第四章 固体废物稳定化与固化处理-4(2h)

（三） 沥青固化


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。 沥青固化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
1. 沥青固化的基本方法
先将废物脱水，再同沥青在高温下混合； 或将废物与沥青共同加热脱水，再冷却、 固化。 ①高温熔化混合蒸发法 将废液加入预先熔化的
2.
1. 固化基本理论

废物固化 用物理-化学方法将有害废物 掺合并包容在密实的惰性基材中，使其 稳定化的一种过程。
利用添加剂改变废物的工程特性（例如渗透 性、可压缩性和强度等）的过程。


固化剂 固化所用的惰性材料。 固化体 有害废物经过固化处理所形成的 固化产物。
2. 固化技术的适应性

2 3 2

氧化氰化物 NaCN O NaCNO O 3 2 缺点： O3发生昂贵，处理成本高； 容易分解为O2 ，需在现场即制即用。

2. 过氧化氢氧化解毒


过氧化氢 (H2O2)也是一种强氧化剂，氧化分解水中有机污 染物机理与臭氧类似，但当水中存在某种催化剂时，便会 使其产生氧化性能更高的 OH·，从而大大提高过氧化氢体 系的氧化性能，降低有机污染物毒性，使其达到稳定化。 Fe作为催化剂与 H2O2形成芬顿体系，产生OH·，氧化有机 物，反应过程：
危险废物种类繁多，并非所有的危险废物 都适于固化处理。
固化技术最早是用来处理放射性污泥和蒸发 浓缩液的。 固化技术特别适用于含重金属的废物。 目前已应用于处理电镀污泥、砷渣、汞渣、 氰渣、铬渣和镉渣。
3. 固化途径

通常，危险废物固化的途径是： 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； ②通过物理过程把污染物直接掺入到惰性 基材中去。
4. 固化处理的基本要求
① 得到的固体产品密实、具有一定几何形状和较
好物理性质、化学性质稳定； ② 处理过程简单，应有有效措施减少有毒有害物 质的逸出； ③ 最终产品的体积尽可能小于掺入的固废体积；
④ 产品中有害物质的水分不能超过容许水平或浸
出毒性标准。 ⑤ 处理费用低廉； ⑥ 放射性废物的固化产品应有较好的导热性和热 稳定性。
RH OH R H2O
R H2O2 OH ROH

过氧化氢结合紫外下氧化有机物：
紫外线 CH2Cl2 2H2O2 CO2 2H2O+2HCl

应用：用过氧化氢在现场处理五氯芬污染的土壤，去除率 接近100%。
3. 氯氧化解毒


氯 (Cl2) 和氯化物 [Ca(ClO)2] 在废物处理中常被用作氧 化剂，主要是利用氯水解产生或氯化物中的ClO-进行 氧化污染物，离解过程受 pH值影响， pH高于 7.5 时， ClO-为主要存在形式，氧化效果最好。 氯的氧化作用破坏剧毒的氰化物是一种经典的方法（ pH≥10）：
5. 常用固化方法

目前常用的固化方法有: 水泥固化 石灰固化 塑性材料（沥青、塑料）固化 玻璃（熔融）固化 自胶结固化
（一）水泥固化

以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种 处理方法。适于各种含重金属的污泥。
水泥是最常用的危险废物稳定剂。 水泥是建筑用胶凝材料 , 按化学组成可分为硅 酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥三大类 。
主要包括下列处理技术
（一）重金属离子的稳定化技术：
中和控制技术； 氧化还原控制技术； 沉淀技术； 吸附技术； 离子交换技术；
（二）有机污染物氧化解毒技术：
臭氧氧化解毒； 过氧化氢氧化解毒； 氯氧化解毒；
（一）重金属离子的稳定化技术：
1. 中和法

在化工、冶金、电镀等工业生产中经常 产生大量的含重金属的酸、碱性泥渣， 威胁土壤水体，需进行中和处理，达到 中性，便于后续处理处臵。
4. 水泥固化工艺

有害固体废物、水泥、添加剂 + 水 → 搅拌混合→养护→水泥固化体。
要求： ①pH>8；(形成氢氧化物沉淀或碳酸盐沉淀) ②水灰比在1:2左右；(过低水合不完全，过高出现泌水) ③水泥与废物比：由实验确定。 ④凝固时间：初凝时间>2h，终凝时间在48h以内； ⑤选择适当的添加剂；(改善固化条件，提高固化产品) ⑥养护条件：室温、相对湿度80%、28天；
固体废物稳定化/固化处理
内容提要

一、稳定化/固化涉及概念与方法 二、稳定化/固化效果评价指标 三、固体废物的药剂稳定化处理
1. 重金属离子的稳定化 2. 有机污染物的氧化解毒

四、固体废物的固化处理
1. 水泥固化 3. 沥青固化 5. 玻璃固化 2. 石灰固化 4. 塑性材料固化 6. 自胶结固化
2. 水泥固化添加剂

添加剂 改善水泥固化条件，提高固化体的 质量。
吸收有害物质并促进其凝固，减少水泥用量， 加强固化体的强度，降低有害组分的浸出率。

常用的添加剂：
吸附剂：活性氧化铝、粘土、蛭石等 缓凝剂：如酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等 促凝剂：如水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等 减水剂：表面活性剂等。

