固體廢物固化課件

第四章固體廢物固化

教學目標:1.理解并掌握衡量固化處理效果的兩項主要指標;2.掌握水泥固化;3.熟悉瀝青固化;4.熟悉塑料固化;5.熟悉玻璃固化;4.熟悉石灰、自膠結、水玻璃等其他固化方法教學重點：衡量固化處理效果的兩項主要指標；水泥固化；瀝青固化教學難點：第四章固體廢物固化4.1概述4.2水泥固化4.3瀝青固化4.4塑料固化4.5玻璃固化4.4石灰固化4.7自膠結固化4.8水玻璃固化4.1概述固化概念固化機理固化劑和固化體性質指標基本要求固化技術應用固化技術分類4.1概述——固化概念固化是用物理－化學方法將有害廢物摻合并包容在密實的惰性基材中，使其穩(wěn)定化的一種過程。采用固化基材將固體廢棄物固定或包裹起來，以降低其對環(huán)境的危害，因而較安全地運輸和處置的一種方法。4.1概述——固化機理有的是將有害廢物通過化學轉變或引入某種穩(wěn)定的晶格中的過程；有的是將有害廢物用惰性材料加以包容的過程；有的兼有上述兩種過程。固化處理的機理十分復雜，目前尚在研究和發(fā)展中。4.1概述——固化劑和固化體固化所用的惰性材料稱為固化劑。有害廢物經過固化處理所形成的固化產物稱為固化體。由于處理過程中，需加入較多的固化劑，因而固化體的體積比原廢物的體積大。4.1概述——固化的性質指標浸出率：固化體浸于水中或其它溶液中時，其中有害物質的浸出速度。因為固化體中的有害物質對環(huán)境和水源的污染，主要是由于有害物質溶于水所造成的。所以，可用浸出率的大小預測固化體在貯存地點可能發(fā)生的情況。4.1概述——固化的性質指標Rin—標準比表面的樣品每天浸出的有害物質的浸出率，g/(d·cm2)，ar—浸出時間內浸出的有害物質的量，mg，A0—樣品中含有的有害物質的量，mg，F(xiàn)—樣品暴露表面積，cm2，M—樣品的質量，g，t—浸出時間，d。浸出率：標準比表面積的樣品每日浸出放射性（即污染物質量）4.1概述——固化的性質指標增容比：所形成的固化體體積與被固化有害廢物體積的比值。增容比是評價固化處理方法和衡量最終成本的一項重要指標。ci—增容比；V2—固化體體積，m3；V1—固化前有害廢物的體積，m3。4.1概述——固化的基本要求①有害廢物經固化處理后所形成的固化體應具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性，抗干濕性、抗凍融性及足夠的機械強度等，最好能作為資源加以利用，如作建筑基礎和路基材料等；②固化過程中材料和能量消耗要低，增容比(即所形成的固化體體積與被固化廢物的體積之比)要低；③固化工藝過程簡單、便于操作；④固化劑來源豐富，價廉易得；⑤處理費用低。4.1概述——固化技術應用①對于具有毒性或強反應性等危險性質的廢物進行處理，使得滿足填埋處置要求；②其他處理過程所產生的殘渣，例如焚燒產生的灰分的無害化處理，其目的是最終對其進行處置；③在大量土壤被有害污染物所污染的情況下對土壤進行去污。4.1概述——固化技術應用固化技術，首先是從處理放射性廢物發(fā)展起來的。歐洲、日本已應用多年，近年來，美國也很重視該技術的研究開發(fā)。我國在放射性廢物的固化處理方面已做了大量的工作，并已進入工業(yè)化應用階段。固化技術已應用于處理多種有毒有害廢物，如電鍍污泥、砷渣，汞渣、氰渣、鉻渣和鎘渣等。4.2水泥固化水泥固化是以水泥為固化劑將有害廢物進行固化的一種處理方法。采用水泥固化處理各種含有重金屬的有毒廢渣十分有效。4.2水泥固化——原理水泥是一種無機膠結劑，經水化反應后可形成堅硬的水泥塊，能將砂，石等添加料牢固地凝結在一起。水泥固化有害廢物就是利用水泥的這一特性。對有害污泥進行固化時，水泥與污泥中的水分發(fā)生水化反應生成凝膠，將有害污泥微粒分別包容，并逐步硬化形成水泥固化體?？梢哉J為這種固化體的結構主要是水泥的水化反應產物3CaO·SiO3，水化結晶體內包進了污泥微粒，使得污泥中的有害物質被封閉在固化體內，達到穩(wěn)定化，無害化的目的。4.2水泥固化——原理硅酸三鈣的水合反應

