第五章固体废物的固化和稳定化

沥青的性质
具有粘结性、化学稳定性，弹性，塑性； 具有对大多数酸、碱、盐的耐腐蚀性和一定 的抗辐射性。
应用范围
中、低放射性蒸发残液； 化学法处理废水的沉渣； 焚烧灰分。
基本方法
高温熔化混合蒸发 暂时乳化法 化学乳化法（自学）
高温熔化混合蒸发法 （High temperature melting-vaporization method）
（1）水泥
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。
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。
沥青固化主要影响因素
影响固化体浸出率的因素
沥青的种类：直馏沥青效果较好； 废物量、化学组成及混合状况：废物量与沥青 的重量比以1-2为宜； 残余水分：残余水分越高，浸出率越高，应控 制在10%以内，最好是0.5%以内。
影响固化体化学稳定性的因素
硝酸盐和亚硝酸盐能降低沥青的燃点； 能与沥青发生化学反应的物质也能降低沥青的 稳定性。
（2）添加剂 作用
改善固化条件（如早强剂），提高固化体的质 量（如减水剂）。
添加剂种类
吸附剂（活性氧化铝等）：吸附污泥中的有害 组分。 缓凝剂（柠檬酸等）：获得一定的操作时间。 促凝剂（水玻璃等）：提高早期强度。 减水剂（Na2SO4等）：降低水灰比，提高强 度。
（3）水泥固化工艺 ） 有害固体废物、水泥、添加剂+水 搅拌混合 搅拌混合→ 有害固体废物、水泥、添加剂 水→搅拌混合 养护→水泥固化体 水泥固化体。 养护 水泥固化体。 要求： 要求： ①pH >8； ； 水灰比在1： 左右 左右； ②水灰比在 ：2左右； 水泥与废物比：由实验确定。 ③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 ④凝固时间：初凝时间 ，终凝时间在48h以 以 内； 选择适当的添加剂； ⑤选择适当的添加剂； ⑥养护条件：室温、相对湿度80%、28天； 养护条件：室温、相对湿度 、 天 固化产物性能：抗压强度、浸出性等。 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； 混合方法：外部搅拌混合法；筒内混合法；注入 法
优点：
技术成熟； 简单（工艺和设备及操作）； 费用低。
缺点
浸出率高（空隙率高所至）； 增容比高（1.5～2）； 有时需预处理（当含腐蚀性物质时），增加费用； 铵离子易溢出（碱性反应）； 不适合于化学泥渣（胶状物、排料困难，但可采用 加锯末解决）。
5.2.2沥青固化－概述
概念
将污泥与沥青混合，通过加热、蒸发实现固 化的方法
产品要求基本原则
(1)所得到的产品应该是一种密实的、具有一定几何 所得到的产品应该是一种密实的、 所得到的产品应该是一种密实的 形状和较好物理性质、化学性质稳定的固体； 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 处理过程必须简单， 处理过程必须简单 物质的逸出，避免工作场所和环境的污染； 物质的逸出，避免工作场所和环境的污染； (3)最终产品的体积尽可能小于掺入的固体废物的体 最终产品的体积尽可能小于掺入的固体废物的体 积； (4)产品中有毒有害物质的水分或其他指定浸提剂所 产品中有毒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 或浸出毒性标准)； 浸析出的量不能超过容许水平 或浸出毒性标准 ；
主要步骤
将污泥、沥青与表面活性剂混合成乳浆状； 处理中等放射性污泥时，可采用20%活性成分（1/3烷 基磺酸钠和2/3的烷基苯磺酸钠）的阴离子表面活性剂； 用量为与干污泥之比约6：1000； 处理高放射性污泥时，可采用90%活性成分（主要为 椰子壳中的氨基丙酮）的阴离子表面活性剂；用量为 与干污泥之比约5：100； 先经过滤除去大部分水分； 再升温干燥，进一步脱水。
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℃； 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。源自文库
基本概念
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。 动固体或形成紧密固体的过程。结构完整的整块 密实固体，方便运输。 密实固体，方便运输。 稳定化：将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁 将有毒有害污染物转变为低溶解性、 移性及低毒性的物质的过程。 移性及低毒性的物质的过程。 化学稳定化——不活性化合物，固定于晶格中 不活性化合物， 化学稳定化 不活性化合物 物理稳定化——粗颗粒 粗颗粒、 物理稳定化——粗颗粒、有土壤状坚实度固体 实际操作中，这两种过程是同时发生的。 实际操作中，这两种过程是同时发生的。 固定化：具有固化和稳定化作用的过程。 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。 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 用稳定剂/固化剂凝聚 固化剂凝聚， 废物颗粒包容或覆盖的过程
水泥固化法的应用
电镀干污泥的水泥固化
干污泥 ‫ ׃‬水泥 ‫ ׃‬水＝（1～2） ‫）01～6（׃ 02 ׃‬ 强度可达：10～20Mpa 浸出率：Hg<0.0002 mg/L Cd<0.02 mg/L Pb<0.002 mg/L Cr6+<0.02 mg/L As<0.01 mg/L
水泥固化法的特点
