第八章危险固体废物的化学处理优秀课件.ppt

第八章危险固体废物的化学处第八章危险固体废物的化学处理理第1页，本讲稿共34页药剂稳定化技术药剂稳定化技术n中和中和n最常用、最简单处理酸性或碱性废渣技术最常用、最简单处理酸性或碱性废渣技术n中和剂主要有：石灰、石灰石、白云石、氢氧化钠、碳酸钠和中和剂主要有：石灰、石灰石、白云石、氢氧化钠、碳酸钠和电石渣等电石渣等n沉淀沉淀n借助沉淀剂的作用使重金属离子选择性呈难溶化合物形态沉淀借助沉淀剂的作用使重金属离子选择性呈难溶化合物形态沉淀析出析出n氧化还原氧化还原n通过氧化还原反应使有毒元素的价态发生变化，从而变成无毒或通过氧化还原反应使有毒元素的价态发生变化，从而变成无毒或低毒，具有稳定性低毒，具有稳定性第2页，本讲稿共34页固化技术固化技术n什么是固化？什么是固化？n用物理、化学方法，将有害固体废物固定或包容在惰性基质用物理、化学方法，将有害固体废物固定或包容在惰性基质内，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。内，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。n固化产物应具有固化产物应具有n良好的机械性能良好的机械性能n抗渗透抗渗透n抗浸出抗浸出n抗干抗干-湿湿n抗冻抗冻-融融第3页，本讲稿共34页固化处理基本要求固化处理基本要求n固固化化产产品品应应基基本本无无害害化化，具具有有一一定定物物理理、化化学稳定性和机械性能学稳定性和机械性能n固化基材来源广泛，价格低廉固化基材来源广泛，价格低廉n固化处理费用低固化处理费用低n固固化化过过程程材材料料和和能能耗耗低低，增增容容比比低低，工工艺艺简简单、便于操作单、便于操作第4页，本讲稿共34页固化效率评价指标固化效率评价指标n浸出率浸出率n指固化体浸于水中或其它溶液中，其中有害物质指固化体浸于水中或其它溶液中，其中有害物质的浸出速度。的浸出速度。n可用来预测固化体在贮存点可能发生的情况可用来预测固化体在贮存点可能发生的情况n增容比增容比n指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值比值n评价固化处理方法和成本的一项重要指标。评价固化处理方法和成本的一项重要指标。第5页，本讲稿共34页固化理论固化理论n主要观点主要观点n使污染物化学转变或引入到某种稳定的晶格中去使污染物化学转变或引入到某种稳定的晶格中去n通过物理过程把污染成分直接掺入到惰性基材进通过物理过程把污染成分直接掺入到惰性基材进行包封行包封n或两种过程均有或两种过程均有第6页，本讲稿共34页固化方法固化方法n包胶固化包胶固化n水泥固化水泥固化n石灰固化石灰固化n热塑材料固化热塑材料固化n有机聚合物固化有机聚合物固化n自胶固化自胶固化n玻璃固化玻璃固化第7页，本讲稿共34页包胶固化包胶固化n什么是包胶固化？什么是包胶固化？n采用某种固化基材对于废物块或废物进行包覆处采用某种固化基材对于废物块或废物进行包覆处理的方法。理的方法。