《物化处理技术》PPT课件.ppt

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1、固废污染控制工程固废污染控制工程盛广宏安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology第4章固体废物的物化处理溶剂浸出溶剂浸出1稳定化稳定化/固化处理技术固化处理技术2安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv固体废物的物化处理是利用物理化学反应过程对固体废物的物化处理是利用物理化学反应过程对固体废物进行处理的方法，常见的废物物化处理固体废物进行处理的方法，常见的废物物化处理方法有溶剂浸出、稳定化方法有溶剂浸出、稳定化/固化处理等。固化处理等。v用途用途p主要是用于处理电镀污泥、铬渣等危险废物；p环境修复；p从

2、固废中提取有价值的组分安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.1 溶剂浸出v溶剂浸出的动力学过程溶剂浸出的动力学过程v浸出过程的化学反应机理浸出过程的化学反应机理v影响浸出过程的主要因素影响浸出过程的主要因素v浸出工艺与设备浸出工艺与设备安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv溶剂浸出溶剂浸出是指用适当的溶剂与废物作用使物是指用适当的溶剂与废物作用使物料中的目标组分有料中的目标组分有选择性选择性地溶解的物理化学过程地溶解的物理化学过程。v浸出的目的浸出的目的p是要使物料中有用或有害成分能选择性地最

3、大限度地从转入液相v溶剂选择要求p对目的组分选择性好p浸出率高，速率快p成本低，便于回收和循环利用p对设备腐蚀性小安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.1.1 溶剂浸出的动力学过程v溶剂浸出过程溶剂浸出过程p外扩散：即溶剂分子向颗粒表面和孔隙扩散p化学反应：即溶剂达到反应带之后与颗粒中的某些组分发生反应生成可溶性化合物p解吸：可溶性化合物在颗粒表面解吸，其中包括颗粒内部孔隙的可溶性化合物的解吸p反扩散：可溶性化合物在固体表面解吸之后，向液相扩散整个溶剂浸出过程划为两个过程：扩散过程和化学反应过程安徽工业大学建筑工程学院Anhui Univer

4、sity of TechonologyCACBsB(6)(7)反反应应物物A CAgCAs液液膜膜反反应应表面表面颗颗粒外表面粒外表面液液相主体相主体产产物物 CBg(4)(5)安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv扩散速率扩散速率v化学反应速率v浸出过程达到平衡时分析:当KKKD时，即化学反应速率远大于扩散速率，上式简化为=kD，浸出过程速率服从扩散（传质）规律。当KKKD时，即扩散速率远大于化学反应速率，上式简化为=kk，浸出过程速率服从化学反应规律。安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.

5、1.2 浸出过程的化学反应机理v交换反应溶解过程交换反应溶解过程p物料中的金属氧化物、硫化物与酸、碱、可溶性盐作用，生成可溶性的盐类的过程CuO+H2SO4 CuSO4+H2Ov氧化还原反应溶解过程氧化还原反应溶解过程p溶液同物料组成之间发生氧化还原反应，生成可溶性化合物的过程Cu+H2SO4+1/2O2 CuSO4+H2Ov络合反应溶解过程络合反应溶解过程p溶剂与物料中组分发生络合反应，生成可溶性络合物的过程2Cu+O2+nNH3 2CuOnNH3安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.1.3 影响浸出过程的主要因素v主要影响因素主要影响因素

6、物料粒度及其特性浸出温度和压力溶剂浓度搅拌速度在渗滤浸出中物料层的孔隙率也有影响固液比安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.1.4 浸出工艺与设备v浸出过程浸出过程p渗滤浸出p搅拌浸出v浸出设备浸出设备渗滤浸出槽（池）、机械搅拌浸出槽、空气搅拌浸出槽、流态化逆流浸出塔和高压釜等安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology应用v淋洗法修复污染土壤淋洗法修复污染土壤p淋洗法：利用液体去除土壤污染物的过程安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyp淋洗剂无机淋洗剂

7、如：酸、碱、盐等，其作用机制主要是通过酸解、络合或离子交换作用来破坏土壤表面官能团与重金属形成的络合物，从而将重金属交换解吸下来，进而从土壤溶液中溶出。例：以HCl+CaCl2溶液，对Pb的去除率为94，对Zn的去除率为78%，对Cd的去除率为70%螯合剂分为人工螯合剂和天然螯合剂两类。如EDTA、柠檬酸、苹果酸、丙二酸、乙酸组氨酸螯合剂的作用机理就是首先通过螯合作用，将吸附在土壤颗粒及胶体表面重金属离子解络下来，然后在利用自身强的螯合作用和重金属离子形成强的螯合体，从土壤中分离出安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology天然有机酸通过与重金属形成络

