固化实验报告(徐立)20120323

1、固化试验报告1 试验目的12 试验原理13 试验方案23.1 仪器和试剂23.2 试验方法23.3 试验内容33.3.1 不加浓缩液的固化空白试验33.3.2 水灰比（水泥/石灰）3:1为固化基的试验33.3.3 水灰比（水泥/石灰）2:1为固化基的试验43.3.4 水灰比（水泥/石灰）1:1为固化基的试验43.3.5 水灰比（水泥/石灰）1:2为固化基的试验43.3.6 水灰比（水泥/石灰）1:3为固化基的试验43.4 试验技术路线44 试验结果与讨论54.1不加浓缩液空白试验研究54.1.1 不同养护方式固化试验比较54.1.2 固化块捣碎对浸出效果的影响74.1.3 小结84.2 初步考

2、察不同水泥石灰配比对固化块浸出效果的影响84.2.1 水灰比为3:1和2:1的固化试验84.2.2 小结124.3 进一步考察不同水泥石灰配比对固化块浸出效果的影响124.3.1 水灰比为1:1、1:2和1:3的固化试验124.3.2 固化块含水率对浸出效果的影响134.3.3 小结145 结论与建议141 试验目的反渗透浓缩液作为膜处理系统多步处理后的剩余产物，其组成成分复杂，有机物以腐殖酸或芳香烃等稳定物质为主，含盐量高（以一价盐为主），电导率约5080mS/cm，易结垢离子含量高。目前，国内几种主要浓缩液处理工艺中，浓缩液回流工艺会导致污水中难降解COD不断积累，盐分含量的提高易导致膜结

3、垢严重，对于系统的长期运行是非常不利的；回灌填埋场、离子交换或活性炭吸附工艺等要么是治标不治本，要么处理成本高。目前，本公司将RO浓缩液经热蒸发以进一步减少浓缩液量，该工艺占地面积小，产水能力高，蒸发设备在其他领域已比较成熟。经蒸发工艺减小浓缩液量至一定程度后（在实际化工操作中，通过加热蒸发无法使RO浓缩液达到析出固体的浓度，因为随着蒸发，体系流动性明显下降，导致蒸发难以继续），本课题采用水泥固化工艺将剩余浓缩液的污染物稳定在固化基块中，降低其沥滤性及迁移作用，达到防止污染的目的。剩余浓缩液加入固化基后直接存于塑料袋（或桶内）中密闭保存等待固化，因此，固化块在填埋场填埋过程中，主要考虑的是固化

4、块的体积、抗浸出性。较低的增容比能减小固化材料的使用并减小填埋体积；较强的抗浸出性能避免固化块内污染物质再次迁移至垃圾渗滤液内。在固化块抗浸出性能相差不大时，选择增容比较小的固化配方为最佳方案。本试验在RO浓缩液固化处理研究报告（蒋少杰）的研究基础上，继续考察不同固化基配方及用量对于固化块抗浸出性能的影响。2 试验原理水泥和石灰作为便宜易得的固化材料是处理处置危险污泥/污水的最佳技术，能够有效地固定其中的重金属和有机物，并具具有较高的抗压强度，已经得到了广泛的应用。而粉煤灰、水泥窑灰、石膏等添加剂对于废物固化的凝结速率、硬化强度和抗浸出性都有一定的提升作用。蒸发浓液固化效果试验报告（钱承）发现

5、使RO浓缩液固化所需的石灰量大大小于水泥的使用量，当石灰投加量为28%时即可产生浆化现象，而水泥投加量为200%时才产生浆化现象。但是石灰作为固化材料可能易浸出Ca2+，而且其抗压强度要低些。刘宇程等利用粉煤灰作为添加剂，分别以水泥和石灰为固定化基础材料处理酸化废水（含有大量Cl-和COD），试验得到最佳水泥基固化配方为水泥35%，石灰10%，粉煤灰20%，粉煤灰能有效减少废物中重金属的浸出。RO浓缩液固化处理研究报告（蒋少杰）的研究发现采用80g 3:1的水泥/石灰混合物能获得良好的固化效果，固化块含水率低于10%，但固化块浸出盐分质量较高，为此，主要做出如下的改进：1. 分析原固化块浸出盐

