固体废物污染控制工程07_固体废物的固化处理技术

1、第第7讲讲 固体废物的固化处理技术固体废物的固化处理技术 n1固化处理的原理和步骤固化处理的原理和步骤 n1.1 固化处理的原理 n1.2 固化处理的基本步骤 n1.3 固化处理效果 n2固化处理的基本方法固化处理的基本方法 n2.1 水泥固化法 n2.2 石灰固化法 n2.3 热塑性材料固化法 n2.4 热固性材料固化法 n2.5 玻璃固化法 n2.6 自胶结固化和大型包封法 1固化处理的原理和步骤固化处理的原理和步骤 1.1 固化处理的原理 n定义：利用物理或化学的方法将有害的固体废物与能聚结成固体 的某种惰性基材混合，从而使固体废物固定或包容在惰性固体基材 中，使之具有化学稳定性或密封性

2、的一种无害化处理技术。 n固化过程：有的是将有害物质通过化学转化或引入某种稳定的晶 格中的过程，也有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程，或 是上述两种过程兼而有之。 n目的：将有毒废物转化为化学或物理上稳定的物质，因此要求处 理后所形成的固化体应有良好的抗渗透性，抗浸出性、抗冻融性并 具有一定的机械强度和稳定的物理化学性质。 n固化剂和固化体：固化所用的惰性材料称为固化剂，经固化处理 后的固化产物称为固化体。 1.2 固化处理的基本步骤 n（1 1）废物预处理废物预处理 为避免废物中所含的许多化合物干扰固化过程，必须对收集的为避免废物中所含的许多化合物干扰固化过程，必须对收集的 固体废物必

3、须进行分选、干燥、中和、破坏氰化物等物理的和化学的预处理。固体废物必须进行分选、干燥、中和、破坏氰化物等物理的和化学的预处理。 n例如用水泥做固化剂时，锰、锡、铜、铝的可溶性盐类会延长凝固时间并降低固例如用水泥做固化剂时，锰、锡、铜、铝的可溶性盐类会延长凝固时间并降低固 化体的物理强度。过量的水也会阻碍固化过程，含酸性物质过多则会使固化剂用化体的物理强度。过量的水也会阻碍固化过程，含酸性物质过多则会使固化剂用 量增加等等；量增加等等； n（2 2）加入填充剂及固化剂加入填充剂及固化剂 其用量一般根据实验结果来确定；其用量一般根据实验结果来确定； n（3 3）混合和凝硬混合和凝硬 将废物和固化剂

4、在混合设备中均匀混合，然后送到硬化池或将废物和固化剂在混合设备中均匀混合，然后送到硬化池或 处置场地中放置一段时间，使之凝硬完成硬化过程；处置场地中放置一段时间，使之凝硬完成硬化过程； n（4 4）固化体的处理固化体的处理 根据所处理的废物的特性将固化体填埋或加以利用（如做根据所处理的废物的特性将固化体填埋或加以利用（如做 建筑材料）。建筑材料）。 1固化处理的原理和步骤固化处理的原理和步骤 1.3 固化处理效果 n衡量固化处理效果的两项主要指标：固化体的浸出率和增容比。 n（1）浸出率：指固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有害物 质的浸出速度。因为固化体中的有害物质对环境和水源的污染， 主要

5、是由于有害物质溶于水所造成的。所以，可用浸出率的大小 预测固化体在贮存地点可能发生的情况。浸出率的数学表达式如 下： （9-1） tMF Aa R r in )/( / 0 Rin为标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，gd-1cm-2)；ar为浸出时间内浸出的 有害物质的量，mg；A0为样品中含有的有害物质的量，mg；F为样品暴露的表面积，cm2； M为样品的质量，g；t为浸出时间，d。 1固化处理的原理和步骤固化处理的原理和步骤 （2 2）增容比：指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比）增容比：指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比 值，值， （9-2） 1 2 V V

6、c i ci增容比；V2固化体体积，m3；V1固化前有害废物的体积，m3。 增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重要指标。增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重要指标。 1固化处理的原理和步骤固化处理的原理和步骤 2固化处理的基本方法固化处理的基本方法 n根据所用固化剂的不同，固化技术可分为水泥固化、石灰固化、热塑性材料水泥固化、石灰固化、热塑性材料 固化、热固性材料固化，自胶结固化、玻璃固化和大型包封法等固化、热固性材料固化，自胶结固化、玻璃固化和大型包封法等。下面介绍 几种常用的固化方法。 n 2.1 2.1 水泥固化法水泥固化法 n（1）水泥固化原理： nA、含义：水泥固

7、化是以水泥为固化剂，将有害固体废物进行固化的处理方法。 nB、固化过程：水泥是一种胶凝材料，当它与水反应后会形成一种硅酸盐水合 凝胶，将有害的固体废物微粒包容在其中并逐步形成坚硬的固化体，使有害物 质被封闭在固化体内，达到稳定、无害化的目的。 nC、提高固化效果：为了改善固化条件，提高固化质量，有时还需加入适当的 添加剂如吸附剂（活性氧化铝、粘土、蛭石等）、缓凝剂（如酒石酸、柠酸酸、 硼酸盐等）、促凝剂（如水玻璃、碳酸钠等）和减水剂（表面活性剂）等。 n（2）水泥固化法的应用 nA、优点：水泥固化法具有工艺简单、材料来源广泛、处理费用低、 固化体机械强度高等优点。 nB、缺点:水泥固化法的主要

