chapter04稳定化处理技术讲解
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• 吸附包括物理吸吸附。
• 吸附是一种表面过程，在废物处理中，大部分具有
大的活性表面的物质均可作为吸附剂使用。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
吸附的影响因素
• 吸附能力与吸附载体的表面积成正比。 • 当环境条件（pH值、环境温度、平衡时间等）
产生变化时，对吸附效果有明显的影响，甚至 会发生完全解吸。
被单位数量吸附剂所吸附的有害物质的量X/M与有害物 浓度C的关系可以用吸附等温线来表示。
常用的是Freundlich等温线经验模型如下，
式中：
X / M KC1f/ n
X：被吸附的污染物质量（mg）X=（Ci-Cf）×V； V：溶液的体积（L）； M：活性炭质量（mg）；
Ci：污染物在溶液中的初始浓度（mg/L）；
• 对于固化产物通常有强度和抗渗透性的要求，
强度越高，抗渗透性越好，水进入固化体内的 机会就越小，可以减轻有害物质的解吸和浸出 过程。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
活性炭吸附
• 活性炭属于具有很大内表面的多孔性物质。 • 活性炭对物质分子的吸附分四个阶段： • 在液相本体内的传输—边界膜传输—孔扩
Cf：污染物在溶液中的最终浓度（mg/L）；
K，n经验常数，须在实验室测定。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
例 等温常数的测定及应用 用100mL浓度为600mg/L的二甲苯溶液，用不同量的活性碳放置其中，
震荡48小时，将样品过滤后测定二甲苯的浓度。分析结果如下表。假 定采用活性碳吸附技术处理二甲苯废水，废水流量为10000L/d，二 甲苯浓度为600mg/L，要求出水浓度为10mg/L，计算活性炭的日用 量。
分子量 极性
分子量大的物质较易被吸附，当孔扩散作为控制步骤时， 对于一定类型的活性碳和有机物，分子量超过一定范围继 续增大，则会减小吸附率。
极性越小（即离子化程度越低），越易被吸附
碳氢饱和度 双碳键或三碳键（非饱和的）的有机物较单碳键有机化合 物易于被吸附
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
活性炭吸附等温线
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。 衡量固化处理效果的两项主要指标是固化体的浸出
散—物理吸附
• 扩散的速率随溶质浓度与温度的上升、pH值的
降低而上升。当孔扩散作为控制步骤时，溶质 分子量的增加和孔径的减少会降低整个过程的 速率。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
影响活性炭吸附的主要因素
因素 溶解度 分子结构
影响情况 难溶解于水的物质较易被吸附 带有支链结构的有机化合物比直链结构的易于被吸附
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稳定化/固化技术原理
包容原理
微包容技术 在微包容技术中，危险废物是以微观的形式被固化材 料的晶格点阵所包容。
即使是稳定材料已经降解为较小的颗粒状态，绝大部 分有害物质仍然被包容在封闭的空间之中。
固化材料粒子 危险废物粒子 强化材料
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
吸附概念 吸附是可溶性组分借助于与固体表面的接触 而从水中除去的过程。
率、抗压强度和增容比。
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浸出率是指固化体浸于水中或其他溶液中时，其中有害物质的进 出速度。
浸出率的数学表达式：
式中：
Rin=ar×M/(A0×F×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) ar ~浸出时间内浸出的有害物质的量，mg； M ~样品的质量，g；
A0~样品中含有的有害物质的量，mg； F ~样品暴露的表面积， cm2；
隔离层
有害物质
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稳定化/固化技术原理
包容原理
危险废物实际上是被包藏在稳定物质中的非连续空洞之 中。
由于稳定材料的降解，或是外在因素所施加的环境应力 导致的物理性破坏，都会使得在很长时间后，包藏于其 中的危险废物重新迁移出来。