6、分过高的原因。添加3:1的水泥/石灰80g于100g蒸馏水中，待固化完全后取捣碎和不捣碎的固化块于100ml水中浸没24h考察其抗浸出能力。若固化块仍易浸出盐分，考虑在固化块外涂覆沥青；或再考察单用水泥或石灰的固化块的抗浸出能力。2. 待水泥浆化后，放入塑料袋中密闭养护。3. 浸出性能的考察。固化块若经粉碎便破坏其完整性，其浸出结果不能反映固化块实际的浸出情况，因此改用在静态条件下浸没24h（或更长时间），考察盐分的浸出量。3 试验方案3.1 仪器和试剂烧杯、玻璃棒、搅拌器、电炉、烘箱、便携式电导率仪、电子天平、表面皿、镊子，干燥器；RO浓缩液、硅酸盐水泥、生石灰等。3.2 试验方法RO浓缩液

7、蒸发：通过对RO浓缩液的含固率的测定，确定使蒸发浓缩液含固率约为25%的蒸发程度。RO浓缩液经蒸发至一定程度，待冷却后倒入瓶内以待固化所需，固化试验前需先准确测定蒸发液的含固率。固化：量取100ml蒸发浓缩液（盐分含量约占25%，需称重）趁热加入到含有若干固化基的烧杯中，搅拌10min后，若发现浆化现象（静置不出现明显分层），倒出适量于表面皿中，待浆状物冷却后将其置于塑料袋内密封并置于培养箱内养护，等待固化，当含水率低于40%视为浆状物已固化并记录固化时间。固化块含水率测定：分别取适量固化2d或3d得到的固化物精确称量，然后放入烘箱中在110下恒温烘10h，取出冷却后称量，计算其含水率。固化块

8、浸出率测定：参照国标GB7023-86放射性废物固化体长期浸出试验，取5g固化块（最好表面积相差不大），称重后浸泡在100ml蒸馏水中，浸泡24h（或更长），浸出液需先过滤以去除其中的颗粒物和泥灰。按浸出率计算公式计算出固化块的浸出率，浸出率的计算公式为：式中Rn 第n 浸出周期组分的浸出率，%；an在第n 浸出周期中浸出组分的质量，g；A0 在浸出试验样品中组分的初始质量，g；固化块浸出液电导率的测定：将电导率仪插入浸出液内测定其电导率。3.3 试验内容3.3.1 不加浓缩液的固化空白试验RO浓缩液固化处理研究报告（蒋少杰）的研究结果发现以3：1的水泥/石灰固化基固化块的浸出液含盐量过高，甚

9、至超过了固化块内的含盐量，故怀疑所采用的固定基易浸出无机盐。本试验用3：1的水泥/石灰混合物为固化基进行试验。称取80g固化基于烧杯中，加入100ml已加热蒸馏水（50左右），搅拌10min后倒入两个表面皿，一个直接暴露于空气中并用滤纸覆盖（A），另一个放置于塑料袋内密封保存于23培养箱内养护（B），测定固化2d/3d后的含水率并考察浸泡1d/6d的浸出效果。另取适量于空气中养护的固化块，捣碎后浸没于100ml水中，静置浸泡24h后测定其浸出率。3.3.2 水灰比（水泥/石灰）3:1为固化基的试验取80g已配好的固化基于烧杯内，趁热加入100ml蒸发浓缩液，搅拌10min后观察是否出现浆化现象

10、，若浆化则倒出适量于表面皿于密封塑料袋内养护，记录固化时间并测定固化块含水率、浸出率及浸出液的电导率。另取适量浆液于表面皿中暴露空气中养护，记录固化时间并测定固化块含水率、浸出率及浸出液的电导率。考察固化后固化块含水率对于浸出率的影响。重新称取以上的固化基75g，加入100ml蒸发浓缩液，按照以上方法进行试验。3.3.3 水灰比（水泥/石灰）2:1为固化基的试验由于石灰价格较水泥价格低，而且较少的石灰量便能发生浆化现象，优先加大固化基中石灰的比例，考察其固化时间、固化块含水率和抗浸出性能。取80g已配好的固化基于烧杯内，趁热加入100ml蒸发浓缩液，搅拌10min后观察是否出现浆化现象，若浆化

