固体废物固化(物化)与稳定化处理

➢ 水泥固化工艺也较多地被应用于处理垃圾焚烧厂产生的焚烧 飞灰这种危险废物
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化法的特点
优点：
① 设备和工艺过程简单，无需特殊的设备，设备投资、动力消耗和运行
费用都比较低；
② 水泥和添加剂价廉易得；
③ 对含水率较低的废物可直接固化，无需前处理；
固
化
的
基
常温
本
方
法
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
沥青固化体的性质及其影响因素
沥青固化体的主要性能指标： ① 水中的浸出率 ② 辐照稳定性 ③ 化学稳定性
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
（一）影响沥青固化体浸出率的因素
1．沥青的种类
用不同类型的沥青所得固化体的浸出率不同，实验表明，采用直馏沥 青效果较好。较软的沥青比较硬的沥青所得固化体浸出率低。
低废物对环境与健康的风险。
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
4.2 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、水泥固化法的应用 四、水泥固化法的特点
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化基本理论
水泥固化原理
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。
➢固定化 ——具有固化和稳定化作用的过程。 ➢限定化 、包容化
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
➢固化处理的基本要求 ① 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 ⑤ 处理费用低
投加促凝剂、缓凝剂
来控制凝结时间，一般 凝
初保证凝混时料间后>2有h,终足凝够>时24间h，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
沥青固化的基本方法
• 高温熔化混合蒸发法 • 暂时乳化法 • 化学乳化法
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
• 高温熔化混合蒸发法
沥
青
固
化
的
基 本
150~230℃
方
法
中放射水 平废水浓
缩液
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
• 暂时乳化法
• 混合脱水干燥
m0—— 样品中原有的有害物质的量，g
Ae—— 样品暴露的表面积，cm2
V —— 样品的体积，cm3
浸出率——g/cm2.d
tn—— 第n个浸提剂更换期的时间，d
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)
CiR

V2 V1
固化体体积 固化前有害废物的体积
3. 抗压强度
贮桶——0.1~0.5Mpa；建材——＞10Mpa
沥青固化概述
• 定义：沥青固化是以沥青为固化剂，与有害废物在一定的温度、配比、
碱度和搅拌作用下发生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中，形成 稳定固化体的过程。
• 沥青的特性：
① 沥青具有良好的粘结性、憎水性 ② 化学稳定性
石油分馏的残渣，其 化学成分包括沥青 质、油分、游离碳、
③ 一定的弹性和塑性
④ 在常温下就可操作；
⑤ 处理技术已相当成熟，对放射性固体废物的固化容易实现安全运输和
自动控制等。
缺点 ① 水泥固化体的浸出率较高，通常为10-4一10-5 g／(cm2·d)，主要是由
于它的空隙率较高所致，因此，需作涂覆处理；
② 水泥固化体的增容比较高，达1.5-2；
③ 有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；
固化 内 4.1 概述
4.2 水泥固化 容 4.3 沥青固化
4.4 塑料固化 提 4.5 玻璃固化 要 4.6 石灰固化和自胶结固化
稳定化
4
固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
4.1 概 述—— 基本概念
➢废物固化
废物固化是用物理－化学方法将有害废物掺和并包容在密实的 惰性材料中，使其稳定化的过程。
➢固化途径
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； 通过物理过程，把污染物直接掺入到惰性基材中去。
➢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
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。
① 温度为90度，固体物质在此 产生混合和包容，分离90％ 的水分
② 将分离出的水分除去
③ 升温至105-110度，由双螺 杆挤压机得到的混合物尚有 5-7％的水分
140-150度
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
• 化学乳化法
沥
青
废物与乳化沥青混合干燥脱水冷却硬化
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
第四章 固体废物的固化
与稳定化处理
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固பைடு நூலகம்处理
浮选
内 溶剂浸出
容 提 固化
——见第三章
——自学
(物理化学过程，适合有价或有害成分处理)
要 稳定化
3
固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
胶质、沥青酸和石
④ 一定的耐腐蚀性（耐大多数酸、碱、盐类） 蜡等。
⑤ 一定的辐射稳定性
• 沥青固化应用对象：
不适合热不稳定物质、
① 中、低放射水平的蒸发残液
有机溶剂
② 废水化学处理产生的沉渣
③ 焚烧炉产生的灰烬、塑料废物，电镀污泥、砷渣等（同水泥）
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化法工艺流程
在桶中加入水泥的方法
• 可直接在最终处置使用的容器内进行混合，然后用可移动的搅拌装置混合 • 适合危险性大但数量不多的废物，如放射性废物。 • 优点:不产生二次污染物。但处置所用容器体积有限(通常用200 L的桶），
