固體廢物處理與出疹子-第四章-固體廢物的物化處理ppt課件

.,固體廢物處理與處置,主編寧平,.,第四章固體廢物的物化處理,.,主要內容4.1浮選掌握浮選的原理，熟悉浮選的藥劑。4.2溶劑浸出熟悉溶劑浸出過程的化學反應機理、典型浸出反應。4.3固體廢物穩(wěn)定化/固化處理掌握穩(wěn)定化固化處理技術所涉及的概念和方法及其評價指標。,一、浮選原理,定義：浮選是根據(jù)不同物質被水潤濕程度的差異而對其進行分離的過程。原理：浮選是通過在固體廢物與水調制成的料漿中加入浮選劑擴大不同組分的可浮性差異，再通入空氣形成無數(shù)細小氣泡，使目的顆粒黏附在氣泡上，并隨氣泡上浮于料漿表面成為泡沫層刮出，成為泡沫產品；不浮的顆粒則留在料漿內，通過適當處理后廢棄。,.,一、浮選原理,潤濕性：指物質被水潤濕的程度。許多無機廢物極易被水潤濕，而有機廢物則不易被水潤濕（潤濕角）。親水性物質：易被水潤濕的物質；疏水性物質：不易被水潤濕的物質。,二、浮選藥劑,根據(jù)在浮選過程中的作用，浮選藥劑分為捕收劑、起泡劑和調整劑。,.,二、浮選藥劑,捕收劑,定義：捕收劑是能夠選擇吸附在預選顆粒上，使目的顆粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向氣泡附著的藥劑。分類：異極性（黃藥、油酸）：由極性基(親固)和非極性基(疏水)組成。黃藥回收含重金屬和貴金屬的廢物；油酸回收堿土金屬的碳酸鹽、金屬氧化物、螢石、重晶石等。,.,二、浮選藥劑,捕收劑,分類：非極性油類（脂肪烴(CnH2n+2)、脂環(huán)烴(CnH2n)和芳香烴）：難溶于水，不能解離成離子而得名。常用的有煤油、柴油、燃料油、變壓器油、重油等。目前，主要用于一些天然可浮性很好的非極性廢物顆?；厥?，例如：粉煤灰中未燃盡碳的回收、廢石墨的回收等。,.,起泡劑,定義：能促進泡沫形成，增加分選界面的藥劑。結構特征：是一種異極性的有機物質，極性基親水，非極性基親氣，使起泡劑分子在空氣和水的界面上產生定向排列；大部分起泡劑是表面活性物質，能夠強烈地降低水的表面張力；起泡劑應有適當?shù)娜芙舛取３Ｓ玫钠鹋輨┯校核纱加?、脂肪醇等?氣泡,氣泡,氣泡,氣泡,起泡劑,起泡劑在氣泡表面的吸附,氣泡,起泡劑,捕收劑,起泡劑與捕收劑的相互作用,二、浮選藥劑,.,調整劑,定義：主要用于調整捕收劑的作用及介質條件。常用的調整劑：活化劑：促進目的顆粒與捕收劑作用，常用的多為無機鹽(硫酸鈉、硫酸銅等)。抑制劑：抑制非目的顆粒的可浮性，常用的有各種無機鹽(水玻璃)和有機鹽(單寧、淀粉)。,二、浮選藥劑,.,調整劑,常用的調整劑：pH值調整劑：調整介質的pH值，常用的是酸類和堿類。分散劑：促使料漿中非目的細粒成分散狀態(tài)，常用的有無機鹽類(蘇打水、水玻璃)和高分子化合物(各類聚磷酸鹽)。混凝劑：促使料漿種目的顆粒聯(lián)合成較大團粒常用的有石灰、明礬、聚丙烯酰胺等。,二、浮選藥劑,.,三、浮選工藝過程,主要包括調漿、調藥、調泡三個程序。浮選前料漿的調制（調漿）：主要是廢物的破碎、磨碎等，目的是得到粒度適宜，基本上單體解離的顆粒，進入浮選的料漿濃度必須適合浮選工藝的要求。濃度低，回收率很低，質量高；濃度過高，回收率也下降。