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第六章固体废物固化处理技术[概念]稳定化固化

作者:admin发布时间:2019-11-27 22:10

  【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。 第六章 第六章 固体废物固化处理技术 固体废物固化处理技术 6.1 固化处理的原理和步骤 6.2 药剂稳定化处理 6.3 固体废物固化处理 6.3.1 水泥固化 6.3.2 石灰固化 6.3.3 沥青固化 6.3.4 塑性材料固化 6.3.5 玻璃固化 6.3.6 自胶结固化 6.4 化学稳定化处理 6.5固化/稳定化产物性能的评价方法 1、定义(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。 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。 或者固化(Solidification),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。 (2)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。化学稳定化和物理稳定 (3)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。 固化和稳定化技术在处理危险废物时通常无法截然分开,固 化的过程会有稳定化的作用发生,稳定化的过程往往也具有固 化的作用。而在固化和稳定化处理过程中,往往也发生包容化 的作用。 (1)对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理,使其满足填埋处置的要求。 (3)对被有害污染物污染的土壤进行去污。与其他方法(例如封闭与隔离)相比,稳定化具有相对永久性的作用。 危险废物固化/稳定化处理的目的,是使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来,以便运输、利用和处置。减少后续处理与 处置的潜在危险。 3、固化处理的基本要求 (1)有害废物经过固化处理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。 4、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: ――样品中含有的有害物质的量,mgF――样品暴露的表面积,cm M――样品的质量,gt――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。 (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0.1~ 0.5MPa即可;作为填埋处理无侧限抗压强度大于50kPa;作为 建筑填土无侧限抗压强度大于100kPa 。作建筑材料: 作建筑材料:

  10 10MPa MPa。。 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。 腐蚀性、不燃性;抗渗透性(固化产物); 足够的机械强度 (固化产物)。 浸出 浸出速率 速率 抗压强度 抗压强度 体积变化因数 体积变化因数 装桶贮存装桶贮存:0.1 :0.1~~0.5MPa 0.5MPa 作填埋处理: 作填埋处理:

  50kPa

  50kPa 作建筑填土: 作建筑填土:

  100kPa

  100kPa 作建筑材料: 作建筑材料:

  10MPa

  10MPa 放射性固化体:前苏联 放射性固化体:前苏联

  5MPa,

  5MPa, 英国 英国

  20MPa

  20MPa 5、固化处理的基本步骤 (1)废物预处理 对收集到的固体废物必须进行预处理,如分选、干燥、中和、 破坏氧化物等物理和化学的处理过程,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。 (2)加入填充剂及固化剂 其用量一般根据实验结果来确定。 (3)混合和凝硬 将废物和固化剂在混合设备中均匀▪▲□◁混合,然后送到硬化池或 处置场地中放置一段时间,使之凝硬完成硬化过程。 (4)固化体的处理 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)。 6.2 有毒有害物质的稳定化处理 6.2.1 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 无机及有机螯合物沉淀法(4)吸附法 (5)离子交换法 酸碱泥渣 中和剂 罐式机械搅拌/ 池式人工搅拌 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 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 重金属 离子交换 中和法 氧化还 吸附法化学沉 离子交换树脂、天然或人工合成沸石、 硅胶 昂贵 可逆 6.2.2有机污染物的氧化解毒技术 向废物中投加某种强氧化剂,可以将有机污染物转化为CO O,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、臭氧氧化解☆△◆▲■毒 如用臭氧处理氰化物时发生反应:NaCN+O 2、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 3、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: Cl 次氯酸HOCl是一种弱酸,又进而在瞬间离解:HOCl-H 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 利用化学药剂通过化学反应,具有相对持久性 稳稳定定 处处理理 氧化还原剂 氧化还原剂 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 Cr 氧化还原反应氧化还原反应 活性炭;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。 重重 稳稳定定 氢氧化物沉淀法碱性物质:氢氧化钠、石灰、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(pH 2~11) 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、铅碳酸盐溶解度比其氢氧化物低, 应用不广泛——pH低,CO 溢出;即使最终的pH很高,最终产物也只能是氢氧化物而不是碳酸盐沉淀。 重重 稳稳定定 学学沉沉 pH~溶解度硫化物沉淀法 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 OHFe OHFe 稳稳定定 学学沉沉 OHFe 铁氧体铁氧体 =11::11~~11::22Mn2+ Zn2+ Ni2+ Mg2+ Cu2+ Cd2+ 溶解度 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。 ,98%Co ,85%;优于Na 稳稳定定 学学沉沉 强氧化剂、高温破坏高pH破坏 螯合效应 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: OHRCH COOHCH CHOCH 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 ClCNO ClO CN NaCl NaCNONaOH CNCl NaClCNCl Cl NaCN NaClCO NaOHCl NaCNO 铁做催化剂产生OH35%~50%,紫外线W/L 五氯酚污染的土壤, 99.9%,有机碳 ROH OH RHOH 6.3固体废物的固化处理 6.3.1 水泥固化技术 (Cement solidification) 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 在水泥固化处理过程中,为了改善固化条件,提高固体的质量,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 废物被掺入水泥的基质中,水泥与废物中的水分或另外添加的水 分,发生水化反应后生成坚硬的水泥固化体 水泥主要成分:铝、硅、铁、钙的氧化物 固化基材: 普通硅酸盐\矿渣硅酸盐\火山灰硅酸盐 \矾土\沸石等水泥 无机添加剂: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 有机添加剂:硬脂肪酸丁酯、δ-糖酸丙酯、柠檬酸 水泥固化过程硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等的水合反应产 生Ca(OH) 本本理理 危险废物危险废物、、水泥 水泥、、水水、、添加剂 添加剂 添加剂添加剂 pH pH 比比改善固化体质量。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。 投加促凝剂 投加促凝剂、、 缓凝剂来控 缓凝剂来控 制凝结时间 制凝结时间,, 一般初凝时 一般初凝时 间间

