固体废物的物化处理-课件

固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

第四章固体废物的物化处理Chapter4Physical-chemicalTreatmentofSolidWaste

1固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

【概念】浮选浮选剂正浮选反浮选浸出浸出剂酸浸碱浸盐浸捕收剂起泡剂调整剂等

【方法原理】

影响浮选效果的因素浮选原理浮选机的基本要求浸出效果的衡量和影响浸出效果的因素浸出方法的分类及每种方法的原理目的组分分离提取方法及原理

重点

2固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

固体废物浮选

固体废物溶剂浸出

固体废物解毒处理

固体废物固化处理

…固体废物的物化处理方法

3固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

一、浮选

..

影响浮选效果的因素

浮选工艺

浮选原理

浮选药剂

浮选设备

料浆/浮选药剂/扩大不同组分的可浮性差异/无数细小气泡/目的颗粒粘附在气泡上上浮捕收剂

起泡剂

调整剂调浆调药调泡

机械搅拌式

充气搅拌式

充气式

气体析出式

物料性质药剂条件操作条件4固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

浮选是根据不同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的过程。浮选是在水介质中进行的。润湿性指物质被水润湿的程度。许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易被水润湿。亲水性物质：易被水润湿的物质；疏水性物质：不易被水润湿的物质。正浮选：将有用物质浮入泡沫产品，无用或回收经济价值不大的物质仍留在矿浆内的浮选法。

反浮选：将无用物质浮入泡沫产物中，将有用物质留在料浆中的浮选法。优先浮选：将固体废物中有用物质依次一种一种地浮出，成为单一物质产品的浮选方法。混合浮选：将固体废物中有用物质共同浮出为混合物，然后再把混合物中有用物质一种一种地分离的方法。5固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

捕收剂:能够选择性地吸附在欲选的颗粒上，使目的颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着的药剂。可分为异极性（黄药、油酸）和非极性油类（煤油、柴油、燃料油、变压器油）两类。

起泡剂:能促进泡沫形成，增加分选界面的药剂。异极性的有机物、多为表面活性物质、强烈的降低表面张力、溶解度应当适度。

调整剂:活化剂（金属阳离子、HS-、HSiO3-）、抑制剂（氧、SO2、淀粉、单宁等）、分散剂（水玻璃、磷酸盐）、絮凝剂（腐殖酸、聚丙烯酰胺）、pH调整剂（酸、碱）等。

图4-1起泡剂在气泡表面的吸附

图4-2起泡剂与表面活性剂相互作用

6固体废物处理与处置TreatmentandDisp浮选机基本要求：①良好的充气作用；②搅拌作用；③能形成比较平稳的泡沫区；④能连续工作及便于调节。固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

7浮选机基本要求：固体废物处理与处置Treatment固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

二、固体废物的溶剂浸出

Sol4rventLeachingofSolidWaste溶剂浸出：采用适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有选择性的溶解的物理化学过程。浸出目的：使物料中有用或有害成分能选择性地最大限度地从固相转入液相。溶剂的选择：1）对目的组分选择性好；2）浸出率高，速率快；3）成本低，容易制取，便于回收和循环使用；4）对设备腐蚀性小。8固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

（一）浸出动力学过程

浸出过程：1、外扩散；2、化学反应；3、解吸；4、反扩散。

Fick第一定律：溶剂向颗粒表面扩散速率

VD=KD（ρ-ρs）质量作用定律：溶剂在颗粒表面的化学反应速率Vk=Kkρsn

宏观速率V=KDKk

ρ/（KD+Kk）9固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

溶质在溶剂作用下仅发生晶格破坏，离子或原子之间化学键的破坏是一可逆过程，溶质可从溶液中结晶出来。

交换反应

浸出过程

氧化还原反应

络合反应

化学溶解

（二）浸出过程机理

物理溶解溶剂与物料有关组分发生化学反应生成可溶性化合物进入液相过程，不可逆过程。10固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

