危险废物固化处理课件.pptx

1、危险废物固化处理环境专业课：固体废物处理与处置 危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物。 危险废物具有毒性、腐蚀性、易燃性、强反应性、感染性等一种或几种危害特性，对生态环境和人类健康构成严重危害，已成为世界各国工同面临的重大环境问题。 危险废物的固化/稳定化技术是最常用的物理化学技术之一，安全填埋是危废物的陆地最终处置方式。环境专业课：固体废物处理与处置国家危害废物名录环境专业课：固体废物处理与处置 稳定化/固化处理是处理重金属废物和其他非金属危险废物的重要手段。 稳定化/固化处理作为废物最终处理的预处理技术在国内外广泛应用于以下几

2、个方面： 对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理，使得其满足后续处理或填埋处置的要求； 对其他处理过程所产生的残渣进行无害化处理； 对被 有害污染质污染的土壤进行去污。环境专业课：固体废物处理与处置1、稳定化/固化处理技术的概念和方法 危险废物稳定化/固化处理的目的是使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，减少它在贮存或填埋处置过程中污染环境的潜在危险，并便于运输、利用和处置。 通常危险废物稳定化/固化处理的途径包括将污染物通过化学转变，引入至某种稳定固体物质的晶格中去，以及通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中去。环境专业课：固体废物处理与处置 稳定化是指将有毒有害污染

3、物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。 分类： 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； 物理稳定化，将污泥或半固体物质与一种疏松物料混合生成一种粗颗粒、有土壤坚实度的固体，这种固体可以用运输机送至处置场。环境专业课：固体废物处理与处置 固化是指在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固本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。 固化可以看作是一种特定的稳定化过程，可以理解为稳定化的一个部分。 包容化是指用稳定剂/固化剂凝聚，将有毒物质或危险废物颗粒包容或覆盖的过程。环境专业课：固体废物处理与处置2、稳定化/固化处理效果的评

4、价指标 危险废物稳定化/固化处理产物为了达到无害化，必须具备一定的性能，即： 抗浸出性 抗干湿性、抗冻融性 耐腐蚀性、不燃性 抗渗透性 足够的机械强度环境专业课：固体废物处理与处置 衡量稳定化/固化处理效果主要采用的是固化体的浸出速率、增容比和抗压强度等物理及化学指标。环境专业课：固体废物处理与处置（1）浸出速率 浸出速率是指固化体浸于水或其他溶液中时，其中危险物质的浸出速率。国际原子能机构将其表示为标准比表面积的样品每日浸出放射性物质量（即污染物质量），即：环境专业课：固体废物处理与处置（2）增容比 增容比也称体积变化因数，提指危险废物在稳定化/固化处理前后的体积比，即：环境专业课：固体废物

5、处理与处置（3）抗压强度 危险废物固化体必须具有一定的抗压强度，才能安全贮存，否则一旦其出现破碎和散裂，就会增加暴露的表面积和污染环境的可能性。 当危险废物固化体采用不同处置或利用方式时，对其抗夺强度的要求也不同。如 装桶贮存：0.10.5MPa； 建筑材料：10MPa； 废射性废物固化体：苏联要求大于5MPa，英国要求达到20MPa。环境专业课：固体废物处理与处置3、固体废物药剂稳定化处理 药剂稳定化是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。 固体废物中的主要有毒有害物质为： Cr、Cd、Hg、Pb、Zn等重金属； 有机物（含氯的挥发性有机物、硫醇、

6、酚类、氰化物等） As、S、F等非金属 放射性元素 稳定化技术主要有： 重金属的化学稳定化技术 有机污染物的氧化解毒技术环境专业课：固体废物处理与处置3.1 无机危险废物的稳定化 重金属离子的稳定化技术主要有： 化学方法 中和法 氧化还原法 溶出法 化学沉淀法 物理化学方法 吸附 离子交换法环境专业课：固体废物处理与处置（1）中和法 对含重金属的酸性泥渣，常用石灰石、灰、氢氧化钠或碳酸钠等碱性物质作中和剂； 对含重金属的碱性泥渣，常用硫酸或盐酸作中和剂； 若有可能，可考虑酸性泥渣与碱性泥渣互为中和剂，互相中和。环境专业课：固体废物处理与处置（2）氧化还原法 通过氧化还原处理，将固体废物中可以发

