1、第五章固體廢物固化第一節概述一、固化的定義和方法廢物固化是用物理 化學方法將有害廢物摻合并包容在密實的惰性基材中，使其穩定化的一種過程。固化過程有的是將有害廢物通過化學轉變或引入某種穩定的晶格中的過程有的是將有害廢物用惰性材料加以包容的過程，有的兼有上述兩種過程固化所用的惰性材料稱為 固化劑有害廢物經過固化處理所形成的固化產物稱為固化體固化技術可按固化劑分為水泥固化瀝青固化塑料固化玻璃固化石灰固化二、基本要求固化處理的基本要求包括：1.固化處理后所形成的固化體應具有良好的抗滲透性、抗浸出性、抗干濕性、抗凍融性及足夠的機械強度等2.固化過程中材料和能量消耗要低，增容比要低3.固化工藝過程簡單、便

2、于操作4.固化劑來源豐富，價廉易得5.處理費用低三、固化效果評價固化處理效果常采用浸出率、增容比、抗壓強度等物理、化學指標予以衡量所謂浸出率是指固化體浸于水中或其它溶液中時，其中有害物質的浸出速度。可用浸出率的大小預測固化體在貯存地點可能發生的情況增容比是指所形成的固化體體積與被固化有害廢物體積的比值增容比是評價固化處理方法和衡量最終成本的一項重要指標抗壓強度是保證固化體安全貯存的重要指標對于一般的危險廢物，經固化處理后得到的固化體，若進行處置或裝桶貯存，對抗壓強度要求較低，控制在 0.10.5mpa 即可如用作建筑材料，則對其抗壓強度要求較高，應大于10mpa 對于放射性廢物，其固化產品的抗

3、壓強度，前蘇聯要求大于5mpa，英國要求達到20mpa 第二節水泥固化水泥固化是以水泥為固化劑將有害廢物進行固化的一種處理方法一、水泥固化原理水泥是一種無機膠結劑，經水化反應后可形成堅硬的水泥塊，能將砂、石等添加料牢固地凝結在一起。水泥固化有害廢物就是利用水泥的這一特性采用水泥固化處理各種含有重金屬的污泥十分有效在固化過程中， 由于水泥具有較高的 ph值，使得污泥中的重金屬離子在堿性條件下，生成難溶于水的氫氧化物或碳酸鹽等某些重金屬離子也可以固定在水泥基體的晶格中，從而可以有效地防止重金屬的浸出二、水泥與添加劑(一)水泥通常用作固化劑的水泥有硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等(二)添加劑在水泥固

4、化處理過程中，為了改善固化條件，提高固化體的質量；有時還摻入適宜的添加劑常用的添加劑有吸附劑、緩凝劑、促凝劑和減水劑等三、水泥固化的化學反應用作固化劑的水泥中最常用的是普通硅酸鹽水泥，它的組要成分是硅酸二鈣(2cao sio2 )和硅酸三鈣 (3cao sio2 ) ，固化時發生如下的反應：3cao sio2 xh2o 2cao sio2 yh2o+ ca(oh)2 3cao sio2 xh2o cao sio2 mh2o+ 2ca(oh)2 四、固化工藝及影響因素水泥固化工藝較為簡單，通常是將危險廢物、水泥和其它添加劑一起與水混合，經過一定的養護時間形成堅硬的固化體影響水泥固化的因素很多，主

5、要包括：(1)ph值ph值對含重金屬污染物的危險廢物的固化處理效果有較大影響(2)水、水泥和廢物的質量比(3)凝固時間適當控制初凝和終凝的時間通常，初凝時間應大于 2h，終凝時間在 48h以內(4)添加劑的使用五、水泥固化法的應用(一)電鍍污泥固化處理電鍍污泥水泥固化處理時，采用400-500 號硅酸鹽水泥為固化劑電鍍干污泥、水泥和水的配比為(1-2)：20：(6-10) 電鍍污泥水泥固化處理工藝流程如圖6-1所示(二)汞渣水泥固化處理汞渣水泥固化處理時，汞渣與水泥的配比為：1：(3-8)，加水混合均勻后送入模具振搗成型， 然后再送入蒸汽養護室， 在60-70 溫度下養護 24h，凝結硬化即形

