1、1第四章第四章 固体废物的物化处理固体废物的物化处理 2【概念】【概念】浮选浮选 浮选剂浮选剂 正浮选正浮选 反浮选反浮选 浸出浸出 浸出剂浸出剂 酸浸酸浸 碱浸碱浸 盐浸盐浸 捕收剂捕收剂 起泡剂起泡剂 调整剂等调整剂等 【方法原理】【方法原理】 影响浮选效果的因素影响浮选效果的因素 浮选原理浮选原理 浮选机的基本要求浮选机的基本要求 浸出效果的衡量和影响浸出效果的因素浸出效果的衡量和影响浸出效果的因素 浸出方法的分类及每种方法的原理浸出方法的分类及每种方法的原理 目的组分分离提取方法及原理目的组分分离提取方法及原理 重点重点 3固体废物浮选 固体废物溶剂浸出 固体废物解毒处理 固体废物固化
2、处理 固体废物的物化处理方法 4一、一、 浮选浮选 . 影响浮影响浮选效果选效果的因素的因素 浮选工浮选工艺艺 浮选原浮选原理理 浮选药浮选药剂剂 浮选设浮选设备备 料浆料浆/浮选药剂浮选药剂/扩大扩大不同组分的可浮性不同组分的可浮性差异差异/无数细小气泡无数细小气泡/目的颗粒粘附在气目的颗粒粘附在气泡上上浮泡上上浮捕收剂捕收剂 起泡剂起泡剂 调整剂调整剂调浆调浆 调药调药 调泡调泡 机械搅拌式机械搅拌式 充气搅拌式充气搅拌式 充气式充气式 气体析出式气体析出式 物料性质物料性质 药剂条件药剂条件 操作条件操作条件5浮选浮选是根据不同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的过程。浮选是在是根据不
3、同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的过程。浮选是在水介质中进行的。水介质中进行的。 润湿性润湿性指物质被水润湿的程度。许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则指物质被水润湿的程度。许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易被水润湿。不易被水润湿。 亲水性物质：亲水性物质：易被水润湿的物质；易被水润湿的物质； 疏水性物质：疏水性物质：不易被水润湿的物质。不易被水润湿的物质。 正浮选：正浮选：将有用物质浮入泡沫产品，无用或回收经济价值不大的物质仍留在将有用物质浮入泡沫产品，无用或回收经济价值不大的物质仍留在矿浆内的浮选法。矿浆内的浮选法。 反浮选：反浮选：将无用物质浮入泡沫产物中，将有用物质留在
4、料浆中的浮选法。将无用物质浮入泡沫产物中，将有用物质留在料浆中的浮选法。 优先浮选：优先浮选：将固体废物中有用物质依次一种一种地浮出，成为单一物质产品将固体废物中有用物质依次一种一种地浮出，成为单一物质产品的浮选方法。的浮选方法。 混合浮选：混合浮选：将固体废物中有用物质共同浮出为混合物，然后再把混合物中有将固体废物中有用物质共同浮出为混合物，然后再把混合物中有用物质一种一种地分离的方法。用物质一种一种地分离的方法。6捕收剂捕收剂: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，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。可分为使其
5、易于向气泡附着的药剂。可分为异极性（异极性（黄药、油酸黄药、油酸）和非极性油类（和非极性油类（煤煤油、柴油、燃料油、变压器油油、柴油、燃料油、变压器油）两类。）两类。起泡剂起泡剂:能促进泡沫形成，能促进泡沫形成， 增加分选界面的药剂。增加分选界面的药剂。 异极性的有机物、多为表面活异极性的有机物、多为表面活性物质、强烈的降低表面张力、溶解度应当适度。性物质、强烈的降低表面张力、溶解度应当适度。调整剂调整剂:活化剂（金属阳离子、活化剂（金属阳离子、HS-、HSiO3-）、抑制剂（氧、）、抑制剂（氧、SO2、淀粉、单宁、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）、等）、
6、分散剂（水玻璃、磷酸盐）、絮凝剂（腐殖酸、聚丙烯酰胺）、pH调整调整剂（酸、碱）等。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 7浮选机基本要求：浮选机基本要求： 良好的充气作用；良好的充气作用； 搅拌作用；搅拌作用； 能形成比较平稳的泡沫区；能形成比较平稳的泡沫区； 能连续工作及便于调节。能连续工作及便于调节。8二、固体废物的溶剂浸出 Sol4rvent Leaching of Solid Waste溶剂浸出：溶剂浸出：采用适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有采用适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有选择性的溶解的物理化学过程。选择性的溶解的物