n分类分类n水泥固化水泥固化n石灰固化石灰固化n热塑材料固化热塑材料固化n有机聚合物固化有机聚合物固化第8页，本讲稿共34页水泥固化水泥固化n原理原理n重金属离子与水泥作用生成难溶的氢氧化物或重金属离子与水泥作用生成难溶的氢氧化物或碳酸盐碳酸盐n重金属离子固定在水泥基体的晶格中，有效防重金属离子固定在水泥基体的晶格中，有效防止重金属浸出止重金属浸出n可作固化剂的水泥可作固化剂的水泥n普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥n矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥n火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥n矾土水泥矾土水泥n氟石水泥氟石水泥第9页，本讲稿共34页水泥固化水泥固化n水泥固化的用于水泥固化的用于n轻水堆核电站的浓缩废液、废离子交换树脂和滤渣轻水堆核电站的浓缩废液、废离子交换树脂和滤渣n核燃料处理厂或其他核设施产生的各种放射性废物核燃料处理厂或其他核设施产生的各种放射性废物n电镀污泥、汞渣、铅渣、铬渣等电镀污泥、汞渣、铅渣、铬渣等n水泥添加剂水泥添加剂n改善固化性质，需添加适宜的添加剂改善固化性质，需添加适宜的添加剂n常用添加剂常用添加剂n吸附剂吸附剂(活性氧化铝、粘土、蛭石等活性氧化铝、粘土、蛭石等)n缓凝剂缓凝剂(如洒石酸、柠檬酸、硼酸盐等如洒石酸、柠檬酸、硼酸盐等)n促凝剂促凝剂(如水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等如水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等)n减水剂减水剂(表面活性剂表面活性剂)第10页，本讲稿共34页水泥固化工艺水泥固化工艺npH值值n要求要求pH大于大于8n重金属以不溶性的氢氧化物或碳酸盐的形式存在重金属以不溶性的氢氧化物或碳酸盐的形式存在n一些重金属离子可进入固化体的晶格中一些重金属离子可进入固化体的晶格中n水灰比水灰比n一般控制在一般控制在1 2n水泥与废物比水泥与废物比n由实验确定由实验确定n凝固时间凝固时间n一般初凝应大于一般初凝应大于2h，终凝在，终凝在48h以内。以内。n根据具体情况选择适当的缓凝剂、促凝剂、减水剂来控制凝固时间根据具体情况选择适当的缓凝剂、促凝剂、减水剂来控制凝固时间第11页，本讲稿共34页水泥固化工艺水泥固化工艺n添加剂添加剂n根据固体废物的性质选择根据固体废物的性质选择n养护条件养护条件n一般在室温下进行，相对温度为一般在室温下进行，相对温度为80%，养护时间为，养护时间为28天天n固化产物性能固化产物性能n土地填埋，抗压强度要求低，控制在土地填埋，抗压强度要求低，控制在980.74903.3kPan建筑基材抗压强度要求高，达建筑基材抗压强度要求高，达9.8MPan浸出液中污染物的浓度应低于相应污染物浸出毒性的鉴别标准浸出液中污染物的浓度应低于相应污染物浸出毒性的鉴别标准n考虑抗冻考虑抗冻-融、抗干融、抗干-湿特性湿特性第12页，本讲稿共34页水泥固化混合方法水泥固化混合方法n外部搅拌混合法外部搅拌混合法n搅拌均匀，工艺设备少可将容器充满搅拌均匀，工艺设备少可将容器充满n混合容器难于清理，会产生少量废水混合容器难于清理，会产生少量废水n筒内混合法筒内混合法n混合器本身就是最终处置容器，只需对搅拌混合器本身就是最终处置容器，只需对搅拌叶作清理工作叶作清理工作n搅拌难均匀，容器不能充满，需控制投料顺搅拌难均匀，容器不能充满，需控制投料顺序和速度序和速度n对危害性较大，需作进一步处置的固体废物对危害性较大，需作进一步处置的固体废物采用此法采用此法n注入法注入法n水泥注入法水泥注入法n废液注入法废液注入法第13页，本讲稿共34页水泥注入法水泥注入法第14页，本讲稿共34页废液注入法废液注入法第15页，本讲稿共34页水泥固化的特点水泥固化的特点n优点优点n固化工艺和设备较简单固化工艺和设备较简单n设备和运行费用低设备和运行费