固体废物固化处理技术

1、6.1 6.1 固化处理的原理和步骤固化处理的原理和步骤 6.2 6.2 药剂稳定化处理药剂稳定化处理（补充资料）（补充资料） 6.3 6.3 固体废物固化处理固体废物固化处理 6.3.1 6.3.1 水泥固化水泥固化 6.3.2 6.3.2 石灰固化石灰固化 6.3.3 6.3.3 沥青固化沥青固化 6.3.4 6.3.4 塑性材料固化塑性材料固化 6.3.5 6.3.5 玻璃固化玻璃固化 6.3.6 6.3.6 自胶结固化自胶结固化内内 容容 提提 要要6.1 固化处理基本概念固化处理基本概念1、固体废物的固化技术（1）固化技术：是利用物理或化学方法将有害废物与能聚结成固体的某些惰性基材混

2、合，从而使固体废物固定或包容在惰性固体基材中，使之具有化学稳定性或密封性的一种无害化处理技术。 在实际应用中，固化处理可以划分为两个既相互关联又相互区别的稳定化技术和固化技术。 固化所用的惰性材料称为固化剂。有害废物经过固化处理所形成的固化产物称为固化体。固化固化(Solidification)(Solidification)，在危险废物中添加固化剂，在危险废物中添加固化剂，使其转变为使其转变为不可流动固体不可流动固体或形成或形成紧密固体紧密固体的过程。的过程。（2 2）稳定化）稳定化(Stabilization)(Stabilization) , , 将有毒有害污染物将有毒有害污染物转变为转

3、变为低溶解性、低迁移性及低毒性低溶解性、低迁移性及低毒性的过程。的过程。化学稳定化&物理稳定化。 （3 3）包容化技术。是指用稳定剂、固化剂凝聚，将）包容化技术。是指用稳定剂、固化剂凝聚，将有毒物质或危险废物颗粒包容或覆盖的过程。有毒物质或危险废物颗粒包容或覆盖的过程。 目的：目的：对对危险废物危险废物、其它处理过程、其它处理过程残渣残渣及及被污染的土壤被污染的土壤进行进行处理。使危险废物中所有污染组分呈现处理。使危险废物中所有污染组分呈现化学惰性化学惰性或或被包容被包容起来，减少后续处理与处置的潜在危险。起来，减少后续处理与处置的潜在危险。 2、固化处理的基本要求 （1）有害废物经过固化处理

4、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。 （2）固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低。 （3）固化工艺过程简单，便于操作。 （4）固化剂来源丰富，价廉易得。 （5）处理费用低廉。3、固化效果评价指标固化处理效果常用浸出率、增容比、抗压强度等物理、化学指标予以评价。 （1）浸出率：是指固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有毒（害）物质的浸出速度。 浸出率的数学表达式如下： Rin=(ar/Ao)/(F/M)t 式中：Rin标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，g/(dcm2) ar浸出时间内浸出的有害物质的量，mg A

5、o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 （2）增容比 是指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值，它是鉴别处理方法好坏和衡量最终成本的一项重要指标。 即 ： C Ci i= =V V2 2/ /V V1 1 式中：C Ci i增容比 V V2 2固化体体积，m3 V V1 1固化前有害废物的体积，m3 （3）抗压强度是保证固化体安全贮存的重要指标。 对于一般的危险废物，经固化处理后得到的固化体，若进行处置或装桶贮存，对抗压强度要求较低，控制在0.10.5MPa即可；作为填埋处理无侧限抗压强大于50kPa；作为建筑填土无侧限抗压强度大

6、于100kPa 。对于放射性废物，其固化产品的抗压强度，前苏联要求大于5MPa，英国要求达到20MPa。一般情况下，固化体的强度越高，其中有毒有害组分的浸出率也越低。 评评 价价 指指 标标21VVCRnnntVFAaR)/(/04 4、固化处理的基本步骤、固化处理的基本步骤（1 1）废物预处理）废物预处理对收集到的固体废物必须进行预处理，如分选、对收集到的固体废物必须进行预处理，如分选、干燥、中和、破坏氛化物等物理的和化学干燥、中和、破坏氛化物等物理的和化学的处理过程，因为废物中所含的许多化合的处理过程，因为废物中所含的许多化合物都会干扰固化过程。例如用水泥为固化物都会干扰固化过程。例如用水

