固体废物固化

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1、第六章 固体废物固化（solidification),概述 水泥固化 沥青固化 塑料固化 玻璃固化 其他固化方法,1 概述,固化的概念 固化的机理 固化剂 固化效果的评价,（1）固化的概念,指用物理化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其达到稳定化的一种过程。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。有害废物经固化处理后，其渗透性和溶出性均可降低，所得固化块能安全地运输和方便地进行堆存或填埋，对稳定性和强度适宜的产品还可以作为筑路的基材。,（2）固化的机理,固化有两种方式，其机理也不尽相同： 将有害废物通过化学转变或引入到某种晶格中达到稳定化。

2、将有害废物用惰性材料加以包容使之与环境隔离。根据上述基本原理，固化处理方法可划分为四类： 包胶固化（又称凝结固化） 按固化剂：a.水泥固化；b.沥青固化；c.石灰固化；c.塑料固化 按包胶结构： a.宏观包胶：将有害废物包裹在包胶体内，使其与 环境隔离。 b.微囊包胶：用包胶材料包覆废物的微粒。 自胶结固化：适用于含有大量能成为胶凝剂的废物，（如：排烟脱硫石膏） 玻璃固化： 将污泥与玻璃原料一起烧制成玻璃。 水玻璃固化：利用水玻璃加酸后的硬化等性能将有害废物结合，包容及吸附而固化。,（3）固化剂(Solidifying agent),固化常用的惰性材料：水泥、沥青、塑料、石灰（凝结固化）硅酸钠

3、（水玻璃）、粘土（玻璃化固化）,（4）固化效果的评价,浸出率 (leaching rate) 增容比 (Enlargement ratio),a.浸出率(leaching rate),定义 指固化体内的有害物质在水或溶液中的浸出速度。 表达式式中：ar浸出时间内出的有害物质的量，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;,b.增容比(Enlargement ratio),定义 指固化体体积与被固化有害废物体积的比值。 表达式式中：V2固化体体积，m3；V1固化前有害废物的体积，m3；Ci增容比。,2 水泥固化,（1） 原理,概念：以水泥为

4、固化剂，将有害固体废物进行固化的一种处理方法。 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(Gel encapsulation)：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(ionic precipitation)：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）。, 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

5、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, 添加剂,作用 改善固化条件（如早强剂），提高固化体的质量（如减水剂）。 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。,（3）

6、 水泥固化法的应用,电镀干污泥的水泥固化 含水率为75的污泥 一般工艺流程,电镀干污泥的水泥固化,干污泥 水泥 水（12） 20 （610） 抗压强度可达：1020Mpa 浸出率：Hg0.0002 mg/L Cd0.02 mg/L Pb0.002 mg/L Cr6+0.02 mg/L As0.01 mg/L,含汞废渣的固化处理,汞渣：水泥=1：(38),（4）工艺流程,水泥固化的工艺流程:,（5） 水泥固化法的特点,优点： 有效； 简单（工艺和设备及操作）； 费用低。 缺点 固化体浸出率高（空隙率高所至）； 增容比高（1.52）； 有时需预处理（当含腐蚀性物质时），增加费用； 铵离子易溢出（碱

7、性反应）； 不适合于化学泥渣（胶状物、排料困难，但可采用加锯末解决）。,3 沥青(asphalt)固化,（1） 概述,概念 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。 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； 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； 焚烧灰分。,（2） 基本方法,高温熔化混合蒸发 暂时乳化法 化学乳化法（自学）, 高温熔化混合蒸发法 （High temperature melting-vaporization method）

8、,工艺流程 特点 应用范围,a 工艺流程,工艺流程图（见图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（15003000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。,图6-2 高温熔化混合蒸发法沥青固化流程,b 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23个数量级。 快速硬化：冷却后即固化 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），

9、运输，贮存要有防火措施。,c 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，电镀污泥等。, 暂时乳化法 （Temporary emulsification method）,主要步骤 固化流程,a 主要步骤,将污泥、沥青与表面活性剂混合成乳浆状； 处理中等放射性污泥时，可采用20%活性成分（1/3烷基磺酸钠和2/3的烷基苯磺酸钠）的阴离子表面活性剂；用量与干污泥之比约6：1000； 处理高放射性污泥时，可采用90%活性成分（主要为椰子壳中的氨基丙酮）的阴离子表面活性剂；用量与干污泥之比约5：100； 先经过滤除去大部分水分； 再升温干燥，使混合物脱水。,b 固化流程(solidifi