  22h,

  2424hh ,,保证 保证 混料后有足 混料后有足 够时间输送 够时间输送、、 装桶或浇注 装桶或浇注 水、水泥和 水、水泥和 废物的量比 废物的量比 水分过少, 水分过少, 不能保证水 不能保证水 泥的充分水 泥的充分水 合作用;水 合作用;水 分国大,出 分国大,出 现泌水现象 现泌水现象 pH pH 过高 过高,,氢氧化物沉淀 氢氧化物沉淀,,碳酸盐沉淀 碳酸盐沉淀。。过高 过高,,带负电荷 带负电荷 的羟▼▼▽●▽●基络合物 的羟基络合物,,溶解度 溶解度。。Cu Cu,,99;;Zn Zn,,99..33 ;;Cd Cd,,11 11..11 电镀污泥水泥固化处理工艺流程图电镀污泥水泥固化处理工艺流程图 6.3.2 沥青固化技术 (Pitch solidification) 1、基本概念 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。 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。 2、沥青固化的基本方法▲=○▼ 放射性废物沥青固化的基本方法有高温熔化混合蒸发法(如图6-2)、暂时乳化法和化学乳化法三种。 操作步骤:将已熔化的沥青送入混合槽,并通过混合槽的加热装置使其维持在一定的温度范围内,然后将放射性废液以一定的速率加入混 合槽内,在约220条件下高速搅拌,使沥青和废液充分混合,使其 中水分和其它挥发组分排出。当加入的盐分与沥青的重量比达40%时 ,即可把混合物排至贮△▪▲□△存桶内,待其冷却硬化后即形成沥青固化体。 混合蒸发过程产生的二次蒸汽含有一定量的油质。其中的重油组分可返回混合槽,轻油组分随二次水蒸汽进入冷凝 器,待冷凝后予以排放。残余的含油废气通过油雾过滤器 或静电除尘器进一步净化,最后经过木炭过滤后排入大气 环境。 图6-2 高温熔化混合蒸发沥青固化流程示意图 图6-3为双螺杆挤压机的暂时乳化法沥青固化流程。其工作过程是放射性污泥浆经转鼓真空过滤机除去部分水分, 与沥青、表面活性剂一起加入双螺杆挤压机。 第一段温度为90,固体废物在此与沥青产生混合和包容两种作用,分离出90%左右的水分; 第三段混合物被升温至105-110,由双螺杆挤压机得到的混合物尚有5-7%的水分,再送入螺旋干燥器,在140- 150下使水分进一步减至0.5%以下。 图6-3 暂时乳化法工艺流程 根据所处理的泥浆性质不同,需采用的表面活性剂也不相同。当处理中放污泥浆时,可采用含20%活性成分(1/3烷基磺酸钠和2/3烷基苯 磺酸钠)的阴离子乳化剂溶液,表面活性剂与干污泥的重量比约为6 :1000。当处理高放污泥浆时,可采用含有90%活性成分(主要是 椰子壳中的氨基丙酮)的阴离子乳化剂。活性剂与干污泥的重量比约 为5:100。 在暂时乳化法沥青固化中,其主要设备是双螺杆挤压机(图6-4)它主要由包括加料段、压缩段及蒸发段的两根不等距螺杆和沥青与料液 加料口、二次蒸汽排出口、产品出口和分段加热的外筒组成。 图6-4 双螺杆挤压机示意图 沥青停留时间短(约1.7min),避免沥青因长期受热而降解及硬化等; 混合物在挤压机内呈薄膜状分布,减少了蒸发时的夹带现象; 强烈的挤压推送可使固化体有较高的含盐量(60%),从而大大降低运行费用。其主要缺点是结构复杂,设备制 造要求高,价格较贵。 将脱水干燥后的混合物排入废物容器,待冷却硬化后即形成沥青固化体。 用不同类型的沥青所得固化体的浸出率不同,实验表明,采用直馏沥青效果较好。较软的沥青比较硬的沥青所得固化体浸出率低。 过高的废物量将导致固化体浸出率的急剧上升,一般应控制加入的废物量与沥青的重量比在40-50%。 一般认为残余水分的存在将增加沥青中的细孔数量。