固体废物处理处置工程 第五章 固定化

1、第五章第五章 固体废物固化固体废物固化/ /稳定化技术稳定化技术一、固化技术一、固化技术固体废物的固化：固体废物的固化：是用是用物理化学方法物理化学方法将有害废物掺和将有害废物掺和并并包容包容在密实的在密实的惰性基材惰性基材中，使其中，使其稳稳定化定化的一种过程。的一种过程。第一节第一节 概概 述述固化剂：固化剂：固化所用的固化所用的惰性材料惰性材料固化体：固化体：有害废物经过固化处理所形成有害废物经过固化处理所形成 的的固化产物固化产物固化目的：固化目的：使有害废物中的使有害废物中的所有污染物所有污染物 组分呈现化学惰性或被包容起组分呈现化学惰性或被包容起 来，来，以便于运输、利用和处置以便

2、于运输、利用和处置第一节第一节 概概 述述固化过程：固化过程：将污染物通过化学转变，引入到某种稳将污染物通过化学转变，引入到某种稳 定物质的晶格中去定物质的晶格中去将有害物质直接用惰性材料加以包容将有害物质直接用惰性材料加以包容将上述两个过程结合将上述两个过程结合包胶固化包胶固化熔融固化熔融固化自胶结固化自胶结固化水泥固化水泥固化石灰固化石灰固化热塑性材料固化热塑性材料固化热固性材料固化热固性材料固化热塑性塑料固化热塑性塑料固化沥青固化沥青固化衡量固化处理效果的主要指标：衡量固化处理效果的主要指标： 固化体的浸出率固化体的浸出率 增容比增容比 固化体浸于水中或其他溶液中时，固化体固化体浸于水中

3、或其他溶液中时，固化体 中有害物质的浸出速度中有害物质的浸出速度 指所形成的固化体体积与被固化有害废物指所形成的固化体体积与被固化有害废物 体积的比值体积的比值 固化体的浸出率固化体的浸出率tMFAaRrin)(0式中：式中：标准比表面的样品每天浸出的有害物质：标准比表面的样品每天浸出的有害物质 的浸出率的浸出率，g/(dcm2)inR：浸出时间内浸出的有害物质的量，：浸出时间内浸出的有害物质的量，mgra：样品中含有的有害物质的量，：样品中含有的有害物质的量，mg0A：样品暴露的表面积，：样品暴露的表面积，cm2F：样品的质量，：样品的质量，gM：浸出时间，：浸出时间，dt 增容比增容比12

4、VVci式中：式中：ic：增容比：增容比2V：固化体体积，：固化体体积，m3：固化前有害废物的体积，：固化前有害废物的体积，m31V第二节第二节 水水 泥泥 固固 化化一、水泥固化的原理一、水泥固化的原理二、水泥固化基材与添加剂二、水泥固化基材与添加剂1、水泥固化基材、水泥固化基材可用作固化剂的水泥：普通硅酸盐水泥可用作固化剂的水泥：普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 矾土水泥矾土水泥 氟石水泥氟石水泥3CaOSiO2+xH2O2CaOSiO2yH2O+Ca(OH)2CaOSiO2mH2O+2Ca(OH)22(3CaOSiO2)+xH2O3CaO

5、2SiO2yH2O+3Ca(OH)22(CaOSiO2mH2O)+4Ca(OH)22CaOSiO2+xH2O2CaOSiO2xH2OCaOSiO2mH2O+Ca(OH)2硅酸三钙的水和反应硅酸三钙的水和反应硅酸二钙的水和反应硅酸二钙的水和反应2(2CaOSiO2)+xH2O3CaO2SiO2yH2O+Ca(OH)22(CaOSiO2mH2O)+2Ca(OH)2二、水泥固化基材与添加剂二、水泥固化基材与添加剂2、添加剂、添加剂吸附剂：吸附剂：粘土、蛭石、沸石等粘土、蛭石、沸石等缓凝剂缓凝剂：酒石酸、柠檬酸、硼酸钠等：酒石酸、柠檬酸、硼酸钠等促凝剂促凝剂：偏铝酸钠、碳酸钠、氯化钙、：偏铝酸钠、碳酸

