固廢-第5章-固體廢物固化-穩(wěn)定化.ppt

1、第5章 固體廢物 固化/穩(wěn)定化,固體廢棄物處理與資源化,2,主要內(nèi)容,一、固化穩(wěn)定化技術(shù)概述 二、固化技術(shù) 三、穩(wěn)定化技術(shù),【基本概念】：穩(wěn)定化、固化、固化體、固化劑、浸出率、增容比 【固化方法】：水泥固化、瀝青固化的原理、影響因素、優(yōu)缺點(diǎn) 【原理】：穩(wěn)定化技術(shù)原理,本章重點(diǎn)：,3,一、固化穩(wěn)定化技術(shù)概述,危險(xiǎn)廢物最終處置前的預(yù)處理技術(shù)固化和穩(wěn)定化。 固化和穩(wěn)定化的目的： 使危險(xiǎn)廢物中的污染成分呈現(xiàn)化學(xué)惰性或被包裹起來(lái)，減小廢物的毒性和遷移性。 危險(xiǎn)廢物固化/穩(wěn)定化的途徑： 將污染物通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)變，引入到某種穩(wěn)定固體物質(zhì)的晶格中去； 通過(guò)物理過(guò)程把污染物直接摻入到惰性基材中去。,4,基本概念 穩(wěn)

2、定化：將有毒有害污染物轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性的物質(zhì)的過(guò)程?？煞譃槲锢矸€(wěn)定化和化學(xué)穩(wěn)定化。 物理穩(wěn)定化：是將固體廢物與一種疏松物料（如粉煤灰）混合生成一種粗顆粒、有土壤狀堅(jiān)實(shí)度的固體，這種固體可以用運(yùn)輸機(jī)械送至處置場(chǎng)。 化學(xué)穩(wěn)定化：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使有毒物質(zhì)變成不溶性化合物，使之在穩(wěn)定的晶格內(nèi)固定不動(dòng)。,5,固化：在危險(xiǎn)廢物中添加固化劑，使其轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢闪鲃?dòng)固體或形成緊密固體的過(guò)程。固化的產(chǎn)物是結(jié)構(gòu)完整的整塊密實(shí)固體。 固化可以看作是一種特定的穩(wěn)定化過(guò)程，可以理解為穩(wěn)定化的一個(gè)部分 固化劑：固化所用的添加劑（水泥、瀝青等） 固化體：有害廢物經(jīng)過(guò)固化處理所形成的固化產(chǎn)物,6,二、固化技術(shù),1.

3、固化技術(shù)的應(yīng)用 固化技術(shù)最早是用來(lái)處理放射性廢物的，后被廣泛應(yīng)用于處理電鍍污泥、鉻渣、汞渣、砷渣、氰渣和鎘渣等。特別適合處理含重金屬的廢物 2.衡量固化效果的指標(biāo) 浸出率 增容比 抗壓強(qiáng)度,7,浸出率 leaching rate 固化體浸于水或其他溶液中時(shí)，有害物質(zhì)的浸出速率。通常用標(biāo)準(zhǔn)比面積的樣品每日浸出污染物質(zhì)的量（Rin）來(lái)表示：,ar浸出時(shí)間內(nèi)浸出的有害物質(zhì)的量，mg； A0樣品中含有的有害物質(zhì)的量，mg F樣品的表面積，cm2； M樣品的質(zhì)量，g； t浸出時(shí)間，d;,8,增容比 enlargement ratio 危險(xiǎn)廢物固化后固化體體積與危險(xiǎn)廢物原體積比：,Ci增容比 V1固化前危

4、險(xiǎn)廢物的體積，m3； V2固化體體積，m3；,增容比是評(píng)價(jià)固化處理方法和衡量最終成本的一項(xiàng)重要指標(biāo)。增容比應(yīng)越低越好,9,抗壓強(qiáng)度 主要是用來(lái)評(píng)價(jià)固化體的抗破碎性，減少固化體對(duì)環(huán)境的污染的可能性。 危險(xiǎn)廢物必須有一定的抗壓強(qiáng)度，才能安全貯存。避免破碎和散裂增加暴露表面積 一般的危險(xiǎn)廢物0.10.5MPa便可；如用作建筑材料，應(yīng)大于l0MPa；放射性廢物，其固化產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度，要求達(dá)到20MPa,10,3.固化處理的基本要求 固化體應(yīng)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(jī)械強(qiáng)度，最好能作為資源加以利用，如作建筑材料和路基材料等； 固化過(guò)程中材料和能量消耗要低，增容比要低； 固