7、生价态变化的某些有毒有害组分转化为无毒或低毒的化学性质稳定的组分，以便资源化利用或无害化处理。 一些变价元素的高价态离子，如Cr6+、Hg2+、As5+等具有毒性，而其低价态Cr3+、Hg0、As3+等则无毒或低毒。 使用还原剂将其还原为低价态，以转变为无毒或低毒性，实现其稳定化。常用还原剂有硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫、煤炭、锯木屑、谷壳等。环境专业课：固体废物处理与处置（3）化学沉淀法 在含有重金属污染物的废物中投加某些化学药剂，与污染物发生化学反应，形成难溶沉淀物的方法，称为化学沉淀法。 化学沉法法主要有： 氢氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 硅酸盐沉淀 碳酸盐沉淀 共沉淀 无机

8、及有机螯合物沉淀环境专业课：固体废物处理与处置 A、氢氧化物沉淀法： 在废物中投加碱性物质，如石灰、碳酸钠等碱性物质，与废物中的重金属离子发生化学反应，使其生成氢氧化物沉淀，从而实现稳定化。环境专业课：固体废物处理与处置 B、硫化物沉淀法 无机硫化物沉淀 除了氢氧化物沉淀 法，无机硫化物沉淀可能是目前就用最广泛的一种重金属药剂稳定化方法。但为了防止H2S的逸出和沉淀物的再溶解，仍需要将pH保持在8以上。 有机硫化物沉淀 有机含硫化合物普遍具有较高的相对分子质量，因而与重金属形成的不可溶性沉淀具有相当好的工艺性能，易于沉降、脱水和过滤等操作。环境专业课：固体废物处理与处置 C、共沉淀环境专业课：

9、固体废物处理与处置（4）吸附技术 处理重金属废物的常用吸附剂有： 天然材料：粘土、氧化铁、氧化镁、氧化铝、沸石、软锰矿、硫铁矿、磁黄铁矿等 人工材料：活性炭、锯末、飞灰、泥炭、粉煤灰、高炉渣、活性氧化铝、有机聚合物等环境专业课：固体废物处理与处置（5）离子交换技术 最常见的离子交换剂是有机离子交换树脂、天然或人工合成的沸石、硅胶等。环境专业课：固体废物处理与处置 向废物中投加某种强氧化剂，可以将有机污染物转化为CO2和H2O，或转化为毒性很小的中间有机物，以达到稳定化目的。所产生的中间有机物可以用生物方法作进一步处理。 用化学氧化法处理危险废物，可以破坏多种有机分子，包括含氯的挥发性有机物、硫

10、醇、酚类以及某些无机化合物，如氰化物等。 常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、氯气、漂白粉等。3.2 有机污染物的氧化解毒处理环境专业课：固体废物处理与处置（1）臭氧氧化解毒 臭氧具有很高的自由能，是一种强氧化剂，可与有机物发生氧化反应。 臭氧与醇反应时生成有机酸： 当紫外线照射时，可以缩短反应时间。如：环境专业课：固体废物处理与处置（2）过氧化氢氧化解毒 用过氧化氢在现场处理被五氯酚污染的土壤是很有效的，可以使99.9%五氯酚得到降解，并可有效地去除总有机碳。环境专业课：固体废物处理与处置（3）氯氧化解毒 常用氯和氯的化合物，如漂白粉 有效成分Ca（ClO）2 作为氧化剂。环境专业课：固体废物处理

11、与处置4、固体废物固化处理 根据固化基材及固化过程，目前常用的固化处理方法主要包括： 水泥固化 石灰固化 沥青固化 塑性材料固化 有机聚合物固化 自胶结固化 熔融固化（玻璃固化） 陶瓷固化环境专业课：固体废物处理与处置 已应用固化技术处理的废物包括 金属表面加工废物 电镀及铅冶炼酸性废物 废水处理污泥 焚烧飞灰 食品生产污泥环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置 根据固化处理的对象可将固化处理分为： 无机废物固化法 有机废物包封法环境专业课：固体废物处理与处置4.1 水泥固化 水泥固化是以水泥为固化剂将危险废物进行固化的一种处理方法。 在用水