7、泥为固化剂时，锰、锡、铜、铝的可溶性盐类会延剂时，锰、锡、铜、铝的可溶性盐类会延长凝固时间并降低固化体的物理强度。过长凝固时间并降低固化体的物理强度。过量的水也会阻碍固化过程，含酸性物质过量的水也会阻碍固化过程，含酸性物质过多则会使固化剂用量增加等。多则会使固化剂用量增加等。 （2 2）加入填充剂及固化剂）加入填充剂及固化剂其用量一般根据实验结果来确定。其用量一般根据实验结果来确定。 （3 3）混合和凝硬）混合和凝硬将废物和固化剂在混合设备中均匀混合，然后送到硬将废物和固化剂在混合设备中均匀混合，然后送到硬化池或处置场地中放置一段时间，使之凝硬完成硬化池或处置场地中放置一段时间，使之凝硬完成硬

8、化过程。化过程。 （4 4）固化体的处理）固化体的处理v根据所处理废物的特性将固化体填埋或加以利用根据所处理废物的特性将固化体填埋或加以利用（如做建筑材料）。（如做建筑材料）。 6.2 6.2 有毒有害物质的稳定化处理有毒有害物质的稳定化处理6.2.1 6.2.1 重金属离子的稳定化技术重金属离子的稳定化技术 （1）中和法； （2）氧化还原法； （3）化学沉淀法； 氢氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 硅酸盐沉淀法 碳酸盐沉淀法 共沉淀法 无机及有机螯合物沉淀法 （4）吸附法 （5）离子交换法6.2.2 6.2.2 有机污染物的氧化解毒技术有机污染物的氧化解毒技术 向废物中投加某种强氧化剂，可以将有机

9、污染物转化为CO2和H2O，或转化为毒性很小的中间有机物，以达到稳定化目的。常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、氯气、漂白粉等。1 1、臭氧氧化解毒、臭氧氧化解毒 如用臭氧处理氰化物时发生反应：NaCN+O3一NaCNO+O22 2、过氧化氢氧化解毒、过氧化氢氧化解毒 如用过氧化氢处理氰化物时发生下列反应： NaCN +H2O2一NaCNO+H2O 3 3、氯氧化解毒、氯氧化解毒 如果废物是液态的，则可以将氯气直接通入其中发生水解反应生成次氯酸： CI2+H2O一HOCI+H+CI- 次氯酸HOCI是一种弱酸，又进而在瞬间离解： HOCIHOCIH+OCI-CrCr、CdCd、HgHg、PbPb、C

10、uCu、ZnZn等重金属的化学稳等重金属的化学稳定化技术定化技术有有 毒毒 有有 害害 物物 质质含氯的挥发性有机物、含氯的挥发性有机物、硫醇、酚类、氰化物等硫醇、酚类、氰化物等有机污染物的氧化解毒有机污染物的氧化解毒技术技术利用化学药剂通过化学反应。具有相对持久性利用化学药剂通过化学反应。具有相对持久性 。酸碱泥渣酸碱泥渣 中和剂中和剂 罐式机械搅拌罐式机械搅拌/ /池式人工搅拌池式人工搅拌将固体废物中可以发将固体废物中可以发生价态变化的某些有生价态变化的某些有毒有害组分通过氧化毒有害组分通过氧化还原反应转化为无毒还原反应转化为无毒/ /低毒化学性质稳定低毒化学性质稳定的组分的组分吸附剂吸附