5、化工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、便于操作 固化劑來(lái)源豐富，價(jià)廉易得 處理費(fèi)用低,11,4. 常用固化技術(shù) 水泥固化 石灰固化 瀝青固化 塑料固化（熱固性塑料、熱塑料塑料） 自膠結(jié)固化 燒結(jié)固化（陶瓷固化） 熔融固化（玻璃固化）,12,（1）水泥固化,原理： 以水泥為固化劑，將廢物摻入水泥中，水泥與廢物中的水分或另外添加的水分發(fā)生水化反應(yīng)，生成堅(jiān)硬的水泥固化體。通過(guò)包容減少有害危險(xiǎn)廢物的表面積和降低其可溶性。,水泥是一種粉狀水硬性無(wú)機(jī)凝膠材料，是鈣、硅、鋁及鐵的氧化物（SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3）的混合物。其主要成分是硅酸三鈣（3CaOSiO2）和硅酸二鈣（2CaOSiO2）。,13,14,

6、添加劑 作用：改善固化條件，提高固化體的質(zhì)量。 常用的添加劑有：,15,有害固體廢物、水泥、添加劑+水?dāng)嚢杌旌橡B(yǎng)護(hù)（硬化） 水泥固化體,水泥固化工藝,16,影響水泥固化的因素： pH: 當(dāng)pH值較高時(shí)，許多金屬離子將形成氫氧化物沉淀。但是pH值過(guò)高，會(huì)形成帶負(fù)電荷的羥基絡(luò)合物，溶解度反而升高。 例如，pH值9時(shí)，銅主要以Cu(OH)2沉淀的形式存在；當(dāng)pH值9時(shí)，則形成Cu(OH)3-和Cu(OH)42-絡(luò)合物，溶解度增加。,控制pH=89,水灰比： 水分過(guò)小，則無(wú)法保證水泥的充分水合作用； 水分過(guò)大，則會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，影響固化塊的強(qiáng)度。,水灰比1：2,18,凝固時(shí)間： 為確保水泥廢物混合漿料

7、能夠在混合以后有足夠的時(shí)間進(jìn)行輸送、裝桶或者澆注，必須適當(dāng)控制初凝和終凝的時(shí)間。 初凝時(shí)間2h，終凝時(shí)間在48h以?xún)?nèi)。（添加緩凝劑或促凝劑）,19,優(yōu)點(diǎn)： 可處理各種無(wú)機(jī)類(lèi)型廢物，尤其是重金屬?gòu)U物； 設(shè)備和工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資、動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用都比較低； 價(jià)廉易得； 對(duì)含水率較高的廢物可直接固化； 操作常溫下即可進(jìn)行； 對(duì)放射性廢物的固化容易實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)輸和自動(dòng)化控制等。,缺點(diǎn)： 水泥固化體的浸出率較高，由于它的空隙率較高所致，需作涂覆處理； 增容比較高，達(dá)1.5-2； 有的廢物需進(jìn)行預(yù)處理和投加添加劑，使處理費(fèi)用增高； 水泥的堿性易使銨離子轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔庖莩觯?水泥固化的優(yōu)缺點(diǎn),20,水泥固化

8、應(yīng)用電鍍污泥的固化處理 固化劑可采用425號(hào)硅酸鹽水泥。 干污泥、水泥和水的配比為（12）: 20 :（610）。 水泥固化體的抗壓強(qiáng)度可達(dá)1020MPa，鉛、鎘、鉻的浸出濃度均低于毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)。 電鍍污泥的水泥固化處理工藝如圖：,21,（2）石灰固化,原理 以石灰為固化劑，以粉煤灰、水泥窯灰（含有的活性氧化鋁和二氧化硅）為添加劑。石灰具有較強(qiáng)的堿性，能與活性氧化硅或活性氧化鋁反應(yīng)，生成有水硬性的產(chǎn)物，產(chǎn)生膠結(jié)，將廢物包容。 應(yīng)用 適用于固化 鋼鐵、機(jī)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(hù)后可作為路基材料或砂坑填充物。,特點(diǎn) a. 優(yōu)點(diǎn)： 使用的添

9、加劑(粉煤灰、水泥窯灰)本身是廢物，來(lái)源廣，成本低 操作簡(jiǎn)單，不需要特殊的設(shè)備，處理費(fèi)用低； 被固化的廢渣不要求脫水和干燥； 可在常溫下操作，沒(méi)有尾氣處理問(wèn)題等。 b. 缺點(diǎn)： 石灰固化體的增容比較大； 固化體強(qiáng)度較低； 固化體容易受酸性介質(zhì)浸蝕，需對(duì)固化體表面進(jìn)行涂覆。,（3）瀝青固化,瀝青固化 是將污泥與瀝青混合，通過(guò)加熱、蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)固化的方法。,23,瀝青的性質(zhì) 瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑褐色復(fù)雜混合物 呈液態(tài)、半固態(tài)或固態(tài)，是一種防水防潮和防腐的有機(jī)膠凝材料。 具有粘結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性，彈性，塑性； 具有對(duì)大多數(shù)酸、堿、鹽的耐腐蝕性和一定的抗輻射性。,瀝青固化工

