固体废物固化稳定化

关于固体废物固化稳定化第一页，共三十五页，2022年，8月28日2

主要内容

一、固化稳定化技术概述二、固化技术三、稳定化技术【基本概念】：稳定化、固化、固化体、固化剂、浸出率、增容比【固化方法】：水泥固化、沥青固化的原理、影响因素、优缺点【原理】：稳定化技术原理本章重点：第二页，共三十五页，2022年，8月28日3

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——固化和稳定化。固化和稳定化的目的：使危险废物中的污染成分呈现化学惰性或被包裹起来，减小废物的毒性和迁移性。危险废物固化/稳定化的途径：①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；②通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中去。第三页，共三十五页，2022年，8月28日4基本概念稳定化：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。可分为物理稳定化和化学稳定化。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。第四页，共三十五页，2022年，8月28日5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。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固化剂：固化所用的添加剂（水泥、沥青等）固化体：有害废物经过固化处理所形成的固化产物第五页，共三十五页，2022年，8月28日6

二、固化技术

1.固化技术的应用

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、铬渣、汞渣、砷渣、氰渣和镉渣等。特别适合处理含重金属的废物2.衡量固化效果的指标浸出率增容比抗压强度第六页，共三十五页，2022年，8月28日7浸出率leachingrate固化体浸于水或其他溶液中时，有害物质的浸出速率。通常用标准比面积的样品每日浸出污染物质的量（Rin）来表示：ar－浸出时间内浸出的有害物质的量，mg；A0－样品中含有的有害物质的量，mgF－样品的表面积，cm2；M－样品的质量，g；

t－浸出时间，d;第七页，共三十五页，2022年，8月28日8增容比enlargementratio危险废物固化后固化体体积与危险废物原体积比：Ci—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重要指标。增容比应越低越好第八页，共三十五页，2022年，8月28日9抗压强度主要是用来评价固化体的抗破碎性，减少固化体对环境的污染的可能性。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——增加暴露表面积一般的危险废物0.1～0.5MPa便可；如用作建筑材料，应大于l0MPa；放射性废物，其固化产品的抗压强度，要求达到20MPa第九页，共三十五页，2022年，8月28日103.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，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第十页，共三十五页，2022年，8月28日114.常用固化技术水泥固化石灰固化沥青固化塑料固化（热固性塑料、热塑料塑料）自胶结固化烧结固化（陶瓷固化）熔融固化（玻璃固化）第十一页，共三十五页，2022年，8月28日12

（1）水泥固化

原理：以水泥为固化剂，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水化反应，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降低其可溶性。有害废物微粒水泥凝胶（水泥块）硬化砂、石（骨料）水＋（水化反应）固化体CaO·SiO2·mH2O凝胶将有害物质封闭在内第十二页，共三十五页，2022年，8月28日13水泥是一种粉状水硬性无机凝胶材料，是钙、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（3CaO·SiO2）和硅酸二钙（2CaO·SiO2）。第十三页，共三十五页，2022年，8月28日14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：种类常用物质作用吸附剂活性氧化铝、粘土等吸附污泥中的有害组分缓凝剂酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等获得一定的操作时间促凝剂水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等提高固化体早期强度减水剂表面活性剂Na2SO4等降低水灰比，提高强度第十四页，共三十五页，2022年，8月28日15有害固体废物、水泥、添加剂+水→搅拌混合→养护（硬化）→水泥固化体水泥固化工艺第十五页，共三十五页，2022年，8月28日16影响水泥固化的因素：①pH:当pH值较高时，许多金属离子将形成氢氧化物沉淀。但是pH值过高，会形成带负电荷的羟基络合物，溶解度反而升高。例如，pH值＜9时，铜主要以Cu(OH)2沉淀的形式存在；当pH值＞9时，则形成Cu(OH)3-和Cu(OH)42-络合物，溶解度增加。控制pH=8~9第十六页，共三十五页，2022年，8月28日②水灰比：

