《固体废物处理与处置》课件-4.固化与化学处理技术

SolidWaste概述概述固化技术首先是从处理放射性固体废弃物发展起来的。近年来，其技术有较大的发展。目前，固化技术已应用于处理多种有毒有害废物，如电镀废渣、砷渣、汞渣、氰渣、铬渣等。概述

固化是用物理－化学方法将有害固体废物固定或包容在惰性固体基质内，使其呈现化学稳定化或密封性的的一种无害化处理方法。概述固化所用的惰性材料称为固化剂。水泥、沥青、石灰、塑料、水玻璃等。有害废物经过固化处理所形成的固化产物称为固化体。概述对固化处理的基本要求：得到的固体产品密实、具有一定几何形状和较好物理性质、化学性质稳定的固体；处理过程简单，应有有效措施减少有毒有害物质的逸出；最终产品的体积尽可能小于掺入的固废体积；产品中有害物质的水分不能超过容许水平或浸出毒性标准；处理费用低廉；放射性废物的固化产品应有较好的导热性和热稳定性。概述危险废物固化的途径是：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。概述根据上述途径，固化处理方法可划分为四类：包胶固化（又称凝结固化）水泥固化；沥青固化；石灰固化；塑料固化。按固化剂宏观包胶：将有害废物包裹在包胶体内，使其与环境隔离。微囊包胶：用包胶材料包覆废物的微粒。按包胶结构概述根据上述途径，固化处理方法可划分为四类：自胶结固化适用于含有大量能成为胶凝剂的废物（如：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。SolidWaste原理原理包容原理：包容一般是指物理包容，即将有害物质包裹在具有一定强度和抗渗透性的固化剂基材中，从而阻止水的进入和有害物质的浸出，达到固定的目的。隔离层有害物质原理微包容技术在微包容技术中，危险废物是以微观的形式被固化材料的晶格点阵所包容。即使是稳定材料已经降解为较小的颗粒状态，绝大部分有害物质仍然被包容在封闭的空间之中。固化材料粒子危险废物粒子强化材料SolidWaste评价指标评价指标leachingrate浸出率Enlargementratio增容比评价指标浸出率（leachingrate）定义指固化体内的有害物质在水或其他溶液中的浸出速度。式中ar－浸出时间内出的有害物质的量，mg；A0－样品中含有的有害物质的量，mg；F－样品的表面积，cm2；M－样品的质量，g；t－浸出时间，d。评价指标增容比（Enlargementratio）定义指固化体体积与被固化有害废物体积的比值。式中V2－固化体体积，m3；V1－固化前有害废物的体积，m3；Ci—增容比。谢谢！SolidWaste包胶固化包胶固化包胶固化是采用某种固化基材对废物块或废物堆进行包覆处理。水泥固化①石灰固化②塑性材料固化③有机物聚合固化④包胶固化水泥固化概念：以水泥为固化剂，将有害固体废物进行固化的一种处理方法。处理对象：电镀污泥、无机废物（含有重金属）包胶固化水泥固化原理：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（以污泥为例）：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）。凝胶包容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）。离子沉淀包胶固化水泥固化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。包胶固化水泥固化添加剂作用：改善固化条件（如早强剂），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。包胶固化水泥固化工艺有害固体废物、水泥、添加剂水搅拌混合养护固化体要求：pH>8；(形成氢氧化物沉淀或碳酸盐沉淀)水灰比在1:2左右；(过低水合不完全，过高出现泌水)水泥与废物比，由实验确定；凝固时间：初凝时间>2h，终凝时间在48h以内；选择适当的添加剂；(改善固化条件，提高固化产品)养护条件：室温、相对湿度80%、28天；包胶固化水泥固化优点对含高毒重金属废物的处理特别有效；固化工艺和设备比较简单；水泥原料和添加剂便宜易得，设备和运行费用低；对含水量较高的废物可以直接固化；固化体的强度、耐热性、耐久性均好，有的产品可作路基或建筑基础材料。包胶固化水泥固化缺点增容比大；污染物浸出率高，需作涂覆处理；添加剂的使用使处理成本增加；水泥的碱性能使铵离子变成氨气释出。包胶固化水泥固化电镀污泥水泥固化处理工艺流程图包胶固化石灰固化石灰固化是以石灰为主要固化基材的一种固化处理方法。把石灰、添加剂、废物与水混合，由于石灰和活性硅酸盐料与水反应可生成坚硬的物质，而达到包容废物的目的。包胶固化石灰固化优点：填料来源丰富，价廉易得；操作简单，不需要特殊设备，处理费用低；被固化的废渣不要求脱水和干燥；可常温操作。缺点：增容比大；固化体容易受酸性介质侵蚀，需对固化体表面进行涂覆。包胶固化塑性材料固化热固性塑料包容处理技术液固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。