6、成固化體，可作深埋處置六、水泥固化法的特點水泥固化法的主要優點對電鍍污泥處理十分有效設備和工藝過程簡單，設備投資、動力消耗和運行費用都比較低水泥和添加劑價廉易得對含水率較高的廢物可以直接固化；操作在常溫下即可進行，對放射性廢物的固化容易實現安全運輸和自動化控制等。水泥固化的缺點水泥固化體的浸出率較高，需作涂覆處理，水泥固化體的增容比較高有的廢物需進行預處理和投加添加劑，使處理費用增高水泥的堿性易使銨離子轉變為氨氣逸出；處理化學泥渣時，由于生成膠狀物，使混合器的排料較困難，需加入適量的鋸末予以克服第三節瀝青固化一、固化原理瀝青固化是以瀝青為固化劑與有害廢物在一定的溫度、配料比、堿度和攪拌作用下產

7、生皂化反應，使有害廢物均勻地包容在瀝青中，形成固化體瀝青屬于憎水性物質，完整的瀝青固化體具有優良的防水性能，還具有良好的粘結性，化學穩定性與一定的彈性和塑性而且對大多數酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性此外，它還具有一定的輻射穩定性所以長期以來被用作為危險廢物固化處理的材料之一二、瀝青固化的基本方法放射性廢物瀝青固化的基本方法有高溫熔化混合蒸發法、暫時乳化法和化學乳化法三種。(一)高溫熔化混合蒸發法高溫熔化混合蒸發法是將廢液加入預先熔化的瀝青中，150-230 下攪拌混合蒸發，待水分和其它揮發組分排出后，混合物排至貯存器或處置容器中圖62是中放射水平廢水濃縮液的高溫熔化混合蒸發法瀝青固化流程(二)暫

8、時乳化法放射性泥漿的暫時乳化法瀝青固化分三個步驟進行：1.將污泥漿、瀝青與表面活性劑混合成乳漿狀2.分離除去大部分水分3.進一步升溫干燥，使混合物脫水圖63為雙螺桿擠壓機的暫時乳化法瀝青固化流程(三)化學乳化法化學乳化法的操作步驟也分三步進行：1.將放射性廢物在常溫下與乳化瀝青混合；2.將混合物加熱，脫去水分3.將脫水干燥后的混合物排入廢物容器，待冷卻硬化后即形成瀝青固化體三、瀝青固化的特點及應用四、瀝青固化體的性質及其影響因素瀝青固化體的主要性能指標是它在水中的浸出率、輻照穩定性和化學穩定性。它們分別受到瀝青種類、加入的廢物量、廢物的化學組分和殘余水分等的影響(一)影響瀝青固化體浸出率的因素

9、1.瀝青的種類2.廢物量、化學組成及混合狀況一般應控制加入的廢物量與瀝青的重量比在40-50 3.殘余水分固化體中殘余水分的重量百分數應控制在10以下，最好小于 0.54.某些表面活性劑的影響(二)影響瀝青固化體化學穩定性的因素在瀝青固化過程中，瀝青會與某些摻入的化合物、氧化劑等發生化學作用，從而影響固化體的化學穩定性第四節塑料固化一、塑料固化原理塑料固化是以塑料為固化劑，與有害廢物按一定的配料比，并加入適量的催化劑和填料進行攪拌混合，使其發生共聚合反應，將有害廢物包容形成具有一定強度和穩定性的固化體的過程塑料固化技術按所用塑料 (樹脂)不同，可分為熱塑性塑料固化熱固性塑料固化熱塑性塑料有聚乙

10、烯、聚氯乙烯樹脂等，在常溫下呈固態，高溫時可變成熔融膠粘液體，將有害廢物摻合包容在塑料中，冷卻后即形成塑料固化體熱固性塑料有脲醛樹脂和不飽和聚酯等。脲醛樹脂是一種無色透明的粘稠液體。對多孔性極性材料有較好的粘附力，使用方便，固化速度快，常溫或加熱都能很快固化，適用于危險廢物的固化處理。價格較其它樹脂便宜。其缺點是耐老化性能差不飽和聚酯樹脂在常溫下有適宜的粘度，可在常溫、常壓下固化成型，固化過程中無小分子形成，因而使用方便，容易保證質量，適用于對有害廢物和放射性廢物的固化處理二、塑料固化的應用及其特點(一)應用實例塑料固化已用于處理多種廢物，一個典型的例子是電鍍污泥的固化處理工藝過程是向電鍍污泥

