固体废物的物化处理

,固体废物处理与处置,Treatment and Disposal of Solid Waste,第四章,固体废物的物化处理,1,固体废物浮选,2,固体废物化学浸出,3,固体废物固化处理,4,固体废物解毒处理,固体废物的物化处理方法,浮选,.,影响浮选效果的因素,浮选工艺,浮选原理,浮选药剂,浮选设备,料浆,/,浮选药剂,/,扩大不同组分的可浮性差异,/,无数细小气泡,/,目的颗粒黏附在气泡上上浮,捕收剂,起泡剂,调整剂,调浆,调药,调泡,机械搅拌式,充气搅拌式,充气式,气体析出式,物料性质,药剂条件,操作条件,1,固体废物的浮选,捕收剂,:,能够选择性地吸附在欲选的颗粒上,使目的颗粒表面疏水,增加可浮性,使其易于向气泡附着的药剂。可分为,异极性（,黄药、油酸,）,和,非极性油类（,煤油、柴油、燃料油、变压器油,）,两类。,起泡剂,:,能促进泡沫形成，增加分选界面的药剂。异极性的有机物，多为表面活性物质，强烈地降低表面张力、溶解度，应当适度添加。,调整剂,:,活化剂（金属阳离子、,HS,-,、,HSiO,3,-,）、抑制剂（氧、,SO,2,、淀粉、单宁等）、分散剂（水玻璃、磷酸盐）、絮凝剂（腐殖酸、聚丙烯酰胺）、,pH,调整剂（酸、碱）等。,图,4-1,起泡剂在气泡表面的吸附,图,4-2,起泡剂与表面活性剂相互作用,图,4-3 XJK,型机械搅拌式浮选机的结构示意图,本节内容,浸出理论基础,浸出工艺与设备,目的组分提取与分离,2,固体废物的化学浸出,提取或除去矿业、化工和冶金等过程排出的成分复杂废渣中所嵌布的微细低含量有价成分,酸浸,浸出,方法,碱浸,盐浸,水浸,浸出：溶剂选择性地溶解分离固体废物中某种目的组分的工艺过程,浸出剂：浸出过程所用的药剂,浸出液：浸出后含目的组分的溶液,浸出渣：浸出后的残渣,浸出效果衡量,2.1,固体废物浸出的理论基础,浸出效果衡量,设废物干质为,Q,(t),废物中某组分的含量为,a,（,%,），浸出液体积为,V,(m,3,),该组分在浸出液中的含量为,(t/m,3,),浸出渣干质量为,m,(t),浸渣中该组分含量为,（,%,）。,浸出率,(,浸,),选择性系数（,）,渗滤浸出,搅拌浸出,顺流浸出,逆流浸出,错流浸出,渗滤浸出槽,机械搅拌浸出槽,空气搅拌浸出槽,流态化逆流浸出塔,高压釜,工艺,设备,2.2,固体废物浸出工艺与设备,离子沉淀,离子交换,置换沉淀,电沉积,提取和分离方法,溶剂萃取,主要由水泥地沟、槽底木制方格组成，产物为海绵铜。该法铁耗较高、劳动强度大，适合于从稀酸中回收金属；,为梨形转鼓，由于置换材料不断更新表面，置换速率快，劳动强度较溜槽轻；,倒锥形，回旋上升的溶液冲刷下沉积物剥落并得到浓集，从锥体中部的网格流出，而贫液从上部流出。处理量大，置换材料耗量低。,溜槽,转鼓,锥形置换器,2.4,固体废物浸出工艺与设备,图,4-4,含锰、锌渣溶剂浸出工艺流程图,图,4-5,渗滤浸出槽结构示意图,图,4-6,机械搅拌浸出槽结构示意图,图,4-8,流态化逆流浸出塔结构示意图,图,4-10,卧式高压釜结构示意图,3,稳定化,/,固化处理,3.3,固体废物的固化处理,3.2,固体废物的药剂稳定化处理,3.1,固体废物稳定化,/,固化入门,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。,稳定化,(stabilization),将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的过程。,化学稳定化,&,物理稳定化,固化,(solidifacation),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。,固化过程,固化剂,限定化,包容化,3.1,固体废物稳定化,/,固化入门,具备一定的性能，即抗浸出性；抗干湿性、抗冻融性；耐腐蚀性、不可燃性；抗渗透性（固化产物）；足够的机械强度（固化产物）。,评价指标,体积变化因数,浸出速率,抗压强度,装桶贮存,:0.10.5MPa,作建筑材料：,10MPa,放射性固化体：前苏联标,准,5MPa,英国标准,20MPa,利用化学药剂通过化学反应稳定固体废物。