11、剂 可逆可逆 吸附具有选择性：活吸附具有选择性：活性炭性炭- -有机物；活性有机物；活性氧化铝氧化铝- -镍离子镍离子氢氧化物沉淀氢氧化物沉淀 硫化物沉淀硫化物沉淀 硅酸盐沉淀硅酸盐沉淀 碳酸盐沉淀碳酸盐沉淀 共沉淀共沉淀 无机无机/ /有机螯合有机螯合物沉淀物沉淀重金属重金属溶出法溶出法离子离子交换交换中和法中和法氧化还氧化还原法原法吸附法吸附法化学沉化学沉淀法淀法离子交换树脂、天离子交换树脂、天然或人工合成沸石、然或人工合成沸石、硅胶硅胶 昂贵昂贵 可逆可逆 重 金 属 化 学 稳 定 化硫酸亚铁硫酸亚铁/ /硫代硫酸钠硫代硫酸钠/ /亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠/ /二氧二氧化硫化硫/ /煤炭煤

12、炭/ /纸浆废液纸浆废液/ /锯木屑锯木屑/ /谷壳谷壳Cr6+Hg2+As5+Cr3+HgAs3+无毒有毒 药剂稳定化处理 吸吸 附附 剂剂 活性炭：活性炭活性炭：活性炭 有机物有机物 粘土：粘土： 金属氧化物：氧化铁、氧化镁、氧化铝金属氧化物：氧化铁、氧化镁、氧化铝 天然材料：锯末、沙、泥炭、沸石、软锰矿、天然材料：锯末、沙、泥炭、沸石、软锰矿、 磁铁矿、硫铁矿、磁黄铁矿等磁铁矿、硫铁矿、磁黄铁矿等 人工材料：飞灰、粉煤灰、高炉渣、活性氧化人工材料：飞灰、粉煤灰、高炉渣、活性氧化铝、有机聚合物铝、有机聚合物氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法 碱性物质：氢氧化钠、石灰、碳酸钠等碱性物质：氢氧化钠、

13、石灰、碳酸钠等 固化基材：硅酸盐水泥、石灰窑灰渣、碳酸钠等固化基材：硅酸盐水泥、石灰窑灰渣、碳酸钠等硅酸盐固化（硅酸盐固化（pH 2pH 21111） 水和金属离子与二氧化硅或硅胶不同比例结合水和金属离子与二氧化硅或硅胶不同比例结合 碳酸盐沉淀碳酸盐沉淀 钡、镉、铅碳酸盐溶解度钡、镉、铅碳酸盐溶解度 其氢氧化物其氢氧化物 应用不广泛应用不广泛pHpH低，低，CO2CO2溢出；溢出；pHpH高，氢氧化物高，氢氧化物pH溶解度硫化物沉淀法硫化物沉淀法 无机无机硫化物沉淀硫化物沉淀：应用仅次于氢氧化物沉淀法：应用仅次于氢氧化物沉淀法大多大多数数金属硫化物溶解度低金属硫化物溶解度低。一般保持。一般保持

14、pHpH大于大于8 8。有机有机硫化物沉淀硫化物沉淀：较高的分子质量：较高的分子质量沉淀物易沉沉淀物易沉 降、降、脱水和过滤；沉淀彻底，适用脱水和过滤；沉淀彻底，适用pHpH范围广。范围广。 含汞废物及含重金属的粉尘含汞废物及含重金属的粉尘（焚烧灰及飞灰等）（焚烧灰及飞灰等） 共沉淀共沉淀 永久磁铁吸住。碳酸钙也可产生共沉淀永久磁铁吸住。碳酸钙也可产生共沉淀6322)()(6)3(OHFeMOHFexxMxx43263)(OFeMOOHFeMxxxxMn2+Zn2+Ni2+Mg2+Cu2+Cd2+溶解度无机及有机螯合物沉淀无机及有机螯合物沉淀 废物中含有的配合剂：废物中含有的配合剂：磷酸酯、柠

15、檬酸盐、葡萄糖酸、氨磷酸酯、柠檬酸盐、葡萄糖酸、氨基乙酸、基乙酸、EDTAEDTA等形成等形成稳定可溶螯合物稳定可溶螯合物。 螯环螯环 Pb2+Pb2+、Cd2+Cd2+、Ag+Ag+、Ni2+Ni2+、Cu2+,98% Cu2+,98% Co2+Co2+、Cr2+,85%Cr2+,85%； 优于优于NaNa2 2S S强氧化剂、高温破坏强氧化剂、高温破坏 高高pHpH破坏破坏螯合效应有机有机 污染物污染物 氧化解毒氧化解毒 臭氧氧化臭氧氧化 解毒解毒 过氧化氢过氧化氢 解毒解毒氯氧化解毒氯氧化解毒理论上理论上1058g1058g臭氧臭氧/ /度电度电 实际实际150g/150g/度电，费用高

