固体废物处理与资源化第四章 危险废物安全填埋场
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– 普通硅酸盐水泥 – 矿渣硅酸盐水泥 – 矾土水泥 – 沸石水泥等
添加剂
• 作用：改善固化条件，提高固化体的质量。 • 常用的添加剂有：
– 吸附剂 活性氧化铝、粘土、蛭石等 – 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 – 减水剂 表面活性剂等
水泥固化的特点
• 优点：
固化技术的应用
• 最早用来处理放射性废物 • 最近二十年得到迅速发展，被广泛应用于 处理电镀污泥、铬渣、汞渣、砷渣、氰渣 和镉渣等。 • 特别适合处理含重金属废物
四、固化技术
• 按固化剂分为：
– 1.水泥固化 – 2.沥青固化 – 3.塑料固化 – 4.玻璃固化 – 5.其他固化方法
• 各种固化方法的比较
增容比
• 定义：固化体体积与被固化有害废物体积 的比值，即
– 是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重 要指标。
V2 c V1
三、固化技术的基本要求和应用
• 固化处理的基本要求 • 固化技术的应用
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，如作建筑材料和路基材料等； • 固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低； • 固化工艺过程简单、便于操作 • 固化剂来源丰富，价廉易得 • 处理费用低
2CaO· Si02+ xH2O→2CaO·Si02· xH2O
→CaO·Si02· mH20+Ca(OH)2
2(2CaO· Si02)+H2O→3CaO·2Si02· yH2O+Ca(OH)2
→2(CaO·Si02· mH2O)+2Ca(OH)2
(3)铝酸三钙的水合反应
3CaO· A1203+xH2O→3CaO·A1203· xH20
1. 水泥固化
• • • • 原理 水泥固化剂与添加剂 水泥固化的特点 水泥固化的应用
原理
• 以水泥为固化剂，通过水泥的水化反应而将 有害废物包容在水泥固化体中，达到稳定化。 • 处理重金属废物时，兼有物理包容和化学反 应作用
水泥的水化反应
• 以普通硅酸盐水泥为例：
–(1)硅酸三钙的水合反应 –(2)硅酸二钙的水合反应 –(3)铝酸三钙的水合反应 –(4)铝酸四钙的水合反应
(1)硅酸三钙的水合反应
3CaO· Si02+xH2O→2CaO· Si02· yH20+Ca(OH)2 →CaO·Si02· mH20+2Ca(OH)2
2(3CaO· Si02)+xH2O→3CaO·2Si02· yH20+3Ca(O
H)2
→2(CaO·Si02· mH2O)+4Ca(OH)2
(2)硅酸二钙的水合反应
如有氢氧化钙[Ca(OH)2]存在，则变为：
3CaO· A1203+xH2O+Ca(OH)2→4CaO·A1203· mH2O
(4)铝酸四钙的水合反应
4CaO· A1203+ xH2O+Fe2O3→3CaO·A1203· mH2O+
CaO· Fe203· nH2O
水泥固化剂与添加剂
• 水泥固化剂：
– 设备和工艺过程简单，设备投资、动力消耗和 运行费用都比较低； – 价廉易得； – 对含水率较高的废物可直接固化； – 操作常温下即可进行； – 对放射性废物的固化容易实现安全运输和自动 化控制等。
• 缺点：
– 水泥固化体的浸出率较高，由于它的空隙率较 高所致，需作涂覆处理； – 增容比较高，达1.5～2； – 有的需进行预处理和投加添加剂，使处理费用 增高； – 水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出； – 处理化学泥渣时，由于生成胶状物，使混合器 的排料较困难，需加入适量锯末。
2. 沥青固化
• • • • 原理 沥青固化剂 沥青固化的基本方法 影响沥青固化体性质的因素
原理
• 沥青固化：是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。 • 一般用于处理中、低放射水平的蒸发残液、 废水化学处理的污泥、焚烧炉灰渣、塑料 废物、电镀污泥和砷渣等。
– 物理稳定化：是将固体废物与一种疏松物料（如粉煤灰）混合生成 一种粗颗粒、有土壤状坚实度的固体，这种固体可以用运输机械送 至处置场 – 化学稳定化：通过化学反应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
• 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 对象的工程性质。
水泥固化技术的应用
• 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。
– 水泥高pH值，形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐 形式。 – 某些重金属也可固定在水泥基体的晶格中。
• 研究指出，铅、铬、铜、锌、锡、镉均可 得到很好的固定。
电镀污泥固化处理
• 固化材料为425＃普通硅酸盐水泥，水/水泥 质量比为0.47-0.88，水泥／废物质量比 0.67-4.00，固化体的抗压强度可以达到630MPa。固化体的浸出试验结果说明， Pb2+、Cd2+、Cr6+的浸出浓度都远低于相应 的浸出毒性鉴别标准。
第二节 固体废物的固化处理
• • • • 一、固化机理 二、衡量固化处理效果的指标 三、固化技术的基本要求和应用 四、固化技术
一、固化机理
• 有的是将有害废物通过化学转变或引入某 种稳定的晶格中 • 有的是将有害废物用惰性材料加以包容 • 有的兼有上述两种过程
• 固化剂：固化所用的添加剂 • 固化体：有害废物经过固化处理所形成的 固化产物
第四章 危险废物安全填埋场
固体废物的固化\稳定化处理
主要内容
• 第一节 概述 • 第二节 固体废物的固化处理 • 第三节 固体废物的稳定化处理
第一节 概述
• 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：将有毒有害污染物→低溶解性、低迁移 性及低毒性的物质的过程。分为：
二、衡量固化处理效果的指标
• 浸出率 • 增容比
Hale Waihona Puke Baidu
浸出率
• 浸出率：固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有 害物质的浸出速度。 a r A0 Rin F M t
式中： cm2)； Rin—标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，g/(d· ar —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。