为此,固化体中残余水分的重量百分数应控制在10%以下,最好小于0.5%。 在沥青固化过程中,沥青会与某些掺入的化合物、氧化剂等发生化学作用,从而影响固化体的化学稳定性。例如纯 沥青的燃点一般为420左右,而在掺入硝酸盐、亚硝酸 盐后,其燃点降至250-330,因而增加了燃烧的危险性 概念以塑料为固化剂,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。 理理热固性塑料固化(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。 6.3.3 塑料固化处理 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、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、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。 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。目前常用的热固 性材料有尿醛树脂和不饱和聚酯等,酚醛树脂及环氧树脂也 在小范围内使用。 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。不饱和聚醋树脂在常温常压下即可固化。 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。 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。 钠钾玻璃溶解度高 钠钾玻璃溶解度高,,硅酸盐玻璃熔点高 硅酸盐玻璃熔点高,,制造困难 制造困难。。 磷酸盐: 磷酸盐:含盐量低 含盐◇=△▲量低、、放射性极高的如普里克斯废液 放射性极高的如普里克斯废液( (见图 见图66--33)) 硼酸盐玻璃: 硼酸盐玻璃:高放废液 高放废液++固化剂 固化剂—— ——煅烧 煅烧,,升温 升温1100 1100~~1150 1150 退火退火((见图 见图66--44))。。 浸出速率最低 浸出速率最低、、增容比最小 增容比最小、、高温操作 高温操作,,烧结过程需配 烧结过程需配 备尾气净化系统 备尾气净化系统、、成本高 成本高、、稳定性和耐久性差 稳定性和耐久性差 概念固化剂 特点 6.3.4 玻璃固化处理 玻璃固化是用玻璃原料(如氧化硅等)作为固化剂和待处理废料混合均匀,先在高温下煅烧,然后升温至 1100—1150保温数小时,形 成熔融的玻璃体,冷却后再经退火处理即可得到坚固而稳定的固化体 玻璃的种类繁多,普通的钠钾玻璃熔点较低,制造容易,但在水中的溶解度较高,因而不能用于高放废液的固化。硅酸盐玻璃腐蚀能力强 ,但熔点高,制造困难。通常在高放废液的玻璃固化中,研究较多的 是磷酸盐和硼酸盐玻璃固化过程。 间歇式固化法,是一罐一罐地将高放废液和玻璃原料一起加入罐内,使蒸发干燥、煅烧、熔融等几步过程都在罐内完成。熔融成玻璃后, 将熔化玻璃注放贮存容器内成型。熔化罐可以反复使用,也可以采用 弃罐方式,即熔化罐本身兼作贮存容器或最终处置容器用。 连续式固化法是将蒸发、煅烧过程与熔融过程分别在煅烧炉和熔融内完成,蒸发煅烧过程采用连续进料和排料的方式,而熔融过程既可连 续进料和排料,也可连续进料和间歇排料。 硼酸盐玻璃固化工艺流程硼酸盐玻璃固化工艺流程 图图66--3 磷酸盐玻璃固化工艺流程磷酸盐玻璃固化工艺流程 图图66--4 硼酸盐玻璃固化工艺流程硼酸盐玻璃固化工艺流程 玻璃固化体致密,在水及酸、碱溶液中的浸出率小,大约为10-7 操作过程中会产生较多的废气,必须加以收集处理,以防止二次污染的产生。 