16、度电，费用高 自由能高，强氧化剂自由能高，强氧化剂 有紫外线照射时：有紫外线照射时：OHRCOOHOOHRCH232332323ONaCNOONaCN 2333OCOOHCHOCHOCH 氯和漂白粉。用氯的氧化物破坏剧毒的氰化物是一种经典方法：在氯和漂白粉。用氯的氧化物破坏剧毒的氰化物是一种经典方法：在pH pH 1010 ClCNOClOCNNaClOHNaCNONaOHCNCl22NaClCNClClNaCN2OHNaClCONNaOHClNaCNO2222262432 铁做催化剂产生铁做催化剂产生OHOH 35% 35%50%50%，紫外线，紫外线功率功率500W/L500W/L 五氯酚

17、污染的土壤，五氯酚污染的土壤，99.9%99.9%，有机碳，有机碳 ROHOHOHR22OHRRHOH26.3 6.3 固体废物的固化处理固体废物的固化处理 6.3.1 6.3.1 水泥固化技术水泥固化技术 (Cement solidification)(Cement solidification) 水泥固化：水泥固化：是以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种处理方法。 水泥固化原理：水泥固化原理：水泥是一种无机胶结剂，经水化反应后可形成坚硬的水泥块，能将砂、石等骨料牢固地凝结在一起。水泥固化有害废物就是利用水泥的这一特性。 常用作固化剂的水泥：硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥 。 在水泥固化处

18、理过程中，为了改善固化条件，提高固化体的质量，有时掺入适宜的添加剂。常用的添加剂有： 吸附剂：如活性氧化铝、粘土、蛭石等； 缓凝剂：如酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等； 促凝剂：如水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等； 减水剂：如表面活性剂等。 固化材料固化材料 废物被掺入水泥的基质中废物被掺入水泥的基质中, ,水泥与废物中的水分或另水泥与废物中的水分或另外添加的水分外添加的水分, ,发生水化反应后生成坚硬的水泥固化体发生水化反应后生成坚硬的水泥固化体 水泥主要成分水泥主要成分：铝、硅、铁、钙的氧化物铝、硅、铁、钙的氧化物 固化基材固化基材: : 普通硅酸盐普通硅酸盐 矿渣硅酸盐矿渣硅酸盐 火山灰硅酸盐火山灰硅酸

19、盐 矾土矾土 沸石等水泥沸石等水泥 无机添加剂：无机添加剂：蛭石、沸石、多种粘土矿物、水玻璃、蛭石、沸石、多种粘土矿物、水玻璃、 无机缓凝剂、无机速凝剂和骨料等无机缓凝剂、无机速凝剂和骨料等 有机添加剂：有机添加剂：硬脂肪酸丁酯、硬脂肪酸丁酯、- -糖酸丙酯、柠檬酸糖酸丙酯、柠檬酸 水泥固化过程硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等的水泥固化过程硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等的水合反应产生水合反应产生Ca(OH)Ca(OH)2 2 改善固化体质量。吸附剂改善固化体质量。吸附剂沸石或蛭石加入含硫酸盐的沸石或蛭石加入含硫酸盐的废物中防止其与水泥成分反应生成硫酸铝钙导致体积膨胀废物中防止其与水泥成分反应生成

20、硫酸铝钙导致体积膨胀和破裂。蛭石还是骨料。和破裂。蛭石还是骨料。 6.3.2 6.3.2 沥青固化技术沥青固化技术 （Pitch solidificationPitch solidification） 沥青固化：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生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中，形成稳定的固化体。 沥青属于憎水性物质，具有良好的黏结性和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。此外，它还具有一定的辐射稳定性，一般被用来处理具有中、低放射性的蒸发残渣及有毒有害废物。 放射性废物沥青固化的基本方法：高温熔化混合蒸