影响因素：干-湿度的循环变化；动容的循环变化； 外界流体的渗入；物理负荷导致的应力等。
t ~浸出时间，d。
测量和评价固化体浸出率的目的：
①在实验室或不同的研究单位之间，通过固化体难溶性程度比较， 可以对固化方法及工艺条件进行比较、改进或选择；
②有助于预计各种类型固化体暴露在不同的环境时的性能，可用 以估计有毒危险废物的固化体在贮存或运输条件下与水接触所引 起的危险大小。
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，即
Ci=V2/V1
式中： Ci~增容比 V1~固化前有害废物的体积，m3； V2~固化体体积， m3。
增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的 一项重要指标。
抗压强度主要是用来评价固化体的抗破碎性， 减少固化体对环境的污染的可能性。
稳定化/固化技术原理
稳定化/固化技术原理
包容原理 吸附原理 氧化解毒原理 超临界流体原理
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稳定化/固化技术原理
包容原理
包容定义 包容一般是指物理包容，即将有害 物质包裹在具有一定强度和抗渗透 性的固化剂基材中，从而阻止水的 进入和有害物质的浸出，达到固定 的目的。
大型包容技术 大型包容技术是应用一个大型的不 透水的稳定材料，在废物外表面形 成一层隔离层，将废物整体包封起 来，从而使危险废物得以隔离。
固化处理方法可按原理分为包胶固化、自胶结固化、 玻璃固化和水玻璃固化。
包胶固化又可以分为水泥固化、石灰基固化、热塑 性材料固化和有机聚合物固化等。包胶固化适用于 多种类型的废物；
自胶结固化只适用于含有大量能成为胶结剂的废物； 玻璃和水玻璃固化一般只适用于极少量特毒废物的
处理。
6
对固化处理的基本要求
第四章 固体废物的稳定化/固 化技术
李彦明 liym@
1
4.1 固体废物固化
4.1.1 概述 4.1.2 包胶固化 4.1.3 自胶结固化 4.1.4 玻璃固化 4.1.5 水玻璃固化
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4.1.1 概述
废物固化是用物理-化学方法将有害废物固定或包封 在惰性基材中使其稳定化的一种过程。
• 吸附是一种表面过程，在废物处理中，大部分具有
大的活性表面的物质均可作为吸附剂使用。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
吸附的影响因素
• 吸附能力与吸附载体的表面积成正比。 • 当环境条件（pH值、环境温度、平衡时间等）
产生变化时，对吸附效果有明显的影响，甚至 会发生完全解吸。
被单位数量吸附剂所吸附的有害物质的量X/M与有害物 浓度C的关系可以用吸附等温线来表示。
常用的是Freundlich等温线经验模型如下，
式中：
X / M KC1f/ n
X：被吸附的污染物质量（mg）X=（Ci-Cf）×V； V：溶液的体积（L）； M：活性炭质量（mg）；
Ci：污染物在溶液中的初始浓度（mg/L）；
• 对于固化产物通常有强度和抗渗透性的要求，
强度越高，抗渗透性越好，水进入固化体内的 机会就越小，可以减轻有害物质的解吸和浸出 过程。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
活性炭吸附
• 活性炭属于具有很大内表面的多孔性物质。 • 活性炭对物质分子的吸附分四个阶段： • 在液相本体内的传输—边界膜传输—孔扩
Cf：污染物在溶液中的最终浓度（mg/L）；
K，n经验常数，须在实验室测定。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
例 等温常数的测定及应用 用100mL浓度为600mg/L的二甲苯溶液，用不同量的活性碳放置其中，
震荡48小时，将样品过滤后测定二甲苯的浓度。分析结果如下表。假 定采用活性碳吸附技术处理二甲苯废水，废水流量为10000L/d，二 甲苯浓度为600mg/L，要求出水浓度为10mg/L，计算活性炭的日用 量。
分子量 极性
分子量大的物质较易被吸附，当孔扩散作为控制步骤时， 对于一定类型的活性碳和有机物，分子量超过一定范围继 续增大，则会减小吸附率。
极性越小（即离子化程度越低），越易被吸附
碳氢饱和度 双碳键或三碳键（非饱和的）的有机物较单碳键有机化合 物易于被吸附
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
活性炭吸附等温线