提取或除去矿业、化工和冶金等过程排出的成分复杂废渣中所嵌布的微细低含量有价成分

酸浸

浸出方法

碱浸

盐浸

水浸

浸出：溶剂选择性地溶解分离固体废物中某种目的组分的工艺过程

浸出剂：浸出过程所用的药剂

浸出液：浸出后含目的组分的溶液

浸出渣：浸出后的残渣

浸出效果衡量

（三）典型浸出反应

11固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

酸浸

简单酸浸：适用于简单金属氧化物、金属含氧盐及FeS、NiS(

)、CoS、MnS、Ni3S2;以及大部分金属铁酸盐,砷酸盐和硅酸盐

Me2Oy+H+

Mey++H2O;MeO·SiO2+H+

Me2++H2SiO3从含铜废物中浸出铜：孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）、蓝铜矿（CuCO3·Cu(OH)2）、黑铜矿（CuO）、赤铜矿（Cu2O）、硅孔雀石（CuSiO3·2H2O）、铜蓝（CuS）、辉铜矿（Cu2S+O2）、黄铜矿（CuFeS2+O2）、金属铜

包括简单酸浸、氧化酸浸和还原酸浸。常用的酸浸剂有稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸等。

12固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

氧化酸浸

控制酸用量及氧化剂（常用Fe3+、Cl2、O2、HNO3、NaClO、MnO2、H2O2等）用量，几乎所有金属硫化物中金属元素被氧化溶解，硫被还原为单质硫或硫酸根。

MeS+H++氧化剂

Me2++S0或SO42-

还可浸出某些低价金属化合物（eg.赤铜矿（Cu2O）、辉铜矿（Cu2S）等）。浓硫酸强氧化性可将大部分金属氧化物和氢氧化物转变为相应的硫酸盐MeS+H2SO4

MeSO4+SO2+S+H2O

13固体废物处理与处置TreatmentandDisp还原酸浸

变价金属的高价金属氧化物和氢氧化物

MeXOY(或Me(OH)Y)+H++还原剂

Men++H2O工业上常用金属铁、Fe2+、SO2等浸出有色金属生产过程中产生的镍渣、锰渣、钴渣等。MnO2+Fe2++H+

Mn2++Fe3++H2OMnO2+Fe+H+

Mn2++Fe3++H2OCo(OH)3+SO2+H+

Co2++SO42-+H2ONi(OH)3+SO2+H+

Ni2++SO42++H2O固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

14还原酸浸变价金属的高价金属氧化物和氢氧化物Me固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

碱浸

氨浸适用于含金属铜、钴、镍及其氧化物的废物浸出。

黑铜矿CuO+NH4OH+(NH4)2CO3

Cu(NH3)4CO3+H2O孔雀石CuCO3

Cu(OH)2+NH4OH+(NH4)2CO3

Cu(NH3)4CO3+H2O而金属铜通过氧化还原反应浸出Cu+Cu(NH3)4CO3

Cu2(NH3)4CO3Cu2(NH3)4CO3+NH4OH+(NH4)2CO3+O2

Cu(NH3)4CO3+H2OCu、Co、Ni的硫化物常压氨浸常因溶解不完全而留在浸渣中。采用高压氧化氨浸反应式如下：斑铜矿Cu2FeS4+NH3+CO2+O2+H2O