水分过小，则无法保证水泥的充分水合作用；水分过大，则会出现泌水现象，影响固化块的强度。水灰比1：2第十七页，共三十五页，2022年，8月28日18③凝固时间：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，必须适当控制初凝和终凝的时间。初凝时间>2h，终凝时间在48h以内。（添加缓凝剂或促凝剂）第十八页，共三十五页，2022年，8月28日19优点：可处理各种无机类型废物，尤其是重金属废物；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，由于它的空隙率较高所致，需作涂覆处理；增容比较高，达1.5-2；有的废物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；水泥固化的优缺点第十九页，共三十五页，2022年，8月28日20水泥固化应用——电镀污泥的固化处理固化剂可采用425号硅酸盐水泥。干污泥、水泥和水的配比为（1~2）:20:（6~10）。水泥固化体的抗压强度可达10~20MPa，铅、镉、铬的浸出浓度均低于毒性鉴别标准。电镀污泥的水泥固化处理工艺如图：电镀污泥水泥水/添加剂配料搅拌混合成型养护运出第二十页，共三十五页，2022年，8月28日21

（2）石灰固化

原理以石灰为固化剂，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，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。应用适用于固化钢铁、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。固化体养护后可作为路基材料或砂坑填充物。第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日特点a.优点：使用的添加剂(粉煤灰、水泥窑灰)本身是废物，来源广，成本低操作简单，不需要特殊的设备，处理费用低；被固化的废渣不要求脱水和干燥；可在常温下操作，没有尾气处理问题等。b.缺点：石灰固化体的增容比较大；固化体强度较低；固化体容易受酸性介质浸蚀，需对固化体表面进行涂覆。第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日23

（3）沥青固化

沥青固化是将污泥与沥青混合，通过加热、蒸发实现固化的方法。第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日沥青的性质沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物呈液态、半固态或固态，是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。具有粘结性、化学稳定性，弹性，塑性；具有对大多数酸、碱、盐的耐腐蚀性和一定的抗辐射性。第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日25沥青固化工艺-高温熔化混合蒸发法在沥青贮槽通入蒸气加热，使沥青成熔融状态；在搅拌槽中进一步加热至220℃，并高速搅拌（1500～3000转／分）；在高温和高搅拌速度的条件下，污泥中的水分蒸发；混合物排入容器，冷却后固化；蒸发气体经冷凝器冷却，冷凝液体再经处理排放，废气经静电除尘，木炭过滤，烟囱排放。(除尘、冷凝、吸附）第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日26影响沥青固化的因素沥青的种类：直馏沥青效果较好；废物量：废物量与沥青的重量比以1-2为宜；残余水分：残余水分越高，浸出率越高，应控制在10%以内，最好是0.5%以内。硝酸盐和亚硝酸盐能降低沥青的燃点（易燃）第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日27特点增容比低，浓缩系数大固化体致密度高，有害物质的浸出率低，一般比水泥固化体低2～3个数量级。快速硬化：冷却后即固化（水泥需养护28天后为最终强度）。导热系数低，水分蒸发慢，处理时间长（需加温，搅拌)。控制温度（加热过高造成可燃），运输，贮存要有防火措施。应用范围中、低放射性蒸发残液；化学法处理废水的沉渣；焚烧灰分。第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日28

（4）自胶结固化

原理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。应用：主要适用于烟道脱硫的泥渣优点：以废治废。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。缺点：应用范围受限，仅限于烟道脱硫泥渣第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日29烟道脱硫第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日30

三、稳定化技术

化学药剂稳定技术原理：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合作用得到强化，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。第三十页，共三十五页，2022年，8月28日311.pH控制技术原理：加入碱性药剂，将废物的pH值调整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（CaO或CaOH2）、苏打（Na2CO3）、氢氧化钠等。另外，除了这些常用的强碱外，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。第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日322.沉淀技术氢氧化物沉淀法硫化物沉淀法碳酸盐沉淀法共沉淀无机及有机螯合物沉淀——Pb(OH)2,Cd(OH)2——ZnS,PbS——PbCO3,CdCO3——金属离子与铁离子形成铁氧体MxFe3-xO4——加入螯合剂