12、泥稳定化时，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坚硬的水泥固化体。环境专业课：固体废物处理与处置（1）水泥固化基材 水泥是一种无机胶结材料，其主要成分为SiO2、Ca、Al2O3和Fe2O3，水化反应后可形成坚硬的水泥块，从而把分散的固体添料牢固地粘结为一个整体。环境专业课：固体废物处理与处置（2）水泥固化的化学反应环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置（3）水泥固化工艺及其影响因素 水泥固化工艺通常是把危险废物、水泥和其他添加剂一起与水混合，经过一定的养护时间而形成坚硬的固化体。环境专业课：固体废物处理与处置 影响水泥固化效率的

13、因素主要有： pH值 pH较高时，许多金属离子会形成氢氧化物、碳酸盐沉淀； pH过高时，会形成带负电荷的羟基络合物，金属离子的溶解度反而升高。 水、水泥和废物量的比例 水分过少，不能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。 凝固时间 必须适当控制初凝时间和终凝时间。通常，初凝时间大于2h，终凝时间在48h以内。 可通过投加促凝剂、缓凝剂来控制凝结时间。环境专业课：固体废物处理与处置（4）应用及特点 水泥固化处理技术适用于： 无机类型的废物，尤其是含有重金属污染物的废物； 低、中放射性废物 垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰环境专业课：固体废物处理与处置 水泥固化的优点在于

14、： 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； 水泥价廉易得； 对含水率较低的废物可直接固化，无需前处理； 在常温下就可操作 处理技术相当成熟环境专业课：固体废物处理与处置 水泥固化的缺点： 水泥固化体的浸出速率较高，通常为10-410-5g/（cm2d）； 水泥固化体的增容比较高，达1.52； 水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出； 有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高； 处理化学泥渣 时，由于生成胶状物，使混合吕的排料较困难，需加入适量的锯末予以克服。环境专业课：固体废物处理与处置工程案例一：电镀污泥水泥固化处理环境专业课：固体废物处理与处置环境专

15、业课：固体废物处理与处置工程案例二：含汞泥渣的水泥固化处理环境专业课：固体废物处理与处置4.2 石灰固化 石灰固化是指石灰和具有火山灰活性的物质（如粉煤灰、垃圾焚烧灰渣、水泥窑灰等）为固化基材对危险废物进行稳定化与固化处理的方法。在有水存在的条件下，这些基材物质发生波索来反应（Pozzolanic Reaction），半污泥中的重金属成分吸附于所产生的胶状微晶中。 石灰固化技术适用于稳定石油冶炼污泥、重金属污泥、氧化物、废酸等无机污染物。环境专业课：固体废物处理与处置补：波索来反应 在有水的情况下，细火山灰粉末能在常温下与碱金属和碱土金属的氢氧化物发生凝硬反应(pozzolanic react

16、ion)。 主要的凝硬反应有： Ca(OH)2 + SiO2 + H2O (CaO)x(SiO2)y(H2O)z calcium silicate hydrates 水合硅酸钙 Ca(OH)2 + Al2O3 + H2O (CaO)x(Al2O3)y(H2O)z calcium aluminate hydrates 水合铝酸钙 Ca(OH)2 + Al2O3 + SiO2 +H2O (CaO)x(Al2O3)y(SiO2)z(H2O)w calcium aluminate silicate hydrates 水合硅铝酸钙 Ca(OH)2 + Al2O3 + SO3 +H2O (CaO)x(Al

17、2O3)y(CaSO3)z(H2O)w calcium aluminate calcium sulfate hydrates 水合亚硫酸钙铝酸钙 环境专业课：固体废物处理与处置4.3 沥青固化 沥青固化是以沥青类材料作为固化剂，与危险废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌作用下发生皂化反应，使有害物质包容在沥青中并形成稳定固化体的过程。 沥青固化的工艺主要包括三部分： 固体废物的预处理 废物与沥青的热混合 二次蒸汽的净化处理环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置 沥青固化一般被用来处理中、低放射性蒸发残液、废水化学处理产生的污泥、焚烧炉产生的灰分，以及毒性较大的电镀污泥和砷