[Cu(NH3)4]SO4+[Cu(NH4)2]CO3+Fe2O3·nH2O黄铜矿CuFeS2+NH3+O2+H2O

[Cu(NH3)4]SO4+(NH4)2SO4+Fe2O3·nH2O常用的碱浸剂有氨水、碳酸钠、苛性钠、硫化钠等。

15固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

碳酸钠溶液浸出较酸浸能力弱、但选择性好设备防腐问题较易解决。适用于含碳酸盐含量高、含钨废料、硫化钼氧化焙烧渣、含磷废物（P2O5）、含钒废物（V2O5）、黑钨矿（(Fe,Mn)WO4）等的浸出。

eg.白钨矿CaWO4+Na2CO3

Na2WO4+CaCO3

16固体废物处理与处置TreatmentandDisp苛性钠溶液浸出

苛性钠是拜尔法生产氧化铝的主要浸出剂，也用于高含硅废物中有价成分的浸出。

eg.方铅矿PbS+NaOH

Na2WO4+CaCO3还可用于浸出闪锌矿（ZnS）、白钨矿、黑钨矿、铝土矿（Al2O3·nH2O）硫化钠溶液浸出硫化钠可分解砷、锑、锡、汞等硫化物，使他们生成可溶性硫代酸盐的形态转入浸液中。

eg.As2O3(Sb2O3、SnS2、HgS)+Na2S

Na3AsS3(Na3SbS3、Na2SnS3、Na2HgS2)为防止硫化钠水解，提高浸出率，实践中常用硫化钠和苛性钠的混合液作为浸出剂。17苛性钠溶液浸出苛性钠是拜尔法生产氧化铝的主要浸出剂，也用固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

盐浸

氯化钠浸出

如含铅废物。

eg.PbSO4+NaCl

PbCl2+Na2SO4PbCl2+NaCl

Na2PbCl4

常用的盐浸剂有氯化钠、高价铁盐、氯化铜和次氯酸钠等溶液。

高价铁盐浸出

含铋废物，是浸出金属硫化矿废物的良好。

eg.Bi+FeCl3

BiCl3+FeCl2Bi2S3+FeCl3

BiCl3+FeCl2+S0

18固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

盐浸

氯化铜浸出

是浸出金属硫化矿废物的良好浸出剂。

可浸出FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS、Cu2S等。eg.Cu2S+CuCl2

CuCl+S0

次氯酸钠浸出

可浸出难被高价铁盐及高价铜离子浸出的金属硫化物。

eg.MoS2+NaClO+NaOH

Na2MoO4+NaCl+Na3SO4+H2O19固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

浸出效果衡量

设废物干质为Q(t),废物中某组分的含量为a（%），浸出液体积为V(m3),该组分在浸出液中的含量为C(t/m3),浸出渣干质量为m(t),浸渣中该组分含量为

（%）浸出率(

浸)

选择性系数（

）20固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

（四）影响浸出过程主要因素

搅拌速度

浸出压力

浸出温度

物料粒度及其特性（粒度、固液比等）氧分压等

溶剂浓度

21固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

（五）浸出工艺与设备

渗滤浸出搅拌浸出

顺流浸出逆流浸出错流浸出

渗滤浸出槽机械搅拌浸出槽空气搅拌浸出槽流态化逆流浸出槽高压釜

工艺

设备

22固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

目的组分提取与分离

离子沉淀

离子交换

置换沉淀

电沉积

提取和分离方法

溶剂萃取

23固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

水解沉淀

除了部分碱金属和个别碱土金属外。

Men++OH—

Me(OH)n

包括水解沉淀、硫化物沉淀和其他难溶盐沉淀。

离子沉淀

取对数

24固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

硫化物沉淀

大部分的金属离子.常用Na2S,H2S作沉淀剂。

其他盐类的沉淀

某些金属的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、草酸盐、氟化物、氯化物等。

eg.Li++Na2CO3

Li2CO3

+Na+WO42-+CaCl2

CaWO4

+Cl-

Th4++C2O42-

Th(C2O4)2

25固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

水解沉淀

除了部分碱金属和个别碱土金属外。

Fe+Cu2+

Fe2++Cu

根据热力学原理，任何较负电性的金属均可从溶液中置换出较正电性的金属，直到两种金属的可逆电位相等为止。

置换沉淀

当铜析出后，由铜、铁和浸液组成的微电池的电动势E为：26固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