11、则倒出适量于表面皿内等待固化，记录固化时间并测定固化块含水率、浸出率及浸出液的电导率。重新称取以上的固化基70g、60g，加入100ml蒸发浓缩液，按照以上方法进行试验。3.3.4 水灰比（水泥/石灰）1:1为固化基的试验取70g已配好的固化基于烧杯内，趁热加入100ml蒸发浓缩液，搅拌10min后观察是否出现浆化现象，若浆化则倒出适量于表面皿内等待固化，记录固化时间并测定固化块含水率、浸出率及浸出液的电导率。重新称取以上固化基60g、50g，加入100ml蒸发浓缩液，按照以上方法进行试验。3.3.5 水灰比（水泥/石灰）1:2为固化基的试验取70g已配好的固化基于烧杯内，趁热加入100ml蒸

12、发浓缩液，搅拌10min后观察是否出现浆化现象，若浆化则倒出适量于表面皿内等待固化，记录固化时间并测定固化块含水率、浸出率及浸出液的电导率。重新称取以上固化基60g，加入100ml蒸发浓缩液，按照以上方法进行试验。3.3.6 水灰比（水泥/石灰）1:3为固化基的试验取70g已配好的固化基于烧杯内，趁热加入100ml蒸发浓缩液，搅拌10min后观察是否出现浆化现象，若浆化则倒出适量于表面皿内等待固化，记录固化时间并测定固化块含水率、浸出率及浸出液的电导率。重新称取以上固化基60g，加入100ml蒸发浓缩液，按照以上方法进行试验。3.4 试验技术路线蒸发浓缩液固化试验研究文献调研不加浓缩液空白试验

13、研究水灰比为3:1和2:1的固化试验进步考察不同水灰比和投加量对浸出效果的影响不同养护方式固化块含水率及浸出效果比较固化块捣碎与否的浸出效果比较养护3d后的固化块浸泡24h的浸出试验养护4d后的固化块浸泡6d的浸出试验水灰比为1:1、1:2和1:3的固化试验固化块含水率对浸出效果的影响得出结论，撰写报告已有研究成果分析图1 试验研究路线4 试验结果与讨论4.1不加浓缩液空白试验研究4.1.1 不同养护方式固化试验比较待养护2d后分别测定含水率，结果如表1所示。表1 静置2d后固化块含水率固体初重（g）烘后重（g）含水率（%）A1.33040.961627.7B2.66221.656237.8从

14、表1可以看出，2d后，直接暴露于空气中的固化块含水率较置于培养箱密闭低10.1%，说明开放系统中的水分蒸发对于含水率降低有很大作用，而置于密闭系统内的固化块含水率降低主要是由于水化作用造成的。待养护3d后分别测定含水率，结果如表2所示。表2 静置3d后固化块含水率固体初重（g）烘后重（g）含水率（%）A1.59511.46058.4B2.3341.548133.7从表2可以看出，3d后，密闭保存的固化块含水率仅降至33.7%，说明固化块内水化作用接近完成；而空气中养护的固化块含水率降至8.4%，进一步说明开放系统中水分蒸发作用对固化块含水率降低的作用，这也与RO浓缩液固化处理研究报告（蒋少杰）

15、研究结果一致。考虑工程上一般将浆化物直接置于密封的袋中养护，而密闭养护的固化块含水率低于40%，满足填埋要求，故在后续试验中采用密闭保存的方式养护固化块。养护3d后分别取部分固化块于锥形瓶内（如图1所示），浸泡24h后过滤去除漂浮在液面的灰，取适量滤液测定其含固量，以浸出液的含固量与固化块内固体物质量之比（R）表征浸出效果，结果如表3所示。表3 浸泡24h后固化块的浸出效果比较固化块质量（g）烘前重（g）烘后重（g）浸出液含固率（%）R（%）浸出液电导率(mS)A3.591821.54040.0140.0651.45.01B4.105017.5090.00380.0220.665.45RO浓缩

16、液固化处理研究报告（蒋少杰）的研究结果表明浸出液含固率普遍在1.5%以上，经过计算，浸出液的固态物质已超过所加固化块内的含盐量，故怀疑水泥石灰固化物可能会浸出盐分。而由表3可以看出，空白试验浸出液含固率分别为0.065%和0.022%，固化物盐分浸出很微弱。图2 固化块浸出试验图为进一步验证浸泡时间是否对结果有影响，另外取适量固化块于100ml水中浸泡6d，浸出效果如表4所示。表4 浸泡6d后固化块的浸出效果比较固化块质量（g）烘前重（g）烘后重（g）浸出液含固率（%）R（%）浸出液电导率(mS)A3.670432.9815-0.0291-5.15B4.596428.0532-0.0257-6