重要应用

常规的固化技术存在一些不可忽视的问题：
废物经固化处理后体积都有不同程度的增加，有的会 成倍的胀大； 废物的长期稳定性。

用药剂稳定化技术处理危险废物：
实现废物无害化，达到废物少增容或不增容，提高危 险废物处理处臵系统的总体效果和经济性。 通过改进螯合剂的构造和性能，使之与废物中危险成 分之间的化学螯合作用得到强化，进而提高稳定化产 物的长期稳定性，减少最终处臵过程中稳定化产物对 环境的影响。
3. 适用对象

水泥固化技术最适用于无机类型的废物
含有重金属污染物的废物。

由于水化水泥所具有的高pH值，使得几乎所有的重 金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式而被固定 在固化体中。
汞仍然要以物理封闭的微包容形式与生态圈进 行隔离； 铅主要沉积于水泥水化物颗粒的外表面； 铬较为均匀的分布于整个水化物的颗粒之中。
一、稳定化/固化涉及的术语

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。
固化产物是结构完整的整块密实固体。

稳定化 将有毒有害废物转变为低溶解性、低迁移 性及低毒性的物质的过程。
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疏松的物 料(如粉煤灰)混合生成粗颗粒、有土壤状坚实 度的固体。
硅酸盐水泥是普遍常用的水泥,又称波特兰水泥, 铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥是特种用途的水泥 。

1. 水泥固化的原理



水泥是一种无机胶结剂，水泥与污泥中的 水分发生水化反应生成凝胶，将有害污泥 微粒分别包容，并逐步硬化形成水泥固化 体。 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。 固化剂：硅酸盐、火山灰质硅酸盐水泥等
酸性泥渣 采用石灰石、石灰、氢氧化钠或碳酸 钠等碱性剂进行中和处理。 碱性泥渣 常用硫酸、盐酸做中和剂。 对于同一地区均有两种泥渣产生的企业，通常 将二者互做中和剂，以达到经济有效的处理效 果。 工艺：罐式机械搅拌和池式人工搅拌。




2. 氧化还原法
As3+ As3+ As5+ As5+
3. 化学沉淀法_Page 1
固化与稳定化关系： 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。 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 对象的工程特性。
二、稳定化/固化处理效果评价指标

浸出速率 指固化体浸于水中或其它溶液中时，其中
有害物质的浸出速率。
mn m0 vn = Ae ( )tn M

沥青中，在150~230℃下搅拌混合蒸发，待水分 和其他挥发组分排出后，将混合物排至贮存器或 处臵容器中。 ②暂时乳化法 混合、去水、升温干燥、成型。
③化学乳化法 混合(乳化沥青)、加热脱水、冷却 成型。
2. 影响沥青固化体性质的因素



主要性能指标：固化体在水中的浸出率； 辐照稳定性；化学稳定性。 ①影响浸出率的因素：沥青的种类；废物 量、化学组成及混合状况；残余水分；某 些表面活性剂的影响。 ②影响化学稳定性的因素：废物中的化合 物或氧化剂。
3. 沥青固化的优点及适应性

优点：
沥青具有良好的粘结性、化学稳定性与一定的 弹性和塑性； 对大多数酸、碱、盐类有一定的耐腐蚀性。 此外，它还具有一定的辐射稳定性。

应用：
一般用于中、低放射水平的蒸发残液， 废水化学处理产生的沉渣， 焚烧炉产生的灰烬、塑料废物、电镀污泥、砷 渣等。
vn——浸出速率，g/(d·cm2)； mn——浸出时间内浸出的有害物质的量，mg； m0——样品中含有的有害物质的量，mg； Ae——样品暴露的表面积，cm2； M ——样品质量，g； tn——浸出时间，d。

增容比
增容比是指稳定化/固化处理前后废物的体积 比值。 Ci=V2/V1 Ci——增容比； V2——固化体体积，m3； V1——固化前有害废物的体积，m3。
稳定化/固化的应用


1.
是处理重金属废物和其他非金属危险废 物重要手段。 通常被应用于以下方面：
对具有毒性或强反应性等危险废物进行处理 ，使其满足填埋处臵的要求。 其他处理过程中产生的残渣，例如焚烧产生 的灰份的无害化处理，其目的是对其进行最 终处臵。 在大量土壤被有害污染物所污染的情况下对 土壤进行去污。
NaCN+Cl2 CNCl NaCl CNCl+2NaOH NaCNO H 2 O NaCl 2NaCNO+3Cl2 +4NaOH N 2 2CO2 6NaCl 2H 2O