還要考慮充氣量、浮選藥劑的消耗、處理能力及浮選時間等因素。加藥調整（調藥）：藥劑的種類、數(shù)量、添加地點和方式，應根據(jù)預選物質顆粒的性質，通過實驗確定。一般浮選前添加藥劑總量的67，其余的分批在適當?shù)攸c加入。,.,三、浮選工藝過程,充氣浮選（調泡）：a、正浮選：將有用物質浮選入泡沫產品中，無用或回收價值不大的物質留在料漿中。b、反浮選：將無用物質浮選入泡沫產物中，有用物質留在料漿中。當料漿中含有兩種以上有用物質時，有兩種浮選法：a、優(yōu)先浮選：將有用物質依次浮選。b、混合浮選：有用物質共同浮選，然后再把有用物質一一分離。影響浮選的因素：物料性質（如顆粒的潤濕性、顆粒的大小等）；藥劑條件（如藥劑的種類、用量、藥劑組合等）；操作條件（如充其量大小、液面高低等）。,.,四、浮選設備,浮選機的基本要求：良好的充氣作用；攪拌作用；能形成比較平穩(wěn)的泡沫區(qū)；能連續(xù)工作便于調節(jié)。,主要的浮選設備：機械攪拌機（應用最廣，包括葉輪式機械攪拌機和棒形浮選機）；充氣攪拌式；充氣式；氣體析出式。,溶劑浸出：采用適當?shù)娜軇┡c廢物作用使物料中有關的組分有選擇性的溶解的物理化學過程。浸出目的：使物料中有用或有害成分能選擇性地最大限度地從固相轉入液相。溶劑的選擇：對目的組分選擇性好；浸出率高，速率快；成本低，容易制取，便于回收和循環(huán)使用；對設備腐蝕性小。,.,一、浸出動力學過程,浸出過程：1、外擴散；2、化學反應；3、解吸；4、反擴散。,Fick第一定律：,質量作用定律：,.,二、浸出過程的化學反應機理,浸出過程,物理溶解過程溶質在溶劑作用下僅發(fā)生晶格破壞，離子或原子之間化學鍵的破壞是一個可逆過程，溶質可從溶液中結晶出來,化學溶解過程溶劑與物料的有關組分之間發(fā)生化學反應生成可溶性的化合物進入液相的過程。,交換反應物料中的金屬氧化物、硫化物與酸、堿、可溶性鹽作用，生成可溶性鹽類的過程,絡合反應溶劑與物料中的組分發(fā)生絡合反應，生成可溶性絡合物的過程,氧化還原反應溶液同物料組成之間發(fā)生氧化還原反應，生成可溶性化合物的過程,.,三、幾種典型浸出反應,中性溶劑浸出,中性浸出劑是水和鹽。常用的鹽浸劑有氯化鈉、高價鐵鹽、氯化銅和次氯酸鈉等。氯化鈉浸出：,高價鐵鹽浸出：,用于：含鉍廢物。,氯化銅浸出：,用于：含鉛廢物。,用于：含金屬硫化物的廢礦。如FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS、CuS等。,.,用于：難被高價鐵鹽及高價銅離子浸出的金屬硫化物。,次氯酸鈉浸出：,三、幾種典型浸出反應,酸浸,常用的有稀硫酸、濃硫酸、鹽酸、硝酸、王水、氫氟酸、亞硫酸等。凡廢物中的某種組分可通過酸溶進入溶液的都可采用酸浸的方法。,中性溶劑浸出,.,用于：大部分金屬的簡單氧化物、金屬鐵酸鹽、砷酸鹽和硅酸鹽，小部分金屬硫化物(FeS、Ni2S、CoS、MnS、NiS)。簡單酸浸是含銅廢物回收的重要方法。,氧化酸浸：,用于：大部分金屬硫化物。氧化劑：Fe3+、Cl2、O2、HNO3、NaClO、MnO2、H2O2。,還原酸浸：,用于：浸出變價金屬的高價氧化物或氫氧化物。,簡單酸浸：,酸浸,.,用于：銅、鈷、鎳及其氧化物的廢物的浸出，屬于金屬的電化腐蝕過程。