7、理化学过程。 浸出目的：浸出目的：使物料中有用或有害成分能选择性地最大限度地从使物料中有用或有害成分能选择性地最大限度地从固相转入液相。固相转入液相。 溶剂的选择：溶剂的选择：1 1）对目的组分选择性好；）对目的组分选择性好；2 2）浸出率高，速率快；）浸出率高，速率快；3 3）成本低，容易制取，便于回收和循环使用；）成本低，容易制取，便于回收和循环使用；4 4）对设备腐蚀）对设备腐蚀性小。性小。9（一）浸出动力学过程（一）浸出动力学过程 浸出过程：浸出过程： 1、外扩散；、外扩散；2、化学反应；、化学反应；3、解吸；、解吸；4、反扩散。、反扩散。 Fick第一定律：溶剂向颗粒表面扩散速率第一
8、定律：溶剂向颗粒表面扩散速率 VD=KD（-s） 质量作用定律：溶剂在颗粒表面的化学反应速率质量作用定律：溶剂在颗粒表面的化学反应速率Vk=Kksn 宏观速率宏观速率 V=KDKk /（KD+Kk）10溶质在溶剂作用下仅发生晶格破坏，离子或原子溶质在溶剂作用下仅发生晶格破坏，离子或原子之间化学键的破坏是一可逆过程，溶质可从溶液之间化学键的破坏是一可逆过程，溶质可从溶液中结晶出来。中结晶出来。 交换交换反应反应 浸出浸出 过程过程 氧化还氧化还原反应原反应 络合络合反应反应 化学化学溶解溶解 （二）浸出过程机理（二）浸出过程机理 物理溶解物理溶解溶剂与物料有关组分溶剂与物料有关组分发生化学反应生
9、成可发生化学反应生成可溶性化合物进入液相溶性化合物进入液相过程，不可逆过程。过程，不可逆过程。11提取或除去矿业、化工和冶金等过程排出的成提取或除去矿业、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分复杂废渣中所嵌布的微细低含量有价成分 酸浸酸浸 浸出浸出 方法方法 碱浸碱浸 盐浸盐浸 水浸水浸 浸出：溶剂选浸出：溶剂选择性地溶解分择性地溶解分离固体废物中离固体废物中某种目的组分某种目的组分的工艺过程的工艺过程 浸出剂：浸出剂：浸出过程浸出过程所用的药所用的药剂剂 浸出液：浸浸出液：浸出后含目的出后含目的组分的溶液组分的溶液 浸出渣：浸浸出渣：浸出后的残渣出后的残渣 浸出效果
10、衡量浸出效果衡量 （三）典型浸出反应（三）典型浸出反应 12酸浸酸浸 简单酸浸简单酸浸：适用于简单金属氧化物、金属含氧盐及适用于简单金属氧化物、金属含氧盐及FeS、NiS( )、CoS、MnS、Ni3S2; 以及大部分金属铁酸盐以及大部分金属铁酸盐, ,砷酸砷酸盐和硅酸盐盐和硅酸盐 Me2Oy + H+ Mey+ + H2O ; MeOSiO2 + H+ Me2+ + H2SiO3 从含铜废物中浸出铜：孔雀石（从含铜废物中浸出铜：孔雀石（CuCOCuCO3 3Cu(OH)Cu(OH)2 2）、蓝铜矿）、蓝铜矿（CuCOCuCO3 3Cu(OH)Cu(OH)2 2）、黑铜矿（）、黑铜矿（CuOC
11、uO）、）、赤铜矿（赤铜矿（CuCu2 2O O）、硅孔雀石硅孔雀石（CuSiOCuSiO3 32H2H2 2O O ）、铜蓝（）、铜蓝（CuSCuS）、）、辉铜矿（辉铜矿（CuCu2 2S +OS +O2 2）、黄铜矿黄铜矿（CuFeSCuFeS2 2+O+O2 2）、金属铜、金属铜 包括简单酸浸、氧化酸浸和还原酸浸。常用的酸浸剂有稀硫包括简单酸浸、氧化酸浸和还原酸浸。常用的酸浸剂有稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸等。酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、王水、氢氟酸、亚硫酸等。 13氧化酸浸氧化酸浸 控制酸用量及氧化剂（常用控制酸用量及氧化剂（常用Fe3+、Cl2、O2、HNO3、NaC
12、lO、MnO2、H2O2等等 ）用量，几乎所有金）用量，几乎所有金属硫化物中金属元素被氧化溶解，硫被还原为单质硫或属硫化物中金属元素被氧化溶解，硫被还原为单质硫或硫酸根。硫酸根。 MeS + H+ + 氧化剂氧化剂 Me2+ + S0 或或SO42- 还可浸出某些低价金属化合物（还可浸出某些低价金属化合物（eg.赤铜矿（赤铜矿（Cu2O）、辉）、辉铜矿（铜矿（Cu2S）等）。等）。 浓硫酸强氧化性可将大部分金属氧化物和氢氧化物转变浓硫酸强氧化性可将大部分金属氧化物和氢氧化物转变为相应的硫酸盐为相应的硫酸盐 MeS + H2SO4 MeSO4 + SO2 + S + H2O 14还原酸浸还原酸浸