11、中加入碳酸鈣使其干燥，然后加入不飽和聚酯樹脂、催化劑、促進劑及河沙 (骨料)等經過混合、加熱形成固化體。該法所形成的固化體與水泥固化體相比具有抗壓強度大、重量輕、表面有光澤等特點，可作為輕型建筑材料(二)塑料固化法的特點塑料固化可以在常溫下操作為使混合物聚合凝結僅加入少量的催化劑即可增容比和固化體的密度較小該法既能處理干廢渣，也能處理污泥漿主要缺點塑料固化體耐老化性能較差固化體一旦破裂，污染物浸出會污染環境，因此，處置前都應有容器包裝，因而增加了處理費用第五節玻璃固化一、玻璃固化原理玻璃固化是以玻璃原料為固化劑，將其與有害廢物以一定的配料比混合后，在高溫(900-1200 )下熔融，經退火后即

12、可轉化為穩定的玻璃固化體二、玻璃固化方法及工藝流程(一)玻璃固化方法玻璃固化的方法可分為間歇式和連續式兩種1.間歇式固化法間歇式固化法，是一罐一罐地將高放廢液和玻璃原料一起加入罐內，使蒸發干燥、煅燒、熔融等幾步過程都在罐內完成。熔融成玻璃后，將熔化玻璃注入貯存容器內成型2.連續式固化法是將蒸發、煅燒過程與熔融過程分別在煅燒爐和熔融爐內完成，蒸發煅燒過程采用連續進料和排料的方式熔融過程既可連續進料和排料，也可連續進料和間歇排料(二)玻璃固化的工藝流程1.磷酸鹽玻璃固化的工藝流程對于含硫酸鹽的高放廢液，多采用鋁、鈉和鈣的磷酸鹽作化學添加劑，有時還加入亞磷酸鹽和酸式亞磷酸鹽代替磷酸鹽降低釕、銫的揮發

13、度對于不含硫酸鹽的廢液，則以磷酸鹽和鉛作添加劑，而對組分復雜的廢液，只要加入適量的磷酸鹽就可制得玻璃體圖65是磷酸鹽玻璃固化流程圖2.硼酸鹽玻璃固化的工藝流程圖6-6是硼酸鹽玻璃固化流程圖。硼酸鹽玻璃固化是半連續式操作三、玻璃固化法的特點玻璃固化法具有以下優點；1.玻璃固化體致密，在水及酸、堿溶液中的浸出率小2.增容比小3.在玻璃固化過程中產生的粉塵量少4.玻璃固化體有較高的導熱性、熱穩定性和輻射穩定性玻璃固化法的缺點1.裝置較復雜2.處理費用昂貴3.工作溫度較高、設備腐蝕嚴重4.放射性核素揮發量大第六節其他固化方法一、石灰固化(一)固化原理石灰固化是以石灰為固化劑，以粉煤灰、水泥窯灰為填料，

14、專用于固化含有硫酸鹽或亞硫酸鹽類廢渣的一種固化方法其原理是基于水泥窯灰和粉煤灰中含有活性氧化鋁和二氧化硅，能與石灰和含有硫酸鹽、亞硫酸鹽廢渣中的水反應，經凝結、硬化后形成具有一定強度的固化體(二)石灰固化法的應用及其優缺點石灰固化法適用于固化鋼鐵、機械的酸洗工序所排放的廢液和廢渣、電鍍污泥、煙道脫硫廢渣、石油冶煉污泥等石灰固化法的優點1.使用的填料來源豐富，價廉易得2.操作簡單，不需要特殊的設備3.處理費用低，被固化的廢渣不要求脫水和干燥，可在常溫下操作等主要缺點是石灰固化體的增容比大固化體容易受酸性介質浸蝕，需對固化體表面進行涂覆二、自膠結固化(一)自膠結固化原理自膠結固化是利用廢物自身的膠

15、結特性來達到固化目的的方法。主要用來處理含有大量硫酸鈣和亞硫酸鈣的廢物，如磷石膏，煙道氣脫硫廢渣等(二)自凝結固化法的處理工藝流程及其優缺點美國泥渣固化技術 (sft)有限公司利用自膠結固化法處理石灰基煙道氣脫硫泥渣的流程如圖 67所示自膠結固化法的優缺點自膠結固化法的優點采用的填料飛灰是工業廢料，以廢治廢節約資源固化體的化學穩定性好，浸出率低凝結硬化時間短對固化的泥渣不需要完全脫水等主要缺點是該種固化法只適用于含硫酸鈣、亞硫酸鈣泥渣或泥漿的處理需要熟練的操作技術和昂貴的設備，煅燒泥渣需消耗一定的能量等三、水玻璃固化水玻璃固化是以水玻璃為固化劑，無機酸類 (如硫酸、硝酸、鹽酸和磷酸 )為助劑，與有害污泥按一定的配料比進行中和與縮合脫水反應，形成凝膠體，將有害污泥包容，經凝結硬化逐步形成水玻璃固化體