由于銅、鈷、鎳能與氨形成穩(wěn)定的可溶絡合物，擴大了銅、鈷、鎳離子在溶液中的穩(wěn)定區(qū)，降低了銅、鈷、鎳的還原電位，使其較易轉入浸液中。如氧化銅,堿浸,浸出能力一般比酸浸藥劑弱，但選擇性高，浸出液較純凈，且設備防腐蝕問題較易解決。堿浸藥劑：碳酸銨、氨水、碳酸鈉、苛性鈉、硫化鈉。浸出方法：氨浸、碳酸鈉溶液浸出、苛性鈉溶液浸出、硫化鈉溶液浸出等。,氨浸：,三、幾種典型浸出反應,.,堿浸,碳酸鈉溶液浸出：,用于：能與碳酸鈉反應生成可溶性鈉鹽的廢物。主要用于浸出某些含鎢廢料、硫化鉬氧化焙燒渣、含磷廢物、含釩廢物。例如：白鎢礦,三、幾種典型浸出反應,.,四、影響浸出過程的主要因素,物料顆粒及其特性（粒度、比表面積等）浸出溫度浸出壓力攪拌速度其他（溶劑濃度、固液比、氧分壓等）,.,五、浸出工藝與設備,為使廢物中的目的組分充分暴露，增大浸出效果，浸出前一般須進行破碎處理，也可焙燒后浸出。1.根據(jù)浸出過程廢物的運動方式，浸出分為滲濾浸出和攪拌浸出。滲濾浸出：浸出劑在浸出劑在重力作用下自上而下或在壓力作用下自下而上通過固定廢料層的浸出過程。攪拌浸出：將磨細的廢物與浸出劑在攪拌槽中進行強烈攪拌的浸出過程，可浸出各種廢物。浸出前廢物磨細至0.3mm以下，采用連續(xù)操作制度。,浸出工藝,.,五、浸出工藝與設備,2.根據(jù)浸出劑與被浸廢料的相對運動方式的不同浸出工藝可分為順流浸出、錯流浸出和逆流浸出三種。,浸出工藝,送后續(xù)處理,順流浸出工藝流程,浸出劑,被浸物料,浸液,浸渣,物料,新浸出劑,錯流浸出工藝流程,浸液,浸渣,被浸物料,浸出劑,逆流浸出工藝流程,.,五、浸出工藝與設備,浸出設備,常用的設備包括：滲濾浸出槽、機械攪拌浸出槽、空氣攪拌浸出槽、液態(tài)化逆流浸出槽、高壓釜等。,六、目的組分的提取與分離,提取和分離方法,離子沉淀,置換沉淀,溶劑萃取,電沉積,離子交換,一、概念,穩(wěn)定化/固化的應用：對危險廢物、其他處理過程殘渣及被污染的土壤進行處理。目的：是危險廢物中所有污染組分呈現(xiàn)化學惰性或被包容起來，減少后繼處理與處置的潛在危險，并便于運輸、利用和處置。途徑：包括將污染物通過化學轉變，引入到某種穩(wěn)定固體物質的晶格中去，以及通過物理過程把污染物直接摻入到惰性基材中。,處理危險廢物的重要手段,.,一、概念,穩(wěn)定化（Stabilization）：將有毒有害污染物轉變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性的過程。包括化學、物理穩(wěn)定（同時發(fā)生）?；瘜W穩(wěn)定化：通過化學反應使有毒物質變成不溶性化合物，使之在穩(wěn)定的晶格內固定不動。物理穩(wěn)定化：將污泥或半固體物質與一種疏松物料混合生成一種粗顆粒、有土壤堅實度的固體，這種固體便于運輸。,固化（Solidifacation）：是用物理-化學方法將有害廢物固定或包封在惰性基材中，使之呈現(xiàn)化學穩(wěn)定性或密封性的一種無害化處理方法。,.,一、概念,固化過程：利用添加劑改變固體廢物的工程特性的過程。固化劑：固化所用的惰性材料。固化體：有害廢物經過固化處理所形成的固化產物。