脲甲醛、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂和环氧树脂等。包胶固化塑性材料固化固化原理：主要是在每个废物颗粒的周围形成一层不透水的保护膜。由于大多数废物不与包封材料发生反应，所以包封的效果仅取决于废物自身的形态以及进行聚合的条件。优点：增容比和固化体的密度较低。缺点：成本高；有机物质易挥发，容易引起燃烧起火。热固性塑料包容处理技术包胶固化塑性材料固化热塑性塑料包容处理技术固液用热塑性物质作固化剂，在一定温度下将废物进行包覆处理。

沥青、石蜡、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。固包胶固化塑性材料固化所的产品空隙少；污染物浸出率低；固化材料抗侵蚀性强；不需长时间养护。热塑性塑料包容处理技术优点：包胶固化塑性材料固化热效率低；易产生气泡污染空气；不宜处理高放射性废物；热塑性材料价格昂贵，操作复杂；设备费用高；对于在高温下易分解的废物、有机溶剂以及强氧化性废物不宜使用。热塑性塑料包容处理技术缺点：包胶固化塑性材料固化沥青固化：以沥青为固化剂与有害废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌作用下产生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中，形成固化体。包胶固化塑性材料固化沥青的性质：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；一定的抗辐射性。处理对象：中、低放射性蒸发残液；化学法处理废水的沉渣；焚烧灰分。包胶固化有机物聚合固化

有机物聚合固化是将一种有机聚合物的单体与湿废物或干废物在一个容器或一个特殊设计的混合器里完全混合，然后加入一种催化剂搅拌均匀，使其聚合固化。包胶固化有机物聚合固化优点：在常温下操作时，添加的催化剂数量少，增容比小；应用范围广泛既能处理干渣，也能处理湿泥浆；固化体不可燃，密度小。缺点：不够安全，操作过程中会使重金属溶出；要求使用耐腐蚀设备；某些有机聚合物能被生物降解；固化物老化破碎后，污染物可能再进入环境；最终产品处置前都应有容器包装。谢谢！SolidWaste自胶结固化自胶结固化自胶结固化是利用废物自身的胶结特性来达到固化目的的方法。主要用来处理含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物，如磷石膏、烟道气脱硫废渣等。自胶结固化含有硫酸钙或亚硫酸钙的废物在适宜温度下煅烧生成具有胶凝性能的半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)，经水化反应硬化成自胶结固化体的方法。主要适用：烟道脱硫的泥渣。优点：以废治废。缺点：应用范围受限，仅限于烟道泥渣。自胶结固化SolidWaste玻璃固化玻璃固化以玻璃为固化剂，将其与有害废物以一定的配料比混合后，在高温下（900～1200℃）熔融，经退火后即转化成稳定的玻璃固化体，也称为熔融固化技术。高放射性废物处理对象玻璃固化玻璃的种类繁多，普通的钠钾玻璃熔点较低，制造容易，但在水中的溶解度较高，因而不能用于高放废液的固化。硅酸盐玻璃耐腐蚀能力强，但熔点高，制造困难。通常在高放废液的玻璃固化中，研究较多的是磷酸盐和硼酸盐玻璃固化过程。玻璃固化优点：玻璃固化体致密，在水及酸、碱溶液中的浸出率小，大约为10-7g/(cm2·d)；增容比小；在玻璃固化过程中产生的粉尘量少；玻璃固化体有较高的导热性、热稳定性和辐射稳定性（可处理高放射性废物）。缺点：装置较复杂，处理费用昂贵；工作温度较高、设备腐蚀严重；放射性物质挥发量大等。玻璃固化玻璃固化方法及工艺流程间歇式固化法：

