固體廢物的固化處理

1、第五節(jié) 固體廢物的固化處理,原理和步驟 基本方法 水泥固化 石灰固化 熱塑性材料固化法 熱固性材料固化法 玻璃固化法 自膠結(jié)固化和大型包封法,固化處理,利用物理或化學(xué)方法將有害固體廢物固定或包容在惰性固體基質(zhì)內(nèi)，使之呈現(xiàn)化學(xué)穩(wěn)定性或密封性。 固化所用的惰性材料稱為固化劑。有害廢物經(jīng)過(guò)固化處理所形成的固化產(chǎn)物稱為固化體。,固化方法,水泥固化、石灰固化、熱塑性材料固化、有機(jī)聚合物固化、自膠結(jié)固化、玻璃固化,對(duì)固化處理的基本要求 （1）有害廢物經(jīng)過(guò)固化處理后所形成的固化體應(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)度等，最好能作為資源加以利用。 （2）固化過(guò)程中材料和能量消耗要低

2、，增容比要低。 （3）固化工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，便于操作。,水泥固化技術(shù) (Cement solidification) 水泥固化：是以水泥為固化劑將有害廢物進(jìn)行固化的一種處理方法,從而達(dá)到減小表面積、降低滲透性，使之能在較為安全的條件下運(yùn)輸與處置的目的。 水泥固化原理：水泥是一種無(wú)機(jī)膠結(jié)劑，經(jīng)水化反應(yīng)后可形成堅(jiān)硬的水泥塊，能將砂、石等骨料牢固地凝結(jié)在一起。水泥固化有害廢物就是利用水泥的這一特性。 常用作固化劑的水泥：硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 。,在水泥固化處理過(guò)程中，為了改善固化條件，提高固化體的質(zhì)量，有時(shí)摻入適宜的添加劑。常用的添加劑有： 吸附劑：如活性氧化鋁、粘土、蛭石等； 緩凝劑：如酒石

3、酸、檸檬酸、硼酸鹽等； 促凝劑：如水玻璃、鋁酸鈉、碳酸鈉等； 減水劑：如表面活性劑等。,應(yīng)用,原子能工業(yè)固體與液體廢物處理 電鍍業(yè)污泥 含汞污泥 含砷泥渣,圖 電鍍污泥水泥固化處理工藝流程圖,操作條件與指標(biāo),水灰比,水泥與廢物的配比,pH值,初凝時(shí)間與終凝時(shí)間,添加劑,養(yǎng)護(hù)條件,固化產(chǎn)物的性能指標(biāo)：機(jī)械強(qiáng)度、抗浸出性,一般控制在1:2為宜,應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定,應(yīng)控制在8以上,初凝:大于2h；終凝:48h以內(nèi),根據(jù)固化過(guò)程性質(zhì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇添加劑種類與投配量(吸附劑/促凝劑/緩凝劑/減水劑)。,一般在室溫條件下，相對(duì)濕度大于80%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間約28天。,以石灰和具有火山灰活性的物質(zhì)（如粉煤灰、垃圾焚燒

4、灰渣、水泥窯灰等）為固化基材，活性硅酸鹽類為添加劑對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行穩(wěn)定化與固化處理的方法。 適用于穩(wěn)定石油冶煉污泥、重金屬污泥、氧化物、廢酸等無(wú)機(jī)污染物，并已用于煙道氣脫硫的廢物的固化。 該法簡(jiǎn)單，物料來(lái)源方便，操作不需特殊設(shè)備及技術(shù)，比水泥固化法便宜，并在適當(dāng)?shù)奶幹铆h(huán)境，可維持波索來(lái)反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。石灰固化處理得到固化體的強(qiáng)度較低，所需養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，并且體積膨脹較大，增加清運(yùn)和處置的困難，因而較少單獨(dú)使用。,石灰固化處理（ Lime solidification ）,熱塑性材料固化（瀝青、石蠟、聚乙烯、聚丙烯等）：是用熔融的熱塑性物質(zhì)在高溫下與干燥脫水危險(xiǎn)廢物混合，以達(dá)到對(duì)廢物穩(wěn)定化的目的的過(guò)