17、.16由表4可知，浸泡6d后浸出液的含固量竟为负数，可能是由于浸出液中含盐量稀少，试验的系统误差造成烘后烧杯的质量低于烘前所称的质量。虽然结果为负，但这也从侧面表明经过长时间的浸泡，固化基也不易浸出盐分。4.1.2 固化块捣碎对浸出效果的影响为进一步验证RO浓缩液固化处理研究报告（蒋少杰）中浸出盐分过高的情况，将固化块捣碎后浸泡于100ml蒸馏水内静置24h。浸出结果如表5所示。表5 固化块捣碎后浸泡24h的浸出效果A固化块质量（g）烘前重（g）烘后重（g）浸出液含固率（%）R（%）浸出液电导率(mS)未捣碎3.591821.54040.0140.0651.45.01捣碎4.016330.63

18、550.02170.0711.96.35由表5可知，捣碎与未捣碎的固化块浸出液含固率分别为0.065%和0.071%，R和浸出液电导率两者也相差不大，这说明捣碎后的固化块内盐分浸出效果也很微弱，这就排除了固化基中石灰易浸出Ca2+的假设。分析原因，可能是蒋少杰在试验过程中未将浸出液先过滤而带入了部分颗粒杂质。4.1.3 小结以上试验研究结果表明，固化块无论捣碎与否固化基本身都不易浸出盐分，后续试验能够按照既定方案继续进行。采用塑料袋密闭养护固化物3d后，能够使得其含水率低于40%，满足填埋场填埋要求。4.2 初步考察不同水泥石灰配比对固化块浸出效果的影响根据以上试验结果，继续采用以水泥和石灰为

19、主要固化基进行固化试验。一方面，由于对蒋少杰的试验步骤有所改进，需要对其得出的最佳水灰比进行重复验证；另一方面，石灰固化后并不易浸出盐分，而且考虑石灰价格较水泥低廉，在有限的试验时间内，优先考察石灰量较多情况下的固化块浸出效果。4.2.1 水灰比为3:1和2:1的固化试验图3为于密闭塑料袋内养护3d的固化块效果图。通过对固化物的表观观察可知，AD的固化块成型较好，固化比较明显；而E由于固化基添加量较少，难以有效锁住其中的水分，表面仍比较湿。但AD的固化块与不加浓缩液的空白试验相比，用手指轻按之后仍有水分渗出，可能与浓缩液内盐分较多影响凝固效果有关。图3 密闭塑料袋内养护3d后固化效果图4.2.

20、1.1 养护3d后浸泡24h的浸出效果表6为密闭塑料袋内养护3d的固化块含水率。由表可知，固化块AD的含水率介于30%33%，均低于40%。虽固化块表面有水分渗出，但仍能满足填埋场填埋要求。而固化块E的含水率为41.5%，高于40%，故此配方不符合要求，在不进行后续浸出试验。表6 养护3d后的固化块含水率固体初重（g）烘后重（g）含水率（%）3:1水灰比A 80g1.90831.270533.4B 75g3.97922.768730.42:1水灰比C 80g2.52921.755430.6D 70g3.08422.104231.8E 60g2.08331.218741.5表7为养护3d后固化块

21、浸泡24h的浸出效果比较。蒸发浓缩液的含固率为26.4%，100ml蒸发浓缩液的质量为120.8779g，经计算可得出表7的结果。由表7可知，水灰比3:1的固化块浸出液含固率大大高于水灰比为2:1。由图4也可看出，浸出的固体物质较多，其Rn甚至超过100%（试验系统误差所致），很明显水灰比为3:1的固化块易浸出盐分。而水灰比为2:1的固化块盐分浸出则不明显，猜想固化基中石灰比例的增加可能会提高固化物的抗浸出性能，这将在后续的试验中验证。从表6和表7中还可以看出，在能使固化块含水率低于40%的情况下，固化基的投加量得增加对于固化块的含水率和浸出率没有显著影响，因此在后续试验中还应考察更少的投加量

