固体废物固化稳定化技术优秀PPT.ppt

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1、固体废物固化稳定化技术第1页，本讲稿共54页第一节 概述n固化/稳定化技术是处理重金属废物和其他非金属危险废物的重要手段，是危险废物管理中的一项重要技术。n经其它无害化、减量化处理的固体废物,都要全部或部分地经过稳定化/固化处理后,才能进行最终处置或加以利用。n固化/稳定化作为废物最终处置前的预处理技术在国内外已得到广泛应用。第2页，本讲稿共54页图1危险废物从产生到处置的管理体系第3页，本讲稿共54页n固化：在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。固化的产物是结构完整的整块密实固体。n稳定化：将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。可分为物理

2、稳定化和化学稳定化。一、定义第4页，本讲稿共54页v物理稳定化：是将固体废物与一种疏松物料（如粉煤灰）混合生成一种粗颗粒、有土壤状坚实度的固体，这种固体可以用运输机械送至处置场。v化学稳定化：通过化学反应使有毒物质变成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固定不动。第5页，本讲稿共54页n固化可以看作是一种特定的稳定化过程，可以理解为稳定化的一个部分n无论是稳定化还是固化，其目的都是减小废物的毒性和可迁移性，同时改善被处理对象的工程性质。第6页，本讲稿共54页n固化剂：固化所用的添加剂n固化体：有害废物经过固化处理所形成的固化产物第7页，本讲稿共54页二、固化/稳定化技术发展的历史n固化/稳定化技术

3、的根源可以追溯到上世纪50 年代放射性废物的固化处置。例如,美国在处理低水平放射性液体废物时,先用蛭石等矿物进行吸附,或者先用普通水泥将其固化,然后再进行填埋处置。在欧洲,放射性废物基本上是先用水泥固化,再用惰性材料包封,然后进行海洋处置。n进入70 年代后,危险废物污染环境的问题日益严重,作为危险废物最终处置的预处理技术,稳定化/固化在一些工业发达国家首先得到研究和应用。第8页，本讲稿共54页n人们进而开发了以脲甲醛和沥青等高分子有机物为基材的固化技术。此类固化技术的优点是与废物的相容性更高,增容比相对较小,而且固化体的重量也较轻。n向水泥中添加硅酸钠,可以使水泥固化产生更好的效果。n开始出

4、现以有机聚合物为基材的塑料固化和利用水泥、粉煤灰、石灰及粘土混合处理废物的技术。第9页，本讲稿共54页三、固化机理n有的是将有害废物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中n有的是将有害废物用惰性材料加以包容n有的兼有上述两种过程第10页，本讲稿共54页四、衡量固化处理效果的指标n浸出率：固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有害物质的浸出速度。式中：标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，g/(dcm2)；浸出时间内浸出的有害物质的量，mg；样品中含有的有害物质的量，mg；F 样品暴露的表面积，cm2；M样品的质量，g；t 浸出时间，d。n增容比：固化体体积与被固化有害废物体积的比值，即第11页，

5、本讲稿共54页五、固化技术的应用n固化技术最早是用来处理放射性废物的n最近十年得到迅速发展，被广泛应用于处理电镀污泥、铬渣、汞渣、砷渣、氰渣和镉渣等。n特别适合含重金属废物第12页，本讲稿共54页六、固化处理的基本要求n固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等，最好能作为资源加以利用，如作建筑材料和路基材料等；n固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低；n固化工艺过程简单、便于操作n固化剂来源丰富，价廉易得n处理费用低第13页，本讲稿共54页七、固化技术的分类按固化剂分为：n水泥固化n沥青固化n塑料固化n玻璃固化n石灰固化第14页，本讲稿共54页第二节 固化技

6、术一、水泥固化n水泥是是一种无机胶结材料，经过水化反应后可以生成坚硬的水泥固化体，将有害成分包容在水化产物中。n处理废物时最常用的一种固化技术。第15页，本讲稿共54页水泥固化剂n普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、矾土水泥、沸石水泥等都可以作为废物固化处理的基材。n普通硅酸盐水泥是用石灰石、粘土以及其他硅酸盐物质混合在1450的高温下煅烧，然后研磨成粉末状。它是钙、硅、铝及铁的氧化物的混合物。其主要成分是硅酸二钙和硅酸三钙。第16页，本讲稿共54页水泥固化的水化反应：n让废物料与硅酸盐水泥混合，如果废物中没有水分，则需向混合物中加水，以保证水泥分子跨接所必需的水合作用。第17页，本讲稿共54页(