5、程。 以瀝青類材料作為固化劑，與危險(xiǎn)廢物在一定的溫度、配料比、堿度和攪拌作用下發(fā)生皂化反應(yīng)，使有害物質(zhì)包容在瀝青中并形成穩(wěn)定固化體的過(guò)程。 瀝青憎水性物質(zhì)、良好的黏結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性、較高的耐腐蝕性。石油蒸餾的殘?jiān)?，其化學(xué)成分包括瀝青質(zhì)、油分、游離碳、膠質(zhì)、瀝青酸和石蠟等。,熱塑性材料固化處理,注意：含水率較高的廢物需預(yù)先脫水；被固化的廢物中應(yīng)盡量少含氧化性與導(dǎo)致瀝青粘度增大的物質(zhì)。,圖 高溫熔化混合蒸發(fā)瀝青固化流程示意圖,熱固性材料固化處理（Plastic solidification）,熱固性塑料固化（脲醛樹(shù)脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂） 用熱固性有機(jī)單體和經(jīng)過(guò)粉碎處理的廢物充分混

6、合，在助凝劑和催化劑的作用下產(chǎn)生聚合以形成海綿狀的聚合物質(zhì)，從而在每個(gè)廢物顆粒的周圍形成一層不透水的保護(hù)膜。部分液體廢物遺留，需干化。 特別適用于對(duì)有害廢物和放射性固體廢物的固化處理,玻璃固化處理（ Glass solidification ）,自膠結(jié)固化（Self-cementation solidification ）,利用廢物自身的膠結(jié)特性來(lái)達(dá)到固化目的的方法。 該技術(shù)主要用來(lái)處理含有大量硫酸鈣和亞硫酸鈣的廢物，如磷石膏、煙道氣脫硫廢渣等。 CaSO42H2O或CaSO32H2O經(jīng)煅燒成具自膠結(jié)作用半水，遇水后迅速凝固和硬化。 該方法不需要加入大量添加劑，廢物也不需要完全脫水，工藝簡(jiǎn)單；

7、固化體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有抗?jié)B透性高、抗微生物降解和污染物浸出速率低的特點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高；但只限于含有大量硫酸鈣的廢物，應(yīng)用面較為狹窄。此外還要求熟練的操作和比較復(fù)雜的設(shè)備，煅燒泥渣也需要消耗一定的熱量。,圖 煙道氣脫硫泥渣自膠結(jié)固化的工藝流程,水玻璃固化（Sodium silicate solidification） 水玻璃（硅酸鈉溶液）固化：以水玻璃為固化劑，無(wú)機(jī)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(jìn)行中和與縮合脫水反應(yīng)，形成凝膠體，將有害污泥包容，經(jīng)凝結(jié)硬化逐步形成水玻璃固化體。 水玻璃固化電鍍污泥時(shí)的配比為：水玻璃（3號(hào)硅酸鈉）混酸（純硫酸與純磷酸之比為91

8、）污泥為5.850.5593.6。,外部混合法,內(nèi)部混合法,第六節(jié) 固體廢物的最終處置,土地填埋 衛(wèi)生土地填埋 安全土地填埋 深井灌注 海洋處置 海洋傾倒 遠(yuǎn)洋焚燒,土地填埋處置是從傳統(tǒng)的堆放和土地處置發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)最終處置技術(shù)，不是單純的堆、填、埋，而是一種按照工程理論和土工標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)固體廢物進(jìn)行有控管理的綜合性科學(xué)工程方法，具有工藝簡(jiǎn)單、成本較低、適于處置多種類型固體廢物的優(yōu)點(diǎn)。目前已成為固體廢物最終處置的一種主要方法。,土地填埋,土地填埋處置的種類很多，采用的名稱也不盡相同。 按填埋場(chǎng)地形特征可分為山間填埋、峽谷填埋、廢礦坑填埋； 按填埋場(chǎng)的狀態(tài)可分為厭氧性填埋、好氧性填埋、準(zhǔn)好氧性填埋和