Men++H2

Me+H+

利用还原剂H2、CO、SO2等在一定条件下直接从溶液中还原金属的过程。

气体还原沉淀

反应进行的必要条件为:27固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

三、稳定化／固化处理

Stabilization&SolidifacationTreatmentofSolidWaste28固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

【概念】稳定化固化浸出率增容比浸出速率【方法原理】重金属稳定化方法及适用对象；有机污染物的氧化解毒处理方法及适用对象；固化处理的方法原理及优缺点；稳定化／固化效果的评价指标。

重点

29固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

应用：对危险废物、其它处理过程残渣及被污染的土壤进行处理。目的：使危险废物中所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，减少后续处理与处置的潜在危险。稳定化(Stabilization),将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的过程。化学稳定化&物理稳定化固化(Solidifacation),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。固化过程:利用添加剂改变废物的工程特性的过程。

固化剂：固化所用的惰性材料。

固定化：具有固化和稳定化作用的过程。限定化：将有毒化合物固定在固体粒子表面的过程。包容化：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。

一）概述30固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

固化产物性能：①抗浸出性；②抗干湿性、抗冻融性；③耐腐蚀性、不燃性；④抗渗透性（固化产物）；⑤足够的机械强度（固化产物）。评价指标

体积变化因数

增容比

浸出速率

抗压强度

装桶贮存:0.1~0.5MPa作建筑材料：>10MPa放射性固化体：前苏>5MPa,英>20MPa

31固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

固化/稳定化处理的基本要求：

1、有害废物经固化处理后所形成的固化体应是密实、有一定几何性状，同时具有良好物理性质、化学稳定性的固体，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，最终产品的体积尽可能小于掺入的固体废物的体积；3、用水或其他指定浸提剂浸提固化体时，有毒有害物质的浸出量不能超过容许水平或浸出毒性标准

32固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

固化/稳定化处理的基本要求：4、固化工艺过程简单、操作方便，采用有效措施减少有害物质的逸出，以避免工作场所和环境受到污染；5、固化剂来源丰富、价廉易得，处理费用低。6、对于固化放射性废物产生的固化体，还应有较好的导热性、热稳定性和耐热辐射稳定性，防止适当冷却时放射性衰变热使固化体产生自熔化现象。33固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

利用化学药剂通过化学反应。

具有相对持久性

有毒有害物质

Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等重金属的化学稳定化技术

含氯的挥发性有机物、硫醇、酚类、氰化物等有机污染物的氧化解毒技术

二）药剂稳定化处理34固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

重金属

溶出法

离子交换

中和法

氧化还原法

吸附法

化学沉淀法

将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒有害组分通过氧化还原反应转化为无毒/低毒化学性质稳定的组分

吸附剂

可逆吸附具有选择性：活性炭-有机物；活性氧化铝-镍离子

酸碱泥渣中和剂罐式机械搅拌/池式人工搅拌

氢氧化物沉淀硫化物沉淀硅酸盐沉淀碳酸盐沉淀共沉淀无机/有机螯合物沉淀

离子交换树脂、天然或人工合成沸石、硅胶

昂贵可逆

重金属化学稳定化

35固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

毒

Cr6+Hg2+As5+

氧化还原剂Cr3+Hg

As3+

氧化还原反应

毒

重金属离子的稳定化

硫酸亚铁/硫代硫酸钠/亚硫酸氢钠/二氧化硫/煤炭/纸浆废液/锯木屑/谷壳

氧化还原法

36固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

重金属离子的稳定化

吸附剂

活性炭活性炭有机物粘土

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、磁铁矿、硫铁矿、磁黄铁矿等人工材料：飞灰、粉煤灰、高炉渣、活性氧化铝、有机聚合物吸附法

37固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

重金属离子的稳定化

氢氧化物沉淀法

碱性物质：氢氧化钠、石灰、碳酸钠等硅酸盐固化（pH2~11）固化基材：硅酸盐水泥、石灰窑灰渣、碳酸钠等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

