4固体废物处理与处置-固体废物的固化与化学处理

4.3.5 离子交换法 •3
固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理
4.1 概 述
固化技术首先是从处理放射性固体废弃物发展起 来的。近年来，其技术有较大的发展。
目前，固化技术已应用于处理多种有毒有害废物， 如电镀废渣、砷渣、汞渣、氰渣、铬渣等。
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理
4.1 概述
4.1.1 固化处理的机理
内
4.1.2 固化处理的基本要求
4.2 固化处理的方法
容
4.2.1 水泥固化 4.2.2 石灰固化
4.2.3 塑性材料固化
提
4.2.4 自胶结固化 4.2.5 玻璃固化
要
4.3 固体废物的化学处理
4.3.1 中和法
4.3.2 氧化还原法
4.3.3 沉淀法
4.3.4 吸附法
3. 抗压强度
贮桶——0.1~0.5Mpa；建材——＞10Mpa
•为能安全贮存，固化体必须具有起码的抗压强度，否则会出现裂缝，从 而增强暴露的表面肌和污染环境的可能性。
•对于一般的危险废物，经固化处理后得到的固化体，如进行处置，对其 抗压强度的要求较低，控制在0.1到0.5MPa
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理
水泥固化影响因素
pH 过高，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
投加促凝剂、缓凝剂
来控制凝结时间，一般 凝
初凝时间>2h,终凝<4h， 保证混料后有足够时间
Leabharlann Baidu固化剂
固化常用的惰性材料：
①水泥、沥青、塑料、石灰（凝结固化） ②硅酸钠（水玻璃）、粘土（玻璃化固化）
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4.1.2 固化处理的基本要求
① 有害废物经过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 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
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理 固化机理
水泥的水化产物 3 CaO·SiO3, （硅酸三钙）水化结晶体 内包进了污泥微粒，使得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。
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固化材料
固体废物、水泥、水、添加剂
水泥简介
水泥的种类 硅酸盐水泥：以石灰、粘土为主要原料的水泥（又叫波特兰水泥） 矿渣水泥：加入了一定量的高炉淬渣（火山灰质） 粉煤灰水泥：加入了一定量的粉煤灰（火山灰质） 高铝水泥：加入了一定量的高铝原料，如铝土。
水泥主要成分：硅酸钙，铝、硅、铁、钙的氧化物
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③水泥与废物比：由实验确定； 在被处理的有害物质中往往含有 妨碍水合反应的物质，为不影响固化物的强度，可适当加大水泥 配比。 ④凝固时间：必须控制初凝和终凝时间，一般初凝时间>2h，终凝 时间在4h以内；依据具体情况选择适当的缓凝剂、促凝剂、减水 剂加以控制。 ⑤选择适当的添加剂：促凝剂、缓凝剂、减凝剂、吸附剂、乳化 剂，由实验确定。 ⑥养护条件：在室温进行、相对湿度80%、养护时间28天。 ⑦固化产物性能：产品的机械强度、抗浸出性。 调节废物-水泥-添加剂-水的配比控制。
>5MPa, 英国>20MPa
体积变化因数
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固化处理的基本步骤
（1）废物预处理 对收集到的固体废物必须进行预处理，如分选、干燥、中和、破坏 氛化物等物理的和化学的处理过程，因为废物中所含的许多化合物 都会干扰固化过程。例如用水泥为固化剂时，锰、锡、铜、铝的可 溶性盐类会延长凝固时间并降低固化体的物理强度。过量的水也会 阻碍固化过程，含酸性物质过多则会使固化剂用量增加等。
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⑤ 处理费用低廉 ⑥ 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, ，以便用适当的冷却方法就可以防止放射性衰变热使固化 体温度升高，避免产生自熔化现象，同时还要求产品具有较好的耐 辐照稳定性。
实际：没有一种固化稳定化方法和产品可以完全满足这些要求。 若其综合比较效果尚优，在实际中就可得到应用和发展。
最适宜对象
含重金属离子的的污泥，对含高毒重金属废物的处理特别有效
在固化过程中，由于水泥具有较高的pH值，使 得污泥中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，从而可有效地防止 重金属的浸出。
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在实际应用中，固化处理可以划分为两个既相互关联 又相互区别的稳定化技术和固化技术。
固化剂 ——固化过程所用的惰性材料。 固化体 ——有害废物经过固化处理所形成的固化产物。 稳定化 ——利用化学添加剂等技术手段，改变废物中有毒有害组分的赋
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4.2.1 水泥固化
一、水泥固化的基本理论 二、水泥固化的工艺流程 三、水泥固化的混合方法 四、水泥固化法的应用 五、水泥固化法的特点
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一、水泥固化基本理论
水泥固化原理
水泥固化：是以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种处理方法。
存状态或化学组成形式，以降低毒性、溶解性和迁移性的过程。
固定化 ——具有固化和稳定化作用的过程。
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。
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4.1.1 固化处理的机理
废物固化处理技术
针对固体废物的有害物质和放射性物质的无害化处理 废物固化是利用物理或化学方法将有害废物与能聚结成固体的 某些惰性基质混合，从而使固体废物固定或包容在惰性固体基质中， 使之具有化学稳定性或密封性的一种无害化处理技术。
固化途径
①通过化学转变，将污染物引入到某种稳定固体物质的晶格中去； ②通过物理过程，把污染成分直接掺入到惰性基材进行包封。
水泥是一种无机胶凝结剂，经水化反应可形成坚硬的水泥块，能将砂石 等添加料牢固地凝结在一起。
水泥固化有害废物利用了水泥的无机胶凝性质，废物被掺入水泥的 基质中，水泥与废物中的水分或另外添加的水分，发生水化反应后生成 凝胶，将有害污泥微粒分别包容，并逐步硬化形成水泥固化体。
包括两种作用：
•凝胶包容：水泥与污泥中的水发生水化反应，生成的凝胶将污泥中 的固态物质包容（污泥中的固态物成为水化物的骨料从而被水泥凝胶 包容）。 •离子沉淀：水泥是一种碱性物质，污泥中的重金属离子与水泥中的 OH－反应生成难溶于水的沉淀（重金属离子以其稳定的化合物形式存 在于水泥制品中）。
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固化技术应用
危险废物处理，使其满足安全处置工程与技术要求。 其它处理过程的残渣、电镀废水处理产生的污泥，以及其它工业废渣
固化/稳定化处理以防止其无控堆放造成环境污染。 土壤去污，特别是当大面积土壤受到有机或无机有毒有害污染物污染
三、水泥固化法的混合方法
•混合方法：外部搅拌混合法；筒内混合法；注入法
外部混合法 将废物、水泥、添加剂和水在单独的混合器中进行混合，经过
（2）加入填充剂及固化剂 其用量一般根据实验结果来确定。
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（3）混合和凝硬 将废物和固化剂在混合设备中均匀混合，然后送到硬化池或处置场 地中放置一段时间，使之凝硬完成硬化过程。 （4）固化体的处理 根据所处理废物的特性将固化体填埋或加以利用（如做建筑材料）。
用作固化剂的水泥有：
普通硅酸盐\矿渣硅酸盐\火山灰硅酸盐水泥 硅酸盐水泥是由石灰石和粘土混合物或其它含硅、铝，铁的氧化物在 约14500C的高温下煅烧，再经磨细制得。
•用于固化处理的水泥主要有：
•硅酸盐水泥：适用于腐蚀性不强的污泥（因硅酸盐水泥易于和 污泥中的油类，有机酸，金属氧化物反应损害硬化过程）。 •矿渣水泥： 具有抗硫酸盐和抗化学腐蚀性。 •粉煤灰水泥：抗硫酸盐。
无机添加剂：蛭石、沸石、多种粘土矿物、水玻璃、无机缓凝剂、无
机速凝剂和骨料等
有机添加剂：硬脂肪酸丁酯、δ-糖酸丙酯、柠檬酸
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二、水泥固化工艺
•将有害固体废物、水泥、添加剂+水→搅拌混合→养护→水 泥固化体。 固化工艺的配方是根据水泥的种类、处理要求以及废物的处 理要求制定的。
具备一定的性能：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）。
浸出速率
CR