13、 变价金属的高价金属氧化物和氢氧变价金属的高价金属氧化物和氢氧化物化物 MeXOY(或或Me(OH)Y)+ H+ + 还原剂还原剂 Men+ + H2O 工业上常用金属铁、工业上常用金属铁、Fe2+、SO2等浸出有色金属生产过等浸出有色金属生产过程中产生的镍渣、锰渣、钴渣等。程中产生的镍渣、锰渣、钴渣等。 MnO2 + Fe2+ + H+ Mn2+ + Fe3+ + H2O MnO2 + Fe + H+ Mn2+ + Fe3+ + H2O Co(OH)3 + SO2 + H+ Co2+ + SO42- + H2O Ni(OH)3 + SO2 + H+ Ni2+ + SO42+ + H2O 15
14、碱浸碱浸 氨浸氨浸 适用于含金属铜、钴、镍及其氧化物的废物浸出。适用于含金属铜、钴、镍及其氧化物的废物浸出。 黑铜矿黑铜矿 CuO + NH4OH + (NH4)2CO3Cu(NH3)4CO3 + H2O 孔雀石孔雀石 CuCO3 Cu(OH)2 + NH4OH + (NH4)2CO3 Cu(NH3)4CO3 + H2O 而而金属铜金属铜通过氧化还原反应浸出通过氧化还原反应浸出Cu + Cu(NH3)4CO3 Cu2(NH3)4CO3 Cu2(NH3)4CO3 + NH4OH + (NH4)2CO3 + O2 Cu(NH3)4CO3 + H2O Cu、Co、Ni的硫化物的硫化物常压氨浸常因溶解
15、不完全而留在浸渣中。采用常压氨浸常因溶解不完全而留在浸渣中。采用高压高压氧化氨浸氧化氨浸反应式如下：反应式如下： 斑铜矿斑铜矿 Cu2FeS4 + NH3 + CO2+ O2 + H2O Cu(NH3)4SO4 + Cu(NH4)2CO3 + Fe2O3nH2O 黄铜矿黄铜矿 CuFeS2 + NH3 + O2 + H2O Cu(NH3)4SO4 + (NH4)2SO4 + Fe2O3 nH2O 常用的碱浸剂有氨水、碳酸钠、苛性钠、硫化钠等。常用的碱浸剂有氨水、碳酸钠、苛性钠、硫化钠等。 16碳酸钠溶液浸出碳酸钠溶液浸出 较酸浸能力弱、但选择性好设备较酸浸能力弱、但选择性好设备防腐问题较易解决
16、。适用于含碳酸盐含量高、含防腐问题较易解决。适用于含碳酸盐含量高、含钨废料、硫化钼氧化焙烧渣、含磷废物（钨废料、硫化钼氧化焙烧渣、含磷废物（P2O5）、）、含钒废物（含钒废物（V2O5）、黑钨矿（）、黑钨矿（(Fe,Mn)WO4）等）等的浸出。的浸出。 eg.白钨矿白钨矿 CaWO4 + Na2CO3Na2WO4 + CaCO3 17苛性钠溶液浸出苛性钠溶液浸出 苛性钠是拜尔法生产氧化铝的主苛性钠是拜尔法生产氧化铝的主要浸出剂，也用于高含硅废物中有价成分的浸出。要浸出剂，也用于高含硅废物中有价成分的浸出。 eg. 方铅矿方铅矿 PbS + NaOH Na2WO4 + CaCO3 还可用于浸出闪
17、锌矿（还可用于浸出闪锌矿（ZnS）、白钨矿、黑钨矿、铝）、白钨矿、黑钨矿、铝土矿（土矿（Al2O3nH2O） 硫化钠溶液浸出硫化钠溶液浸出 硫化钠可分解砷、锑、锡、汞等硫硫化钠可分解砷、锑、锡、汞等硫化物，使他们生成可溶性硫代酸盐的形态转入浸液化物，使他们生成可溶性硫代酸盐的形态转入浸液中。中。 eg. As2O3(Sb2O3、SnS2 、HgS)+ Na2S Na3AsS3(Na3SbS3、Na2SnS3、Na2HgS2) 为防止硫化为防止硫化钠水解，提高浸出率，实践中常用硫化钠和苛性钠的钠水解，提高浸出率，实践中常用硫化钠和苛性钠的混合液作为浸出剂。混合液作为浸出剂。 18盐浸盐浸 氯化钠
18、浸出氯化钠浸出 如含铅废物。如含铅废物。 eg. PbSO4 + NaClPbCl2 + Na2SO4 PbCl2 + NaCl Na2PbCl4 常用的盐浸剂有氯化钠、高价铁盐、氯化铜和次氯酸常用的盐浸剂有氯化钠、高价铁盐、氯化铜和次氯酸钠等溶液。钠等溶液。 高价铁盐浸出高价铁盐浸出 含铋废物，是浸出金属硫化矿废物含铋废物，是浸出金属硫化矿废物的良好。的良好。 eg. Bi + FeCl3 BiCl3 + FeCl2 Bi2S3 + FeCl3 BiCl3 + FeCl2 + S0 19盐浸盐浸 氯化铜浸出氯化铜浸出 是浸出金属硫化矿废物的良好浸出剂。是浸出金属硫化矿废物的良好浸出剂。 可浸
