4章固体废物资源化技术 第5节 固体废物的固化与化学处理技术.ppt
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1、第五节 固化与化学处理,一、固化 (一)概述 1. 基本概念 固化处理:是用物理-化学方法将有害废物固定或包封在惰性基材中,使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。 固化剂:固化所用的惰性材料。 固化体:有害废物经过固化处理所形成的固化产物。 目前已应用于处理电镀污泥、砷渣、汞渣、氰渣、铬渣和镉渣。,2.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等,最好能作为资源加以利用。 固化过程中材料和能量消耗要低,增容比要低。 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。,3.固化处理的主要指标 固化体的浸出率:指固化体浸于
2、水中或其它溶液中时,其中有害物质的浸出速度。 Rin=(At/A0)/(F/M)t Rin标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率,g/(d.cm2); At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,mg; F样品暴露的表面积,cm2; M样品的质量,g; t浸出时间,d。 增容比:指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值,即 Ci=V2/V1 Ci增容比; V2固化体体积,m3; V1固化前有害废物的体积,m3。,4、分类 固化处理的机理十分复杂,目前理论阐述不明确。目前的方法主要两类:1、将污染物化学转变或者引入导某种稳定的晶格中;2、将污染物直接掺入到惰
3、性材料中进行包封。二者单独或者结合使用。主要用于处理无机废物。 按照原理分为 (1)包胶固化:据固化剂类型分为水泥、热塑性材料固化(沥青、热塑性塑料)、石灰固化、有机聚合物固化。 (2)玻璃固化。 (3)自胶结固化。 (4)水玻璃固化。,(二)包胶固化,包胶固化是采用某种固化基材对于废物块或废物堆进行包覆处理。固化剂类型:水泥、石灰、热塑性材料固化有机物聚合固化。 1.水泥固化 (1)原理 以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种处理方法。适于各种含重金属的污泥。 重金属离子(高pH )氢氧化物或碳酸盐,(2)水泥与添加剂 固化剂:硅酸盐、火山灰质硅酸盐水泥等 添加剂:能够吸收有害物质并促进其凝
4、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。 常用 有吸附剂(活性氧化铝、粘土等)、缓凝剂(酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等)促凝剂(水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等)和减水剂(表面活性剂等)。,(3)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: pH 8; 水灰比在1:2左右; 水泥与废物比:由实验确定。 凝固时间:初凝时间2h,终凝时间在48h以内; 选择适当的添加剂; 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,(4)水泥固化法的应用 电镀污泥固化处理,(5)水泥固化的特点 优
5、点:固化工艺和设备比较简单,设备和运行费用低;水泥和添加剂便宜易得;对含水量较高的废物可以直接固化;固化产品经过沥青涂覆能有效地降低污染物的浸出,固化体的强度、耐热性、耐久性均好;产品适于投海处置,有的产品可作路基或建筑物基础材料。 缺点:产品一般都比最终废物原体积增大1.52.0倍,固化体中污染物的浸出率较高,须作涂覆处理;废物有的需作预处理或需要加入添加剂,因而可能影响水泥浆的凝固,并会使成本增加,废物体积增大;水泥的碱性能使铵离子变成氨气释出。 水泥固化法对含高毒重金属废物的处理特别有效,,2.石灰固化,(1)原理 以石灰为固化剂,以粉煤灰、水泥窑灰为添加剂,粉煤灰和水泥窑灰所含有的活性
6、氧化铝和二氧化硅与石灰、水反应坚硬物质,将废物包容 的方法。 (2)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。,(3)特点 使用的添加剂本身是废物,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。 缺点:石灰固化体的增容比较大;固化体容易受酸性介质浸蚀,需对固化体表面进行涂覆。,3.热塑性材料固化,(1)原理 用热塑性物质作固化剂,在一定温度下将废物进行包覆处理。热塑性物质在常温下呈固态,高温时变成熔融胶粘性液体,故可用
7、来包覆废物。 常用的热塑性材料:沥青、石蜡、聚乙烯、聚丁二烯等。 (2)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。,沥青固化的基本方法 先将废物脱水,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。 高温熔化混合蒸发法;将废液加入预先熔化的沥青中,在150230下搅拌混合蒸发,待水分和其他挥发组分排出后,将混合物排至贮存器或处置容器中。暂时乳化法。化学乳化法。,影响沥青固化体性质的因素 影响浸出率的因素:沥青的种类;废物量、化学组成及混合状况;残余水分;某些表面活性剂的影响。 影响化学稳定性
8、的因素:废物中的化合物或氧化剂。 沥青固化的优点及适应性: 优点:沥青具有良好的粘结性、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。 应用:一般用于中、低放射水平的蒸发残液,废水化学处理产生的沉渣,焚烧炉产生的灰烬、塑料废物、电镀污泥、砷渣等。,(3)热塑性塑料固化,以热塑性塑料为固化剂与有害废物按一定的配料比,并加入适量的催化剂和填料(骨料)进行搅拌混合,使其共聚和固化而将有害废物包容形成具有一定强度和稳定性的固化体。 (4)热塑性材料固化特点 优点:固化产品空隙率低,致密度高;浸出率低于水泥法和石灰法;增容比小。固化基材对溶液或微生物
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