固废-第5章-固体废物固化-稳定化

1、第第5 5章章 固体废物固体废物 固化固化/ /稳定化稳定化固体废弃物处理与资源化固体废弃物处理与资源化2主要内容主要内容一、固化稳定化技术概述一、固化稳定化技术概述二、固化技术二、固化技术三、稳定化技术三、稳定化技术【基本概念基本概念】：稳定化、固化、固化体、固化剂、浸出率、增容比稳定化、固化、固化体、固化剂、浸出率、增容比【固化方法固化方法】：水泥固化、沥青固化的原理、影响因素、优缺点水泥固化、沥青固化的原理、影响因素、优缺点【原理原理】：稳定化技术原理稳定化技术原理本章重点：本章重点：3一、固化稳定化技术概述一、固化稳定化技术概述危险废物最终处置前的预处理技术危险废物最终处置前的预处理技

2、术固固化和稳定化。化和稳定化。固化和稳定化的固化和稳定化的目的：目的：l使危险废物中的污染成分呈现使危险废物中的污染成分呈现化学惰性或被包化学惰性或被包裹裹起来，起来，减小废物的毒性和迁移性减小废物的毒性和迁移性。危险废物固化危险废物固化/稳定化的稳定化的途径：途径：将污染物通过化学转变，引入到某种稳定固体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去；物质的晶格中去；通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中去。去。 4基本概念基本概念l 稳定化稳定化：将有毒有害污染物转变为：将有毒有害污染物转变为低溶解性、低溶解性、低迁移性及低毒性低迁移性及低

3、毒性的物质的过程。可分为物的物质的过程。可分为物理稳定化和化学稳定化。理稳定化和化学稳定化。l物理稳定化物理稳定化：是将固体废物与一种疏松物料（如粉煤：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，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。这种固体可以用运输机械送至处置场。a.化学稳定化化学稳定化：通过化学反应使有毒物质变成不溶性化：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。合物，使之在稳定的晶格内固定不动。5l固化固化：在危险废物中添加：在危险废物中添加固化剂固化剂，使其转变为，使其转变为不可流

4、动固体或形成紧密固体的过程。固化的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。产物是结构完整的整块密实固体。l固化可以看作是一种特定的稳定化过程，可以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理解为稳定化的一个部分l固化剂：固化剂：固化所用的添加剂（水泥、沥青等）固化所用的添加剂（水泥、沥青等）l固化体：固化体：有害废物经过固化处理所形成的固化有害废物经过固化处理所形成的固化产物产物6二、固化技术二、固化技术1.1.固化技术的应用固化技术的应用 l 固化技术最早是用来处理放射性废物的，后固化技术最早是用来处理放射性废物的，后被广泛应用于处理电镀污泥

5、、铬渣、汞渣、被广泛应用于处理电镀污泥、铬渣、汞渣、砷渣、氰渣和镉渣等。砷渣、氰渣和镉渣等。特别适合处理含重金特别适合处理含重金属的废物属的废物2.2.衡量固化效果的指标衡量固化效果的指标l浸出率浸出率l增容比增容比l抗压强度抗压强度7浸出率浸出率 leaching ratel固化体浸于水或其他溶液中时，有害物质的浸固化体浸于水或其他溶液中时，有害物质的浸出速率。通常用出速率。通常用标准比面积的样品每日浸出污标准比面积的样品每日浸出污染物质的量（染物质的量（Rin）来表示来表示：)cm(g/d )/(/20tMFAaRrinar浸出时间内浸出的有害物质的量，浸出时间内浸出的有害物质的量，mg；

6、A0样品中含有的有害物质的量，样品中含有的有害物质的量，mgF样品的表面积，样品的表面积，cm2；M样品的质量，样品的质量，g； t浸出时间，浸出时间，d;8增容比增容比 enlargement ratiol危险废物固化后固化体体积与危险废物原体积危险废物固化后固化体体积与危险废物原体积比：比：12VVCiCi增容比V1固化前危险废物的体积，m3；V2固化体体积，m3；增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重要指标。增容比应越低越好重要指标。增容比应越低越好9抗压强度抗压强度l主要是用来评价固化体的主要是用来评价固化体的抗破碎性抗破碎性，减少固

