1、第四章 固体废物的物化处理,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
2、剂:活化剂（金属阳离子、HS-、HSiO3-）、抑制剂（氧、SO2、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,
3、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(m3),该组分在浸出液中的含量为(t/m3),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,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
4、示意图,图4-10 卧式高压釜结构示意图,3,稳定化/固化处理,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
5、）。,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,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
6、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,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
7、pH低，CO2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,Mn2+Zn2+Ni2+Mg2+Cu2+Cd2+,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Pb2+、
8、Cd2+、Ag+、Ni2+、Cu2+,98%Co2+、Cr2+,85%; 优于Na2S,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。
9、,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
10、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400500号硅酸盐水泥为固化剂。电镀干污泥、水泥 和水的配比为（12）：20 ：(610）。固化体的抗压 强度可达1020Mpa。浸出试验表明，重金属的浸出浓度： 汞小于0.0002mg/L（原0.131.25mg/L）； 镉小 于0.002mg/L（原1.080.6mg/L）； 铅小于0.002mg/L（原165243mg/L）； 六价铬小于0.02mg/L（原0.30.4mg/L）； 砷小于0.01mg/L（
11、原8.1411.0mg/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10-410-5 g/ (cm2d)，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1.52；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
12、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，
13、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
14、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112 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，所以需预先对废物进行浓缩脱水处理。因此，沥青固化工艺流程和装置往往较为复杂，一次性投资与运行费用均高于水泥固化法。 固化操作需在高温下完成，不宜处理在高温下易分解的废物、有机溶剂以及强氧化性废物。,特点,塑性材料固化,概念及原理,以塑料为固
15、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。,概念,热固性塑料固化（脲醛树脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂）用热固性有机单体和经过粉碎处理的废物充分混合，在助凝剂和催化剂的作用下产生聚合以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。部分液体废物遗留，需干化。颗粒度、含水量等以及进行聚合的条件热塑性材料固化（沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯等）：是用熔融的热塑性物质在高温下与干燥脱水危险废物混合，以达到对废物稳定化的目的的过程。,应用及特点,特点：引入密度较低的物质，添加剂数量
16、较少，固化体密度小；但操作过程复杂 ，热固性材料自身价格高昂。由于操作中有机物的挥发，容易引起燃烧起火，所以通常不能在现场大规模应用。,热固性材料固化,特点：浸出速率低；需要的包容材料少，在高温下蒸发了大量的水分，增容率较低。缺点是高温操作，耗能较多；会产生大量的挥发性物质，其中有些是有害的物质；有时废物中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。,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。,玻璃固化,概念固化剂特点,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10001500的高温下熔融，经退火后形成稳
17、定的玻璃固化体。,概念,钠钾玻璃溶解度高，硅酸盐玻璃熔点高，制造困难。磷酸盐：含盐量低、放射性极高的如普里克斯废液（见图 4-13）硼酸盐玻璃：高放废液+固化剂，煅烧，升温1100 1150 ，退火。 浸出速率最低、增容比最小、高温操作，烧结过程需配备尾气净化系统、成本高、稳定性和耐久性差。,特点,固化剂,图4-13 磷酸盐玻璃固化工艺流程,图4-14 硼酸盐玻璃固化工艺流程,自胶结固化,原理应用及特点,利用废物自身的胶结特性来达到固化目的的方法。 该技术主要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。,概念,CaSO42H2O或CaSO3 2H2O经煅烧，成为具自胶结作用半水，遇水后迅速凝固和硬化。 不需要加入大量添加剂，废物也不需要完全脱水，工艺简单；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速率低的特点，并且结构强度高；但只限于含有大量硫酸钙的废物，应用面较为狭窄。此外还要求熟练的操作和比较复杂的设备，煅烧泥渣也需要消耗一定的热量。Terra-Crete技术（见图4-15）,特点,原理,应用,图4-15烟道气脱硫泥渣自胶结固化的工艺流程,