添加剂
• 作用：改善固化条件，提高固化体的质量。 • 常用的添加剂有：
– 吸附剂 活性氧化铝、粘土、蛭石等 – 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 – 减水剂 表面活性剂等
水泥固化的特点
• 优点：
固化技术的应用
• 最早用来处理放射性废物 • 最近二十年得到迅速发展，被广泛应用于 处理电镀污泥、铬渣、汞渣、砷渣、氰渣 和镉渣等。 • 特别适合处理含重金属废物
四、固化技术
• 按固化剂分为：
– 1.水泥固化 – 2.沥青固化 – 3.塑料固化 – 4.玻璃固化 – 5.其他固化方法
• 各种固化方法的比较
增容比
• 定义：固化体体积与被固化有害废物体积 的比值，即
– 是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重 要指标。
V2 c V1
三、固化技术的基本要求和应用
• 固化处理的基本要求 • 固化技术的应用
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，如作建筑材料和路基材料等； • 固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低； • 固化工艺过程简单、便于操作 • 固化剂来源丰富，价廉易得 • 处理费用低
2CaO· Si02+ xH2O→2CaO·Si02· xH2O
→CaO·Si02· mH20+Ca(OH)2
2(2CaO· Si02)+H2O→3CaO·2Si02· yH2O+Ca(OH)2
→2(CaO·Si02· mH2O)+2Ca(OH)2
(3)铝酸三钙的水合反应
3CaO· A1203+xH2O→3CaO·A1203· xH20
1. 水泥固化
• • • • 原理 水泥固化剂与添加剂 水泥固化的特点 水泥固化的应用
原理
• 以水泥为固化剂，通过水泥的水化反应而将 有害废物包容在水泥固化体中，达到稳定化。 • 处理重金属废物时，兼有物理包容和化学反 应作用
水泥的水化反应
• 以普通硅酸盐水泥为例：
–(1)硅酸三钙的水合反应 –(2)硅酸二钙的水合反应 –(3)铝酸三钙的水合反应 –(4)铝酸四钙的水合反应
(1)硅酸三钙的水合反应
3CaO· Si02+xH2O→2CaO· Si02· yH20+Ca(OH)2 →CaO·Si02· mH20+2Ca(OH)2
2(3CaO· Si02)+xH2O→3CaO·2Si02· yH20+3Ca(O
H)2
→2(CaO·Si02· mH2O)+4Ca(OH)2
(2)硅酸二钙的水合反应
如有氢氧化钙[Ca(OH)2]存在，则变为：
3CaO· A1203+xH2O+Ca(OH)2→4CaO·A1203· mH2O
(4)铝酸四钙的水合反应
4CaO· A1203+ xH2O+Fe2O3→3CaO·A1203· mH2O+
CaO· Fe203· nH2O
水泥固化剂与添加剂
• 水泥固化剂：
– 设备和工艺过程简单，设备投资、动力消耗和 运行费用都比较低； – 价廉易得； – 对含水率较高的废物可直接固化； – 操作常温下即可进行； – 对放射性废物的固化容易实现安全运输和自动 化控制等。
• 缺点：
– 水泥固化体的浸出率较高，由于它的空隙率较 高所致，需作涂覆处理； – 增容比较高，达1.5～2； – 有的需进行预处理和投加添加剂，使处理费用 增高； – 水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出； – 处理化学泥渣时，由于生成胶状物，使混合器 的排料较困难，需加入适量锯末。
2. 沥青固化
• • • • 原理 沥青固化剂 沥青固化的基本方法 影响沥青固化体性质的因素
原理
• 沥青固化：是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。 • 一般用于处理中、低放射水平的蒸发残液、 废水化学处理的污泥、焚烧炉灰渣、塑料 废物、电镀污泥和砷渣等。
– 物理稳定化：是将固体废物与一种疏松物料（如粉煤灰）混合生成 一种粗颗粒、有土壤状坚实度的固体，这种固体可以用运输机械送 至处置场 – 化学稳定化：通过化学反应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
• 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 对象的工程性质。
水泥固化技术的应用
• 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。
– 水泥高pH值，形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐 形式。 – 某些重金属也可固定在水泥基体的晶格中。
• 研究指出，铅、铬、铜、锌、锡、镉均可 得到很好的固定。
电镀污泥固化处理
• 固化材料为425＃普通硅酸盐水泥，水/水泥 质量比为0.47-0.88，水泥／废物质量比 0.67-4.00，固化体的抗压强度可以达到630MPa。固化体的浸出试验结果说明， Pb2+、Cd2+、Cr6+的浸出浓度都远低于相应 的浸出毒性鉴别标准。
第二节 固体废物的固化处理
• • • • 一、固化机理 二、衡量固化处理效果的指标 三、固化技术的基本要求和应用 四、固化技术
一、固化机理
• 有的是将有害废物通过化学转变或引入某 种稳定的晶格中 • 有的是将有害废物用惰性材料加以包容 • 有的兼有上述两种过程
• 固化剂：固化所用的添加剂 • 固化体：有害废物经过固化处理所形成的 固化产物
第四章 危险废物安全填埋场
固体废物的固化\稳定化处理
主要内容
• 第一节 概述 • 第二节 固体废物的固化处理 • 第三节 固体废物的稳定化处理
第一节 概述
• 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：将有毒有害污染物→低溶解性、低迁移 性及低毒性的物质的过程。分为：
二、衡量固化处理效果的指标
• 浸出率 • 增容比
Hale Waihona Puke Baidu
浸出率
• 浸出率：固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有 害物质的浸出速度。 a r A0 Rin F M t
式中： cm2)； Rin—标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，g/(d· ar —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。