钡、镉、铅碳酸盐溶解度《其氢氧化物应用不广泛——pH低，CO2溢出；pH高，氢氧化物

化学沉淀法

pH~溶解度

38固体废物处理与处置TreatmentandDisp硫化物沉淀法无机硫化物沉淀：应用仅次于氢氧化物沉淀法——大多数金属硫化物溶解度低。一般保持pH大于8。有机硫化物沉淀：较高的分子质量——沉淀物易沉降、脱水和过滤；沉淀彻底，适用pH范围广。含汞废物及含重金属的粉尘（焚烧灰及飞灰等）共沉淀永久磁铁吸住。碳酸钙也可产生共沉淀

固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

重金属离子的稳定化

化学沉淀法

溶解度

Mn2+Zn2+Ni2+

Mg2+Cu2+Cd2+

铁氧体Ⅱ:Ⅲ=1:1~1:2

39硫化物沉淀法固体废物处理与处置Treatmenta固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

重金属离子的稳定化

无机及有机螯合物沉淀

废物中含有的配合剂：磷酸酯、柠檬酸盐、葡萄糖酸、氨基乙酸、EDTA等形成稳定可溶螯合物。螯环Pb2+、Cd2+、Ag+、

Ni2+、Cu2+,98%Co2+、Cr2+,85%;优于Na2S

化学沉淀法

强氧化剂、高温破坏高pH破坏，NaS高分子有机硫稳定剂，更稳定螯合物

螯合效应

40固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

有机污染物氧化解毒

臭氧氧化解毒

过氧化氢解毒

氯氧化解毒

理论上1058g臭氧/度电实际150g/度电，费用高自由能高，强氧化剂有紫外线照射时：

铁做催化剂产生OH·35%~50%，紫外线功率500W/L五氯酚污染的土壤，99.9%，有机碳

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〉10

41固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

三）固化处理固化分类：根据固化基材和固化过程，常用方法有水泥固化、石灰固化、沥青固化、塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、熔融固化（玻璃固化）、陶瓷固化等

根据固化处理对象可分为无机废物固化法和有机废物包封法。42固体废物处理与处置TreatmentandDisp表某些废物对不同固化处理技术的适应性

废物成分处理技术水泥固化石灰等材料固化热塑性微包容法大型包容法有机物有机溶剂和油影响凝固，有机气体挥发

影响凝固，有机气体挥发加热时，有机气体挥发先用固体材料吸附固态有机物可适应，能提高固化体的耐久性可适应，能提高固化体的耐久性有可能作为凝结剂使用可适应，可作为包容材料使用无机物酸性废物水泥可中和酸可适应，能中和酸应先进行中和处理应先进行中和处理氧化剂可适应可适应会引起基料的破坏甚至燃烧会破坏包容材料硫酸盐影响凝固，除非使用特殊材料，否则引起表面脱落可适应会发生脱水反应和再水合反应而引起泄漏可适应卤化物很容易从水泥中浸出，妨碍凝固妨碍凝固，会从水泥中浸出会发生脱水反应和再水合反应可适应重金属盐可适应可适应可适应可适应放射性废物可适应可适应可适应可适应固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