V1 V2
评价指标
抗压强度
装桶贮存:0.1～0.5MPa
作填埋处理：>50kPa 作建筑填土：>100kPa 作建筑材料：>10MPa 放射性固化体：前苏联
第四章 固体废物的固化 与化学处理
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本章重点 【概念】固化 稳定化 浸出率 增容比 浸出速率
【方法原理】 固化处理方法的原理及优缺点 石灰固化和热塑性材料固化的原理及特点 玻璃固化的原理应用及特点 化学处理的方法
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理
评价固化处理效果的主要指标
1. 固化体的浸出速率
式中：
ar－浸出时间内出的有害物质的量，mg； A0－样品中含有的有害物质的量，mg F－样品的表面积，cm2；
M－样品的质量，g； t－浸出时间，d;
浸出率——g/d.cm2
•浸出率：是指固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有毒（害）物质的浸 出速度。通过测量和评价固体化侵出率： （1）可以对固化方法及工艺条件进行比较、改进或选择 （2）可以预计各种类型固体化暴露在不同环境时性能，估计有毒危险废物 的固体化在贮存或运输条件下与水接触所引起的危险大小
•固化操作重要严格控制以下几个条件：
①pH 值 >8，因为大部分金属离子的溶解度与pH值有关，对于金 属离子的固定， pH值有显著的影响； ②水灰比在1：2左右，水泥具有良好的和易性，过大，易侵水； 水分过小，则无法保证水泥的充分水合作用；水分过大，则会出 现泌水现象，影响固化块的强度。
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固 时
输送、装桶或浇注
间
pH
固化 效果
添加剂
水、水泥和废物的量
配 比，水分过少，不能保 料 证水泥的充分水合作用； 比 水分过大，出现泌水现
象
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。蛭石也是骨料
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的固化与化学处理
2. 增容比(即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比)
Ci

V2 V1
固化体体积 固化前有害废物的体积
•它是鉴别处理方法好坏和衡量最终成本的一项重要指标，其大小取决于能
掺入固体化中的盐量和可接受的有毒有害物质的水平
•对于放射性物质，Ci还受辐射稳定性和热稳定性的限制
时，对其稳定处理以恢复土壤功能。
固化处理的目的
在于改变废物的工程特性，即增加废物的机械强度，减少废物的 可压缩性和渗透性，以便于废物的运输、处置和利用，降低废物对环 境与健康的风险。
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4.2 固化处理的方法
4.2.1 水泥固化 4.2.2 石灰固化 4.2.3 塑性材料固化 4.2.4 自胶结固化 4.2.5 玻璃固化