7、1)硅酸三钙的水合反应3CaOSi02+xH2O2CaOSi02yH20+Ca(OH)2 CaOSi02mH20+2Ca(OH)2 2(3CaOSi02)+xH2O3CaO2Si02yH20+3Ca(OH)2 2(CaOSi02mH2O)+4Ca(OH)2 第18页，本讲稿共54页(2)硅酸二钙的水合反应2CaOSi02+xH2O2CaOSi02xH2O CaOSi02mH20+Ca(OH)2 2(2CaOSi02)+H2O3CaO2Si02yH2O+Ca(OH)2 2(CaOSi02mH2O)+2Ca(OH)2 第19页，本讲稿共54页(3)铝酸三钙的水合反应 3CaOA1203+xH2O3

8、CaOA1203xH20 如有氢氧化钙Ca(OH)2存在，则变为3CaOA1203+xH2O+Ca(OH)24CaOA1203mH2O第20页，本讲稿共54页(4)铝酸四钙的水合反应4CaOA1203+xH2O+Fe2O33CaOA1203mH2O+CaOFe203nH2O第21页，本讲稿共54页添加剂n作用：改善固化条件，提高固化体的质量。n常用的添加剂有：n吸附剂 活性氧化铝、粘土、蛭石等n缓凝剂 酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等n促凝剂 水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等n减水剂 表面活性剂等第22页，本讲稿共54页水泥固化技术的应用n最适用于无机类型的废物，尤其是含有重金属污染物的废物。水泥高pH值，形

9、成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式。某些重金属也可固定在水泥基体的晶格中。n研究指出，铅、铬、铜、锌、锡、镉均可得到很好的固定。但汞仍然要以物理封闭的微包容形式与生态圈进行隔离。对铅和铬的水泥固化机理研究较多，铅主要沉积于水泥水化物颗粒的外表面，而铬则较为均匀地分布于整个水化物的颗粒之中。第23页，本讲稿共54页电镀污泥固化处理n固化材料为425号普通硅酸盐水泥，水/水泥质量比为0.470.88，水泥废物质量比0.674.00，固化体的抗压强度可以达到630MPa。固化体的浸出试验结果说明，Pb2+、Cd2+、Cr6+的浸出浓度都远低于相应的浸出毒性鉴别标准。第24页，本讲稿共54页水泥固化的优点

10、n对各种无机类型废物，尤其是重金属废物；n设备和工艺过程简单，设备投资、动力消耗和运行费用都比较低；n价廉易得；n对含水率较高的废物可直接固化；n操作常温下即可进行；n对放射性废物的固化容易实现安全运输和自动化控制等。第25页，本讲稿共54页水泥固化的缺点n水泥固化体的浸出率较高，由于它的空隙率较高所致，需作涂覆处理；n增容比较高，达1.5-2；n有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；n水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；n处理化学泥渣时，由于生成胶状物，使混合器的排料较困难，需加入适量锯末。第26页，本讲稿共54页二、沥青固化n沥青固化是以沥青为固化剂与有害废物在一定的温度、配料

11、比、碱度和搅拌作用下产生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中，形成固化体。n一般用于处理中、低放射水平的蒸发残液、废水化学处理的污泥、焚烧炉灰渣、塑料废物、电镀污泥和砷渣等。第27页，本讲稿共54页沥青n有良好的粘结性、化学稳定性与一定的弹性和塑性；n对大多数酸、碱、盐类有一定的耐腐蚀性；n还具有一定的辐射稳定性第28页，本讲稿共54页沥青固化的基本方法沥青固化的基本方法有：n高温熔化混合蒸发法n暂时乳化法n化学乳化法第29页，本讲稿共54页高温溶化混合蒸发法n是将废液加入预先熔化的沥青中，在150-230下搅拌混合蒸发，待水分和其他挥发组分排出后，将混合物排至贮存器或处置容器中。第30页，

12、本讲稿共54页暂时乳化法分三个步骤进行：n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；n进一步升温干燥，使混合物脱水。第31页，本讲稿共54页化学乳化法分三步进行：n将有害废物在常温下与乳化沥青混合；n将混合物加热，脱去水分；n将脱水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。第32页，本讲稿共54页影响沥青固化体性质的因素n沥青的种类 直馏沥青效果最好n废物量、化学组成及混合状况 一般应控制加入的废物量与沥青的重量比在40-50n残余水分 应控制在10以下，最好小于0.5n表面活性剂 使浸出率升高n掺入的化合物、氧化剂 硝酸盐、亚硝酸盐掺入后，会降低沥青的燃点

