固体废物处理与资源化第四章-危险废物安全填埋场课件.ppt

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1、第四章第四章 危险废物安全填埋场危险废物安全填埋场固体废物的固化固体废物的固化稳定化处理稳定化处理主要内容第一节 概述第二节 固体废物的固化处理第三节 固体废物的稳定化处理第一节 概述固化：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。稳定化：将有毒有害污染物低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。分为：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无论是稳定化还是固化，其目的都是减

2、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。第二节 固体废物的固化处理一、固化机理二、衡量固化处理效果的指标三、固化技术的基本要求和应用四、固化技术一、固化机理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有的是将有害废物用惰性材料加以包容有的兼有上述两种过程固化剂：固化所用的添加剂固化体：有害废物经过固化处理所形成的固化产物二、衡量固化处理效果的指标浸出率增容比浸出率浸出率：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

3、面积，cm2；M样品的质量，g；t 浸出时间，d。增容比定义：固化体体积与被固化有害废物体积的比值，即是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重要指标。三、固化技术的基本要求和应用固化处理的基本要求固化技术的应用固化处理的基本要求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；固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低；固化工艺过程简单、便于操作固化剂来源丰富，价廉易得处理费用低固化技术的应用最早用来处理放射性废物最近二十年得到迅速发展，被广泛应用于处理电镀污泥、铬渣、汞渣、砷渣、氰渣和镉渣等。特别适合处理含重金属废物四

4、、固化技术按固化剂分为：1.水泥固化2.沥青固化3.塑料固化4.玻璃固化5.其他固化方法各种固化方法的比较原理水泥固化剂与添加剂水泥固化的特点水泥固化的应用1.水泥固化原理以水泥为固化剂，通过水泥的水化反应而将有害废物包容在水泥固化体中，达到稳定化。处理重金属废物时，兼有物理包容和化学反应作用以普通硅酸盐水泥为例：(1)硅酸三钙的水合反应(2)硅酸二钙的水合反应(3)铝酸三钙的水合反应(4)铝酸四钙的水合反应水泥的水化反应(1)(1)硅酸三钙的水合反应硅酸三钙的水合反应3CaOSi02+xH2O2CaOSi02yH20+Ca(OH)2 CaOSi02mH20+2Ca(OH)2 2(3CaOSi

5、02)+xH2O3CaO2Si02yH20+3Ca(OH)2 2(CaOSi02mH2O)+4Ca(OH)2(2)(2)硅酸二钙的水合反应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(3)(3)铝酸三钙的水合反应铝酸三钙的水合反应3CaOA1203+xH2O3CaOA1203xH20 如有氢氧化钙Ca(OH)2存在，则变为：3CaOA1203+xH2O+Ca(OH)24CaOA1203mH2O(4)(4)铝酸

6、四钙的水合反应铝酸四钙的水合反应4CaOA1203+xH2O+Fe2O33CaOA1203mH2O+CaOFe203nH2O水泥固化剂与添加剂水泥固化剂：普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥矾土水泥沸石水泥等添加剂作用：改善固化条件，提高固化体的质量。常用的添加剂有：吸附剂 活性氧化铝、粘土、蛭石等缓凝剂 酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等促凝剂 水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等减水剂 表面活性剂等水泥固化的特点优点：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；价廉易得；对含水率较高的废物可直接固化；操作常温下即可进行；对放射性废物的固化容易实现安全运输和自动化控制等。缺点：水泥固化体的浸出率较高，由于它

7、的空隙率较高所致，需作涂覆处理；增容比较高，达1.52；有的需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；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。水泥固化技术的应用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。研究指出，铅、铬、铜、锌、锡、镉均可得到很好的固定。电镀污泥固化处理固化材料为425普通硅酸盐水泥，水/水泥质量比为0.47-0.88，水泥废物质量比0.67-4.00，固化体的抗压强度可以达到6-30MPa。固化体的浸出试验结果说明

8、，Pb2+、Cd2+、Cr6+的浸出浓度都远低于相应的浸出毒性鉴别标准。2.沥青固化原理沥青固化剂沥青固化的基本方法影响沥青固化体性质的因素原理沥青固化：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。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。沥青有良好的粘结性、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；还具有一定的辐射稳定性沥青固化的基本方法沥青固化的基本方法有：高温熔化混合蒸发法暂时乳化法化学乳化法高温溶化混合蒸发法是将废液加入预先熔化的