19、出可浸出FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS、Cu2S等。等。 eg. Cu2S + CuCl2 CuCl + S0 次氯酸钠浸出次氯酸钠浸出 可浸出难被高价铁盐及高价铜离子可浸出难被高价铁盐及高价铜离子浸出的金属硫化物。浸出的金属硫化物。 eg. MoS2 + NaClO + NaOH Na2MoO4 + NaCl + Na3SO4 + H2O 20浸出效果衡量浸出效果衡量 设废物干质为设废物干质为Q(t),废物中某组分的含量为废物中某组分的含量为a（%），），浸出液体积为浸出液体积为V(m3),该组分在浸出液中的含量为该组分在浸出液中的含量为C(t/m3),浸出渣干质量为浸出渣干质量为m
20、(t), 浸渣中该组分含量为浸渣中该组分含量为 （%） 浸出率浸出率( 浸浸) 选择性系选择性系数（数（ ） %QamQaQVC100100 浸浸21 21 搅拌速度搅拌速度 浸出压力浸出压力 浸出温度浸出温度 物料粒度及其特性物料粒度及其特性 （粒度、固液比等）（粒度、固液比等）氧分压等氧分压等 溶剂浓度溶剂浓度 22（五）浸出工艺与设备（五）浸出工艺与设备 渗滤浸出渗滤浸出 搅拌浸出搅拌浸出 顺流浸出顺流浸出 逆流浸出逆流浸出 错流浸出错流浸出 渗滤浸出槽渗滤浸出槽 机械搅拌浸出槽机械搅拌浸出槽 空气搅拌浸出槽空气搅拌浸出槽 流态化逆流浸出槽流态化逆流浸出槽 高压釜高压釜 工艺工艺 设备设
21、备 23目的组分提取与分离目的组分提取与分离 离子沉淀离子沉淀 离子交换离子交换 置换沉淀置换沉淀 电沉积电沉积 提取和提取和分离方分离方法法 溶剂萃取溶剂萃取 24水解沉淀水解沉淀 除了部分碱金属和个别碱土金属外。除了部分碱金属和个别碱土金属外。 Men+ + OH Me(OH)n 包括水解沉淀、硫化物沉淀和其他难溶盐沉淀。包括水解沉淀、硫化物沉淀和其他难溶盐沉淀。 离子沉淀离子沉淀 naKMenOHMe)(aaaKspHwnn 取对数取对数 nMenwspnalgKlgKlgpH1125 硫化物沉淀硫化物沉淀 大部分的金属离子大部分的金属离子. 常用常用Na2S, H2S作作沉淀剂。沉淀剂
22、。 其他盐类的沉淀其他盐类的沉淀 某些金属的磷酸盐、砷酸盐、碳某些金属的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、草酸盐、氟化物、酸盐、草酸盐、氟化物、 氯化物等。氯化物等。 eg. Li+Na2CO3Li2CO3 + Na+ WO42- +CaCl2CaWO4 + Cl- Th4 + + C2O42-Th(C2O4)2 26水解沉淀水解沉淀 除了部分碱金属和个别碱土金属外除了部分碱金属和个别碱土金属外。 Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu 根据热力学原理，任何较负电性的金属均可从溶根据热力学原理，任何较负电性的金属均可从溶液中置换出较正电性的金属，直到两种金属的可液中置换出较正电性的金属，直到两种金属的可
23、逆电位相等为止。逆电位相等为止。 置换沉淀置换沉淀 当铜析出后，由铜、铁和浸液组成的微电池当铜析出后，由铜、铁和浸液组成的微电池的电动势的电动势E为：为： 22220FeCuaanFRTFe/FeCu/CulnE 27 Men+ + H2 Me + H+ 利用还原剂利用还原剂H2、CO、SO2等在一定条件下直接从等在一定条件下直接从溶液中还原金属的过程。溶液中还原金属的过程。 气体还气体还原沉淀原沉淀 反应进行的必要条件为反应进行的必要条件为: H/HMe/Men 220296005910HH/Hplg.pH.: 而而28 29【概念】【概念】稳定化固化稳定化固化 浸出率增容比浸出率增容比 浸
24、出速率浸出速率 【方法原理】【方法原理】 重金属稳定化方法及适用对象；重金属稳定化方法及适用对象； 有机污染物的氧化解毒处理方法及适用对象；有机污染物的氧化解毒处理方法及适用对象； 固化处理的方法原理及优缺点；固化处理的方法原理及优缺点； 稳定化固化效果的评价指标。稳定化固化效果的评价指标。 重点重点 30稳定化稳定化(Stabilization) , 将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移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。化学稳定化性及低毒性的过程。化学稳定化&物理稳定化物理稳定化 固化固化(Solidifacation), 在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流在危