以石灰和具有火山灰活性的物质(如粉煤灰、垃圾 焚烧灰渣、水泥窑灰等)为固化基材对危险废物进行稳定 化与固化处理的方法。重金属被吸附于胶体结晶中,包裹 起来的粘结性物质 适用于稳定石油冶炼污泥适用于稳定石油冶炼污泥、、重金属污泥 重金属污泥、、氧化物 氧化物、、废酸 废酸 等无机污染物 等无机污染物。。 简单 简单,,物料来源方便 物料来源方便,,操作不需特殊设备及技术 操作不需特殊设备及技术,,比水 泥固化法便宜泥固化法便宜,,并在适当的处置环境 并在适当的处置环境,,可维持反应的持续进行 可维持反应的持续进行。。 石灰固化处理得到固化体的强度较低 石灰固化处理得到固化体的强度较低,,所需养护时间较长 所需养护时间较长,,并并 且体积膨胀较大 且体积膨胀较大, ,增加清运和处置的困难 增加清运和处置的困难,,因而较少单独使用 因而较少单独使用。。 概念 应用 特点 6.3.5 石灰固化处理 利用废物自身的胶结特性来达到固化目的的方法 利用废物自身的胶结特性来达到固化目的的方法。。 该技术主要用来处理含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物 该技术主要用来处理含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物,,如如 磷石膏 磷▷•●石膏、、烟道气脱硫废渣等 烟道气脱硫废渣等。。 CaSO CaSO 44 22HH 22 OO或或CaSO CaSO 33 22HH 22 OO经煅烧成具自胶结作用的 经煅烧成具自胶结作用的亚硫 酸钙或半水硫酸钙酸钙或半水硫酸钙,,遇水后迅速凝固和硬化 遇水后迅速凝固和硬化。。 不需要加入大量添加剂 不需要加入大量添加剂,,废物也不需要完全脱水 废物也不需要完全脱水,,工艺简单;固 工艺简单;固 化体化学性质稳定 化体化学性质稳定,,具有抗渗透性高 具有抗★▽…◇渗透性高、、抗微生物降解和污染物浸 抗微生物降解和污染物浸 出速率低的特点 出速率低的特点,,并且结构强度高;但只限于含有大量硫酸钙的 并且结构强度高;但只限于含有大量硫酸钙的 废物 废物,,应用面较为狭窄 应用面较为狭窄。。此外还要求熟练的操作和比较复杂的设 此外还要求熟练的操作和比较复杂的设 备备,,煅烧泥渣也需要消耗一定的热量 煅烧泥渣也需要消耗一定的热量Terra Terra--Crete Crete技术 技术((见图 见图66--55)) 点点特点 原理 应用 概念 6.3.6 自胶结固化处理 图6-5 烟道气脱硫泥渣自胶结固化的工艺流程 6.3.7 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 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 适用对象 主要优点 主要缺点 水泥 固化法 重金属、 氧化物、 废酸 1.水泥搅拌,技术已相当成熟;2.对废物中 化学性质的变动承受力强;3.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; 4.无需特殊的设备,处理成本低;5.废物可 直接处理,无需前处理。 1.废物如含特殊的盐类,会造成 固化体破裂;2.有机物的分解造 成裂隙,增加渗透性,降低结构 强度;3.大量水泥的使用可增加 固化体的体积和质量 石灰 固化法 重金属、 氧化物、 废酸 1所用物料来源方便,价格便宜; 2操作不需特殊设备及技术; 3.产品通常便于装卸,渗透性有所降低 1.固化体的强度较低,需较长的 养护时间;2.有较大的体积膨胀, 增加清运和处置的困难 沥青 固化法 重金属、 氧化物、 废酸 1.有时需要对废物预先脱水或浓缩; 2.