06固化
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第六章 固体废物固化
本章重点
固化理论 水泥固化方法 塑料固化方法 玻璃固化方法 其他固化方法
固化基本理论
废物固化是用物理-化学方法将有害废物 参合并包容在密实的惰性基材中，使其 稳定化的一种过程。通常被应用于以下 方面： 对具有毒性或强反应性等危险废物进行 处理，使其满足填埋处置的要求。
1.
2.
3.
其他处理过程中产生的残渣，例如焚烧 产生的灰份的无害化处理，其目的是最 其进行最终处置。 在大量土壤被有害污染物所污染的情况 下对土壤进行去污。
•
因此，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 惰性或者被包容起来，以便运输、利用和 处置。在一般情况下，稳定化过程是选用 某种适当的添加剂与废物混合，以降低废 物的毒性和减小污染物自废物到生态圈的 迁移率。因而，它是一种将污染物全部或 部分地固定于作为支持介质、粘结剂或其 他形式的添加剂上的方法。
对于常规的固化技术，存在一些不可忽视 的问题，如废物经固化处理后体积都有不 同程度的增加，有的会成倍的胀大。另一 个重要问题是废物的长期稳定性，很多研 究都证明了固化/稳定化的主要机理，是 废物和凝结剂之间的化学键结合力、凝结 剂对废物的物理包容及凝结水合产物对废 物的吸收作用。而确切的包容机理和固化 体在不同化学环境中的长期行为的认识还 很不够。
混合方法
1. 2. 3.
外部混合 容器内混合法 注入法
石灰固化
石灰固化指以石灰、垃圾焚烧飞灰、水泥 窑灰以及熔矿炉炉渣等具有波索来反应的 物质为固化基材而进行的危险废物固化的 操作。
塑性材料固化
一 热固性塑料包容 热固性塑料指的是在加热时会从液体变成固体 并硬化的材料。这种材料即使以后再次加热也 不会重新液化或软化，实际上是一种从小分子 变成大分子的交链聚合过程。 主要是在每个废物颗粒的周围形成一层不透水 的保护膜，由于大多数废物不与包封材料发生 反应，所以包封的效果仅取决于废物自身的形 态以及进行聚合的条件。
有机物对于水化过程有干扰作用，使得最 终产物的强度减小，并使稳定化过程变得 困难。 用水泥固化的主要缺点是对于一定的污染 物较为敏感，会由于某些污染物的存在而 推迟固化时间，甚至影响最终的硬结效果。
① ②
pH值 要注意pH值 过高时会形成带负电 荷的羟基络合物，导致溶解度升高。 水、水泥和废物的量的比 水分少无法保 证水泥的充分水合作用；水分过大会出 现泌水现象，影响固化体的强度。
1. 2.
术语
固化 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。 固化的产物是结构完整的整块密实固体。
稳定化 将有毒有害废物转变为低溶解性、 低迁移性及低毒性的物质的过程。稳定化 一般可分为化学稳定化和物理稳定化。化 学稳定化是通过化学反应是使有毒物质变 成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固 定不动；物理稳定化是将污泥或半固体物 质与一种疏松的物料(如粉煤灰)混合生成 一种粗颗粒、有土壤状坚实度的固体。
危险废物种类繁多，并非所有的危险废物 都适于固化处理。 固化技术最早是用来处理放射性污泥和蒸 发浓缩液的。 固化技术特别适用于含重金属的废物。
固化处理的基本要求
得到的产品应该是一种密实的、具有一定几何 形状和较好物理性质、化学性质稳定的固体； 2. 处理过程必须简单，应有有效措施减少有毒有 害物质的逸出； 3. 最终用产品的体积尽可能小于掺入的固体废物 的体积； 4. 残品中有害物质的水分或其他指定浸提剂所浸 析出的量不能超过容许水平或浸出毒性标准。
2.体积变化因数 体积变化因数 即固化处理前后危险废物的体积比。 也可以称为减容比、体积缩小因数、 体 积扩大因数。 3.抗压强度 抗压强度 避免出现破碎和散裂，从而增加暴露的表 面积和污染环境的可能性。
水泥固化技术
水泥是最常用的危险废物稳定剂。 水泥是建筑用胶凝材料,按化学组成可分 为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水 泥三大类。硅酸盐水泥是普遍常用的水泥, 又称波特兰水泥,铝酸盐水泥和硫铝酸盐 水泥是特种用途的水泥 。
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。
目前常用的固化/稳定化方法有: 水泥固化、石灰固化、塑性材料固化、有 机聚合物固化、自胶结固化、熔融（玻璃） 固化和陶瓷固化。
固化技术对不同危险废物的适应性
熔融固化技术
也可以成为玻璃化技术。 该技术是将待处理的危险废物与细小的玻 璃质，如玻璃屑、玻璃粉混合。经混合造 粒成型后，在1000~1100摄氏度高温熔融 下形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结 晶结构，确保固化体的永久稳定。 缺点是需要很高的能源消耗，优点是可以 得到高质量的建筑材料。
药剂稳定化
优缺点
热固性塑料包封法在过去曾是固化低水平 有机放射性废物（如放射性离子交换树脂） 的重要方法之一，同时也可用于稳定非蒸 发性的、液体状态的有机危险废物。 缺点是操作过程复杂，热固性材料本身价 格高昂，操作过程容易引起燃烧起火。
二 热塑性材料包容
主要有沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯等。 以沥青为例： 固化的工艺主要包括三个部分，固体废物 的预处理、废物与沥青的热混合以及二次 整齐的净化处理。
1.