25、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。动固体或形成紧密固体的过程。 固化过程固化过程:利用添加剂改变废物的工程特性的过程。利用添加剂改变废物的工程特性的过程。 固化剂：固化剂：固化所用的惰性材料。固化所用的惰性材料。 具有固化和稳定化作用的过程。具有固化和稳定化作用的过程。 将有毒化合物固定在固体粒子表面的过程。将有毒化合物固定在固体粒子表面的过程。 用稳定剂用稳定剂/ /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。盖的过程。一）概述一）概述31nnntVFAaR)/(/021VVCR评价指标评价指标 32固化固化
26、/ /稳定化处理的基本要求：稳定化处理的基本要求： 1 1、有害废物经固化处理后所形成的固化体应是密实、有害废物经固化处理后所形成的固化体应是密实、有一定几何性状，同时具有良好物理性质、化学稳定性的有一定几何性状，同时具有良好物理性质、化学稳定性的固体，最好能作为资源加以利用；固体，最好能作为资源加以利用； 2 2、固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低，、固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低，最终产品的体积尽可能小于掺入的固体废物的体积；最终产品的体积尽可能小于掺入的固体废物的体积； 3 3、用水或其他指定浸提剂浸提固化体时，有毒有害、用水或其他指定浸提剂浸提固化体时，有毒有害物质的浸
27、出量不能超过容许水平或浸出毒性标准物质的浸出量不能超过容许水平或浸出毒性标准 33固化固化/ /稳定化处理的基本要求：稳定化处理的基本要求： 4 4、固化工艺过程简单、操作方便，采用有效措施减少、固化工艺过程简单、操作方便，采用有效措施减少有害物质的逸出，以避免工作场所和环境受到污染；有害物质的逸出，以避免工作场所和环境受到污染； 5 5、固化剂来源丰富、价廉易得，处理费用低。、固化剂来源丰富、价廉易得，处理费用低。 6 6、对于固化放射性废物产生的固化体，还应有较好的、对于固化放射性废物产生的固化体，还应有较好的导热性、热稳定性和耐热辐射稳定性，防止适当冷却时导热性、热稳定性和耐热辐射稳定性
28、，防止适当冷却时放射性衰变热使固化体产生自熔化现象。放射性衰变热使固化体产生自熔化现象。34 有有 毒毒 有有 害害 物物 质质 Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等等重金属的化重金属的化学稳定化技术学稳定化技术 含氯的挥发性有机物、含氯的挥发性有机物、硫醇、酚类、氰化物硫醇、酚类、氰化物等等 有机污染物的氧化有机污染物的氧化解毒技术解毒技术 35重金重金属属 溶出法溶出法 离子交离子交换换 中和法中和法 氧化还氧化还原法原法 吸附法吸附法 化学沉化学沉淀法淀法 将固体废物中可以发将固体废物中可以发生价态变化的某些有生价态变化的某些有毒有害组分通过氧化毒有害组分通过氧化还原反应还原反应转化转化
29、为无毒为无毒/低毒化学性质稳定低毒化学性质稳定的组分的组分 吸附剂吸附剂 可逆可逆 吸附具有选择性：活吸附具有选择性：活性炭性炭-有机物；活性有机物；活性氧化铝氧化铝-镍离子镍离子 酸碱泥渣酸碱泥渣 中和剂中和剂 罐式机械搅拌罐式机械搅拌/池式人工搅拌池式人工搅拌 氢氧化物沉淀氢氧化物沉淀 硫化物沉淀硫化物沉淀 硅酸盐沉淀硅酸盐沉淀 碳酸盐沉淀碳酸盐沉淀 共沉淀共沉淀 无机无机/有机螯合有机螯合物沉淀物沉淀 离子交换树脂、天离子交换树脂、天然或人工合成沸石、然或人工合成沸石、硅胶硅胶 昂贵昂贵 可逆可逆 36 硫酸亚铁硫酸亚铁/硫代硫酸钠硫代硫酸钠/亚硫亚硫酸氢钠酸氢钠/二氧化硫二氧化硫/煤炭
30、煤炭/纸浆纸浆废液废液/锯木屑锯木屑/谷壳谷壳 氧氧 化化 还还 原原 法法 37 活性炭活性炭 活性炭活性炭 有机物有机物 粘土粘土 金属氧化物：氧化铁、氧化镁、氧化铝金属氧化物：氧化铁、氧化镁、氧化铝 天然材料：锯末、沙、泥炭、沸石、软锰矿、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、活性氧化人工材料：飞灰、粉煤灰、高炉渣、活性氧化铝、有机聚合物铝、有机聚合物吸吸 附附 法法 38 碱性物质：氢氧化钠、石灰、碳酸钠等碱性物质：氢氧化钠、石灰、碳酸钠等 r固化基材：硅酸盐水泥、石灰窑灰渣、碳酸钠等固化基材：硅酸
31、盐水泥、石灰窑灰渣、碳酸钠等钡、镉、铅碳酸盐溶解度钡、镉、铅碳酸盐溶解度 其氢氧化物其氢氧化物 应用不广泛应用不广泛pH低，低，CO2溢出；溢出；pH高，氢氧化物高，氢氧化物 化化 学学 沉沉 淀淀 法法 39无机硫化物沉淀无机硫化物沉淀：应用仅次于氢氧化物沉淀法：应用仅次于氢氧化物沉淀法大多数金属硫化物溶解度低。一般保持大多数金属硫化物溶解度低。一般保持pH大于大于8。 有机硫化物沉淀有机硫化物沉淀：较高的分子质量：较高的分子质量沉淀物易沉淀物易沉降、脱水和过滤；沉淀彻底，适用沉降、脱水和过滤；沉淀彻底，适用pH范围广。范围广。 含汞废物及含重金属的粉尘（焚烧灰及飞灰等）含汞废物及含重金属的