具有相对持久性,有,毒,有,害,物,质,Cr,、,Cd,、,Hg,、,Pb,、,Cu,、,Zn,等,重金属的化学稳定化技术。,含氯的挥发性有机物、硫醇、酚类、氰化物等,有机污染物的氧化解毒技术。,3.2,固体废物的药剂稳定化处理,重金属,溶出法,离子交换,中和法,氧化还原法,吸附法,化学沉淀法,将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒有害组分通过氧化还原反应,转化,为无毒,/,低毒化学性质稳定的组分,吸附剂,可逆,吸附具有选择性：活性炭,-,有机物；活性氧化铝,-,镍离子,酸碱泥渣,中和剂,罐式机械搅拌,/,池式人工搅拌,氢氧化物沉淀,硫化物沉淀,硅酸盐沉淀,碳酸盐沉淀,共沉淀,无机,/,有机螯合物沉淀,离子交换树脂、天然或人工合成沸石、硅胶,昂贵、可逆,重金属化学稳定化,毒,Cr,6+,Hg,2+,As,5+,氧化还原剂,Cr,3+,Hg,As,3+,氧化还原反应,毒,重,金,属,离,子,的,稳,定,化,硫酸亚铁,/,硫代硫酸钠,/,亚硫酸氢钠,/,二氧化硫,/,煤炭,/,纸浆废液,/,锯木屑,/,谷壳,氧,化,还,原,法,重,金,属,离,子,的,稳,定,化,吸附剂,活性炭 活性炭 有机物,黏土,金属氧化物：氧化铁、氧化镁、氧化铝,天然材料：锯末、沙、泥炭、沸石、软锰矿、磁铁矿、硫铁矿、磁黄铁矿等,人工材料：飞灰、粉煤灰、高炉渣、活性氧化铝、有机聚合物,吸,附,法,镍离子,重,金,属,离,子,的,稳,定,化,氢氧化物沉淀法,碱性物质：氢氧化钠、石灰、碳酸钠等,固化基材：硅酸盐水泥、石灰窑灰渣、碳酸钠等,硅酸盐固化,（,pH 211,）,水和金属离子与二氧化硅或硅胶不同比例结合,碳酸盐沉淀,钡、镉、铅碳酸盐溶解度,远小于,其氢氧化物,应用不广泛,pH,低，,CO,2,溢出；,pH,高，氢氧化物,化,学,沉,淀,法,pH-,溶解度,重,金,属,离,子,的,稳,定,化,硫化物沉淀法,无机硫化物沉淀,：应用仅次于氢氧化物沉淀法,大多数金属硫化物溶解度低。一般保持,pH,大于,8,。,有机硫化物沉淀,：较高的相对分子质量,沉淀物易沉降、脱水和过滤；沉淀彻底，适用,pH,范围广。,含汞废物及含重金属的粉尘（焚烧灰及飞灰等）。,共沉淀,可能被永久磁铁吸住。,碳酸钙也可产生共沉淀,化,学,沉,淀,法,溶解度,Mn,2+,Zn,2+,Ni,2+,Mg,2+,Cu,2+,Cd,2+,铁氧体,:=1:11:2,重,金,属,离,子,的,稳,定,化,无机及有机螯合物沉淀,废物中含有的配合剂：,磷酸酯、柠檬酸盐、葡萄糖酸、氨基乙酸、,EDTA,等形成,稳定可溶螯合物,。,螯环,Pb,2+,、,Cd,2+,、,Ag,+,、,Ni,2+,、,Cu,2+,98%,Co,2+,、,Cr,2+,85%;,优于,Na,2,S,化,学,沉,淀,法,强氧化剂、高温破坏,高,pH,破坏，,NaS,高分子有机硫稳定剂，更稳定螯合物,螯合效应,水,泥,固,化,固化材料,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。,水泥主要成分：,铝、硅、铁、钙的氧化物。,固化基材,:,普通硅酸盐,矿渣硅酸盐,/,火。,山灰硅酸盐,矾土,沸石等水泥。,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、,-,糖酸丙酯、柠檬酸。,水泥固化过程硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等的水合反应产生,Ca(OH),2,。,基,本,理,论,危险废物、水泥、水、添加剂,3.3,固体废物的固化处理,水,泥,固,化,水,泥,固,化,影,响,因,素,固化,效果,添加剂,pH,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，使溶解度增加。,Cu,，,pH9,；,Zn,，,9.3,；,Cd,，,11.1,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。