13、第33页，本讲稿共54页三、塑料固化n塑料固化是以塑料为固化剂与有害废物按一定的配料比，并加入适量的催化剂和填料（骨料）进行搅拌混合，使其共聚合固化而将有害废物包容形成具有一定强度和稳定性的固化体。第34页，本讲稿共54页按塑料的种类分为：n热塑性塑料固化：聚乙烯、聚氯乙稀树酯等n热固性塑料固化：脲醛树脂和不饱和树酯等第35页，本讲稿共54页塑料固化的特点n优点：可以在常温下操作；为使混合物聚合凝结仅加入少量的催化剂即可；增容比和固化体的密度较小。n缺点：塑料固化体耐老化性能较差；固化体一旦破裂，污染物浸出会污染环境，因此处置前都应有容器包装，因而增加了处理费用；混合过程中释放有害烟雾；需要熟

14、练的操作技术。第36页，本讲稿共54页四、玻璃固化n原理：是以玻璃为固化剂，将其与有害废物以一定比例混合后，在900-1200高温下熔融，经退火后即可转化为稳定的玻璃固化体。n从固化体的稳定性、对融融设备的腐蚀性、处理时的发泡情况和增容比来看，硼硅酸盐玻璃是最有发展前途的固化方法。第37页，本讲稿共54页玻璃固化法的特点n优点：玻璃固化体致密，在水及酸、碱溶液中的浸出率小；增容比小；在玻璃固化过程中产生的粉尘量少；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：装置较复杂，处理费用昂贵、工作温度较高、设备腐蚀严重，以及放射性核素挥发量大等。第38页，本讲稿共54页五、其他固化方法1、石

15、灰固化n以石灰为固化剂，以粉煤灰、水泥窑灰为填料，专用于固化含有硫酸盐或亚硫酸盐类废渣的一种固化方法。n原理：水泥窑灰和粉煤灰中的活性氧化铝和二氧化硅，能与石灰和含有硫酸盐、亚硫酸盐废渣中的水反应，经凝结、硬化后形成具有一定强度的固化体。第39页，本讲稿共54页n适用于固化钢铁、机械的酸洗工序所排放的废液和废渣、电镀污泥、烟道脱硫废渣、石油冶炼污泥等。n固化体可作路基材料或砂坑填充物、n优点使固化剂来源丰富，价廉易得；操作简单，处理费用低；不需脱水和干燥，可在常温下操作等。缺点是增容比大，固化体易受酸性介质浸蚀，需对固化体表面进行涂覆。第40页，本讲稿共54页2、自胶结固化n自胶结固化是将大量

16、含有硫酸钙或亚硫酸钙的泥渣，在适宜的控制条件下进行煅烧，使其部分脱水至产生有胶结作用的亚硫酸钙或半水硫酸钙（）状态，然后与特制的添加剂和填料混合成稀浆，经凝结硬化形成自胶结固化体。n自胶结固化体具有抗透水性高、抗微生物降解和污染物浸出率低的特点。第41页，本讲稿共54页3、水玻璃固化n是以水玻璃为固化剂，无机酸类（如硫酸、硝酸、盐酸和磷酸）为助剂，与有害废物按一定比例进行中和和缩合脱水反应，形成凝胶体，将有害废物包容，经凝结硬化逐步形成水玻璃固化体。n具有工艺简单、价廉易得，处理费用低、固化体耐酸性强，抗透水性号，重金属浸出率低等特点。第42页，本讲稿共54页表6-1各种固化/稳定化技术的适用

17、对象和优缺点技术适用对象优点缺点水泥固化法重金属，氧化物，废酸1.水泥搅拌，处理技支已相当成熟2.对废物中化学性质的变动具有相当的承受力3.可由水泥与废物的比例来控制固化体的结构缺点与不透水性4.无需特殊的设备，处理成本低5.废物可直接处理，无需前处理1.废物中若含有特殊的盐类，会造怐固化体破裂2.有机物的分解造成裂隙，增加渗透性，降低结构强度3.大量水泥的使用增加固化体的体积和质量石灰固化法重金属，氧化物，废酸1.所用物料价格便宜，容易购得2.操作不需特殊设备及技术3.在适当处置环境，可维持波索来（pozzolanicreaction）反应的持续进行1.固化体的强度较低，且需较长的养护时间2