32、粉尘（焚烧灰及飞灰等） 永久磁铁吸住。永久磁铁吸住。碳酸钙也可产生共沉淀碳酸钙也可产生共沉淀 化化 学学 沉沉 淀淀 法法 6322)()( 6)3 (OHFeMOHFexxMxx 43263)(OFeMOOHFeMxxxx Mn2+ Zn2+ Ni2+ Mg2+ Cu2+ 40 废物中含有的配合剂：废物中含有的配合剂：磷酸酯、柠檬酸盐、葡萄糖酸、磷酸酯、柠檬酸盐、葡萄糖酸、氨基乙酸、氨基乙酸、EDTA等形成等形成稳定可溶螯合物稳定可溶螯合物。 螯环螯环 Pb2+、Cd2+、Ag+、 Ni2+、Cu2+,98% Co2+、Cr2+,85%; 优于优于Na2S化化 学学 沉沉 淀淀 法法 强氧化
33、剂、高温破坏强氧化剂、高温破坏 高高pH破坏，破坏，NaS 高分子有机硫稳定剂，更稳定螯合物高分子有机硫稳定剂，更稳定螯合物 41有机有机 污染物污染物 氧化解毒氧化解毒 臭氧氧臭氧氧化解毒化解毒 过氧化过氧化氢解毒氢解毒 氯氧化氯氧化解毒解毒 理论上理论上1058g臭氧臭氧/度电度电 实际实际150g/度电，度电，费用高费用高 自由能高，强氧化剂自由能高，强氧化剂 有紫外线照射时有紫外线照射时： 铁做催化剂产生铁做催化剂产生OH 35%50%，紫外线，紫外线功率功率500W/L 五氯酚污染的土壤，五氯酚污染的土壤，99.9%，有机碳，有机碳 氯和漂白粉。用氯的氧化物破坏剧毒的氰化物是一种经典
34、方法：在氯和漂白粉。用氯的氧化物破坏剧毒的氰化物是一种经典方法：在pH pH 1010 OHRCOOHOOHRCH232332323ONaCNOONaCN2333OCOOHCHOCHOCHOHRRHOH2ROHOHOHR 22ClCNOClOCNNaClCNClClNaCN2NaClOHNaCNONaOHCNCl22OHNaClCONNaOHClNaCNO222226243242三）固化处理三）固化处理固化分类：根据固化基材和固化过程，常用固化分类：根据固化基材和固化过程，常用方法有方法有水泥固化、石灰固化、沥青固化、塑水泥固化、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、性
35、材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、熔融固化（玻璃固化）、陶瓷固化熔融固化（玻璃固化）、陶瓷固化等等 根据固化处理对象可分为无机废物固化法和有机废物包封法。43表表 某些废物对不同固化处理技术的适应性某些废物对不同固化处理技术的适应性 废物成分废物成分处理技术处理技术 水泥固化水泥固化石灰等材料固化石灰等材料固化热塑性微包容法热塑性微包容法大型包容法大型包容法有有机机物物 有机溶剂和有机溶剂和油油 影响凝固，有机气影响凝固，有机气体挥发体挥发 影响凝固，有机影响凝固，有机气体挥发气体挥发加热时，有机气体挥发加热时，有机气体挥发先用固体材料吸先用固体材料吸附附 固态有机物固态有机物可适应可适应
36、，能提高固，能提高固化体的耐久性化体的耐久性可适应可适应，能提高，能提高固化体的耐久性固化体的耐久性有可能作为凝结剂使用有可能作为凝结剂使用可适应可适应，可作为，可作为包容材料使用包容材料使用无无机机物物 酸性废物酸性废物水泥可中和酸水泥可中和酸 可适应可适应，能中和，能中和酸酸应先进行中和处理应先进行中和处理 应先进行中和处应先进行中和处理理氧化剂氧化剂可适应可适应可适应可适应 会引起基料的破坏甚至会引起基料的破坏甚至燃烧燃烧会破坏包容材料会破坏包容材料硫酸盐硫酸盐影响凝固，除非使影响凝固，除非使用特殊材料，否则用特殊材料，否则引起表面脱落引起表面脱落可适应可适应会发生脱水反应和再水会发生脱
37、水反应和再水合反应而引起泄漏合反应而引起泄漏可适应可适应卤化物卤化物很容易从水泥中浸很容易从水泥中浸出，妨碍凝固出，妨碍凝固妨碍凝固，会从妨碍凝固，会从水泥中浸出水泥中浸出会发生脱水反应和再水会发生脱水反应和再水合反应合反应可适应可适应 重金属盐重金属盐可适应可适应可适应可适应可适应可适应可适应可适应放射性废物放射性废物可适应可适应可适应可适应可适应可适应可适应可适应三）固化处理三）固化处理44表表 无机废物固化法和有机废物包封法的优缺点无机废物固化法和有机废物包封法的优缺点 无机废物固化法无机废物固化法 有机废物包封法有机废物包封法 优优点点 设备投资费用及日常运行费用低；设备投资费用及日常