固定化：具有固化和穩(wěn)定化作用的過程。限定化：將有毒化合物固定在固體粒子表面的過程。包容化：用穩(wěn)定劑/固化劑凝聚，將有毒物質或危險廢物顆粒包容或覆蓋的過程。,.,二、穩(wěn)定化/固定化效果的評價指標,產物性能：抗浸出性；抗干濕性、抗凍融性；耐腐蝕性、不燃性；抗?jié)B透性（固化產物）；足夠的機械強度（固化產物）。,評價指標,浸出速率固化體浸于水或其他溶液中時，其中危險物質的浸出速率。選擇方法、工藝條件等；預測固體化不同環(huán)境的性能,抗壓強度裝桶貯存：0.10.5MPa作建筑材料：10MPa放射性固體化：前蘇5Mpa，英20MPa,體積變化因數(shù)/增容比危險廢物處理前后的體積比，取決于摻入固體化中的鹽量和可接受的有毒有害物質的水平。常用摻入鹽量的質量分數(shù)鑒別固化效果。,.,三、固體廢物的藥劑穩(wěn)定化處理,定義：利用化學藥劑通過化學反應使有毒有害物質轉變?yōu)榈腿芙庑浴⒌瓦w移性及低毒性物質的過程。有毒有害物質（具有相對持久性）：Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等重金屬化學穩(wěn)定化技術；含氯的揮發(fā)性有機物、硫醇、酚類、氰化物等有機污染物氧化解毒技術；As、S、F等非金屬，放射性元素穩(wěn)定化技術值得深入研究。,.,金屬離子的穩(wěn)定化,主要方法：化學法（中和法、氧化還原法、溶出法、化學沉淀法等）、物理化學法（吸附法、離子交換法等）中和法：酸堿泥渣中和劑；罐式機械攪拌/池式人工攪拌氧化還原法：將固體廢物中可以發(fā)生價態(tài)變化的某些有毒有害組分通過氧化還原反應轉化為無毒/低毒化學性質穩(wěn)定的組分。,三、固體廢物的藥劑穩(wěn)定化處理,.,金屬離子的穩(wěn)定化,吸附法：利用吸附劑進行可逆吸附。吸附劑具有選擇性。主要吸附劑：天然材料（粘土、沙、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁、沸石、軟錳礦、磁鐵礦、硫鐵礦、磁黃鐵礦等），人工材料（活性炭、粉煤灰、高爐渣、活性氧化鋁、有機聚合物等）。如：活性炭有機物；活性氧化鋁鎳離子。離子交換法：常見的交換劑離子交換樹脂、天然或人工合成沸石、硅膠。特點：昂貴、可逆。,三、固體廢物的藥劑穩(wěn)定化處理,.,化學沉淀法：在含有重金屬廢物中投加化學藥劑，形成難溶沉淀物的方法。包括：氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、硅酸鹽沉淀法、碳酸鹽沉淀法、共沉淀法、無機及有機螯合物沉淀法。,氫氧化物沉淀法：關鍵pH值影響溶解度。投加堿性物質氫氧化鈉、石灰、碳酸鈉等。固化基材（調pH值）：硅酸鹽水泥、石灰窯灰渣、碳酸鈉等。,金屬離子的穩(wěn)定化,三、固體廢物的藥劑穩(wěn)定化處理,.,硫化物沉淀法：關鍵利用硫化物的低溶解度。無機硫化物沉淀應用廣泛，保持pH8，有機硫化物沉淀較高的分子量與金屬離子形成沉淀物，易沉降、脫水和過濾。沉淀徹底，適用pH范圍廣。,硅酸鹽沉淀：pH在211范圍內，產物水合金屬離子與SiO2或硅膠按不同比例混合物。碳酸鹽沉淀：鋇、鎘、鉛碳酸鹽低溶解度，應用較少。