硅酸三鈣的水合反應，硅酸二鈣的水合反應，鋁酸三鈣的水合反應，鋁酸四鈣的水合反應，最終生成硅鋁酸鹽膠體的這一連串反應是一個速率很慢的過程，所以為了保證固化體得到足夠的強度需要在有足夠水分的條件下維持很長的時間對水化的混凝土進行保養(yǎng)。4.2水泥固化——優(yōu)點

在固化過程中，由于水泥具有較高的pH值，使得廢渣中的重金屬離子形成氫氧化物和碳酸鹽等，能更好地固定在固化體內，有效地防止有毒金屬地浸出。工藝簡單設備投資、能耗和運行費用較低水泥和添加劑價廉易得對于含水率較高的廢物可直接固化可在常溫下操作對電鍍污泥等含重金屬的固體廢棄物處理十分有效對放射性廢物的固化容易實現(xiàn)安全運輸和自動化控制等。4.2水泥固化——缺點①水泥固化體的浸出率較高，通常為10-4～10-5g/(cm2·d)，主要是由于它的空隙率較高所致，因此，需作涂覆處理；②水泥固化體的增容比較高，達1.5～2；③有的廢物需進行預處理和投加添加劑，使處理費用增高；④水泥的堿性易使銨離子轉變?yōu)榘睔庖莩?，⑤處理化學泥渣時，由于生成膠狀物，使混合器的排料較困難，需加入適量的鋸末予以克服。

4.2水泥固化——工藝流程進料攪拌成型養(yǎng)護：蒸氣養(yǎng)護—室外自然養(yǎng)護4.2水泥固化——應用實例4.3瀝青固化

瀝青固化是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。瀝青固化一般用于處理中、低放射水平的蒸發(fā)殘液，廢水化學處理產生的沉渣，焚燒爐產生的灰燼、塑料廢物，電鍍污泥，砷渣等。

4.3瀝青固化——影響因素影響穩(wěn)定性的因素硝酸鹽與亞硝酸鹽：純?yōu)r青的燃點一般為420℃左右，而在摻入硝酸鹽，亞硝酸鹽后，其燃點降至250～330℃，因而增加了燃燒的危險性。氧化劑：在瀝青固化過程中，瀝青會與某些氧化劑等發(fā)生化學作用，從而影響固化體的化學穩(wěn)定性。4.3瀝青固化——特點良好的粘結性；化學穩(wěn)定性；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；此外具有一定的輻射穩(wěn)定性。4.3瀝青固化——方法1.高溫熔化混合蒸發(fā)法2.暫時乳化法3.化學乳化法4.3瀝青固化——應用高溫熔化混合蒸發(fā)法4.3瀝青固化——應用暫時乳化法4.4塑料固化以塑料為固化劑，與有害廢棄物按一定的配料比，并加入適量的催化劑和填料（骨料）進行攪拌混合，使其共聚固化而將有害廢物包容形成具有一定強度和穩(wěn)定性的固化體。4.4塑料固化——方法熱塑性塑料主要有聚乙烯、聚氯乙稀等。在常溫下是固體，高溫時可變成熔融膠粘液體，將有害廢物摻合包容在塑料中，冷卻后即形成固化體。熱固性塑料有脲醛樹脂和不飽和樹脂等。常溫下是液體，使用方便，固化速度快，可以在常溫、常壓下固化。4.4塑料固化——特點優(yōu)點增容比較?。唤雎瘦^??；；固化體不可燃；常溫下可操作。缺點固化體耐老化性能較差；固化體一旦破裂，浸出率迅速提高，污染環(huán)境；混合過程中產生有害煙霧，污染空氣；對操作技術要求高。處置前都應有容器包裝，增加處理費用。適用范圍：干廢渣或污泥漿4.5玻璃固化以玻璃為固化劑，將其與有害廢物以一定的配料比混合后，在高溫下（900～1200℃）熔融，經退火后即轉化成穩(wěn)定的玻璃固化體，也稱為熔融固化技術。4.5玻璃固化——