6、钠、氯化钙、 氢氧化铁氢氧化铁减水剂：减水剂：1）、）、pH值值2）、水、水泥和废物的量比）、水、水泥和废物的量比3）、凝固时间）、凝固时间4）、其它添加剂）、其它添加剂5）、固化块成型工艺）、固化块成型工艺三、水泥固化的影响因素三、水泥固化的影响因素1）、）、pH值值酸性固体废物酸性固体废物必须先进行中和后再固化。必须先进行中和后再固化。硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：只能固化处理只能固化处理中性中性和和碱性碱性废物废物铝酸盐水泥（矾土水泥）：铝酸盐水泥（矾土水泥）：只能固化处理只能固化处理中性废物，不能固化碱性废物。中性废物，不能固化碱性废物。四、水泥固化工艺四、水泥固化工艺五、水泥固化法的应用五

7、、水泥固化法的应用电镀污泥电镀污泥:复杂的污泥：如多氯联苯、油和油泥复杂的污泥：如多氯联苯、油和油泥有害废渣：汞渣、铅渣、铬渣等有害废渣：汞渣、铅渣、铬渣等各种放射性废物各种放射性废物六、水泥固化的特点六、水泥固化的特点优优 点：点： 对含高毒重金属废物的处理特别有效对含高毒重金属废物的处理特别有效 固化工艺、设备简单，投资费用和日常固化工艺、设备简单，投资费用和日常 运行费用低运行费用低 水泥原料、添加剂便宜水泥原料、添加剂便宜优优 点：点： 对含水量高的废物可直接固化不需彻底对含水量高的废物可直接固化不需彻底 脱水过程脱水过程 固化体的强度、耐热性、耐久性都很好固化体的强度、耐热性、耐久性

8、都很好 对放射性废物的固化容易实现安全运输和对放射性废物的固化容易实现安全运输和 控制控制六、水泥固化的特点六、水泥固化的特点缺缺 点：点： 水泥固化体增容比较大。水泥固化体增容比较大。 水泥固化体中污染物的浸出率比较高，水泥固化体中污染物的浸出率比较高， 因此需作涂覆处理因此需作涂覆处理 有机物对于水化过程有干扰作用，减小最终有机物对于水化过程有干扰作用，减小最终 产物强度，不利于稳定化过程产物强度，不利于稳定化过程 水泥的碱性会使废物中的氨离子变成水泥的碱性会使废物中的氨离子变成 氨气释放污染大气环境氨气释放污染大气环境第三节第三节 塑性材料包容技术塑性材料包容技术1、热塑性塑料固化、热塑

9、性塑料固化2、热固性塑料固化、热固性塑料固化热塑性材料：热塑性材料：是指那些在加热和冷却时能够反复软化是指那些在加热和冷却时能够反复软化和硬化的有机材料和硬化的有机材料热塑性材料固化：热塑性材料固化：用热塑性材料作固化剂，在一定温度下用热塑性材料作固化剂，在一定温度下将废物进行包覆处理将废物进行包覆处理1、热塑性塑料固化、热塑性塑料固化先对先对热塑性塑料热塑性塑料进行预加热使其熔化，然进行预加热使其熔化，然后将熔融的塑料在高温下与废物混合，在后将熔融的塑料在高温下与废物混合，在冷却后，废物就被固化的塑料所包容，从冷却后，废物就被固化的塑料所包容，从而达到固化的目的。而达到固化的目的。热塑性塑料

10、固化的特点：热塑性塑料固化的特点：优点：优点： 所得固化体的孔隙率低，污染物浸出率低于所得固化体的孔隙率低，污染物浸出率低于 水泥固化体水泥固化体 增容比和固化体的密度都比较小，便于运输增容比和固化体的密度都比较小，便于运输 和处置和处置 塑料、沥青这类热塑性材料对溶液、微生物塑料、沥青这类热塑性材料对溶液、微生物 都有很强的抗侵蚀性，而且和水泥固化相比，都有很强的抗侵蚀性，而且和水泥固化相比， 固化时间短，不需作长时间的养护固化时间短，不需作长时间的养护热塑性塑料固化的特点：热塑性塑料固化的特点：缺缺 点：点： 高温下操作，产生大量挥发性有害物质高温下操作，产生大量挥发性有害物质 塑料、沥青