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。 衡量固化处理效果的两项主要指标是固化体的浸出
散—物理吸附
• 扩散的速率随溶质浓度与温度的上升、pH值的
降低而上升。当孔扩散作为控制步骤时，溶质 分子量的增加和孔径的减少会降低整个过程的 速率。
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
影响活性炭吸附的主要因素
因素 溶解度 分子结构
影响情况 难溶解于水的物质较易被吸附 带有支链结构的有机化合物比直链结构的易于被吸附
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稳定化/固化技术原理
包容原理
微包容技术 在微包容技术中，危险废物是以微观的形式被固化材 料的晶格点阵所包容。
即使是稳定材料已经降解为较小的颗粒状态，绝大部 分有害物质仍然被包容在封闭的空间之中。
固化材料粒子 危险废物粒子 强化材料
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稳定化/固化技术原理
吸附原理
吸附概念 吸附是可溶性组分借助于与固体表面的接触 而从水中除去的过程。
率、抗压强度和增容比。
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浸出率是指固化体浸于水中或其他溶液中时，其中有害物质的进 出速度。
浸出率的数学表达式：
式中：
Rin=ar×M/(A0×F×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) ar ~浸出时间内浸出的有害物质的量，mg； M ~样品的质量，g；
A0~样品中含有的有害物质的量，mg； F ~样品暴露的表面积， cm2；
隔离层
有害物质
11
稳定化/固化技术原理
包容原理
危险废物实际上是被包藏在稳定物质中的非连续空洞之 中。
由于稳定材料的降解，或是外在因素所施加的环境应力 导致的物理性破坏，都会使得在很长时间后，包藏于其 中的危险废物重新迁移出来。
影响因素：干-湿度的循环变化；动容的循环变化； 外界流体的渗入；物理负荷导致的应力等。
t ~浸出时间，d。
测量和评价固化体浸出率的目的：
①在实验室或不同的研究单位之间，通过固化体难溶性程度比较， 可以对固化方法及工艺条件进行比较、改进或选择；
②有助于预计各种类型固化体暴露在不同的环境时的性能，可用 以估计有毒危险废物的固化体在贮存或运输条件下与水接触所引 起的危险大小。
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，即
Ci=V2/V1
式中： Ci~增容比 V1~固化前有害废物的体积，m3； V2~固化体体积， m3。
增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的 一项重要指标。
抗压强度主要是用来评价固化体的抗破碎性， 减少固化体对环境的污染的可能性。
稳定化/固化技术原理
稳定化/固化技术原理
包容原理 吸附原理 氧化解毒原理 超临界流体原理
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稳定化/固化技术原理
包容原理
包容定义 包容一般是指物理包容，即将有害 物质包裹在具有一定强度和抗渗透 性的固化剂基材中，从而阻止水的 进入和有害物质的浸出，达到固定 的目的。
大型包容技术 大型包容技术是应用一个大型的不 透水的稳定材料，在废物外表面形 成一层隔离层，将废物整体包封起 来，从而使危险废物得以隔离。
固化处理方法可按原理分为包胶固化、自胶结固化、 玻璃固化和水玻璃固化。
包胶固化又可以分为水泥固化、石灰基固化、热塑 性材料固化和有机聚合物固化等。包胶固化适用于 多种类型的废物；
自胶结固化只适用于含有大量能成为胶结剂的废物； 玻璃和水玻璃固化一般只适用于极少量特毒废物的
处理。
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对固化处理的基本要求
第四章 固体废物的稳定化/固 化技术
李彦明 liym@
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4.1 固体废物固化
4.1.1 概述 4.1.2 包胶固化 4.1.3 自胶结固化 4.1.4 玻璃固化 4.1.5 水玻璃固化
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4.1.1 概述
废物固化是用物理-化学方法将有害废物固定或包封 在惰性基材中使其稳定化的一种过程。