8、合物而促进难溶态重金属的溶解，从而增加了重金属元素从样品中的转化如：柠檬酸、酒石酸、革酸+柠檬酸对粘质土壤Cr，Mn，Hg和Pb的去除率分别为4345%，3741%，9192%，75%。对于砂质土壤柠檬酸和酒石酸对重金属Cd、Cu、Pb、Zn的去除率分别为8491%，7384%，5670%，7281%。表面活性剂脂肪酸甲酯淋洗修复高浓度多环芳烃污染的土壤，污染土壤中菲、芘、苯并(a)芘的去除率可以达到70%-90%，对采自北京焦化厂土壤中16 种多环芳烃的总去除率可以达到60%左右。安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv案例：英国案例：英国AV

9、ENUE修复和美化项目修复和美化项目工程概况：该现场在1956年1992年期间是个焦化厂，生产无烟燃料及其副产品，如硫酸、硫酸铵、苯、甲苯、二甲苯、其他酸和有机化合物。处理了冲击淤泥、废物、焦油处理池沉积物、土壤和包括多环芳烃、（苯）酚、苯类物等有机污染物和诸如氰化物、氨水及重金属的无机污染物，达到了再利用的要求。处理方法技术应用：热脱附处理215000立方米 生物治理315000立方米 土壤清洗210000立方米安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.2 稳定化/固化处理技术v 基本概念基本概念v 稳定化稳定化/固化处理效果的评价固化处理效果

10、的评价v 化学稳定化处理技术化学稳定化处理技术v 固化处理技术固化处理技术安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.2.1基本概念v固体废物稳定化固体废物稳定化/固化固化p是用物理化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。v稳定化稳定化指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。一般包括化学稳定化和物理稳定化。v固化固化指在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动或形成紧密固体的过程，使废物的工程特性（如：渗透性、可压缩性、强度等）得到改善的一种技术。安徽工业大学建筑工程学院Anhui Univer

11、sity of Techonologyv稳定化稳定化/固化处理技术应用领域：固化处理技术应用领域：对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理，使得其满足后续处理或填埋处置的要求。如对液态危险废物（污泥）进行稳定化/固化处理。对其他处理过程所产生的残渣进行无害化处理。如：对危险废物焚烧残渣或生活垃圾焚烧飞灰进行固化处理。对被有害污染物污染的土壤进行去污。安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv危险废物的稳定化危险废物的稳定化/固化处理的目的固化处理的目的是使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，减少它们在贮存或填埋处置过程中污染环境

12、的潜在风险，并便于运输、利用和处置。v危险废物稳定化危险废物稳定化/固化处理的途径固化处理的途径通过化学反应，将有毒组分转变为无毒或低毒的组分将污染物通过化学转变，引入到某种稳定固体物质的晶格中通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.2.2 稳定化/固化处理效果的评价v稳定化稳定化/固化的基本要求固化的基本要求良好的环境稳定性：有害废物经固化处理后所形成的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成本低：固化过程中材料和能量消耗要低，增容比（即所形成

13、的固化体体积与被固化废物的体积之比）要低；固化工艺过程简单、便于操作，应有有效措施减少有害物质的逸出；固化剂来源丰富、价廉易得，处理费用低。安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv稳定化稳定化/固化的评价指标固化的评价指标p浸出速率固化体浸于水或其他溶液中时，其中危险物质的浸出速率(实验方法参GB5086)p体积变化因数（增容比）危险废物在稳定化/固化处理前后的体积比抗压强度危险废物固化体必须具有一定的抗压强度安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.2.3化学稳定化处理技术v化学稳定化处理技术原理

14、化学稳定化处理技术原理p化学稳定化处理技术主要是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pH值控制原理氧化/还原解毒原理沉淀原理吸附原理离子交换原理安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv重金属离子的稳定化技术重金属离子的稳定化技术p中和法适用于含金属的强酸性或强碱性废物常用的中和剂：石灰石、石灰、氢氧化钠和碳酸钠等；硫酸、盐酸等p氧化还原法不同价态的重金属离子其毒性大小通常不一样，因此可以通过氧化还原法将废物中的重金属离子转变为毒性较小的价态。安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techo