38、运行费用低； 所需材料比较便宜而丰富；所需材料比较便宜而丰富； 处理技术已比较成熟；处理技术已比较成熟； 材料的天然碱性有助于中和废水的酸度；材料的天然碱性有助于中和废水的酸度； 由于材料含水量范围内使用，不需要彻底的脱水由于材料含水量范围内使用，不需要彻底的脱水过程；过程； 借助于有选择地改变处理剂的比例，处理后产物借助于有选择地改变处理剂的比例，处理后产物的物理性质可从软的黏土一直变化到整块石料；的物理性质可从软的黏土一直变化到整块石料； 用石灰为基质的方法可在一个单一的过程中处置用石灰为基质的方法可在一个单一的过程中处置两种废物；两种废物； 用黏土为基质可用于处理某些有机废物。用黏土为基
39、质可用于处理某些有机废物。 污染物迁移率一般要比无机固化法低；污染物迁移率一般要比无机固化法低； 与无机固化法相比，需要的固定程度低；与无机固化法相比，需要的固定程度低； 处理后材料的密度较低，从而可以降低运输成本；处理后材料的密度较低，从而可以降低运输成本； 有机材料可在废物与浸出液之间形成一层不透水的有机材料可在废物与浸出液之间形成一层不透水的边界层；边界层； 此法可包封较大范围的废物；此法可包封较大范围的废物； 对大型包封法而言，可直接应用现代化的设备喷涂对大型包封法而言，可直接应用现代化的设备喷涂树脂，无需其他能量开支。树脂，无需其他能量开支。 缺缺点点 需要大量原料；需要大量原料；
40、原料（特别是水泥）是高能耗产品；原料（特别是水泥）是高能耗产品； 某些废物如那些含有有机物的废物在固化时会有某些废物如那些含有有机物的废物在固化时会有一些困难；一些困难； 处理后产物的质量和体积都有较多增加；处理后产物的质量和体积都有较多增加； 处理后产物容易被浸出，尤其容易被稀酸浸出，处理后产物容易被浸出，尤其容易被稀酸浸出，因此可能需要额外的密封材料；因此可能需要额外的密封材料； 稳定化的机理尚未了解。稳定化的机理尚未了解。 所用的材料较昂贵；所用的材料较昂贵； 用热塑性及热固性包封法时，干燥、熔化及聚合化用热塑性及热固性包封法时，干燥、熔化及聚合化过程中能源消耗大；过程中能源消耗大； 某
41、些有机聚合物是易燃的；某些有机聚合物是易燃的； 除大型包封法外，各种方法均需要熟练的技术工人除大型包封法外，各种方法均需要熟练的技术工人及昂贵的设备；及昂贵的设备； 材料是可降解的，易于被有机溶剂腐蚀；材料是可降解的，易于被有机溶剂腐蚀； 某些这些材料在聚合不完全时自身会造成污染。某些这些材料在聚合不完全时自身会造成污染。 451、水泥固化技术、水泥固化技术l原理原理 l水泥与添加剂水泥与添加剂 l水泥固化法的应用水泥固化法的应用 l水泥固化法的特点水泥固化法的特点 461） 原理原理 概念：以水泥为固化剂将有害废物进行固化处理方法。概念：以水泥为固化剂将有害废物进行固化处理方法。 原理：原理
42、：水泥是一种无机胶凝材料，是以水化反应的形式凝固水泥是一种无机胶凝材料，是以水化反应的形式凝固并逐步硬化的，包括两种作用：并逐步硬化的，包括两种作用：凝胶包容凝胶包容(Gel encapsulation)(Gel encapsulation)：水泥与污泥中的水：水泥与污泥中的水发生水化反应，生成的凝胶将污泥中的固态物质包容发生水化反应，生成的凝胶将污泥中的固态物质包容（污泥中的固态物成为水化物的骨料从而被水泥凝胶（污泥中的固态物成为水化物的骨料从而被水泥凝胶包容）。包容）。离子沉淀离子沉淀(ionic precipitation)(ionic precipitation)：水泥是一种碱性：水泥
43、是一种碱性物质，污泥中的重金属离子与水泥中的物质，污泥中的重金属离子与水泥中的OHOH反应生成反应生成难溶于水的沉淀（重金属离子以其稳定的化合物形式难溶于水的沉淀（重金属离子以其稳定的化合物形式存在与水泥制品中）。存在与水泥制品中）。 47（1）水泥）水泥 水泥的种类水泥的种类硅酸盐水泥：以石灰、粘土为主要原料的水泥（又叫硅酸盐水泥：以石灰、粘土为主要原料的水泥（又叫波特兰水泥）；波特兰水泥）；矿渣水泥：加入了一定量的高炉水淬渣（火山灰质）。矿渣水泥：加入了一定量的高炉水淬渣（火山灰质）。粉煤灰水泥：加入了一定量的粉煤灰（火山灰质）。粉煤灰水泥：加入了一定量的粉煤灰（火山灰质）。高铝水泥：加入
44、了一定量的高铝原料，如铝土。高铝水泥：加入了一定量的高铝原料，如铝土。用于固化处理的水泥主要有：用于固化处理的水泥主要有：硅酸盐水泥：适用于腐蚀性不强的污泥（因硅酸盐水硅酸盐水泥：适用于腐蚀性不强的污泥（因硅酸盐水泥易于和污泥中的油类、有机酸、金属氧化物反应损泥易于和污泥中的油类、有机酸、金属氧化物反应损害凝结硬化过程）。害凝结硬化过程）。矿渣水泥：具有抗硫酸盐和抗化学腐蚀性。矿渣水泥：具有抗硫酸盐和抗化学腐蚀性。粉煤灰水泥：抗硫酸盐。粉煤灰水泥：抗硫酸盐。2） 水泥与添加剂水泥与添加剂 48（2）添加剂）添加剂 作用作用能能够吸收有害物质并促进其凝固，可减少水泥用量，够吸收有害物质并促进其凝