11、这类热塑性材料在与废物在高温塑料、沥青这类热塑性材料在与废物在高温 下混合时易产生火灾，固化体在处置前需有下混合时易产生火灾，固化体在处置前需有 适宜包装，以防起火燃烧。适宜包装，以防起火燃烧。 不适于处理高放射性废物。不适于处理高放射性废物。 固化物的耐老化性差。固化物的耐老化性差。沥青固化：沥青固化：是以沥青为固化剂，与有害废物在一定是以沥青为固化剂，与有害废物在一定温度、配料比、碱度和搅拌作用下产生温度、配料比、碱度和搅拌作用下产生皂化反应皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥，使有害废物均匀地包容在沥青中，形成固化体青中，形成固化体热塑性塑料固化热塑性塑料固化沥青固化：沥青固化：用于危险废

12、物固化的沥青：用于危险废物固化的沥青：直流沥青、氧化沥青、乳化沥青直流沥青、氧化沥青、乳化沥青沥青固化工艺主要包括三部分：沥青固化工艺主要包括三部分：固体废物预处理固体废物预处理废物与沥青热混合废物与沥青热混合（关键部分）（关键部分）二次蒸汽净化处理二次蒸汽净化处理沥青中沥青中石蜡质石蜡质过高，固化体容易在环境应力下开裂过高，固化体容易在环境应力下开裂沥青固化技术的应用：沥青固化技术的应用：一般用于处理：一般用于处理： 低水平放射性废物低水平放射性废物 废水化学处理产生的污泥废水化学处理产生的污泥 焚烧炉产生的灰烬焚烧炉产生的灰烬 电镀污泥电镀污泥 砷渣等砷渣等沥青固化技术的特点：沥青固化技术

13、的特点：。大体为水泥固化产品的大体为水泥固化产品的1/100。废物和固话基材之间重量比通常在废物和固话基材之间重量比通常在1:12:1之之间以重量计，一般可掺入间以重量计，一般可掺入60%的固体组分的固体组分2、热固性塑料固化、热固性塑料固化 热固性塑料：热固性塑料：是指是指加热时会从液体变成固体并硬化加热时会从液体变成固体并硬化的材的材料。这种材料料。这种材料固化后固化后即使再加热或冷却也即使再加热或冷却也不会重新液化或软化不会重新液化或软化目前常用的热固性材料有：脲甲醛、聚酯、目前常用的热固性材料有：脲甲醛、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂等。聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂等。 热固性塑料

14、固化的原理：热固性塑料固化的原理：用用热固性有机单体热固性有机单体与已经过粉碎处理的废与已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物充分混合，在助凝剂和催化剂的作用下产生产生交链聚合交链聚合以形成以形成海绵状的聚合物质海绵状的聚合物质，从而在每个废物颗粒周围形成一层不透水从而在每个废物颗粒周围形成一层不透水的保护膜的保护膜 热固性塑料固化的应用：热固性塑料固化的应用： 热固性塑料固化的特点：热固性塑料固化的特点：优优 点：点： 常温下操作，添加的催化剂数量少，常温下操作，添加的催化剂数量少， 最终固化产品的体积比其他固化体小最终固化产品的体积比其他固化体小 固化体不可燃固化体不可燃

15、 热固性塑料固化的特点：热固性塑料固化的特点：缺缺 点：点： 操作过程复杂，热固性材料自身价格昂贵操作过程复杂，热固性材料自身价格昂贵 操作过程中有机物挥发，易引起大火，所以操作过程中有机物挥发，易引起大火，所以 通常不能在现场大规模应用。通常不能在现场大规模应用。 一般认为只适用于处理小量、高危害性废物。一般认为只适用于处理小量、高危害性废物。第四节第四节 优优 点：点： 玻璃固化体致密，在水及酸、碱溶液中玻璃固化体致密，在水及酸、碱溶液中 的浸出率小的浸出率小 固化前后的增容比小固化前后的增容比小 玻璃固化过程中产生的粉尘少玻璃固化过程中产生的粉尘少 玻璃固化体有较高的热稳定性和辐射稳定性玻璃固