21、发法（如图图6 62 2）、暂时乳化法和化学乳化法三种。 沥青固化体的性质：沥青固化体的主要性能指标是它在水中的浸出率、辐照稳定性和化学稳定性。它们分别受到沥青种类、加入的废物量、废物的化学组分和残余水分等因素的影响。 与水泥固化技术一样，沥青固化最初也是用于放射性废物的处理，后来才发展到固化处理其它危险废物，两者处理的废物类型也基本相同。 原理工艺 图图6 62 2 高温熔化混合蒸发沥青固化流高温熔化混合蒸发沥青固化流程示意图程示意图概念 6.3.3 塑料固化塑料固化处理处理v热塑性材料是指那些在加热后冷却时能反复转化和热塑性材料是指那些在加热后冷却时能反复转化和硬化的有机材料，如沥青、聚乙

22、烯、聚氯乙烯、聚硬化的有机材料，如沥青、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、石蜡等。丙烯、石蜡等。这些材料在常温下为坚硬的固体，而在较高温度下有可塑性和流动性，从而可以利用这种特性对固体废物进行固化处理。 v热固性材料是指在加热时变成固体并且硬化，且再热固性材料是指在加热时变成固体并且硬化，且再进行加热或冷却时仍保持其固体状态不变的物质。进行加热或冷却时仍保持其固体状态不变的物质。目前常用的热固性材料有尿醛树脂和不饱和聚醋尿醛树脂和不饱和聚醋等，酚醛树脂及环氧树脂也在小范围内使用。尿醛树脂尿醛树脂使用方便，固化速度快，与有害物质形成的固化体有较好的耐水性、耐腐蚀性、价格也较便宜，使用较为广泛。不饱和聚醋

23、树脂在常温常压下即可固化。v日本冈山公害防治中心利用不饱和聚醋树脂固化处理电镀污泥，所形成的固化体抗压强度大，重量轻，表面光泽，可以作为建筑材料使用。 概念固化剂特点 6.3.4 玻璃固化玻璃固化处理处理概念应用特点 6.3.5 石灰固化石灰固化处理处理特点原理应用概念 6.3.6 自胶结固化自胶结固化处理处理图图6-5 6-5 烟道气脱硫泥渣自胶结固化的工艺流程烟道气脱硫泥渣自胶结固化的工艺流程 6.3.7 6.3.7 水玻璃固化水玻璃固化 水玻璃固化：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，与有害污泥按一定的配料比进行中和与缩合脱水反应，形成凝胶体，将有害污泥包容，经

24、凝结硬化逐步形成水玻璃固化体。 水玻璃固化电镀污泥时的配比为：水玻璃（3号硅酸钠）混酸（纯硫酸与纯磷酸之比为91）污泥为5.850.5593.6。技术技术适用对象适用对象主要优点主要优点主要缺点主要缺点水泥水泥固化法固化法重金属、重金属、氧化物、氧化物、废酸废酸1.1.水泥搅拌，技术已相当成熟；水泥搅拌，技术已相当成熟；2.2.对废物中对废物中化学性质的变动承受力强化学性质的变动承受力强;3.;3.可由水泥与废可由水泥与废物的比例来控制固化体的结构缺点与防水性；物的比例来控制固化体的结构缺点与防水性；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.废物可废物可直接处理，

25、无需前处理。直接处理，无需前处理。1.1.废物如含特殊的盐类，会造成废物如含特殊的盐类，会造成固化体破裂；固化体破裂；2.2.有机物的分解造有机物的分解造成裂隙，增加渗透性，降低结构成裂隙，增加渗透性，降低结构强度；强度；3.3.大量水泥的使用可增加大量水泥的使用可增加固化体的体积和质量固化体的体积和质量石灰石灰固化法固化法重金属、重金属、氧化物、氧化物、废酸废酸1 1所用物料来源方便，价格便宜；所用物料来源方便，价格便宜；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.产品通常便于装卸，渗透性有所降低产品通常便于装卸，渗透性有所降低1.1.固化体的强度较低，需较长的固化体的强度较低，需较长的养护时间；养护时