22、对于固化块含水率和浸出率的影响，便于确定能达到要求的最佳固化基投加量，最佳投加量的减小有利于工程上成本的降低。表7 养护3d固化块浸泡24h后的浸出效果比较固化块质量（g）烘前重（g）烘后重（g）浸出液含固率（%）an (g)A0(g)Rn（%）电导率(mS)A6.743539.56300.42141.061.061.0710114.50B5.187931.16160.28960.930.930.8411114.13C5.719329.50990000.91012.97D6.218827.30130.02310.0850.0851.048.214.93BA图4 浸出液蒸发烘干后的固体4.2.1

23、.2 养护4d后浸泡6d的浸出效果为进一步考察长时间浸泡对于固化物浸出效果的影响，取养护4d后的部分固化块进行浸出试验。表8为养护4d的固化块含水率，结果表明含水率稳中有降，但变化并不明显，进一步说明3d的养护时间是比较合适的，更长的养护时间对于含水率的降低没有显著作用。表8 养护4d后的固化块含水率固体初重（g）烘后重（g）含水率（%）3:1水灰比A 80g2.55581.736532.1B 75g2.37761.754626.22:1水灰比C 80g2.47091.754129.0D 70g2.46011.673632.0表9为养护4d后固化块浸泡6d的浸出效果。由表9可以看出固化快A、B

24、的浸出率均在85%以上，印证之前试验的正确性。固化快C、D经过1d的浸泡后，抗浸出性能良好，但是经过6d的浸泡后，浸出率达到80%以上，说明经过6d的浸泡后固化快的抗浸出效果较差，难以满足工程上对于固化快浸出性能的要求。分析原因，可能是固化快含水率还较高，使得固化快内的盐分不易被固定住。在后续试验需从加大固化基投加量、延长固化时间、改良养护方式等方面考察其对浸出效果的影响。表9 养护4d固化块浸泡6d后的浸出效果比较固化块质量（g）烘前重（g）烘后重（g）浸出液含固率（%）an (g)A0(g)浸出率Rn（%）电导率(mS)A8.096929.49210.32891.121.121.28588

25、7.116.44B3.796832.42490.17170.530.530.618385.713.53C5.559027.22910.20070.740.740.882883.812.70D6.359830.55580.26490.870.871.062981.915.46BACD图5 浸出液蒸发烘干后的固体4.2.2 小结初步试验研究表明，水灰比分别为3：1和2：1的固化快养护3d后均能保证固化块含水率低于40%，且养护时间的延长对于含水率的降低没有显著影响。浸泡1d的浸出试验表明，水灰比为3：1的固化块抗浸出效果较差，水灰比为2：1的固化块盐分浸出微弱；而浸泡6d的浸出试验表明，水灰比为3

26、：1和2：1的固化块浸出盐分均较高，抗浸出性能差。后续试验继续考察水灰比和固化基投加量的变化对固化块抗浸出性能的影响。4.3 进一步考察不同水泥石灰配比对固化块浸出效果的影响由于本阶段试验开始前，固化块浸泡6d的浸出结果还未得到，故由浸泡1d的试验结论开展后续试验，已知水灰比为2：1的固化块较水灰比为3：1固化块浸泡1d后的抗浸出效果好，故推测固化基中石灰含量的增加有利于固化块的抗浸出性能。现考察固化基中石灰比例的增加对于固化块含水率及抗浸出性能的影响。4.3.1 水灰比为1:1、1:2和1:3的固化试验表10 养护2d后的固化块含水率固体初重（g）烘后重（g）含水率（%）1:1水灰比A 70

27、g1.95611.323332.7B 60g1.8801.253833.3C 50g2.40401.523836.61:2水灰比D 70g1.91701.208736.9E 60g2.13271.308538.61:3水灰比F 70g2.05151.354834.0G 60g2.14691.415834.1表11 养护3d后的固化块含水率固体初重（g）烘后重（g）含水率（%）1:1水灰比A 70g1.96021.332532.0B 60g2.25301.602128.9C 50g2.42751.546736.31:2水灰比D 70g1.24041.874633.8E 60g1.60692.485835.41:3水灰比F 70g1.18791.705230.3G 60g2.40261.637131.9由表10和表11可知，各固化块的含水率变化和之前试验结果类似。但是通过表面观察，各固化块的抗压性能都有所减弱，硬度变差。表12 养护3d固化块浸泡7d后的浸出效果比较固化块质量（g）烘前重（g）烘后