的浓度 w 除以平衡时有机污染物在萃余液中的浓度 w B 价格与回收可能性 取决于萃取剂与污染物间密度差 C 临界温度和压力 越低越好 以降低成本 D 毒性 危害性和化学反应性 CO2因其无毒害作用 作为超临界流体近来倍受关注 E 其它 密度 表面张力等 30 若干溶剂的临界常数 31 超临界氧化处理应用超临界氧化处理技术时 有机污染物不是被去除 萃取 而是被氧化分解而破坏 其原理是利用超临界流体的强扩散 低粘度特性 加速有机污染物的氧化分解过程 在应用超临界氧化技术时 应考虑下列因素 A 废物的可加压性 为便于高压泵输送 应将废物破碎到100微米以下 废物相态可以是固态 泥浆或悬浮液 B 生成碳黑的可能性 C 无机盐生成并沉淀问题 32 第四节固化 稳定化产物的性能评价1 抗浸出性能 用浸出率进行评价 2 抗干 湿性和抗冻融性 用试验结果进行评价 3 耐腐蚀性 用试验结果进行评价 4 耐热性 导热与不可燃性 实验结果进行评价 5 抗渗透性 试验