(5)处理费用低廉。 处理费用低廉。 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 对于固化放射性废物产生的固化产品， 对于固化放射性废物产生的固化产品 较好的导热性和热稳定性 导热性和热稳定性， 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， 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， 避免产生自熔化现象，同时还要求产品具有较好 耐辐照稳定性。 的耐辐照稳定性。 实际： 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。 满足这些要求。 若其综合比较效果尚优， 若其综合比较效果尚优，在实际中就可得到应用 和发展。 和发展。
概念：以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一 种处理方法。 原理：
水泥是一种无机胶凝材料，是以水化反应的形式凝固 并逐步硬化的，包括两种作用： 凝胶包容(Gel encapsulation)：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(ionic precipitation)：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）。
5.2固化技术
固化有两种方式，其机理也不尽相同： 将有害废物通过化学转变或引入到某种晶 格中达到稳定化。 将有害废物用惰性材料加以包容使之与环 境隔离。
根据上述基本原理，固化处理方法可划分为四类 四类： 包胶固化（又称凝结固化）
按固化剂：a.水泥固化；b.沥青固化；c.石灰固化；c. 塑料固化 按包胶结构： a.宏观包胶：将有害废物包裹在包胶体内，使其与 环境隔离。 b.微囊包胶：用包胶材料包覆废物的微粒。
特点
增容比低，浓缩系数大 固化体致密度高，有害物质的浸出率低，一 般比水泥固化体低2～3个数量级。 快速硬化：冷却后即固化（水泥需养护，28 天后为最终强度）。 导热系数低，水分蒸发慢，处理时间长（需 加温，搅拌)。 控制温度（加热过高造成可燃），运输，贮 存要有防火措施。
5.2.3石灰固化－概述
自胶结固化：适用于含有大量能成为胶凝剂的废 物，（如：排烟脱硫石膏） 玻璃固化： 将污泥与玻璃原料一起烧制成玻璃。 水玻璃固化：利用水玻璃加酸后的硬化等性能将 有害废物结合，包容及吸附而固化。
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）
5.2.1水泥固化
第五章固体废物的固 化和稳定化
5.1概述
1. 目的：是使危险废物中的所有污染组分呈现化学 目的： 惰性或被包容起来，减小废物的毒性和可迁移性， 惰性或被包容起来，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，以便运输、 同时改善被处理对象的工程性质，以便运输、利 用和处置。 用和处置。 2. 途径： 途径： 将污染物通过化学转变， ①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； 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。 ②通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中去。
b.增容比(Enlargement ratio)
定义 指固化体体积与被固化有害废物体积的比值。 表达式
V2 Ci = V1
式中： V2－固化体体积，m3； V1－固化前有害废物的体积，m3； Ci—增容比，也是应越低越好。
c.抗压强度
抗压强度： 抗压强度：避免破碎和散裂 一般的危险废物0.1～ 便可； 一般的危险废物 ～0.5MPa便可；如用作 便可 建筑材料，应大于l0MPa。 建筑材料，应大于 。 放射性废物，其固化产品的抗压强度， 放射性废物，其固化产品的抗压强度，前苏 联要求＞ 联要求＞5MPa，英国要求达到 ，英国要求达到20MPa
（3）特点 ） 使用的添加剂本身是废物，来源广，成本低； 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； 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； 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。 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；固化体强度较低； 缺点：石灰固化体的增容比较大；固化体强度较低；固化体容 易受酸性介质浸蚀，需对固化体表面进行涂覆。 易受酸性介质浸蚀，需对固化体表面进行涂覆。
固化处理效果的评价指标 浸出率 增容比 抗压强度
a.浸出率 浸出率(leaching rate) 浸出率
定义 指固化体内的有害物质在水或溶液中的浸出 速度。 a r / A0 Rin = (g/d • cm 2 ) 表达式 ( F / M )t 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;
（1）原理 ） 以石灰为固化剂，以粉煤灰、水泥窑灰为添加剂， 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氧化铝和二氧化硅与 石灰、水反应→坚硬物质 坚硬物质， 的方法。 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、 适用于固化钢铁、机械的酸洗工序所排放的废液和废 电镀污泥、烟道脱硫废渣、石油冶炼污泥等。 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。 固化体养护后可作为路基材料或砂坑填充物。
工艺流程图 工艺流程说明
在沥青贮槽通入蒸气加热，使沥青成熔融状态； 在搅拌槽中进一步加热至220℃，并高速搅拌（1500～ 3000转／分）； 在高温和高搅拌速度的条件下，污泥中的水分蒸发； 排入容器，冷却后固化； 蒸发气体经冷凝器冷却，冷凝液体再经处理排放，废 气经静电除尘，木炭过滤，烟囱排放。
暂时乳化法