45、固，可减少水泥用量，加强固化体的强度，降低有害组分的浸出率。加强固化体的强度，降低有害组分的浸出率。 添加剂种类添加剂种类吸附剂（活性氧化铝等）：吸附污泥中的有害组分。吸附剂（活性氧化铝等）：吸附污泥中的有害组分。缓凝剂（柠檬酸等）：获得一定的操作时间。缓凝剂（柠檬酸等）：获得一定的操作时间。促凝剂（水玻璃等）：提高早期强度。促凝剂（水玻璃等）：提高早期强度。减水剂（减水剂（NaNa2 2SOSO4 4等）：降低水灰比，提高强度。等）：降低水灰比，提高强度。 493 3） 水泥固化法的应用水泥固化法的应用 l 水泥固化工艺水泥固化工艺l 电镀污泥水泥固化电镀污泥水泥固化 l 水泥固化特点水泥固
46、化特点50（1）水泥固化工艺）水泥固化工艺 有害固体废物、水泥、添加剂有害固体废物、水泥、添加剂+水水搅拌混合搅拌混合养护养护水泥固化体。水泥固化体。 要求：要求：pH 8；水灰比在水灰比在1：2左右；左右； 水泥与废物比：由实验确定。水泥与废物比：由实验确定。 凝固时间：初凝时间凝固时间：初凝时间2h，终凝时间在，终凝时间在48h以内；以内；选择适当的添加剂；选择适当的添加剂；养护条件：室温、相对湿度养护条件：室温、相对湿度80%、28天；天； 固化产物性能：抗压强度、浸出性等。固化产物性能：抗压强度、浸出性等。 混合方法：外部搅拌混合法；筒内混合法；注入法混合方法：外部搅拌混合法；筒内混合
47、法；注入法51 应应 用用 52（2）水泥固化法的应用）水泥固化法的应用 电镀污泥固化处理电镀污泥固化处理53 水水 泥泥 固固 化化 影影 响响 因因 素素 54 特特 点点 552、塑料材料包容技术、塑料材料包容技术l分类分类热固性塑料包容固化：热固性塑料加热时会从液热固性塑料包容固化：热固性塑料加热时会从液体变成固体并硬化的材料，这种材料即使再加热体变成固体并硬化的材料，这种材料即使再加热也不会重新液化或软化，实际上是由小分子变成也不会重新液化或软化，实际上是由小分子变成大分子的聚合过程。大分子的聚合过程。热塑性材料包容固化热塑性材料包容固化56 概概 念念 及及 原原 理理 57 特点
48、：引入密度较低的物质，特点：引入密度较低的物质，添加剂数量较少，固化体密添加剂数量较少，固化体密度小；但操作过程复杂度小；但操作过程复杂 ，热固性材料自身价格高昂。热固性材料自身价格高昂。由于操作中有机物的挥发，由于操作中有机物的挥发，容易引起燃烧起火，所以通容易引起燃烧起火，所以通常不能在现场大规模应用。常不能在现场大规模应用。 热固性材料固化热固性材料固化 特点：浸出速率低；需要的包特点：浸出速率低；需要的包容材料少，在高温下蒸发了大容材料少，在高温下蒸发了大量的水分，增容率较低。缺点量的水分，增容率较低。缺点是高温操作，耗能较多；会产是高温操作，耗能较多；会产生大量的挥发性物质，其中有生
49、大量的挥发性物质，其中有些是有害的物质；有时废物中些是有害的物质；有时废物中含有热塑性物质或某些溶剂，含有热塑性物质或某些溶剂，影响稳定剂和最终的稳定效果影响稳定剂和最终的稳定效果 热塑性材料固化热塑性材料固化 应用：低水平有机放射性废物（如放射性离子交换树脂）、稳定非蒸发性的、液体状态的有机危险废物 58沥青固化沥青固化以沥青为固化剂与有害废物在一定的温度、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，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，形成固使有害废物均匀地包容在沥青中，形成固化体。化体。59沥青的性质沥青的性质v具有粘结性、化
50、学稳定性，弹性，塑性；具有粘结性、化学稳定性，弹性，塑性；v具有对大多数酸、碱、盐的耐腐蚀性和一定具有对大多数酸、碱、盐的耐腐蚀性和一定的抗辐射性。的抗辐射性。应用范围应用范围v中、低放射性蒸发残液；中、低放射性蒸发残液；v化学法处理废水的沉渣；化学法处理废水的沉渣；v焚浇灰分。焚浇灰分。60沥青固化基本工艺： 固体废物的预处理固体废物的预处理将废物脱水，再同沥将废物脱水，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；二次蒸汽的净化热脱水，再冷却、固化；二次蒸汽的净化处理。处理。61沥青固化沥青固化基本方法基本方法 高温熔化混合蒸发高温熔化