10、cating flowsheet),固化流程见图6-3。 固化流程的说明 对含水率为90%的污泥，先经过滤机过滤使含水率降至50%； 将污泥、沥青和表面活性剂按比例一起给入螺杆挤压机； 螺杆挤压机分三个区域（图6-4）： 给料区：不加热，将三种物料混合； 挤压区：加热至90，并经挤压分离水分； 高温区：加热至105-110，将水分降至5-7%。 经螺杆挤压机处理后，再给入螺旋干燥器以140-150的温度进一步将水分降至0.5%以下； 固体和放射性盐份留在沥青内，冷却后被固化。,图6-3 暂时乳化法沥青固化流程,图6-4 双螺杆挤压机示意图 I.冷却区；II-VI. 加热区,(3) 主要影响因素

11、,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。,4 塑料固化,原理 作为固化剂的塑料 塑料固化法的应用 特点,（1）原理,以塑料为固化剂与有害废物按一定的配比，加入适量的催化剂和骨料进行搅拌混合，使其共聚合固化的方法。 将污泥中的固态物作为了塑料的骨料（填料）。,（2）作为固化剂的塑料,热塑性塑料 高温下呈熔融胶粘液体，如聚乙烯

12、，聚氯乙烯等。热固性塑料 常温或加热能固化的塑料，如脲醛树脂，不饱和聚酯等。,（3）塑料固化法的应用,日本主要应用于电镀污泥，因为电镀污泥含大量重金属，有机物和油类物质，不宜用水泥固化。 基本配比： 干污泥 塑料 骨料30 2035 3550（） 塑料固化产品的特点 重量轻，外观光亮，美观，可作轻型建筑材料。,（4）塑料固化法的特点,优点： 常温操作 增容比小 比重轻 缺点： 耐老化差 需要加酸作为催化剂，故腐蚀设备。,5 玻璃固化,原理 工艺 特点,（1）原理,应用玻璃制造技术，将污泥与玻璃原料一起玻璃化。将污泥中的有害组分固定在玻璃体中的固化技术。,（2）工艺,玻璃固化的工艺即为熔制玻璃的

13、工艺，但须注意要满足下述条件： 不含Hg, As（熔点低，易挥发造成大气污染）。 当含Cd, Zn, Ni时，不应含有机物等还原性物质，（有机物中的C会使其还原成金属雾气挥发）。 不含食盐类的氯化物，许多金属会被氯气还原成氯化物挥发。 磷酸盐玻璃固化工艺 主要用于以硫酸盐存在的钌、铯等高放射性废液； 磷酸盐是作为玻璃添加剂使用，目的是降低钌、铯的挥发性；,（3）特点,优点 在水和酸、碱溶液中的浸出率均低； 增容比小； 固化过程粉尘少； 化学稳定性好（导热性高，耐辐射） 缺点： 工艺复杂，高温作业，费用高，挥发量大。,6 其他固化方法,石灰固化 自胶结固化 水玻璃固化 其他,（1）石灰固化,以石

14、灰为固化剂，粉煤灰和水泥窑灰为填料进行固化。 仅适用于含硫酸盐和亚硫酸盐的废渣，污泥。 固化体可作为路基材料或砂坑填充物。,（2）自胶结固化,以污泥中的硫酸钙和亚硫酸钙在适宜温度下煅烧生成具有胶凝性能的半水硫酸钙(CaSO4 1/2H2O)，经水化反应硬化成自胶结固化体的方法。 主要适用于烟道脱硫的泥渣。 优点：以废治废 缺点：应用范围受限，仅限于烟道脱泥渣,（3）水玻璃固化,利用水玻璃的硬化，结合，包容及吸附性能。 水玻璃为碱性物，加酸（各种酸）后发生中和和缩合脱水反应，并将污泥中的有害物包容其中。,（4）其他,将电镀污泥和粘土以1 1的比例混炼，在回转干燥器造粒，在烧结炉中烧制，生产人造砾石。将电镀污泥同膨胀页岩以1 9混合造粒。在回转窑内用3801200烧制成人工河沙。将电镀污泥同白土以1 1混合，常温下干燥6天，在1000温度下煅烧，固化体比重2.1，抗压强度达23106帕（23Mpa,相当于230号水泥）。,