பைடு நூலகம். 6.
处理费用低廉； 对于固化放射性废物产生的固化产品， 还应有较好的导热性和热稳定性。
固化产品性能的判定标准
1.浸出率 浸出率 测定各类废物固化体的抗浸出性能，预测其在长期贮存 条件下的安全性。选择聚乙烯或聚丙烯作为浸出容器材 料，以去离子水或合成海水作为浸出剂，将一定尺寸的 试验样品用尼龙丝悬挂于浸出容器中，在25±5℃； 40±2℃；70±2℃； 90±2℃ 的浸出温度下进行浸出 至在试验误差范围内浸出率实际恒定不变。一般从开始 试验的第1， 3， 7， 10， 14， 21， 28，35和42 天 后更换浸出剂，以后每一个月更换一次。然后对浸出液 （包括溶解的、悬浮的、沉积的和吸附的）进行分析， 从而确定固化体的类型或组成。
固化过程是一种利用添加剂改变废物的工 程特性（例如渗透性、可压缩性和强度等） 的过程。固化可以看作是一种特定的稳定 化过程，可以理解为稳定化的一个部分。 但从概念上是有区别的，无论是稳定化还 是固化，其目的都是减小废物的毒性和可 迁移性，同时改善被处理对象的工程特性。
固化途径
通常，危险废物固化/稳定化的途径是： 将污染物通过化学转变，引入到某种稳 定固体物质的晶格中去； 通过物理过程把污染物直接掺入到惰性 基材中去。
适用对象
以水泥为基本材料的固化技术最适用于无机类 型的废物，尤其是含有重金属污染物的废物。 由于水泥水泥所具有的高pH值，使得几乎所有 的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式 而被固定在固化体中。但是汞仍然要以物理封 闭的微包容形式与生态圈进行隔离，铅主要沉 积于水泥水化物颗粒的外表面，而铬则较为均 匀的分布于整个水化物的颗粒之中。
本章重点
固化理论 水泥固化方法 塑料固化方法 玻璃固化方法 其他固化方法
固化基本理论
废物固化是用物理-化学方法将有害废物 参合并包容在密实的惰性基材中，使其 稳定化的一种过程。通常被应用于以下 方面： 对具有毒性或强反应性等危险废物进行 处理，使其满足填埋处置的要求。
1.
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其他处理过程中产生的残渣，例如焚烧 产生的灰份的无害化处理，其目的是最 其进行最终处置。 在大量土壤被有害污染物所污染的情况 下对土壤进行去污。
•
因此，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 惰性或者被包容起来，以便运输、利用和 处置。在一般情况下，稳定化过程是选用 某种适当的添加剂与废物混合，以降低废 物的毒性和减小污染物自废物到生态圈的 迁移率。因而，它是一种将污染物全部或 部分地固定于作为支持介质、粘结剂或其 他形式的添加剂上的方法。
对于常规的固化技术，存在一些不可忽视 的问题，如废物经固化处理后体积都有不 同程度的增加，有的会成倍的胀大。另一 个重要问题是废物的长期稳定性，很多研 究都证明了固化/稳定化的主要机理，是 废物和凝结剂之间的化学键结合力、凝结 剂对废物的物理包容及凝结水合产物对废 物的吸收作用。而确切的包容机理和固化 体在不同化学环境中的长期行为的认识还 很不够。
混合方法
1. 2. 3.
外部混合 容器内混合法 注入法
石灰固化
石灰固化指以石灰、垃圾焚烧飞灰、水泥 窑灰以及熔矿炉炉渣等具有波索来反应的 物质为固化基材而进行的危险废物固化的 操作。
塑性材料固化
一 热固性塑料包容 热固性塑料指的是在加热时会从液体变成固体 并硬化的材料。这种材料即使以后再次加热也 不会重新液化或软化，实际上是一种从小分子 变成大分子的交链聚合过程。 主要是在每个废物颗粒的周围形成一层不透水 的保护膜，由于大多数废物不与包封材料发生 反应，所以包封的效果仅取决于废物自身的形 态以及进行聚合的条件。
有机物对于水化过程有干扰作用，使得最 终产物的强度减小，并使稳定化过程变得 困难。 用水泥固化的主要缺点是对于一定的污染 物较为敏感，会由于某些污染物的存在而 推迟固化时间，甚至影响最终的硬结效果。
① ②
pH值 要注意pH值 过高时会形成带负电 荷的羟基络合物，导致溶解度升高。 水、水泥和废物的量的比 水分少无法保 证水泥的充分水合作用；水分过大会出 现泌水现象，影响固化体的强度。
1. 2.