8、缺点是固化体的浸出率较高，体积也比原 废物增大0.51.0倍，有些废物还需进行预处理和投加添加剂，这些 都会造成处理费用增大。 nC、适用：特别适用于处理含重金属的污泥，原子能工业中的废料及 其他有毒有害废物的处理中。 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 n电镀污泥的固化处理。电镀污泥的固化处理是最早开发的水泥固化技术，固 化剂可采用425号硅酸盐水泥。干污泥、水泥和水的配比为（12）: 20 : （610）。水泥固化体的抗压强度可达1020MPa，铅、镉、铬的浸出浓度均 低于毒性鉴别标准。电镀污泥的水泥固化处理工艺如图9-1。 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 电镀污泥 水泥 水/添加

9、剂 配料搅拌混合成型养护 图图9-1 电镀污泥水泥固化处理工艺流程电镀污泥水泥固化处理工艺流程 n含汞废渣的水泥固化处理。汞渣水泥固化处理时，汞渣与水泥 的配比为1 ：（38），加水均匀混合后成型。再经蒸汽养护 （6070下养护24小时）使其凝结硬化为固化体然后再加以深 埋放置。 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 2.2 石灰固化法 n（1）石灰固化法原理：石灰固化是以石灰为固化剂，以活性硅酸盐 类（粉煤灰、水泥窑灰）为添加剂的一种固化方法。 n（2）石灰固化的应用：石灰固化法适用于固化钢铁机械行业中酸洗 工序所排放的废渣、电镀污泥、烟道气脱硫废渣、石油冶炼污泥等。 其固化工艺过程与水泥固

10、化法类似。 n（3）优缺点：石灰固化法的优点优点是填料来源丰富，操作简单、处理 费用低；被固化的废渣不要求脱水干燥；可在常温下操作。其缺点是 固化体易受酸性介质侵蚀、抗浸出性能较差等。 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 2.3 热塑性材料固化法 n（1）热塑性材料：指那些在加热后冷却时能反复转化和硬化的有机材料，如 沥青、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、石腊等。这些材料在常温下为坚硬的固体， 而在较高温度下有可塑性和流动性，从而可以利用这种特性对固体废物进行固 化处理。 n（2）沥青：是高分子碳氢化合物的混合物，具有较好的化学稳定性，粘结性， 对多数酸、碱、盐类都有一定的耐腐蚀性，并具有一定的抗

11、辐射稳定性，价格 也较为低廉，因此沥青固化应用较为普遍。 n（3）适用：沥青固化一般可用于处理中、低放射水平的蒸发残液，废水化学 处理所产生的沉渣、焚烧炉产生的残渣、废塑料、电镀污泥、砷渣等。 n（4）沥青固化工艺：如图9-2所示。 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 含水废物 脱水或乳化 加热、掺合 熔融沥青 冷凝、冷却 除 油 监 测 装 桶 冷却固化 贮存 排放再处理 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 图图9-2 沥青固化工艺流程沥青固化工艺流程 2.4 2.4 热固性材料固化法热固性材料固化法 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 n（1）热固性材料：指在加热时变成固体并且硬化，

12、且再进行加热或冷却时仍 保持其固体状态不变的物质。 n目前常用的热固性材料有脲醛树脂和不饱和聚酯等，酚醛树脂及环氧树脂也在 小范围内使用。脲醛树脂使用方便，固化速度快，与有害物质形成的固化体有 较好的耐水性、耐腐蚀性、价格也较便宜，使用较为广泛。不饱和聚酯树脂在 常温常压下即可固化成型，使用方便，特别适于对有害废物和放射性废物的固 化处理。 n（2）应用：日本冈山公害防治中心利用不饱和聚酯树脂固化处理电镀污泥， 所形成的固化体抗压强度大，重量轻，表面光泽，可以做为建筑材料使用。 2.5 玻璃固化法 n（1）原理：玻璃固化是用玻璃原料（如氧化硅等）做为固化剂和待处理废料 混合均匀，先在高温下煅烧

13、，然后升温至11001150保温数小时，形成熔融 的玻璃，冷却后再经退火处理即可得到坚固而稳定的固化体。 n（2）操作：玻璃固化可采用间歇式的单罐操作，使煅烧、熔融都在同一罐内 进行；也可采用连续式操作，煅烧和熔融分别在煅烧炉和熔融炉内完成。采用 的固化配方多数是磷酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃。 n（3）应用：玻璃固化主要用于处理放射性废物。它的优点是固化体致密，在 水及酸碱液中浸出率小，有较高的热稳定性和辐射稳定性，增容也比较小，缺 点是处理费用高，操作温度高，能耗大，设备腐蚀严重，操作过程中会产生较 多的废气，必须加以收集处理，以防止二次污染的产生。 固化处理的基本方法固化处理的基本方法 2.6 自胶结固化和大型包封法 n1.自胶结固化 n（1）原理：在适当的条件下将废物煅烧，使其部分脱水形成有胶结作用的亚 硫酸钙或半水硫酸钙，然后与粉煤灰及其他特制的添加剂混合，经凝结硬化 而形成自胶结固化体。 n（2）优点：这种固化体具有化学稳定性高，浸出率低等优点。 n（3）适用：自胶结固化只适于处理含硫酸钙和亚硫酸钙的废渣。 n2.大型包封法 n过程：是用一种渗水的惰性保护层将经过处理或未经处理的废物包封起来。 例如对容器装的废料，可以将玻璃纤维、增强热固性树脂（环氧树脂）及水 基聚胺脂树脂的混合物