三）固化处理43表某些废物对不同固化处理技术的适应性废物成分处理技术表无机废物固化法和有机废物包封法的优缺点

无机废物固化法

有机废物包封法

优点

①设备投资费用及日常运行费用低；

②所需材料比较便宜而丰富；

③处理技术已比较成熟；

④材料的天然碱性有助于中和废水的酸度；

⑤由于材料含水量范围内使用，不需要彻底的脱水过程；

⑥借助于有选择地改变处理剂的比例，处理后产物的物理性质可从软的黏土一直变化到整块石料；

⑦用石灰为基质的方法可在一个单一的过程中处置两种废物；

⑧用黏土为基质可用于处理某些有机废物。

①污染物迁移率一般要比无机固化法低；

②与无机固化法相比，需要的固定程度低；

③处理后材料的密度较低，从而可以降低运输成本；

④有机材料可在废物与浸出液之间形成一层不透水的边界层；

⑤此法可包封较大范围的废物；

⑥对大型包封法而言，可直接应用现代化的设备喷涂树脂，无需其他能量开支。

缺点

①需要大量原料；

②原料（特别是水泥）是高能耗产品；

③某些废物如那些含有有机物的废物在固化时会有一些困难；④处理后产物的质量和体积都有较多增加；

⑤处理后产物容易被浸出，尤其容易被稀酸浸出，因此可能需要额外的密封材料；

⑥稳定化的机理尚未了解。

①所用的材料较昂贵；

②用热塑性及热固性包封法时，干燥、熔化及聚合化过程中能源消耗大；

③某些有机聚合物是易燃的；

④除大型包封法外，各种方法均需要熟练的技术工人及昂贵的设备；

⑤材料是可降解的，易于被有机溶剂腐蚀；

⑥某些这些材料在聚合不完全时自身会造成污染。

固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

44表无机废物固化法和有机废物包封法的优缺点无机废物固化法1、水泥固化技术原理水泥与添加剂水泥固化法的应用水泥固化法的特点

451、水泥固化技术原理451）原理概念：以水泥为固化剂将有害废物进行固化处理方法。原理： 水泥是一种无机胶凝材料，是以水化反应的形式凝固并逐步硬化的，包括两种作用：凝胶包容(Gelencapsulation)：水泥与污泥中的水发生水化反应，生成的凝胶将污泥中的固态物质包容（污泥中的固态物成为水化物的骨料从而被水泥凝胶包容）。离子沉淀(ionicprecipitation)：水泥是一种碱性物质，污泥中的重金属离子与水泥中的OH－反应生成难溶于水的沉淀（重金属离子以其稳定的化合物形式存在与水泥制品中）。

461）原理概念：以水泥为固化剂将有害废物进行固化处理方法。（1）水泥

水泥的种类硅酸盐水泥：以石灰、粘土为主要原料的水泥（又叫波特兰水泥）；矿渣水泥：加入了一定量的高炉水淬渣（火山灰质）。粉煤灰水泥：加入了一定量的粉煤灰（火山灰质）。高铝水泥：加入了一定量的高铝原料，如铝土。用于固化处理的水泥主要有：硅酸盐水泥：适用于腐蚀性不强的污泥（因硅酸盐水泥易于和污泥中的油类、有机酸、金属氧化物反应损害凝结硬化过程）。矿渣水泥：具有抗硫酸盐和抗化学腐蚀性。粉煤灰水泥：抗硫酸盐。2）水泥与添加剂

47（1）水泥水泥的种类2）水泥与添加剂47（2）添加剂

作用能够吸收有害物质并促进其凝固，可减少水泥用量，加强固化体的强度，降低有害组分的浸出率。添加剂种类吸附剂（活性氧化铝等）：吸附污泥中的有害组分。缓凝剂（柠檬酸等）：获得一定的操作时间。促凝剂（水玻璃等）：提高早期强度。减水剂（Na2SO4等）：降低水灰比，提高强度。48（2）添加剂作用483）水泥固化法的应用

水泥固化工艺电镀污泥水泥固化水泥固化特点493）水泥固化法的应用水泥固化工艺49（1）水泥固化工艺有害固体废物、水泥、添加剂+水→搅拌混合→养护→水泥固化体。要求：①pH>8；②水灰比在1：2左右；③水泥与废物比：由实验确定。④凝固时间：初凝时间>2h，终凝时间在48h以内；⑤选择适当的添加剂；⑥养护条件：室温、相对湿度80%、28天；固化产物性能：抗压强度、浸出性等。混合方法：外部搅拌混合法；筒内混合法；注入法50（1）水泥固化工艺50固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