术语
固化 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。 固化的产物是结构完整的整块密实固体。
稳定化 将有毒有害废物转变为低溶解性、 低迁移性及低毒性的物质的过程。稳定化 一般可分为化学稳定化和物理稳定化。化 学稳定化是通过化学反应是使有毒物质变 成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固 定不动；物理稳定化是将污泥或半固体物 质与一种疏松的物料(如粉煤灰)混合生成 一种粗颗粒、有土壤状坚实度的固体。
危险废物种类繁多，并非所有的危险废物 都适于固化处理。 固化技术最早是用来处理放射性污泥和蒸 发浓缩液的。 固化技术特别适用于含重金属的废物。
固化处理的基本要求
得到的产品应该是一种密实的、具有一定几何 形状和较好物理性质、化学性质稳定的固体； 2. 处理过程必须简单，应有有效措施减少有毒有 害物质的逸出； 3. 最终用产品的体积尽可能小于掺入的固体废物 的体积； 4. 残品中有害物质的水分或其他指定浸提剂所浸 析出的量不能超过容许水平或浸出毒性标准。
2.体积变化因数 体积变化因数 即固化处理前后危险废物的体积比。 也可以称为减容比、体积缩小因数、 体 积扩大因数。 3.抗压强度 抗压强度 避免出现破碎和散裂，从而增加暴露的表 面积和污染环境的可能性。
水泥固化技术
水泥是最常用的危险废物稳定剂。 水泥是建筑用胶凝材料,按化学组成可分 为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水 泥三大类。硅酸盐水泥是普遍常用的水泥, 又称波特兰水泥,铝酸盐水泥和硫铝酸盐 水泥是特种用途的水泥 。
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。
目前常用的固化/稳定化方法有: 水泥固化、石灰固化、塑性材料固化、有 机聚合物固化、自胶结固化、熔融（玻璃） 固化和陶瓷固化。
固化技术对不同危险废物的适应性
熔融固化技术
也可以成为玻璃化技术。 该技术是将待处理的危险废物与细小的玻 璃质，如玻璃屑、玻璃粉混合。经混合造 粒成型后，在1000~1100摄氏度高温熔融 下形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结 晶结构，确保固化体的永久稳定。 缺点是需要很高的能源消耗，优点是可以 得到高质量的建筑材料。
药剂稳定化
优缺点
热固性塑料包封法在过去曾是固化低水平 有机放射性废物（如放射性离子交换树脂） 的重要方法之一，同时也可用于稳定非蒸 发性的、液体状态的有机危险废物。 缺点是操作过程复杂，热固性材料本身价 格高昂，操作过程容易引起燃烧起火。
二 热塑性材料包容
主要有沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯等。 以沥青为例： 固化的工艺主要包括三个部分，固体废物 的预处理、废物与沥青的热混合以及二次 整齐的净化处理。
1.
பைடு நூலகம். 6.
处理费用低廉； 对于固化放射性废物产生的固化产品， 还应有较好的导热性和热稳定性。
固化产品性能的判定标准
1.浸出率 浸出率 测定各类废物固化体的抗浸出性能，预测其在长期贮存 条件下的安全性。选择聚乙烯或聚丙烯作为浸出容器材 料，以去离子水或合成海水作为浸出剂，将一定尺寸的 试验样品用尼龙丝悬挂于浸出容器中，在25±5℃； 40±2℃；70±2℃； 90±2℃ 的浸出温度下进行浸出 至在试验误差范围内浸出率实际恒定不变。一般从开始 试验的第1， 3， 7， 10， 14， 21， 28，35和42 天 后更换浸出剂，以后每一个月更换一次。然后对浸出液 （包括溶解的、悬浮的、沉积的和吸附的）进行分析， 从而确定固化体的类型或组成。
固化过程是一种利用添加剂改变废物的工 程特性（例如渗透性、可压缩性和强度等） 的过程。固化可以看作是一种特定的稳定 化过程，可以理解为稳定化的一个部分。 但从概念上是有区别的，无论是稳定化还 是固化，其目的都是减小废物的毒性和可 迁移性，同时改善被处理对象的工程特性。
固化途径
通常，危险废物固化/稳定化的途径是： 将污染物通过化学转变，引入到某种稳 定固体物质的晶格中去； 通过物理过程把污染物直接掺入到惰性 基材中去。
适用对象
以水泥为基本材料的固化技术最适用于无机类 型的废物，尤其是含有重金属污染物的废物。 由于水泥水泥所具有的高pH值，使得几乎所有 的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式 而被固定在固化体中。但是汞仍然要以物理封 闭的微包容形式与生态圈进行隔离，铅主要沉 积于水泥水化物颗粒的外表面，而铬则较为均 匀的分布于整个水化物的颗粒之中。