固化体空隙率和污染物浸出速率均大大降 低;3.固化体的增容较小 1.需高温操作,安全性较差; 2.一次性投资费用与运行费用比 水泥固化法高 塑性 固化法 部分非极性有 机物、氧化物、 废酸 1固化体的渗透性较其他固化法低; 2对水溶液有良好的阻隔性 3接触液损失率远低于水泥固化与石灰固化。 1.需特殊设备和专业操作人员; 2.废物如含氧化剂或挥发性物质, 加热时会着火或逸散,在操作前 先对废物干燥、破碎 玻璃 固化法 不挥发高危性 废物,核废料 1固化体可长期稳定; 2可利用废玻璃屑作为固化材料; 3对核能废料的处理已有相当成功的技术 1不适用于可燃或挥发性的废物 2高温热融需消耗大量能源; 3需要特殊设备及专业人员 自胶结 固化法 硫酸钙和亚硫 酸钙的废物 1烧结体的性质稳定,结构强度高; 2烧结体不具生物反应性及着火性 1应用面较狭窄; 2需要特殊设备及专业人员 6.4 化学稳定化处理的基本方法 6.4.1概述 (1)确切的包容机理和对固化体在不同化学环境中的长期学位的认识还很不够,特别是包容机理,当包容体破裂后 ,废物会重新进入环境 ,造成不▲●…△可预见的影响。 •(2)固化体中微观化学变化也 没有找到合适的监测方法。 •(3)对固化试样的长期化学浸出学位和物理完整性还没有 客观的评价。 •(4)融融固化和高温烧结固化则存在投资和处理成本昂贵 的问题。 •因此针对不同种类的危险废物选择不同种类的稳定化药剂 进行化学稳定化处理成为当前研究热点。 用化学稳定化技术处理危险废物,可以在实现废物无害化的同时,达到废物少增容或者不增容,从而提高危险废物处 理处置系统的总体效果和经济性。同时,可以通过改进化学 药剂的构造和性能,使之与废物中危险成分之间的化学作用 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二次污染。 化学稳定化技术以处理含重金属的危险废物为主,例如,焚烧飞灰、电镀污泥、重金属污染土壤等,当然,化学稳定 化技术在处理含有机物的危险废物时也能取得较好的效果, 如可以利用氧化还原的原理处理危险废物中的有机物,使其 实现解毒的目的。 到目前为止,基于不同的原理已经发展了许多化学稳定化技术,这些技术主要包括:基于pH值控制原理的化学稳定化 技术、基于氧化/还原电势控制原理的化学稳定化技术、基于 沉淀原理的化学稳定化技术、基于吸附原理的化学稳定化技 术及基于离子交换原理的化学稳定化技术等,其中,前三类 技术特别是基于氧化/还原电势控制原理和基于沉淀原理的化 学稳定化技术是危险废物稳定化处理中最重要的应用方向。 •6.4.2化学稳定化技术的基本原理 •1、pH控制原理 •其原理为:加入碱性药剂,将废物的pH值调整至重金属离 子具有最小溶解度的范围,从而实现其稳定化。常用的pH调 整剂有石灰[CaO或Ca(OH) )、氢氧化钠(NaOH)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。另外,石灰及一 些类型的黏土可用作pH缓冲材料。 •2、氧化还原解毒原理 •(1)技术原理 •某些金属元素的不同价态离子具有不同毒性,因此为了使某些重金属离 子更易于沉淀且毒性最小,常常需要将其还原或者氧化为最有利的价态 ,最典型的是将6价铬(Cr )。而对于氰化物和一些有机物,可以采用强氧化剂进行氧化处理,或者强氧化剂结合UV、臭氧、催化剂、加热等进行处理 ,达到解毒的目的。常用的还原剂有硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸氢 钠、二氧化硫等,常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、氯气等。 