水泥固化

应用

无机类的废物，eg.多氯联苯、油和油泥、含有氯乙烯和二氯乙烷的废物、硫化物等，尤其是含有重金属污染物废物，也被应用于低、中放射性及垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰等危险废物的固化处理。

对象

采用400～500号硅酸盐水泥为固化剂。电镀干污泥、水泥和水的配比为（1～2）：20：（6～10）。固化体的抗压强度可达10～20Mpa。浸出试验表明，重金属的浸出浓度：汞小于0.0002mg/L（原0.13～1.25mg/L）；镉小于0.002mg/L（原1.0～80.6mg/L）；铅小于0.002mg/L（原165～243mg/L）；六价铬小于0.02mg/L（原0.3～0.4mg/L）；砷小于0.01mg/L（原8.14～11.0mg/L）电镀污泥

工艺流程

51固体废物处理与处置TreatmentandDisp（2）水泥固化法的应用电镀污泥固化处理52（2）水泥固化法的应用52固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

水泥固化

水泥固化影响因素

固化效果

添加剂

pH

凝固时间

配料比

pH过高，氢氧化物沉淀，碳酸盐沉淀。过高，带负电荷的羟基络合物，溶解度↑。Cu，9；Zn，9.3；Cd，11.1

改善固化体质量。吸附剂——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和破裂。蛭石还是骨料

水、水泥和废物的量比水分过少，不能保证水泥的充分水合作用；水分国大，出现泌水现象

投加促凝剂、缓凝剂来控制凝结时间，一般初凝时间>2h,终凝>24h，保证混料后有足够时间输送、装桶或浇注

53固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

水泥固化

特点

①设备和工艺过程简单，无需特殊的设备，设备投资、动力消耗和运行费用都比较低；②水泥和添加剂价廉易得；③对含水率较低的废物可直接固化，无需前处理；④在常温下就可操作；⑤处理技术已相当成熟，对放射性固体废物的固化容易实现安全运输和自动控制等。

优点

缺点

①固化体的浸出率较高，通常为10-4～10-5g/(cm2·d)，主要是由于它的空隙率较高所致，因此需作涂覆处理；②固化体的增容比较高，达1.5～2；③有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；④水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；⑤处理化学泥渣时，由于生成胶状物，使混合器的排料较困难，需加入适量的锯末予以克服。

54固体废物处理与处置TreatmentandDisp2、塑料材料包容技术分类热固性塑料包容固化：热固性塑料加热时会从液体变成固体并硬化的材料，这种材料即使再加热也不会重新液化或软化，实际上是由小分子变成大分子的聚合过程。热塑性材料包容固化552、塑料材料包容技术分类55固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

塑性材料固化

概念及原理

以塑料为固化剂，与危险废物按一定的比例配料，并加入适量催化剂和填料进行搅拌混合，使其共聚合固化，将危险废物包容形成具有一定强度和稳定性固化体的过程。

概念

热固性塑料固化（脲醛树脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂）用热固性有机单体和经过粉碎处理的废物充分混合，在助凝剂和催化剂的作用下产生聚合以形成海绵状的聚合物质，从而在每个废物颗粒的周围形成一层不透水的保护膜。部分液体废物遗留，需干化。颗粒度、含水量等以及进行聚合的条件热塑性材料固化（沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯等）：是用熔融的热塑性物质在高温下与干燥脱水危险废物混合，以达到对废物稳定化的目的的过程。

56固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

应用及特点

特点：引入密度较低的物质，添加剂数量较少，固化体密度小；但操作过程复杂，热固性材料自身价格高昂。由于操作中有机物的挥发，容易引起燃烧起火，所以通常不能在现场大规模应用。