7、化，减少固化体对环境的污染的可能性。体对环境的污染的可能性。l危险废物必须有一定的抗压强度，才能安全贮危险废物必须有一定的抗压强度，才能安全贮存。避免破碎和散裂存。避免破碎和散裂增加暴露表面积增加暴露表面积l一般的危险废物一般的危险废物0.10.5MPa便可；如用作建便可；如用作建筑材料，应大于筑材料，应大于l0MPa；放射性废物，其固化；放射性废物，其固化产品的抗压强度，要求达到产品的抗压强度，要求达到20MPa103.固化处理的基本要求固化处理的基本要求l固化体应具有良好的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度干湿性、抗冻融性及足够的

8、机械强度，最好能，最好能作为资源加以利用，如作建筑材料和路基材料作为资源加以利用，如作建筑材料和路基材料等；等；l固化过程中材料和能量消耗要低，固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低；增容比要低；l固化工艺固化工艺过程简单过程简单、便于操作、便于操作l固化剂来源丰富，固化剂来源丰富，价廉易得价廉易得l处理费用低处理费用低114. 常用固化技术常用固化技术l水泥固化水泥固化l石灰固化石灰固化l沥青固化沥青固化l塑料固化（热固性塑料、热塑料塑料）塑料固化（热固性塑料、热塑料塑料）l自胶结固化自胶结固化l烧结固化（陶瓷固化）烧结固化（陶瓷固化）l熔融固化（玻璃固化）熔融固化（玻璃固化）12（1 1

9、）水泥固化）水泥固化原理：原理：l以水泥为固化剂以水泥为固化剂，将废物掺入水泥中，水泥与废物中，将废物掺入水泥中，水泥与废物中的水分或另外添加的水分发生的水分或另外添加的水分发生水化反应水化反应，生成坚硬的，生成坚硬的水泥固化体。通过包容减少有害危险废物的表面积和水泥固化体。通过包容减少有害危险废物的表面积和降低其可溶性。降低其可溶性。有害废物微粒有害废物微粒水泥水泥凝胶（水泥块）凝胶（水泥块）硬化硬化砂、石（骨料）砂、石（骨料）水水（水化反应）（水化反应）固化体固化体CaOSiO2mH2O凝胶将有害凝胶将有害物质封闭在内物质封闭在内l水泥是一种粉状水泥是一种粉状水硬性水硬性无机凝胶材料，是钙

10、、无机凝胶材料，是钙、硅、铝及铁的氧化物（硅、铝及铁的氧化物（SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3）的混合物。其主要成分是硅酸三钙的混合物。其主要成分是硅酸三钙（3CaOSiO2）和硅酸二钙（）和硅酸二钙（2CaOSiO2）。）。 1314添加剂添加剂l作用：改善固化条件，提高固化体的质量。作用：改善固化条件，提高固化体的质量。l常用的添加剂有：常用的添加剂有：种类种类常用物质常用物质作用作用吸附剂吸附剂活性氧化铝、粘土等活性氧化铝、粘土等吸附污泥中的有害组分吸附污泥中的有害组分缓凝剂缓凝剂酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等获得一定的操作时间获得一定的操作时间促凝剂促凝

11、剂水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等提高固化体早期强度提高固化体早期强度减水剂减水剂 表面活性剂表面活性剂Na2SO4等等降低水灰比，提高强度降低水灰比，提高强度15有害固体废物、水泥、添加剂有害固体废物、水泥、添加剂+水水搅拌混合搅拌混合养护（硬化）养护（硬化）水泥固化体水泥固化体水泥固化工艺水泥固化工艺16影响水泥固化的因素影响水泥固化的因素：pH:l当当pH值较高时，许多金属离子将形成值较高时，许多金属离子将形成氢氧化物氢氧化物沉淀。沉淀。但是但是pH值过高，会形成带负电荷的值过高，会形成带负电荷的羟基羟基络合物，溶解度反而升高。络合物，溶解度反而升高。l例如，例如，pH值

12、值9时，铜主要以时，铜主要以Cu(OH)2沉淀的沉淀的形式存在；当形式存在；当pH值值9时，则形成时，则形成Cu(OH)3-和和Cu(OH)42-络合物，溶解度增加。络合物，溶解度增加。控制控制pH=89水灰比：水灰比：l 水分过小，则无法保证水泥的充分水合作用；水分过小，则无法保证水泥的充分水合作用；l 水分过大，则会出现泌水现象，影响固化块的强度。水分过大，则会出现泌水现象，影响固化块的强度。水灰比水灰比1：218凝固时间：凝固时间：l为确保水泥废物混合浆料能够在混合以后有足为确保水泥废物混合浆料能够在混合以后有足够的时间进行输送、装桶或者浇注，必须适当够的时间进行输送、装桶或者浇注，必须