,化學沉淀法：,.,共沉淀：在非鐵二價重金屬離子（Mn2+、Zn2+、Ni2+、Mg2+、Cu2+、Cd2+)與Fe2+共存溶液中，適當調節(jié)pH值，發(fā)生如下反應：,生成物在空氣中溶解：,生產鐵氧體，可用永久磁鐵吸住。鐵氧體：=1:11:2。碳酸鈣也可以產生共沉淀。,化學沉淀法：,.,無機及有機螯合物沉淀：廢物中含有配合劑磷酸酯、檸檬酸鹽、葡萄糖酸、氨基乙酸、EDTA等與重金屬離子配位形成穩(wěn)定可溶螯合物。螯合物的去除：強氧化劑、高溫破壞高pH破壞、堿性Na2S去除高分子有機硫穩(wěn)定劑更穩(wěn)定的螯合物螯環(huán)（更穩(wěn)定）：對Pb2+、Cd2+、Ag+、Ni2+、Cu2+，去除率98%；對Co2+、Cr2+，去除率85%；穩(wěn)定化處理效果優(yōu)于Na2S。,化學沉淀法：,.,三、固體廢物的藥劑穩(wěn)定化處理,有機污染物的氧化解毒處理,有機污染物氧化解毒,O3氧化解毒理論上1058gO3/度電實際150gO3/度電費用高，自由能高有紫外線照射：,過氧化氫解毒鐵做催化劑產生OHH2O235%50%水溶液紫外線功率500W/L五氯酚污染土壤99.9%降解，有效去除TOC,氯氧化解毒氯和漂白粉。用氯的氧化作用破壞劇毒氰化物是一種經典方法，pH7.5,.,四、固體廢物固化處理,定義：是用物理-化學方法將有害廢物固定或包封在惰性基材中，使之呈現(xiàn)化學穩(wěn)定性或密封性的一種無害化處理方法。應用：目前已應用于處理電鍍污泥、砷渣、汞渣、氰渣、鉻渣和鎘渣等。,.,某些廢物對不同固化處理技術的適應性,.,無機廢物固化法和有機廢物包封法的優(yōu)缺點,.,四、固體廢物固化處理,水泥固化（重點）,原理：以水泥為固化劑將有害廢物進行固化的一種處理方法。適于各種含重金屬的污泥。水泥與添加劑固化劑：硅酸鹽、火山灰質硅酸鹽水泥等添加劑：能夠吸收有害物質并促進其凝固，可減少水泥用量，加強固化體的強度，降低有害組分的浸出率。常用有吸附劑（活性氧化鋁、粘土等）、緩凝劑（酒石酸、檸檬酸、硼酸鹽等）促凝劑（水玻璃、鋁酸鈉、碳酸鈉等）和減水劑（表面活性劑等）。,.,四、固體廢物固化處理,水泥固化（重點）,水泥固化的化學反應：硅酸三鈣的水合反應硅酸二鈣的水合反應氯酸三鈣的水合反應鋁酸四鈣的水合反應,.,固化效果,影響因素,pH值pH過高，氫氧化物沉淀，碳酸鹽沉淀。另外，pH過高，形成帶負電荷的羥基絡合物，溶解度。Cu，pH9；Zn，pH9.3；Cd，pH11.1。,水、水泥和廢物的比例水分過少，不能保證水泥的充分水合作用；水分過大，出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。,凝固時間投加促凝劑、緩凝劑來控制凝固時間，一般初凝2h，終凝24h，保證混料后有足夠時間輸送、裝桶或澆注。,添加劑、成型工藝改善固化體質量。吸附劑沸石或蛭石加入含硫酸鹽的廢物中防止其與水泥成分反應生成硫酸鋁鈣導致體積膨脹或破裂。蛭石還是骨料。,水泥固化（重點）,.,應用：無機類廢物，如：多氯聯(lián)苯、油和油泥、含有氯乙烯和二氯乙烷的廢物、硫化物等，尤其是含有重金屬污染物的廢物，也被應用于低、中放射性及垃圾焚燒廠產生的焚燒飛灰等危險廢物的固化處理。