热固性材料固化

特点：浸出速率低；需要的包容材料少，在高温下蒸发了大量的水分，增容率较低。缺点是高温操作，耗能较多；会产生大量的挥发性物质，其中有些是有害的物质；有时废物中含有热塑性物质或某些溶剂，影响稳定剂和最终的稳定效果

热塑性材料固化

应用：低水平有机放射性废物（如放射性离子交换树脂）、稳定非蒸发性的、液体状态的有机危险废物57固体废物处理与处置TreatmentandDisp沥青固化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。58沥青固化以沥青为固化剂与有害废物在一定的温度、配料比、碱度和沥青的性质具有粘结性、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。应用范围中、低放射性蒸发残液；化学法处理废水的沉渣；焚浇灰分。59沥青的性质59沥青固化基本工艺：固体废物的预处理—将废物脱水，再同沥青在高温下混合；或将废物与沥青共同加热脱水，再冷却、固化；二次蒸汽的净化处理。60沥青固化基本工艺：固体废物的预处理—将废物脱水，再同沥青在高沥青固化基本方法

高温熔化混合蒸发暂时乳化法化学乳化法61沥青固化基本方法高温熔化混合蒸发61⑴工艺流程

工艺流程图（见下图6-2）工艺流程说明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；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。高温熔化混合蒸发法

（Hightemperaturemelting-vaporizationmethod）62⑴工艺流程工艺流程图（见下图6-2）高温熔化混合蒸发法

图6-2高温熔化混合蒸发法沥青固化流程63图6-2高温熔化混合蒸发法沥青固化流程63（2）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。（3）应用范围

适用于量小，浸出率要求较低的污泥，如放射性污泥，电镀污等。64（2）特点增容比低，浓缩系数大（3）应用范围适用于量小，浸沥青固化主要影响因素影响固化体浸出率的因素：沥青的种类：直馏沥青效果较好；废物量、化学组成及混合状况：废物量与沥青的重量比以40-50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。影响固化体化学稳定性的因素：硝酸盐和亚硝酸盐能降低沥青的燃点；能与沥青发生化学反应的物质也能降低沥青的稳定性。65沥青固化主要影响因素影响固化体浸出率的因素：65固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

玻璃固化

概念固化剂特点

玻璃原料为固化剂，将其与危险废物以一定的配料比混合后，在1000～1500℃的高温下熔融，经退火后形成稳定的玻璃固化体。概念

钠钾玻璃溶解度高，硅酸盐玻璃熔点高，制造困难。磷酸盐玻璃：含盐量低、放射性极高的危险废物，如普雷克斯废液（见图4-13）硼酸盐玻璃：高放废液+固化剂——煅烧，升温1100~1150℃，退火浸出速率最低、增容比最小、高温操作，烧结过程需配备尾气净化系统、成本高、稳定性和耐久性差

特点

固化剂

66固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

石灰固化

原理应用及特点

一般被用来处理中、低放射性蒸发残液、废水化学处理产生的污泥、焚烧炉产生的灰分，以及毒性较大的电镀污泥和砷渣等危险废物。对象与水泥固化基本相同

应用

（1）固化体的空隙率和固化体中污染物的浸出速率均大大降低。另外，由于固化过程中干废物与固化剂之间的质量比通常为1：1～2：1，因而固化体的增容较小；（2）固化剂具有一定的危险性，固化过程中容易造成二次污染，需采取措施加以避免。另外，对于含有大量水分的废物，由于沥青不具备水泥的水化作用和吸水性，所以需预先对废物进行浓缩脱水处理。因此，沥青固化工艺流程和装置往往较为复杂，一次性投资与运行费用均高于水泥固化法；

（3）固化操作需在高温下完成，不宜处理在高温下易分解的废物、有机溶剂以及强氧化性废物。

特点

以石灰和具有火山灰活性的物质为固化基材对危险废物进行稳定化与固化处理的方法。原理

67固体废物处理与处置TreatmentandDisp固体废物处理与处置TreatmentandDisposalofSolidWaste

自胶结固