13、适当控制初凝和终凝的时间。控制初凝和终凝的时间。l初凝时间初凝时间2h，终凝时间在，终凝时间在48h以内以内。（添加缓。（添加缓凝剂或促凝剂）凝剂或促凝剂）19v 优点：优点：l 可处理各种无机类型废物，可处理各种无机类型废物，尤其是尤其是重金属废物重金属废物；l 设备和工艺过程设备和工艺过程简单简单，设备，设备投资、动力消耗和运行费用投资、动力消耗和运行费用都比较低；都比较低；l 价廉价廉易得；易得；l 对含水率较高的废物可直接对含水率较高的废物可直接固化；固化；l 操作操作常温常温下即可进行；下即可进行；l 对放射性废物的固化容易实对放射性废物的固化容易实现安全运输和自动化控制等。现安全运

14、输和自动化控制等。v 缺点：缺点：l 水泥固化体的水泥固化体的浸出率较高，浸出率较高，由于它的空隙率较高所致，由于它的空隙率较高所致，需作涂覆处理；需作涂覆处理；l 增容比较高增容比较高，达，达1.5-2；l 有的废物需进行预处理和投有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；加添加剂，使处理费用增高；l 水泥的碱性易使铵离子转变水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；为氨气逸出；水泥固化的优缺点水泥固化的优缺点20水泥固化应用水泥固化应用电镀污泥的固化处理电镀污泥的固化处理l 固化剂可采用固化剂可采用425号硅酸盐水泥。号硅酸盐水泥。l 干污泥、水泥和水的配比为（干污泥、水泥和水的配比为（

15、12）: 20 :（610）。）。l 水泥固化体的抗压强度可达水泥固化体的抗压强度可达1020MPa，铅、镉、铬的浸出浓度均铅、镉、铬的浸出浓度均低于毒性鉴别标准。低于毒性鉴别标准。l 电镀污泥的水泥固化处理工艺如图：电镀污泥的水泥固化处理工艺如图：电镀污泥电镀污泥水泥水泥水水/添加剂添加剂配料配料搅拌搅拌混合混合成型成型养护养护运出运出21（2 2）石灰固化）石灰固化原理原理l以石灰为固化剂以石灰为固化剂，以粉煤灰、水泥窑灰（含有的活性，以粉煤灰、水泥窑灰（含有的活性氧化铝和二氧化硅）为添加剂。石灰具有较强的碱性，氧化铝和二氧化硅）为添加剂。石灰具有较强的碱性，能与活性氧化硅或活性氧化铝反应

16、，生成有水硬性的能与活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结，将废物包容。产物，产生胶结，将废物包容。应用应用l适用于固化适用于固化 钢铁、机械的酸洗工序所排放的废液和废钢铁、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。渣、电镀污泥、烟道脱硫废渣、石油冶炼污泥等。l固化体养护后可作为路基材料或砂坑填充物。固化体养护后可作为路基材料或砂坑填充物。特点特点a. 优点：优点：l 使用的使用的添加剂添加剂(粉煤灰、水泥窑灰粉煤灰、水泥窑灰)本身是废物，本身是废物，来源广，成本低来源广，成本低l 操作简单，不需要特殊的设备，处理费用低；操作简单，不需要特殊的

17、设备，处理费用低；l 被固化的废渣不要求脱水和干燥；被固化的废渣不要求脱水和干燥；l 可在常温下操作，没有尾气处理问题等。可在常温下操作，没有尾气处理问题等。b. 缺点：缺点：l 石灰固化体的石灰固化体的增容比较大增容比较大；l 固化体固化体强度较低强度较低；l 固化体容易受酸性介质浸蚀，需对固化体表面进行涂覆。固化体容易受酸性介质浸蚀，需对固化体表面进行涂覆。（3 3）沥青固化）沥青固化沥青固化沥青固化l是将污泥与沥青混合，通过加热、蒸发实现固化的方是将污泥与沥青混合，通过加热、蒸发实现固化的方法。法。23沥青的性质沥青的性质l 沥青是由不同分子量的沥青是由不同分子量的碳氢碳氢化合物化合物及