18、.有较大的体积膨胀，增加清运和处置的困难塑性固化法部分非极性有机物，氧化物，废酸1.固化体的渗透性较其它固化法低2.对水溶液有良好的阻隔性1.需要特殊设备和专业操作人员2.废物中若含氧化剂或挥发性物质，加热时可能会着火或逸散，废物须先干燥，破碎后才能进行操作熔融固化法不挥发的高危害性废物，核能废料1.玻璃体的高稳定性，可确保固化体的长期稳定2.可利用废玻璃屑作为固化材料3.对核能废料处理已有相当成功技术1.对可燃或具挥发性的废物并不适用2.高温热融需消耗大量能源3.需要特殊的设备及专业人员自胶结固化含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物1.烧结体的性质稳定，结构强度高2.烧结体不具生物反应性及着火性1

19、.应用面较为狭窄2.需要特殊的设备及专业人员第43页，本讲稿共54页第三节 药剂稳定化一、常规固化技术的问题n体积都有不同程度的增加n固化体的长期稳定性 因此，近来发展了一种新型的稳定化方法化学药剂稳定化技术。第44页，本讲稿共54页二、药剂稳定化n原理：是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。n优点：可以在实现废物无害化的同时，达到废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性；还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中危险成分之间的化学螯和作用得到强化，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响

20、。第45页，本讲稿共54页目前发展的化学药剂稳定化技术：npH值控制技术n氧化还原电势控制技术n沉淀技术n吸附技术n离子交换技术 n其他技术 第46页，本讲稿共54页n加入碱性药剂，将废物的pH值调整至使重金属离子具有最小溶解度的范围，从而实现稳定化。n常用的药剂有：石灰、苏打、氢氧化钠等。另外，除了这些常用的强碱外，大部分固化基材，如普通水泥、石灰窑灰渣、硅酸钠等也都是碱性物质，它们在固化废物的同时，也有调整pH值的作用。另外，石灰及一些类型的粘土可用作pH缓冲材料。1、pH值控制技术第47页，本讲稿共54页2、氧化/还原电势控制技术n把为了使某些重金属离子更易沉淀，常需将其还原为最有利的价

21、态。最典型的是把6价铬(Cr6+)还原为3价铬(Cr3+)、5价砷(As5+)还原为3价砷(As3+)。n常用的还原剂有硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫等。第48页，本讲稿共54页3、沉淀技术n硫化物沉淀 大多数重金属硫化物在所有pH值下的溶解度都大大低于其氢氧化物n硅酸盐沉淀 生成的硅酸盐沉淀在较宽的pH值范围（2-11）有较低的溶解度n碳酸盐沉淀 一些重金属（Ba、Cd、Pb）的碳酸盐溶解度低于其氢氧化物第49页，本讲稿共54页n共沉淀 在非铁二价重金属离子与Fe2+共存的溶液中，投加等当量的碱，则有：xM2+(3-x)Fe2+60H-MxFe3-x(OH)6 生成暗绿色的混合氢

22、氧化物，再用空气氧化使之再溶解，经络合MxFe3-x(OH)6+O2MxFe3-xO4 生成黑色的尖晶石型化合物(铁氧体)MxFe3-xO4。在铁氧体中，三价铁离子和二价金属离子(也包括二价铁离子)之比是2：1，故可试以铁氧体的形式投加Mn2+、Zn2+、Ni2+、Mg2+、Cu2+。第50页，本讲稿共54页n无机及有机螯合物沉淀n螯合物，是指多齿配体以两个或两个以上配位原子同时和一个中心原子配位所形成的具有环状结构的络合物。如乙二胺与Cu2+反应得到的产物即为螯合物。n螯环的形成使螯合物比相应的非螯合络合物具有更高的稳定性 第51页，本讲稿共54页4、吸附技术n常用吸附剂有：活性炭、粘土、金

23、属氧化物(氧化铁、氧化镁、氧化铝等)、天然材料(锯末、沙、泥炭等)、人工材料(飞灰、活性氧化铝、有机聚合物等)。n研究发现，一种吸附剂往往只对某一种或某几种污染物具有优良的吸附性能，而对其他污染成分则效果不佳。例如，活性炭对吸附有机物最有效，活性氧化铝对镍离子的吸附能力较强，而其他吸附剂对这种金属离子却表现出无能为力。第52页，本讲稿共54页5、离子交换技术n最常见的离子交换剂是有机离子交换树脂、天然或人工合成的沸石、硅胶等。用有机树脂和其他的人工合成材料去除水中的重金属离子通常是非常昂贵的，而且和吸附一样，这种方法一般只适用于给水和废水处理。n另外，还需注意的是，离子交换与吸附都是可逆的过程，如果逆反应发生的条件得到满足，污染物将会重新逸出。第53页，本讲稿共54页第四节 固化稳定化产物性能评价 n我国固体废物浸出毒性国家标准固体废物 浸出毒性浸出方法（GB50861997）第54页，本讲稿共54页