10、藝-高溫熔化混合蒸發(fā)法,25,在瀝青貯槽通入蒸氣加熱，使瀝青成熔融狀態(tài)； 在攪拌槽中進(jìn)一步加熱至220，并高速攪拌（15003000轉(zhuǎn)分）； 在高溫和高攪拌速度的條件下，污泥中的水分蒸發(fā)； 混合物排入容器，冷卻后固化； 蒸發(fā)氣體經(jīng)冷凝器冷卻，冷凝液體再經(jīng)處理排放， 廢氣經(jīng)靜電除塵，木炭過(guò)濾，煙囪排放。(除塵、冷凝、吸附）,影響瀝青固化的因素 瀝青的種類(lèi)：直餾瀝青效果較好； 廢物量：廢物量與瀝青的重量比以1-2為宜； 殘余水分：殘余水分越高，浸出率越高，應(yīng)控制在10%以?xún)?nèi)，最好是0.5%以?xún)?nèi)。 硝酸鹽和亞硝酸鹽能降低瀝青的燃點(diǎn)（易燃）,26,特點(diǎn) 增容比低，濃縮系數(shù)大 固化體致密度高，有害物質(zhì)的

11、浸出率低，一般比水泥固化體低23個(gè)數(shù)量級(jí)。 快速硬化：冷卻后即固化（水泥需養(yǎng)護(hù)28天后為最終強(qiáng)度）。 導(dǎo)熱系數(shù)低，水分蒸發(fā)慢，處理時(shí)間長(zhǎng)（需加溫，攪拌)。 控制溫度（加熱過(guò)高造成可燃），運(yùn)輸，貯存要有防火措施。 應(yīng)用范圍 中、低放射性蒸發(fā)殘液； 化學(xué)法處理廢水的沉渣； 焚燒灰分。,27,（4）自膠結(jié)固化,原理 自膠結(jié)固化是將大量含有硫酸鈣或亞硫酸鈣的泥渣，在適宜的控制條件下進(jìn)行煅燒，使其部分脫水至產(chǎn)生有膠結(jié)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(jīng)凝結(jié)硬化形成自膠結(jié)固化體。 應(yīng)用：主要適用于煙道脫硫的泥渣 優(yōu)點(diǎn)：以廢治廢 。自膠結(jié)固化體具有抗透水性高、抗微生物

12、降解和污染物浸出率低的特點(diǎn)。 缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍受限，僅限于煙道脫硫泥渣,28,29,煙 道 脫 硫,三、穩(wěn)定化技術(shù),化學(xué)藥劑穩(wěn)定技術(shù) 原理：是利用化學(xué)藥劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑浴⒌瓦w移性及低毒性物質(zhì)的過(guò)程。 優(yōu)點(diǎn)： 可以在實(shí)現(xiàn)廢物無(wú)害化的同時(shí)，達(dá)到廢物少增容或不增容，從而提高危險(xiǎn)廢物處理處置系統(tǒng)的總體效率和經(jīng)濟(jì)性； 還可以通過(guò)改進(jìn)螯合劑的結(jié)構(gòu)和性能使其與廢物中危險(xiǎn)成分之間的化學(xué)螯合作用得到強(qiáng)化，進(jìn)而提高穩(wěn)定化產(chǎn)物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，減少最終處置過(guò)程中穩(wěn)定化產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的影響。,30,1. pH控制技術(shù) 原理： 加入堿性藥劑，將廢物的pH值調(diào)整至使重金屬離子具有最小溶解度的范圍，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。 常用的藥劑： 石灰（CaO或CaOH2）、蘇打（Na2CO3）、氫氧化鈉等。 另外，除了這些常用的強(qiáng)堿外，大部分固化基材，如普通水泥、石灰窯灰渣、硅酸鈉等也都是堿性物質(zhì)，它們?cè)诠袒瘡U物的同時(shí)，也有調(diào)整pH值的作用。,31,2. 沉淀技術(shù) 氫氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 碳酸鹽沉淀法 共沉淀 無(wú)機(jī)及有機(jī)螯合物沉淀,32, P