9、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。暂时乳化法分三个步骤进行：将污泥浆、沥青与表面活性剂混合成乳浆状；分离除去大部分水分；进一步升温干燥，使混合物脱水。化学乳化法分三步进行：将有害废物在常温下与乳化沥青混合；将混合物加热，脱去水分；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。影响沥青固化体性质的因素沥青的种类 直馏沥青效果最好废物量、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40-50残余水分 应控制在10以下，最好小于0.5表面活性剂 使浸出率升高掺入的化合物、氧化剂 硝酸盐、亚硝酸盐掺入后，

10、会降低沥青的燃点3.塑料固化塑料固化：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。按塑料的种类分为：热塑性塑料固化：聚乙烯、聚氯乙稀树酯等热固性塑料固化：脲醛树脂和不饱和树酯等塑料固化的特点：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。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；需要熟练的操作技术。4.玻璃固化原理：是以玻璃为固化剂，将其与有害废

11、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。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。玻璃固化法的特点：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。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。5.其他固化方法（1）石灰固化（2）自胶结固化（3）水玻璃固化（1）石灰固化石灰固化：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

12、渣的一种固化方法。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。处理对象：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。特点：优点：固化剂来源丰富，价廉易得；固化体可作路基材料或砂坑填充物；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：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。（2）自胶结固化自胶结固化：是将大量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

13、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。特点：自胶结固化体抗透水性高、抗微生物降解和污染物浸出率低（3）水玻璃固化水玻璃固化：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。特点：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。表表6-16-1各种固化各种固化/稳定化技术的适用对象和优缺点稳定化技术的适用对象和优缺点技术技术适用对象适用对象优点优点缺点缺点水泥固化法水泥固化法重重金金属属，氧氧化化物，废酸物，废酸1.1.水泥搅拌，

14、处理技支已相当成熟水泥搅拌，处理技支已相当成熟2.2.对对废废物物中中化化学学性性质质的的变变动动具具有有相相当的承受力当的承受力3.3.可可由由水水泥泥与与废废物物的的比比例例来来控控制制固固化体的结构缺点与不透水性化体的结构缺点与不透水性4.4.无需特殊的设备，处理成本低无需特殊的设备，处理成本低5.5.废物可直接处理，无需前处理废物可直接处理，无需前处理1.1.废废物物中中若若含含有有特特殊殊的的盐盐类类，会造怐固化体破裂会造怐固化体破裂2.2.有有机机物物的的分分解解造造成成裂裂隙隙，增增加渗透性，降低结构强度加渗透性，降低结构强度3.3.大大量量水水泥泥的的使使用用增增加加固固化化体

15、体的体积和质量的体积和质量石灰固化法石灰固化法重重金金属属，氧氧化化物，废酸物，废酸1.1.所用物料价格便宜，容易购得所用物料价格便宜，容易购得2.2.操作不需特殊设备及技术操作不需特殊设备及技术3.3.在在适适当当处处置置环环境境，可可维维持持波波索索来来（pozzolanic pozzolanic reactionreaction）反反应应的的持持续续进行进行1.1.固固化化体体的的强强度度较较低低，且且需需较长的养护时间较长的养护时间2.2.有有较较大大的的体体积积膨膨胀胀，增增加清运和处置的困难加清运和处置的困难塑性固化法塑性固化法部部分分非非极极性性有有机机物物，氧氧化化物物，废酸废

16、酸1.1.固化体的渗透性较其它固化法低固化体的渗透性较其它固化法低2.2.对水溶液有良好的阻隔性对水溶液有良好的阻隔性1.1.需需要要特特殊殊设设备备和和专专业业操操作作人人员员2.2.废废物物中中若若含含氧氧化化剂剂或或挥挥发发性性物物质质，加加热热时时可可能能会会着着火火或或逸逸散散，废废物物须须先先干干燥燥，破破碎碎后后才才能进行操作能进行操作熔融固化法熔融固化法不不挥挥发发的的高高危危害害性性废废物物，核核能废料能废料1.1.玻玻璃璃体体的的高高稳稳定定性性，可可确确保保固固化化体的长期稳定体的长期稳定2.2.可利用废玻璃屑作为固化材料可利用废玻璃屑作为固化材料3.3.对对核核能能废废

17、料料处处理理已已有有相相当当成成功功技技术术1.1.对对可可燃燃或或具具挥挥发发性性的的废废物物并并不适用不适用2.2.高温热融需消耗大量能源高温热融需消耗大量能源3.3.需要特殊的设备及专业人员需要特殊的设备及专业人员自胶结固化自胶结固化含含有有大大量量硫硫酸酸钙钙和和亚亚硫硫酸酸钙钙的废物的废物1.1.烧结体的性质稳定，结构强度高烧结体的性质稳定，结构强度高2.2.烧结体不具生物反应性及着火性烧结体不具生物反应性及着火性1.1.应用面较为狭窄应用面较为狭窄2.2.需要特殊的设备及专业人员需要特殊的设备及专业人员第三节 药剂稳定化一、常规固化技术的问题二、药剂稳定化三、化学药剂稳定化技术一、