蛭石还起到骨料作用。,水、水泥和废物的量比,水分过少，不能保证水泥的充分水合作用；水分过大，出现泌水现象,投加促凝剂、缓凝剂来控制凝结时间，一般初凝时间,2h,终凝,24h,，保证混料后有足够时间输送、装桶或浇注,凝固时间,配料比,水,泥,固,化,应,用,无机类的废物，,eg.,多氯联苯、油和油泥、含有氯乙烯和二氯乙烷的废物、硫化物等，尤其是含有重金属污染物的废物，也被应用于低、中放射性及垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰等危险废物的固化处理。,对象,采用,400,500,号硅酸盐水泥为固化剂。电镀干污泥、水泥,和水的配比为（,1,2,）：,20,：,(6,10,）。固化体的抗压,强度可达,10,20Mpa,。,浸出试验表明，重金属的浸出浓度：,汞小于,0.0002mg/L,（原,0.13,1.25mg/L,）；,镉小 于,0.002mg/L,（原,1.0,80.6mg/L,）；,铅小于,0.002mg/L,（原,165,243mg/L,）；,六价铬小于,0.02mg/L,（原,0.3,0.4mg/L,）；,砷小于,0.01mg/L,（原,8.14,11.0mg/L,电,镀,污,泥,工艺流程,图,4-11,电镀污泥水泥固化处理工艺流程图,水,泥,固,化,特,点,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；水泥和添加剂价廉易得；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。,优点,缺点,固化体的浸出率较高，通常为,10,-4,10,-5,g/(cm,2,d),，主要是由于它的空隙率较高所致，因此需作涂覆处理；固化体的增容比较高，达,1.5,2,；有的废物需进行预处理和投加添加剂，使处理费用增高；水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出；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。,石,灰,固,化,概念应用及特点,以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。重金属被吸附于胶体结晶中，包裹起来成为黏结性物质,概念,应用,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。,简单，物料来源方便，操作不需特殊设备及技术，比水泥固化法便宜，并在适当的处置环境，可维持波索来反应的持续进行。石灰固化处理得到固化体的强度较低，所需养护时间较长，并且体积膨胀较大，增加清运和处置的困难，因而较少单独使用。,特点,沥,青,固,化,原,理,与,工,艺,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。沥青为憎水性物质，具有良好的黏结性、化学稳定性、较高的耐腐蚀性。石油蒸馏的残渣，其化学成分包括沥青质、油分、游离碳、,胶质、沥青酸和石蜡,等。,原理,固体废物预处理,废物与沥青热混合,二次蒸汽净化,放射性废物沥青固化基本方法：,高温融化混合蒸发法：如图,4-12,，,150230,；,暂时乳化：混合,脱水,干燥，双螺杆挤压机；,化学乳化：废物与乳化沥青混合,干燥脱水,冷却硬化。,工艺,图,4-12,高温熔化混合蒸发沥青固化流程,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渣等危险废物。,对象与水泥固化基本相同。,沥青固化,应,用,及,特,点,应用,固化体的空隙率和固化体中污染物的浸出速率均大大,降低。另外，由于固化过程中干废物与固化剂之间的质量比通常为,1,1,2,1,，因而固化体的增容较小。,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，对于含有大量水分的废物，由于沥青不具备水泥的水化作用和吸水性，所以需预