用低n水泥原料和添加剂来源丰富，价格低廉水泥原料和添加剂来源丰富，价格低廉n对含水量较高的可直接固化对含水量较高的可直接固化n固化产品经过沥青涂覆以降低污染的浸出固化产品经过沥青涂覆以降低污染的浸出n固化体的强度、耐热性和耐久性好固化体的强度、耐热性和耐久性好n产品适于投海处置或作路基、建筑物基料产品适于投海处置或作路基、建筑物基料n缺点缺点n固化产物的增积增加较大，一般为固化产物的增积增加较大，一般为1.52倍倍n固化体中染污染物浸出率较高，须作涂覆处理固化体中染污染物浸出率较高，须作涂覆处理n需作预处理或需要添加剂，可能影响水泥浆的凝固需作预处理或需要添加剂，可能影响水泥浆的凝固n水泥的碱性能使铵郭变成氨气释放出来水泥的碱性能使铵郭变成氨气释放出来第16页，本讲稿共34页水泥固化的应用实例水泥固化的应用实例n处理电镀污泥的工艺流程处理电镀污泥的工艺流程第17页，本讲稿共34页石灰固化石灰固化n原理原理n活性氧化铝和二氧化硅的水泥窖灰和粉煤灰与石灰、水反应生成活性氧化铝和二氧化硅的水泥窖灰和粉煤灰与石灰、水反应生成坚硬物质将固废包容起来。坚硬物质将固废包容起来。n固化原料固化原料n固化基质：石灰固化基质：石灰n添加剂：粉煤灰、水泥窖灰添加剂：粉煤灰、水泥窖灰n石灰固化的应用石灰固化的应用n处理钢轨、机械工业酸洗钢铁部件时排放的废液和废渣、处理钢轨、机械工业酸洗钢铁部件时排放的废液和废渣、电镀污泥、烟道气脱硫废渣和石油冶炼污泥电镀污泥、烟道气脱硫废渣和石油冶炼污泥第18页，本讲稿共34页石灰固化的特点石灰固化的特点n优点优点n添加剂本身是固体废物，来源丰富，价格低廉添加剂本身是固体废物，来源丰富，价格低廉n工艺设备简单，操作方便工艺设备简单，操作方便n被处理的固体废物不要求完全脱水被处理的固体废物不要求完全脱水n在常温下操作，没有废气处理问题在常温下操作，没有废气处理问题n缺点缺点n固化产物的体积和重量较原废物有较大增加固化产物的体积和重量较原废物有较大增加n易被酸性介质浸蚀，须进行表面涂覆易被酸性介质浸蚀，须进行表面涂覆第19页，本讲稿共34页热塑性材料固化热塑性材料固化n原理原理n使用热塑性材料作固化基质，在一定温度下将固使用热塑性材料作固化基质，在一定温度下将固体废物进行包覆处理体废物进行包覆处理n常用的热塑性材料常用的热塑性材料n沥青、石蜡、聚乙烯、聚丁二烯沥青、石蜡、聚乙烯、聚丁二烯n热塑固化的基本方法热塑固化的基本方法n先将固体废物脱水，再用沥青在高温下混合先将固体废物脱水，再用沥青在高温下混合n或将固体废物与沥青共同加热脱水，再冷却、固或将固体废物与沥青共同加热脱水，再冷却、固化化第20页，本讲稿共34页热塑性材料固化特点热塑性材料固化特点n优点优点n固化产品空隙率低、致密度高，处理处置费用低固化产品空隙率低、致密度高，处理处置费用低n浸出率低于水泥法和石灰法浸出率低于水泥法和石灰法n增容比小增容比小n固化基材对溶液或微生物具有强抗侵蚀性固化基材对溶液或微生物具有强抗侵蚀性n固化体不需作长时间的养护固化体不需作长时间的养护n缺点缺点n蒸发过程热效率低，固废中含大量水分时会起泡蒸发过程热效率低，固废中含大量水分时会起泡 n固体废物需预先冷冻、融解或离心脱水处理固体废物需预先冷冻、融解或离心脱水处理n基材具有可燃性，产品应有适宜的包装基材具有可燃性，产品应有适宜的包装n热塑性材料价格昂贵，操作复杂，设备费用高热塑性材料价格昂贵，操作复杂，设备费用高第21页，本讲稿共34页沥青固化沥青固化n沥青固化的基本方法沥青固化的基本方法n高温熔化混合蒸发法高温熔化混合蒸发法n将废液加放预先熔化的沥清中，在将废液加放预先熔化的沥清中，在150230度搅拌混合蒸发，待水分和其它挥发组度搅拌混合蒸发，待水分和其它挥发组分排出后，将混合物排至贮存器或处置容器中。