第四章 固体废物的处理-物化处理

固体废物处理与处置概念：稳定化、固化、沥青固化、塑料固化、玻璃固化固体废物稳定化；固体废物固化本节重点第四章固体废物的处理4.1固体废物的物化处理本节内容1溶剂浸出2固体废物的药剂稳定化处理3固体废物的固化处理4.1固体废物的处理提取或除去矿业、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1溶剂浸出目的:对危险废物、其它处理过程残渣及被污染的土壤进行处理。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。分为: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过程。固化剂：固化所用的惰性材料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。2固体废物稳定化处理稳定化和固化产物必须具备一定的性能，即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）。0/(/)nnenmmRAVt21VVCR评价指标增容比(体积变化因数)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20MPa2固体废物稳定化处理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。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2固体废物稳定化处理重金属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还原剂：硫酸亚铁/硫代硫酸钠/亚硫酸氢钠/二氧化硫/煤炭/锯木屑等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：钡镉铅共沉淀：加Fe2+和碱无机/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重金属的化学稳定化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%双氧水＋紫外线功率500W/L；eg：五氯酚污染的土壤，去除99.9%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pH10OHRCOOHOOHRCH232332323ONaCNOONaCN2333OCOOHCHOCHOCHOHRRHOH2ROHOHOHR22ClCNOClOCNNaClCNClClNaCN2NaClOHNaCNONaOHCNCl22OHNaClCONNaOHClNaCNO2222262432有机污染物的氧化解毒技术固化处理的基本要求: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，如作建筑基础和路基材料等；②固化过程中材料和能量消耗要低，增容比（即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比）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。固化技术按固化剂分为:水泥固化、沥青固化、塑料固化、玻玻固化、石灰固化等。3固体废物固化处理一、水泥固化水泥固化的原理：水泥与污泥中的水分发生水化反应生成水泥固化体，将有害污泥微粒分别包容，并逐步硬化而形成。污泥中的有害物质被封闭在固化体内，达到稳定化、无害化的目的。水泥主要成分：氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化铁。固化基材:普通硅酸盐\矿渣硅酸盐/火山灰硅酸盐等水泥水泥化学反应：C3S反应：C3S+H2OC2SH+Ca(OH)2CSH+Ca(OH)2C2S反应:C2S+H2OC2SHCSH+Ca(OH)2C3A反应：C3A+H2OC3AHCAH+Ca(OH)2C2A反应:C4A+F+H2OC3AH+CFH3固体废物固化处理适用范围：处理各种含有重金属的污泥。在固化过程中，由于水泥具有较高的pH值，使得污泥中的重金属离子在碱性条件下，生成难溶于水的氢氧化物或碳酸盐等。某些重金属离子也可以固定在水泥基体的晶格中，从而可以有效地防止重金属的浸出。一、水泥固化水泥固化添加剂：在水泥固化处理过程中，为了改善固化条件，提高固化体的质量；有时还掺入适宜的添加剂。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（表面活性剂）等。一、水泥固化影响因素添加剂pH凝固时间配料比pH较高，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、装桶或浇注一、水泥固化水泥固化法的应用：电镀污泥固化处理应用：电镀干污泥、水泥、水配比：(1-2):20:（6-10）抗压强度：10-20Mp汞渣水泥固化处理应用：汞渣与水泥配比1:(3-8),成型，60-70℃养护24h一、水泥固化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。一、水泥固化3固体废物固化处理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概念应用适用于稳定石油冶炼污泥、重金属污泥、氧化物、废酸等无机污染物。简单，物料来源方便，操作不需特殊设备及技术，比水泥固化法便宜，并在适当的处置环境，可维持波索来反应的持续进行。石灰固化处理得到固化体的强度较低，所需养护时间较长，并且体积膨胀较大，增加清运和处置的困难，因而较少单独使用。特点二、石灰固化3固体废物固化处理以沥青类材料作为固化剂，与危险废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌作用下发生皂化反应，使有害物质包容在沥青中并形成稳定固化体的过程。沥青－憎水性物质、良好的黏结性、化学稳定性、较高的耐腐蚀性。石油蒸馏的残渣，其化学成分包括沥青质、油分、游离碳、胶质、沥青酸和石蜡等。原理固废预处理——废物与沥青热混合——二次蒸汽净化放射性废物沥青固化基本方法：高温融化混合蒸发：如图4-12，150~230℃暂时乳化：混合——脱水——干燥，双螺杆挤压机化学乳化：废物与乳化沥青混合——干燥脱水——冷却硬化工艺三、沥青固化3固体废物固化处理一般被用来处理中、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3固体废物固化处理三、沥青固化以塑料为固化剂，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。四、塑料固化3固体废物固化处理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四、塑料固化3固体废物固化处理玻璃原料为固化剂，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：含盐量低、放射性极高的如普里克斯废液（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五、玻璃固化3固体废物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。该技术主要用来处理含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物，如磷石膏、烟道气脱硫废渣等。概念CaSO4﹒2H2O或CaSO3﹒2H2O经煅烧成具自胶结作用半水（107-170℃），遇水后迅速凝固和硬化。不需要加入大量添加剂，废物也不需要完全脱水，工艺简单；固化体化学性质稳定，具有抗渗透性高、抗微生物降解和污染物浸出速率低的特点，并且结构强度高；但只限于含有大量硫酸钙的废物，应用面较为狭窄。此外还要求熟练的操作和比较复杂的设备，煅烧泥渣也需要消耗一定的热量。Terra-Crete技术（见图4-15）特点原理应用六、自胶结固化3固体废物固化处理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