9、保管型填埋； 按填埋場(chǎng)地水文、氣象條件可分為干式填埋、濕式填埋和干-濕混合填埋； 按固體廢物污染防治法規(guī)，可分為一般固體廢物填埋和工業(yè)固體廢物填埋。,為了便于管理，一般可根據(jù)所處置的廢物種類以及有害物質(zhì)釋出所需控制水平進(jìn)行分類。通常把廢物分為四大類，因此土地填埋處置方法及場(chǎng)地也相應(yīng)分為四類。 土地填埋處置的分類及分類處置廢物的種類 安全土地填埋 A組：有害廢物，還可處置B、C、D組廢物 工業(yè)土地填埋 B組：工業(yè)廢物，還可處置C、D組廢物 衛(wèi)生土地填埋 C組：城市廢物，還可處置D組廢物 惰性廢物填埋 D組：惰性廢物,土地填埋必須注意問(wèn)題,土地填埋處置，首先需要進(jìn)行科學(xué)的選址，在設(shè)計(jì)規(guī)劃的基礎(chǔ)上對(duì)

10、場(chǎng)地進(jìn)行防護(hù)（如防滲）處理，然后按嚴(yán)格的操作程序進(jìn)行填埋操作和封場(chǎng)，并制訂全面的管理制度，定期對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)測(cè)。必須注意問(wèn)題包括：,27,1、填埋場(chǎng)地的選擇 在規(guī)劃一個(gè)新的填埋場(chǎng)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)適宜處置廢物的填埋場(chǎng)場(chǎng)址進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并根據(jù)所能收集到的當(dāng)?shù)氐乩怼⒌刭|(zhì)、水文地質(zhì)和氣象資料，初步篩選出若干可供建設(shè)城市垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)的地區(qū)。 在評(píng)價(jià)一個(gè)用于長(zhǎng)期處置固體廢物的填埋場(chǎng)場(chǎng)址的適宜性時(shí)，必須考慮的因素主要有：運(yùn)輸距離、場(chǎng)址限制條件、可以使用土地面積、入場(chǎng)道路、地形和土壤條件、氣候、地表和水文條件、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件以及填埋場(chǎng)封場(chǎng)后場(chǎng)地是否可被利用等。,28,2、填埋場(chǎng)地的結(jié)構(gòu) 填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)與地形地貌、

11、水文地質(zhì)條件、填埋廢物類別有關(guān)。按填埋廢物類別和填埋場(chǎng)污染防治設(shè)計(jì)原理，填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)有衰減型和封閉型之分。 通常，用于處置城市垃圾的衛(wèi)生填埋場(chǎng)屬衰減型填埋場(chǎng)或半封閉型填埋場(chǎng)，而處置危險(xiǎn)廢物的安全填埋場(chǎng)屬全封閉型填埋場(chǎng)。,(1)自然衰減型填埋場(chǎng) 自然衰減型填埋場(chǎng)允許部分滲濾液由填埋場(chǎng)基部滲透，利用下伏包氣帶土層和含水層的自凈功能來(lái)降低滲濾液中污染物的濃度，使其達(dá)到能接受的水平。理想的自然衰減型填埋場(chǎng)底部的包氣帶應(yīng)為粘土層，粘土層之下是含砂潛水層，而在含砂水層下為基巖。包氣帶土層和潛水層應(yīng)較厚。,（2)全封閉型填埋場(chǎng) 全封閉型填埋場(chǎng)是將廢物和滲濾液與環(huán)境隔絕開(kāi)，將廢物完全保存相當(dāng)一段時(shí)間（數(shù)十甚至上