18、渣等危险废物。环境专业课：固体废物处理与处置 与水泥固化相比，沥青固化的特点主要有： 固化体的孔隙率和固化体中污染物的浸出速率均大降低，固化体的增容比较小； 固化剂具有一定的危险性，固化过程中容易造成二次污染，需采取措施加以避免。另外，对含有大量水分的废物，需预先对废物进行浓缩脱水处理； 固化操作需在高温下完成，不宜处理在高温下易分的废物、有机溶剂以及强氧化性废物。环境专业课：固体废物处理与处置4.4 塑性材料固化法 塑性材料固化是以塑料为固化剂，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的过程。 根据所用材料的

19、性能不同可能分为： 热固性塑料固化 热塑性固化环境专业课：固体废物处理与处置补：热固性和热塑性 热固性塑料 第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅不能再熔融，在溶剂中也不能溶解。酚醛、三聚氰胺、甲醛、环氧、不饱和聚酯、有 机硅等塑料，都是热固性塑料。 热塑性塑料 加热时变软以至流动

20、，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪、聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚砜、聚苯醚、氯化聚醚等都是热塑性塑料。热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动冷却变硬的过程是物理变化。环境专业课：固体废物处理与处置（1）热固性塑料固化 热固性塑料固化法是用热固性有机单体和已经过粉太处理的废物充分地混合，在助凝剂和催化剂的作用下产生聚合形成海绵状的聚合物质，从而在每个废物颗粒的周围形成一层不透水的保护膜。 使用较多的材料有： 脲醛树脂 聚酯 聚丁二烯 酚醛树脂 环氧树脂环境专业课：固体废物

21、处理与处置 主要优点：引入的物质密度较低，所需要的添加剂数量也较小，固化体密度小； 主要缺点：操作过程复杂，热固性材料自身价格高昂；操作中有机物的挥发易引起燃烧起火。环境专业课：固体废物处理与处置（2）热塑性固体 热塑性固化是用熔融的热塑性物质在高温下与危险废物混合，以达到废物稳定化的目的。 可使用的热塑性物质有： 沥青 石蜡 聚乙烯 聚丙烯 在操作时，通常是先将废物干燥脱水，然后将聚合物与废物在适当的高温下混合，并在升温的条件下将水分蒸发掉。环境专业课：固体废物处理与处置 优点：污染物的浸出速率很低，固化体增容比也较低； 缺点：高温下操作，耗能较高；操作时易产生挥发性物质，其中有些是有害的物

22、质；当废物中含有热塑性物质或者某些溶剂，会影响最终的稳定效果。环境专业课：固体废物处理与处置4.5 玻璃固化技术 玻璃固化是以玻璃原料为固化剂，将其与危险废物以一定的配料比混合后，在10001500oC的高温下熔融，经退火后形成稳定的玻璃固化体。 常用的玻璃固化法有： 磷酸盐玻璃固化法 硼酸盐玻璃固化法 直热熔融固化法环境专业课：固体废物处理与处置 直接熔融固化法可用于处理污泥、焚烧飞灰等。 玻璃固化在所有固化方法中效果最好，固化体中有害组分的浸出速率最低，固化体的增容比最小。环境专业课：固体废物处理与处置5.6 自胶结固化技术 自胶结固化是利用废物自身胶结特性来达到固化目的的方法。该技术主要

23、用来处理含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物，如磷石膏、烟道气脱硫废渣等。 将含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物在控制的温度下煅烧，然后与特制的添加剂和填料混合成为稀浆，经过凝结硬化过程即可形成自胶结固化体。 工作原理：硫酸钙和亚硫酸钙以二水化物形式存在，经加热脱水后逐渐生成具有自胶结作用的硫酸钙和亚硫酸钙的半水化物，当它们再遇到水以后，会重新恢复为二水化物，并迅速凝固和硬化。环境专业课：固体废物处理与处置 优点：工艺简单，不需要加入大量添加剂，废物也不需要完全脱水；固化体化学性质稳定，具有抗渗透性高、抗微生物降解和污染物浸出率低的特点。 缺点：只限于含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物，应用面较为狭窄。环境专业课：固体废物处理与处置工程案例环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置