氰化物废物大都来自电镀车间的电镀槽漂洗污泥,因此通常含有有毒重金属。常用的处理方法是在碱性溶液中用氯或者次氯酸盐氧化,其 反应可用下式表示: 式(6-9a)反应产生的CNCl毒性比氰化物强,必须在强碱性条件下(pH值大于10)使之迅速转化为氰酸盐[见式(6-9b)]。 由上述反应式可用提供计算所需要氯量的方法。但是由于在废物中还含有相当数量的其他物质,例如金属和还原剂等,它们会消耗一定数量 的氯。当氰化物以铁或镍的络合物的形式存在时,对氰化物的破坏就有 一定困难。亚铁氰酸盐{[Fe(CN) 此时,氧化效率是很低的。当存在镍时情况要好一些,例如,可以增加20%氯的投量来得到解决。 砷渣是一种毒性较大的物质,在对其进行处理时,可以采用氧化法把三价砷氧化为五价砷,然后利用沉淀方法使其解 毒,也可以结合固化法对此进行处理,常采用的氧化剂有过 氧化氢和MnO 另外,对于一些被有机物污染的土壤,用过氧化氢进行现场处理可以取得很好的效果。实验证实,当土壤被五氯酚 污染时,利用过氧化氢作为氧化剂,可以使99.9%的五氯 酚得到降解。 •(3)还原法 铬酸是△▪▲□△一种广泛用于金属表面处理及镀铬过程的有腐蚀性的极 毒物质,铬酸在化学上可被还原成毒性较低的三价铬状态。许 多种化学品均能作为有效地还原剂,其中包括:二氧化硫( SO )以及亚铁盐类(Fe )。其典型的还原反应过程如下式所示:2Na 一般按下式通过碱性沉淀法除去:Cr (6-12b)Cr 经化学还原后再进行碱性沉淀会产生大量残渣。按Cr(OH) 得化学计量计算,每处理1KgCr 不用石灰而用氢氧化钠沉淀时产生的污泥较少。3、沉淀原理 利用沉淀技术对危险废物进行稳定化处理是目前应用相 当广泛的一项技术,对于溶解度较低的化合物可以采用沉淀 方法进行稳定化处理(典型难溶化合物的溶解积见附录2) 。常用的沉淀技术包括氢氧化物沉淀、硫化物沉淀、硅酸盐 沉淀、磷酸盐沉淀、共沉淀、无机络合物沉淀和有机络合物 沉淀等。 4、吸附原理 作为处理重金属废物•●的常用吸附剂有:活性炭、黏土、金属 氧化物(氧化铁、氧化镁、氧化铝等)、天然材料(锯末、 沙、泥炭等)、人工材料(飞灰、活性氧化铝、有机聚合物 等)。研究发现,一种吸附剂往往只对某种或某几种污染物 具有优良的吸附性能,而对其他污染物成分则效果不佳。例 如,活性炭对吸附有机物最有效,活性氧化铝对镍离子的吸 附能力较强,而其他吸附剂对金属离子却表现出无能力。 5、离子交换原理 最常见的离子交换剂是有机离子交换树脂、天然或人工合成的沸石、硅胶等。 用有机树脂和其他的人工合成材料去除水中的重金属离子通常是非常昂贵的, 而且和吸附一样,这种方法一般只适用于给水和废水处理。另外,还需要注意 的是,离子交换和吸附都是可逆的过程,如果逆反应发生的条件得到满足,污 染物将会重新逸出。 可以大规模应用的重金属稳定化的方法是比较有限的,但由于重金属在危险废◇…=▲ 物中存在形态的千差万别,具体到某一种废物,根据所需达到的处理效果,处 理方法和实施工艺的选择是很值得研究的。 6.4.3 氢氧化物化学稳定化技术 1、技术原理 图6-10表示不同重金属在不同pH值下的氢氧化物和硫化 物的溶解度情况(更多的重金属化合物的溶度积见附录2), 从图中可以看出,不同的金属在不同pH值下具有最低的溶解 度。因此,通过投加碱性药剂来调节溶液的pH值来去除溶液 中的重金属。 2、应用实例 表6-7显示了用NaOH溶液浸出后的飞灰浸出液和飞灰残 渣中重金属Pb和Cd的浓度。随着NaOH浓度的增加,Pb的浸

  第六章固体废物固化处理技术[概念]稳定化固化——所有资料文档均为本人悉心收集,全部是文档中的精品,绝对值得下载收藏!

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