15、nologyp化学沉淀法在含重金属的污染物中投加某些化学药剂，与污染物发生化学反应，形成难溶性的沉淀物。氢氧化物沉淀法硫化物沉淀法硅酸盐沉淀法磷酸盐沉淀法共沉淀法络合物沉淀法安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyp吸附技术处理重金属废物的常用吸附剂有：天然材料（粘土矿物、氧化铁、氧化镁、沸石、软锰矿、硫铁矿等）和人工材料（活性炭、锯末、粉煤灰、有机聚合物等）p离子交换技术有用的离子交换剂有树脂、沸石、硅胶等安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv有机污染物的氧化解毒处理有机污染物的氧化解毒处理p氧化

16、解毒原理：向废物中投加强氧化剂，将有机污染物氧化成CO2、H2O或转化为毒性很小的中间有机物，以达到稳定化的目的。适用于含氯的挥发性有机物、硫醇、酚类以及某些无机物，如氰化物等。常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、次氯酸钠等。例：NaCN+2O3NaCNO+O2H2S+H2O2S+H2OCN-+ClO-CNO-+Cl-2CNO-+3Cl2+4OH-N2+2CO2+6Cl-+2H2O安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology4.2.4 固化处理技术固化技术已应用于处理多种有毒有害废物，如电镀污泥、砷渣，汞渣、氰渣、铬渣和镉渣等。根据固化基材及固化过程，常用的

17、固化技术包括：水泥固化、石灰固化、沥青固化、塑料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、熔融固化和陶瓷固化等v水泥固化水泥固化p水泥是最常用的危险废物固化和稳定化药剂p原理：（1）物理包裹作用；（2）含重金属等组分在高pH值下发生沉淀作用。以水泥为基础的固化/稳定化技术已经大量用来处置含无机有害成分的危险废物。实践证明，用水泥进行的固化/稳定化处置对As、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni等的稳定化都是有效的。安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv沥青固化沥青固化p基本原理沥青固化是以沥青类材料作为固化剂，与有害废物在一定的温度，配料比、碱度和搅拌作用下产

18、生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中并形成稳定固化体的过程沥青具有良好的粘结性、化学稳定性与一定的弹性和塑性，对大多数酸、碱、盐类有一定的耐腐蚀性p沥青固化的基本工艺三个部分：固化废物的预处理、废物与沥青的热混合、二次蒸汽的净化处理关键部分为热混合环节，根据热混合工艺的不同，有高温熔化混合蒸发法，暂时乳化法和化学乳化法安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv塑料固化塑料固化p固化原理 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塑料固化技术

19、按所用塑料(树脂)不同，可分为热塑性塑料固化和热固性塑料固化两类。热塑性塑料有聚乙烯，聚氯乙烯树脂等热固性塑料有脲醛树脂和不饱和聚酯等安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv玻璃固化玻璃固化p固化原理 以玻璃原料为固化剂，将其与有害废物以一定的配料比混合后，在高温(9001200)下熔融，经退火后即可转化为稳定的玻璃固化体。玻璃固化法主要用于固化高放废物。从玻璃固化体的稳定性、对熔融设备的腐蚀性、处理时的发泡情况和增容比来看，硼硅酸盐玻璃固化是最有发展前途的固化方法。安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonol

20、ogy应用v生活垃圾焚烧飞灰的稳定化生活垃圾焚烧飞灰的稳定化/固化处理固化处理p垃圾焚烧飞灰中含有Pb、Cd、Hg和Zn等重金属离子，以及二恶 英和呋喃等有机污染物。p水泥固化安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyp螯合物沉淀法磷酸脂、柠檬酸、氨基乙酸、EDTA等络合物与重金属形成非常稳定的沉淀，对Pb2+,Ag+,Ni+,Cu2+,Cd2+等的去除率可达95%以上，对Cr6+的去除率在85%以上安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyp磷酸盐沉淀法磷酸盐的溶度积都非常小，利用正磷酸盐与飞灰中的重金属离子Pb、Cd等可以形成类似羟基磷灰石/磷钙矿结构的非常稳定的化合物安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonology安徽工业大学建筑工程学院Anhui University of Techonologyv危险废物稳定化工艺