分排出后，将混合物排至贮存器或处置容器中。n暂时乳化法暂时乳化法n将污泥浆、沥青与表面活性剂混合成乳浆状。将污泥浆、沥青与表面活性剂混合成乳浆状。n分离除去大部分水分。分离除去大部分水分。n进一步升温干燥，使混合物脱水。进一步升温干燥，使混合物脱水。n化学乳化法化学乳化法n将放射性废物在常温下与乳化沥青混合将放射性废物在常温下与乳化沥青混合n将混合物加热将混合物加热，脱去水分，脱去水分n将脱水分干燥后的混合物排入废物容器，待冷却硬化后即形成沥青固化将脱水分干燥后的混合物排入废物容器，待冷却硬化后即形成沥青固化体体第22页，本讲稿共34页沥青固化沥青固化n影响沥青固化体浸出率的因素影响沥青固化体浸出率的因素n沥青的种类沥青的种类n直馏沥青效果较好，较软的沥青比较硬的沥青所得固化体浸出率低。直馏沥青效果较好，较软的沥青比较硬的沥青所得固化体浸出率低。n固体废物的种类、化学组成及混合状况固体废物的种类、化学组成及混合状况n过高的废物量将导致固化体浸出率的急剧上升过高的废物量将导致固化体浸出率的急剧上升n废物量与沥青的比一般在废物量与沥青的比一般在4050%n残余水分残余水分n对固化体的浸出率影响明显，残余水分控制在对固化体的浸出率影响明显，残余水分控制在10%以下，最好小以下，最好小于于0.5%n表面活性剂的影响表面活性剂的影响n某些表面活性剂可使固化体的浸出率升高某些表面活性剂可使固化体的浸出率升高第23页，本讲稿共34页有机物聚合固化有机物聚合固化n原理原理n将一种有机聚合物的单体与固体废物在一个特殊设计的混将一种有机聚合物的单体与固体废物在一个特殊设计的混合容器中完全混全，然后加一种催化剂搅拌均匀，使其聚合容器中完全混全，然后加一种催化剂搅拌均匀，使其聚合、固化。固体废物被聚合物包胶。合、固化。固体废物被聚合物包胶。n用作基质的有机聚合物用作基质的有机聚合物n脲醛树脂、不饱和酯树脂脲醛树脂、不饱和酯树脂n有机物聚合固化的应用有机物聚合固化的应用n处理含重金属、油及有机物的电镀污泥。处理含重金属、油及有机物的电镀污泥。n电镀污泥电镀污泥+碳酸钙干燥碳酸钙干燥不饱和树脂、催化剂、河砂不饱和树脂、催化剂、河砂(骨料骨料)等混合加热形成固等混合加热形成固化体。化体。n配比：干污泥质量配比：干污泥质量30%以下，不饱和树脂以下，不饱和树脂2035%，骨料，骨料3550%。n固化体比水泥固化的固化体抗压强度大，质量小，表面有光泽，可固化体比水泥固化的固化体抗压强度大，质量小，表面有光泽，可作轻型建筑材料。作轻型建筑材料。第24页，本讲稿共34页有机物聚合固化的优点有机物聚合固化的优点n可在常温下操作可在常温下操作n添加的催化剂数量很少添加的催化剂数量很少n增容比小增容比小(相对其它固化方法相对其它固化方法)n可处理干渣和湿泥浆可处理干渣和湿泥浆n固化体不可燃，固化体密度小固化体不可燃，固化体密度小第25页，本讲稿共34页有机物聚合固化的缺点有机物聚合固化的缺点n不不够够安安全全，有有时时要要求求采采用用强强酸酸性性催催化化剂剂，可可腐蚀设备。腐蚀设备。n固体耐老化性能差固体耐老化性能差n固固化化体体松松散散，需需装装入入容容器器处处置置，增增加加了了处处置置费用费用n要求操作熟练，对工人的技术要求较高要求操作熟练，对工人的技术要求较高n某某些些有有机机聚聚合合物物能能被被生生物物降降解解，固固化化体体老老化化，破碎后，污染物可能再次进入环境。破碎后，污染物可能再次进入环境。