18、其非金属衍生物组及其非金属衍生物组成的成的黑褐色复杂混合物黑褐色复杂混合物l 呈液态、半固态或固态呈液态、半固态或固态，是，是一种防水防潮和防腐的一种防水防潮和防腐的有机有机胶凝材料胶凝材料。l 具有粘结性、化学稳定性，具有粘结性、化学稳定性，弹性，塑性；弹性，塑性；l 具有对大多数酸、碱、盐的具有对大多数酸、碱、盐的耐腐蚀性和一定的抗辐射性。耐腐蚀性和一定的抗辐射性。沥青固化沥青固化工艺工艺- -高温熔化混合蒸发法高温熔化混合蒸发法25n在沥青贮槽通入蒸气加热，在沥青贮槽通入蒸气加热，使沥青成使沥青成熔融熔融状态；状态；n在搅拌槽中进一步加热至在搅拌槽中进一步加热至220，并高速搅拌，并高速

19、搅拌（15003000转分）；转分）；在高温和高搅拌速度的条件在高温和高搅拌速度的条件下，污泥中的水分蒸发；下，污泥中的水分蒸发；n混合物排入容器，冷却后混合物排入容器，冷却后固化；固化；n蒸发气体经冷凝器冷却，蒸发气体经冷凝器冷却，冷凝液体再经处理排放，冷凝液体再经处理排放，废气经静电除尘，木炭过滤，废气经静电除尘，木炭过滤，烟囱排放。烟囱排放。(除尘、冷凝、除尘、冷凝、吸附）吸附） 影响沥青固化的因素影响沥青固化的因素l沥青的种类沥青的种类：直馏沥青效果较好；：直馏沥青效果较好；l废物量废物量：废物量与沥青的重量比以：废物量与沥青的重量比以1-2为宜；为宜；l残余水分残余水分：残余水分越高

20、，浸出率越高，应控：残余水分越高，浸出率越高，应控制在制在10%以内，最好是以内，最好是0.5%以内。以内。l硝酸盐和亚硝酸盐能降低沥青的燃点（易燃）硝酸盐和亚硝酸盐能降低沥青的燃点（易燃）26特点特点l增容比低增容比低，浓缩系数大，浓缩系数大l固化体致密度高，有害物质的浸出率低，一般比水泥固化体固化体致密度高，有害物质的浸出率低，一般比水泥固化体低低23个数量级。个数量级。l快速硬化：冷却后即固化（水泥需养护快速硬化：冷却后即固化（水泥需养护28天后为最终强度）。天后为最终强度）。l导热系数低，水分蒸发慢，处理时间长（需加温，搅拌导热系数低，水分蒸发慢，处理时间长（需加温，搅拌)。l控制温度

21、（加热过高造成可燃），运输，贮存要有防火措施。控制温度（加热过高造成可燃），运输，贮存要有防火措施。 应用范围应用范围l中、低放射性蒸发残液；中、低放射性蒸发残液；l化学法处理废水的沉渣；化学法处理废水的沉渣；l焚烧灰分。焚烧灰分。27（4 4）自胶结固化）自胶结固化原理原理l自胶结固化是将大量自胶结固化是将大量含有硫酸钙或亚硫酸钙的泥渣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（有胶结作用的亚硫酸钙或半水硫酸钙（ ）状状态，然后与特制的添加剂和填料混合成稀浆，经凝结态，然后与特制的添

22、加剂和填料混合成稀浆，经凝结硬化形成自胶结固化体。硬化形成自胶结固化体。应用：主要适用于应用：主要适用于烟道脱硫烟道脱硫的泥渣的泥渣优点：以废治废优点：以废治废 。自胶结固化体具有抗透水性高、抗微。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。生物降解和污染物浸出率低的特点。缺点：应用范围受限，仅限于烟道脱硫泥渣缺点：应用范围受限，仅限于烟道脱硫泥渣 28OHCaSO242129烟烟道道脱脱硫硫三、稳定化技术三、稳定化技术化学药剂稳定技术化学药剂稳定技术l原理：是利用化学药剂通过化学反应使有毒有原理：是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转变为害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物低溶解性、低迁移性及低毒性物质质的过程。的过程。l优点：优点： 可以在实现废物可以在实现废物无害化无害化的同时，达到废物的同时，达到废物少增容或少增容或不增容不增容，从而提高危险废物处理处置系统的总体效，从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性；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危险成分之间