12、百年）。這類填埋場(chǎng)通常利用地層結(jié)構(gòu)的低滲透性或工程密封系統(tǒng)，來(lái)減少滲濾液產(chǎn)生量和通過(guò)底部的滲透泄露滲入蓄水層的滲濾液量，將對(duì)地下水的污染減少到最低限度，并對(duì)所收集的滲濾液進(jìn)行妥善處理處置，從而達(dá)到使處置的廢物與環(huán)境隔絕的目的,30,3、地下水保護(hù) 土地填埋場(chǎng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的浸出液，浸出液的來(lái)源有：降水、地表徑流、地下水和垃圾含水四大部分。封閉型填埋場(chǎng)浸出液的來(lái)源與自然衰減型填埋場(chǎng)浸出液來(lái)源略有不同，對(duì)于衰減型土地填埋，在填埋過(guò)程中垃圾分解產(chǎn)生一定量的水。而對(duì)于封閉型土地填埋，浸出液主要來(lái)自廢物本身含水、地下水、降水及地表徑流。 防止措施：設(shè)置填埋場(chǎng)襯層系統(tǒng)，可盡量封閉滲濾液于填埋場(chǎng)中，使其進(jìn)入滲

13、濾液收集系統(tǒng)；并能控制地下水，防止其形成過(guò)高的上升壓，防止地下水進(jìn)入填埋場(chǎng)，因?yàn)榈叵滤M(jìn)入填埋場(chǎng)將使?jié)B濾液的產(chǎn)生量增加。常見(jiàn)防止?jié)B浸的具體方法 ：,31,（1）具有浸出液收集系統(tǒng)的單層襯層系統(tǒng) 具有浸出液收集系統(tǒng)的單層襯層系統(tǒng)是由上、下兩部分組成的，下部為低滲透性的粘土襯層或人造有機(jī)合成襯層；上部為具有浸出液收集系統(tǒng)的由30可滲透性礫石或砂質(zhì)土壤構(gòu)成的瀝濾系統(tǒng)。襯層系統(tǒng)的底部具有適當(dāng)坡度傾向的積水坑，浸出液可以沿襯層坡度匯集到積水坑，以便監(jiān)測(cè)和抽出。,32,（2）具有浸出液收集系統(tǒng)的雙層襯層系統(tǒng) 具有浸出液收集系統(tǒng)的雙襯層系統(tǒng)包含兩層防滲層，兩層之間是排水層，以控制和收集防滲層之間的液體或氣體

14、。主襯層為人工合成有機(jī)襯層（如高密度聚乙烯），輔助襯層為人工合成有機(jī)薄膜和粘土構(gòu)成的復(fù)合襯層。襯層上方為滲濾液收集系統(tǒng)，透過(guò)主襯層的滲濾液受到輔助襯層的阻擋而在中間的排水層中得到控制和收集。,37,4、常見(jiàn)的填埋方法 固體廢物填埋場(chǎng)的填埋方法與地形地貌有關(guān)，本節(jié)主要介紹山谷型填埋和平地-地上式填埋。,（1）山谷型填埋 我國(guó)大部分填埋場(chǎng)屬山谷型填埋場(chǎng)，通常的做法是在山谷出口處設(shè)一垃圾壩，在填埋場(chǎng)上方設(shè)擋水壩，在填埋場(chǎng)四周開(kāi)挖排洪溝，嚴(yán)格控制地表排水不進(jìn)入填埋場(chǎng)。對(duì)于安全土地填埋場(chǎng)，還需要采取防滲措施。山谷型填埋法主要是利用山坡地帶的地形，占地少，填埋量大，覆蓋土可不需外運(yùn)。,（2）平地型填埋方法 平地型可分為地上式、地下式及半地下式。而地上式填埋通常適用于地下水位較高或者地形不適于挖掘的地方，是地下水位較高的平原區(qū)唯一可能采用的方法。,填埋操作制度,制定一套完整的填埋操作計(jì)劃，是保證填埋操作順利進(jìn)行的重要保證。根據(jù)設(shè)計(jì)的填埋方法可以為操作人員制訂操作規(guī)程、定期操作進(jìn)度表、意外事故應(yīng)急計(jì)劃、交通線路、記錄和監(jiān)測(cè)程序及安全措施等。 對(duì)于干燥的廢物一定要注意防塵，并隨時(shí)覆蓋土層壓實(shí)，對(duì)于潮濕的廢物，應(yīng)先進(jìn)行脫水處理，或