充分搅拌困难，留有无效空间
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化基本理论
水泥简介
水泥主要成分：硅酸钙，铝、硅、铁、钙的氧化物 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。
2．废物量，化学组成及混合状况
由于沥青与废物之间存在复杂的物理和化学作用，过高的废物量将导 致固化体浸出率的急剧上升。鉴于操作和安全上的考虑，一般应控制加 入的废物量与沥青的重量比在40-50％。
3．残余水分
固化体中的残余水分对固化体的浸出率有显著的影响。一般认为残余 水分的存在将增加沥青中的细孔数量。残余水分应控制在10％以下，最 好小于0.5％
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。
➢稳定化处理的目的
在于降低废物中有毒有害组分的毒性（危害性）、溶解性和迁移性，
即将污染物全部或部分地固定于支持介质或粘结剂等添加剂上，借此降
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化法工艺流程
外部加入水泥的方法
将废物、水泥、添加剂和水在单独的混合器中进行混合，经过充分 搅拌后再注入处置容器中。
特点：需要设备较少，可充分利用处置容器的容积；但搅拌混合后 的混合器需要洗涤，耗费人力，产生一定数量的洗涤废水。
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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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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化基本理论
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
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
4.4 塑料固化
一 塑料固化原理 二 塑料固化的应用及其特点
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
塑料固化原理
概念: 以塑料为固化剂，与危险废物按一定的比例配料，并加入适量催
化剂和填料进行搅拌混合，使其共聚合固化，将危险废物包容形成具有 一定强度和稳定性固化体。
化学反应 P 117
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理 纤维状、针状和柱状的水化产物
水泥浆体电镜图
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化基本理论
固化材料
• 固体废物、水泥、水、添加剂
最适宜对象
• 含重金属离子的的污泥
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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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
➢评价固化处理效果的主要指标
1. 固化体的浸出速率
式中：
mn / m0
Vn = ____
——————————
(Ae/V)tn
Vn—— 标准比表面的样品每天浸出有害物质的浸出速率，cm/d
mn—— 第n个浸提剂更换期的内浸出的有害物质的量，g
热塑性材料固化
① 石蜡、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等 ② 是用熔融的热塑性物质在高温下与干燥脱水危险废物混合，以达到
对废物稳定化的目的的过程。
热固性塑料固化
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化法的应用
电镀污泥固化处理 电镀污泥：包含Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn
电镀干污泥、水泥、和水的比（1-2）：20 ：（6-10）
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
水泥固化法的应用
➢ 水泥也用来处理复杂的污泥，如多氯联苯、油和油泥，含二 氯乙烯和二氯乙烷的废物，多种树脂，被稳定化／固化的塑 料，石棉，硫化物等物料
④ 水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；
⑤ 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
适量的锯末予以克服。
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
4.3 沥青固化
一 概述 二 沥青固化的基本方法 三 沥青固化体的性质及其影响因素
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
➢固化/稳定化处理对象
☆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
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。
固化机理
水泥的水化产物 3 CaO·SiO3,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。
固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
【概念】压实 压缩比
上章复习
硬度 破碎比 破碎段
筛分效率 重介质 加重质
主讲人：
【理论和方法】压实效果的度量；压实设备评价；影 响破碎效果的因素；破碎方法及工艺；常见分选方法 及原理；影响筛分效率的因素； 常见选设备；固体 废物中水分存在方式； 脱水浓缩方法及常见机械。
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固体废物处理与处置 第 4 章 固体废物的稳定化与固化处理
(二)影响沥青固化体化学稳定性的因素
在沥青固化过程中，沥青会与某些掺入的化合物，氧化剂 等发生化学作用，从而影响固化体的化学稳定性。例如纯沥 青的燃点一般为420℃左右，而在掺入硝酸盐，亚硝酸盐后， 其燃点降至250-330℃，因而增加了燃烧的危险性。