18、常规固化技术的问题体积都有不同程度的增加固化体的长期稳定性 近来发展了一种新型的稳定化方法化学药剂稳定化技术。二、药剂稳定化原理：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。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。三、化学药剂稳定化技术1.pH值控制技术2.氧化还原电势控制技术3.沉淀技术4.吸附技术5.离子交换技术 6.其他技术 1.p

19、H值控制技术原理：加入碱性药剂，将废物的pH值调至使重金属离子具有最小溶解度的范围，从而实现稳定化。常用的药剂：石灰、苏打、氢氧化钠等强碱大部分固化基材，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。石灰及一些类型的粘土可用作pH缓冲材料。2.氧化/还原电势控制技术原理：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+)。常用的还原剂：硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫等。3.沉淀技术硫化物沉淀 大多数重金属硫化物在所有pH值下的溶解

20、度都大大低于其氢氧化物硅酸盐沉淀 生成的硅酸盐沉淀在较宽的pH值范围（211）有较低的溶解度碳酸盐沉淀 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 再用空气氧化使之再溶解，经络合MxFe3-x(OH)6+O2MxFe3-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+。暗绿色混合暗绿色混合氢氧化物氢氧化物黑色尖晶石型黑色尖晶石型化合物化合物(铁氧铁

21、氧体体)上海市危险废物填埋场实例上海市危险废物填埋场实例处理的废物对象处理的废物对象生活垃圾焚烧设施的除尘飞灰生活垃圾焚烧设施的除尘飞灰工业危险废物工业危险废物生活消费产生的危险废物生活消费产生的危险废物处理的废物种类处理的废物种类类别编号 危废名称 类别编号 危废名称含氰热处理废物含氰热处理废物 含锑废物含锑废物 表面处理废物表面处理废物 含碲废物含碲废物 焚烧处置残渣焚烧处置残渣 含汞废物含汞废物 含铍废物含铍废物 含铊废物含铊废物 含铬废物含铬废物 含铅废物含铅废物 含铜废物含铜废物 无机氟化合物废物无机氟化合物废物 含锌废物含锌废物 无机氰化物废物无机氰化物废物 含砷废物含砷废物 石棉

22、废物石棉废物 含硒废物含硒废物 含镍废物含镍废物 含镉废物含镉废物 含钡废物含钡废物 液体和含游离液体的材料 挥发性和燃烧性极强的液体废物 含矿物油的废物 自燃或引燃的固体 医疗废物（如传染性废物、针头等）氧化-还原性强的废物 不耐震的爆炸物 压缩气体 活化性极强的废物 不可转换的水溶性材料 有强烈气味的材料 毒性极强的挥发性材料 浓酸、浓碱 未经压碎等方法处理的空容器 能与水、空气或稀酸、碱反应，并产生危险反应物质的废物禁止填埋处置的废物禁止填埋处置的废物总平面布置图总平面布置图 危险废物处理程序危险废物处理程序危险废物危险废物填写危废入场单填写危废入场单过磅过磅取样化验取样化验储存、等待化

23、验结果储存、等待化验结果填埋库填埋库渗出试验渗出试验预处理预处理合格合格合格合格合格合格合格合格不合格不合格不合格不合格不合格不合格不合格不合格飞灰稳定化预处理工艺流程飞灰稳定化预处理工艺流程飞灰飞灰药剂药剂水水石灰石灰混合与搅拌装置混合与搅拌装置螺旋输送机螺旋输送机水泥水泥填埋区填埋区拉臂箱拉臂箱其它危废稳定化预处理工艺流程其它危废稳定化预处理工艺流程危废危废药剂药剂水水石灰石灰混合与搅拌装置混合与搅拌装置螺旋输送机螺旋输送机水泥水泥填埋区填埋区拉臂箱拉臂箱粉碎机粉碎机填埋库结构剖面图填埋库结构剖面图屈服拉伸强度：28N/mm屈服延伸率：12破裂拉伸强度：28N/mm破裂延伸率：650抗穿刺强度：640N抗撕裂强度：110N渗透系数：2.01014cm/s HDPE膜性能指标（SERROT）库底防渗结构库底防渗结构隔墙防渗及地下水收集井示意图隔墙防渗及地下水收集井示意图施工现场施工现场施工现场施工现场鸟鸟 瞰瞰 图图