间歇式固化法，是一罐一罐地将高放废液和玻璃原料一起加入罐内，使蒸发干燥、煅烧、熔融等几步过程都在罐内完成。熔融成玻璃后，将熔化玻璃注入贮存容器内成型。熔化罐可以反复使用，也可以采用弃罐方式，即熔化罐本身兼作贮存容器或最终处置容器用。连续式固化法：连续式固化法是将蒸发、煅烧过程与熔融过程分别在煅烧炉和熔融炉内完成，蒸发煅烧过程采用连续进料和排料的方式，而熔融过程既可连续进料和排料，也可连续进料和间歇排料。玻璃固化SolidWaste水玻璃固化水玻璃固化水玻璃固化法是以水玻璃为固化剂，无机酸类为助剂，与有害污泥按一定的配料比进行中和与缩合脱水反应，形成凝胶体，将有害污泥包容，经凝结硬化逐步形成水玻璃固化体。水玻璃固化水玻璃固化电镀污泥时的配料比为水玻璃:混酸:污泥=5.85:0.55:93.6工艺操作简便；原料价廉易得；处理费用低；固化体耐酸性强；抗透水性好；重金属浸出率低。特点SolidWaste总结技术适用对象主要优点主要缺点水泥固化法重金属、氧化物、废酸水泥搅拌，技术已相当成熟；对废物中化学性质的变动承受力强；可由水泥与废物的比例来控制固体化的结构缺点与防水性；无需特殊的设备，处理成本低；废物可直接处理，无需前处理。废物如含特殊的盐类，会造成固化体破裂；有机物的分解造成裂隙，增加渗透性，降低结构强度；大量水泥的使用可增加固化体的体积和质量石灰固化法重金属、氧化物、废酸所用物料来源方便，价格便宜；操作不需特殊设备及技术；产品通常便于装卸，渗透性有所降低。固体化的强度较低，需较长的养护时间；有较大的体积膨胀，增加清运和处置和困难沥青固化法重金属、氧化物、废酸有时需要对废物頇先脱水或浓垴；固化体空隙率和污染物浸出速率均大大降低；固化体的增容校小。需高温操作，安全性较差；一次性投资费用与运行费用比水泥固化法高。塑性固化法部分非极性有机物、氧化物、废酸固化体的滲透性较其他固化法低；对水溶液有良好的阻隔性；接触液损失率远低于水泥固化与石灰固化需特殊设备和专业搡作人员；废物如含氧化剂或挥发性物质，加热时会着火或逸散，在操作前先对废物干燥、破碎玻璃固化法不挥发高危性废物，核废料固化体可长期稳定；可利用废玻璃屑作为固化材料；对核能废料的处理已有相当成功的技术不适用于可燃或挥发性的废物；高温热融需消耗大量能源；需要特殊设备及专业人员。自胶结固化法硫酸钙和亚硫酸钙的废物烧结体的性质稳定，结构强度高；烧结体不具生物反应性及着火性。应用面较狭窄；需要特殊设备及专业人员。固体废物的固化处理谢谢！SolidWaste概述概述稳定化（Stabilization）：通过将废物（或土壤中）的危险组分转化为其它物理或化学形式，以消除或者减小废物的危险性质的过程。稳定化是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。分为化学稳定化和物理稳定化。概述化学处理：通过采用化学方法破坏固体废物中的有害成分从而达到无害化，或将其转变成为适于进一步处理、处置的形态。化学处理方法：重金属的化学稳定技术有机污染物的氧化解毒技术SolidWaste化学处理方法化学处理方法重金属的化学稳定技术中和法A氧化还原法B化学沉淀法C吸附法D离子交换法E化学处理方法中合法处理对象：酸性、碱性泥渣石灰石、石灰、氢氧化钠或碳酸钠等碱性试剂中和酸性泥渣；硫酸或盐酸中和碱性泥渣；酸性泥渣和碱性泥渣相互中和。设备：罐式机械搅拌和池式人工搅拌化学处理方法氧化还原法处理对象：可发生价态变化的离子，如Cr6+、Hg2+、As5+等。还原剂：硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠等。化学处理方法化学沉淀法氢氧化物沉淀法硫化物沉淀法：无机硫化物沉淀：应用仅次于氢氧化钠沉淀法，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，易于沉淀、脱水、过滤，适用pH范围广。硅酸盐沉淀法：水合金属离子与二氧化硅或硅胶不同比例结合，在pH2-11，溶解度低。化学处理方法化学沉淀法碳酸盐沉淀法：钡、镉、铅的碳酸盐的溶解度低于其氢氧化物；pH低时，CO2逸出；pH高时，形成氢氧化物。化学处理方法化学沉淀法共沉淀：金属离子如Mn2+、Zn2+、Ni2+、Mg2+、Cu2+等与Fe2+、Fe3+发生共沉淀而包于铁氧体内，可被永久磁铁吸住。一般二价铁与三价铁的比例在1:1-1:2之间时沉淀效果最好。另外，除氢氧化铁外，碳酸钠也可以产生共沉淀。化学处理方法化学沉淀法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（乙二胺四乙酸）等形成稳定可溶螯合物螯环（螯合效应）对Pb2+、Cd2+、Ag+、Ni2+和Cu2+这5种金属都有非常好的去除效果，去除率均达到98%以上，对Co2+和Cr3+的去除率为85%以上，优于无机硫沉淀剂Na2S。螯合物的去除：①强氧化剂、高温破坏；②高pH破坏，Na2S；③高分子有机硫稳定剂，形成更稳定、易沉淀的螯合物。化学处理方法吸附法吸附剂：粘土、沙