電鍍污泥固化處理,采用400500號硅酸鹽水泥為固化劑。電鍍干污泥、水,水泥固化（重點）,和水泥配比為(12):20:(610）。固化體抗壓強度達1020MPa。,.,優(yōu)點：固化工藝和設備比較簡單，設備和運行費用低；水泥和添加劑便宜易得；對含水量較高的廢物可以直接固化；固化產品經過瀝青涂覆能有效地降低污染物的浸出，固化體的強度、耐熱性、耐久性均好；產品適于投海處置，有的產品可作路基或建筑物基礎材料。,水泥固化（重點）,.,缺點：產品一般都比最終廢物原體積增大1.52.0倍，固化體中污染物的浸出率較高，須作涂覆處理；廢物有的需作預處理或需要加入添加劑，因而可能影響水泥漿的凝固，并會使成本增加，廢物體積增大；水泥的堿性能使銨離子變成氨氣釋出。,水泥固化（重點）,.,四、固體廢物固化處理,石灰固化,概念：以石灰和具有火山灰活性的物質為固化基材對危險廢物進行固化處理的方法。應用：產品適用于固化鋼鐵、機械的酸洗工序所排放的廢液和廢渣、電鍍污泥、煙道脫硫廢渣、石油冶煉污泥等。固化體養(yǎng)護后可作為路基材料或砂坑填充物。原理：石灰與硬凝性物料結合會產生能在化學及物理上將廢物包裹起來的粘結性物質。常以氫氧化鈣（熟石灰）的方法固定污泥。,.,四、固體廢物固化處理,石灰固化,特點：使用的添加劑本身是廢物，來源廣，成本低；操作簡單，不需要特殊的設備，處理費用低；被固化的廢渣不要求脫水和干燥；可在常溫下操作，沒有尾氣處理問題等。缺點：石灰固化體的增容比較大；固化體容易受酸性介質浸蝕，需對固化體表面進行涂覆。,.,原理：以瀝青為固化劑與有害廢物在一定的溫度、配料比、堿度和攪拌作用下產生皂化反應，使有害廢物均勻地包容在瀝青中，形成固化體。瀝青憎水性物質、良好的粘結性、化學穩(wěn)定性、較高的耐腐蝕性。石油蒸餾的殘渣，其化學成分包括瀝青質、油分、游離碳、膠質、瀝青酸和石蠟。工藝：先將廢物脫水，再同瀝青在高溫下混合；或將廢物與瀝青共同加熱脫水，再冷卻、固化。高溫熔化混合蒸發(fā)法：將廢液加入預先熔化的瀝青中，在150230下攪拌混合蒸發(fā)，待水分和其他揮發(fā)組分排出后，將混合物排至貯存器或處置容器中。被固化的廢渣不要求脫水和干燥；,瀝青固化,.,工藝：暫時乳化：混合脫水干燥化學乳化法：廢物與乳化瀝青混合干燥脫水冷卻硬化應用：一般用來處理中、低放射性蒸發(fā)殘夜、廢水化學處理產生的污泥、焚燒爐產生的灰分、以及毒性較大的電鍍污泥和砷渣等危險廢物。（同水泥固化）優(yōu)點：瀝青具有良好的粘結性、化學穩(wěn)定性與一定的彈性和塑性；對大多數(shù)酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性。此外，它還具有一定的輻射穩(wěn)定性。,瀝青固化,.,塑性材料固化,概念：以塑料味固化劑，與危險廢物按一定比例配料，并加入適量催化劑和填料進行攪拌混合，使其共聚合固化，將危險廢物包容形成具有一定強度和穩(wěn)定性固體化的過程。熱固性塑料固化（脲醛樹脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂）：用熱固性有機單體和經過粉碎處理的廢物充分混合，在助凝劑和催化劑的作用下產生聚合以形成海綿狀的聚合