固化方法及工藝流程間歇式固化法：是一罐一罐地將高放廢液和玻璃原料—起加人罐內，使蒸發(fā)干燥，煅燒，熔融等幾步過程都在罐內完成。熔融成玻璃后，將熔化玻璃注入貯存容器內成型。熔化罐可以反復使用，也可以采用棄罐方式，即熔化罐本身兼作貯存容器或最終處置容器用。連續(xù)式固化法：是將蒸發(fā)、煅燒過程與熔融過程分別在煅燒爐和熔融爐內完成，蒸發(fā)煅燒過程采用連續(xù)進料和排料的方式，而熔融過程既可連續(xù)進料和排抖，也可連續(xù)進料和間歇排料。4.5玻璃固化——

固化方法及工藝流程磷酸鹽玻璃固化4.5玻璃固化——

固化方法及工藝流程硼酸鹽玻璃固化4.5玻璃固化——應用玻璃固化法處理被有機物污染的土壤：用電力將土壤加熱到熔融狀態(tài)，當電流通過土壤時，溫度會逐漸達到土壤的熔點，在熔融狀態(tài)下，土壤的導電性和熱傳導性提高，從而使得熔融過程加速進行?？梢栽诘乇砻嬖O置一層玻璃和石墨的混合物以啟動土壤的加熱過程，兩極之間的最大距離為4m。當電流一旦通過土壤，則熔融區(qū)逐漸向下擴展，其最大深度可達30m，熔融體的總量可達1000t。4.6石灰固化

石灰固化是以石灰為固化劑，以粉煤灰，水泥窯灰為填料，專用于固化含有硫酸鹽或亞硫酸鹽類廢渣的一種固化方法。4.6石灰固化——原理基于水泥窯灰和粉煤灰中含有活性氧化鋁和二氧化硅，能與石灰和含有硫酸鹽、亞硫酸鹽廢渣中的水反應，經凝結、硬化后形成具有一定強度的固化體。4.6石灰固化——優(yōu)缺點優(yōu)點使用的填料來源豐富，價廉易得，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，可在常溫下操作等。缺點石灰固化體的增容比大，固化體容易受酸性介質浸蝕，需對固化體表面進行涂覆。

4.6石灰固化——應用石灰固化法適用于固化鋼鐵、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。固化體可作為路基材料或砂坑填充物。4.7自膠結固化自膠結固化是將含有大量硫酸鈣或亞硫酸鈣的泥渣，在適宜的控制條件下進行煅燒，使其部分脫水至產生有膠結作用的亞硫酸鈣或半水硫酸鈣狀態(tài)，然后與特制的添加劑和填料混合成稀漿，經凝結硬化形成自膠結固化體。其固化體具有抗透水性高，抗微生物降解和污染物浸出率低的特點。4.7自膠結固化——優(yōu)缺點自膠結固化法的優(yōu)點是采用的填料飛灰是工業(yè)廢料，以廢治廢節(jié)約資源，固化體的化學穩(wěn)定性好，浸出率低，凝結硬化時間短，對固化的泥渣不需要完全脫水等。主要缺點是該種固化法只適用于含硫酸鈣、亞硫酸鈣泥渣或泥漿的處理，需要熟練的操作技術和昂貴的設備，煅燒泥渣需消耗一定的能量等。4.8水玻璃固化水玻璃固化是以水玻璃為固化劑，無機酸類(如硫酸，硝酸、鹽酸和磷酸)為助劑，與有害污泥按一定的配料比進行中和與縮合脫水反應，形成