第26页，本讲稿共34页自胶结固化自胶结固化n原理原理n利用固体废物本身的胶结性进行固化处理。硫酸利用固体废物本身的胶结性进行固化处理。硫酸钙和亚硫酸钙半水化合物钙和亚硫酸钙半水化合物(CaSO31/2H2O)在加在加热到脱水温度后，变成具有胶结作用的物质，加热到脱水温度后，变成具有胶结作用的物质，加入某些添加剂混合成稀浆，凝固后生成像塑料一入某些添加剂混合成稀浆，凝固后生成像塑料一样硬度的透水性差的物质。样硬度的透水性差的物质。n自胶结固化应用自胶结固化应用n处理硫酸钙和亚硫酸钙的废物。处理硫酸钙和亚硫酸钙的废物。n烟道气脱硫泥渣的固化流程烟道气脱硫泥渣的固化流程第27页，本讲稿共34页沉降槽煅烧贮槽添加剂贮槽干飞灰槽混合器湿飞灰烟道气浸洗泥渣流真空过滤脱水土地填筑烟道气脱硫泥渣固化流程第28页，本讲稿共34页自胶结固化的特点自胶结固化的特点n优点优点n添加剂添加剂(石灰、水泥灰、粉煤灰石灰、水泥灰、粉煤灰)为工业废物，达到废物利用为工业废物，达到废物利用n添加剂用量小，只有总量的添加剂用量小，只有总量的10%左右左右n凝结硬化时间短凝结硬化时间短n操作方便，固化体性质稳定操作方便，固化体性质稳定n对处理的废物不需要完全脱水对处理的废物不需要完全脱水n缺点缺点n只适用于含硫酸钙、亚硫酸钙泥渣的处理只适用于含硫酸钙、亚硫酸钙泥渣的处理n需要熟练的操作技术和昂贵的设备需要熟练的操作技术和昂贵的设备n煅烧泥渣需消耗一定的能量煅烧泥渣需消耗一定的能量第29页，本讲稿共34页玻璃固化玻璃固化n原理原理n以玻璃原料为基质，在高温下煅烧固体废物，使之形成氧化物，再加入添以玻璃原料为基质，在高温下煅烧固体废物，使之形成氧化物，再加入添加剂和熔融的玻璃料混合，在加剂和熔融的玻璃料混合，在1000温度烧结，冷却后形成十分坚固的稳温度烧结，冷却后形成十分坚固的稳定的玻璃体。定的玻璃体。n玻璃固化的方法玻璃固化的方法n间歇式固化方法间歇式固化方法n蒸发干燥、煅烧、熔融等过程在罐内完成，熔化玻璃在贮存容器内成蒸发干燥、煅烧、熔融等过程在罐内完成，熔化玻璃在贮存容器内成型。型。n连续式固化方法连续式固化方法n蒸发、蒸发、煅烧在煅烧炉中进行煅烧在煅烧炉中进行n熔融过程在熔融炉中进行熔融过程在熔融炉中进行n采用连续进料和排料的方式采用连续进料和排料的方式n熔融过程可以是连续进料和排料，也可连续进料和间歇排料。熔融过程可以是连续进料和排料，也可连续进料和间歇排料。第30页，本讲稿共34页磷酸盐的玻璃固化磷酸盐的玻璃固化第31页，本讲稿共34页硼酸盐的玻璃固化硼酸盐的玻璃固化第32页，本讲稿共34页玻璃固化的特点玻璃固化的特点n优点优点n处理效率最好处理效率最好n固化体中有害元素的浸出率最低固化体中有害元素的浸出率最低n固化减容系数最大固化减容系数最大n玻璃固化体有较高的导热性、热稳定性和辐射稳定性。玻璃固化体有较高的导热性、热稳定性和辐射稳定性。n缺点缺点n装置较复杂装置较复杂n处理费用昂贵处理费用昂贵n工作温度高，设备损坏严重工作温度高，设备损坏严重n8001200，会产生有害气体，含有挥发金属，要求有尾气，会产生有害气体，含有挥发金属，要求有尾气处理。处理。第33页，本讲稿共34页课程思考题课程思考题n何为固化技术？固化分为哪几大类？何为固化技术？固化分为哪几大类？n试试述述石石灰灰固固化化和和热热塑塑性性材材料料固固化化的的原原理理，比比较其特点？较其特点？n论述水泥固化的特点？论述水泥固化的特点？n无无机机废废物物固固化化和和有有机机废废物物固固化化的的优优缺缺点点各各是是什么？什么？第34页，本讲稿共34页