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固体废物处理与处置(威廉希尔物化处理)

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  第三章 固体废物的物化惩罚 工夫 第一节 溶剂浸出 因素繁杂、嵌布粒度微细且有价因素含量低的 矿业固体废物、化工和冶金经过排出的废渣等,若 要提取此中的有价因素或是去除此中的无益因素, 采用古板的分选工夫往往劳绩甚微,而通常采用化 学浸出(溶剂浸出)工夫。 ? 浸出是溶剂选取性地消融固体废物中某种 主意组分,使该组分进入溶液中而到达与 废物中其他组分相分袂的工艺经过。 ? 浸出经过所利用的药剂成为浸出剂,浸出 后含主意组分的溶液成为浸出液,残渣成 为浸出渣。 一、浸特别式 ? 凭据浸出药剂品种的差别,浸出分为:酸 浸、碱浸、盐浸、水浸。 酸浸 ? ? 常用的有稀硫酸、浓硫酸、盐酸、硝酸、 王水、氢氟酸、亚硫酸等。凡废物中的某 种组分可通过酸溶进入溶液的都可采用酸 浸的格式。 (1) 粗略酸浸 ? 用于:大个人金属的粗略氧化物、金属 铁酸盐、砷酸盐和硅酸盐,小个人金属 硫化物(FeS、Ni2S、CoS、MnS、NiS)。 MeO ? H ??? Me ? H2O CuO ? H2SO4 ??? CuSO4 ? H2O ? 2? (2)氧化酸浸 MeS ? H ? 氧化剂 ?? ?? Me ? S0或SO4 2氧化酸浸 ? 2? 2? 2Cu2S ? 8H ? O 2 ?? ?? 4Cu ? 4H2O 氧化酸浸 ? 用于:大个人金属硫化物。氧化剂:Fe3+、Cl2、 O2、HNO3、NaClO、MnO2、H2O2。 (3)还原酸浸 ? 变价金属的高价金属氧 化物氢氧化物 ? H? ? 还原剂 ?? ?? Me ? H2O 还原酸浸 2? MnO 2 ? 4H ? 2Fe ?? ?? 2Fe ? 2H2O 还原酸浸 ? 2? 3? 2、碱浸 ? 浸出本事凡是比酸浸药剂弱,但选取性高, 浸出液较纯净,且筑立防侵蚀题目较易处分。 碱浸药剂:碳酸铵、氨水、碳酸钠、苛性钠、 硫化钠。 浸特别式:氨浸、碳酸钠溶液浸出、苛性钠 溶液浸出、硫化钠溶液浸出等。 ? ? (1) 氨浸: 常用于铜、钴、镍及其氧化物的废物的浸出,属 于金属的电化侵蚀经过。因为铜、钴、镍能与氨 酿成安闲的可溶络合物,夸大了铜、钴、镍离子 正在溶液中的安闲区,下降了铜、钴、镍的还原电 位,使其较易转入浸液中。 比如:黑铜矿 CuO ? 2NH4OH ? (NH4)2CO3 ? Cu(NH4)4CO3 ? 3H2O (2)碳酸钠溶液浸出:合用于能与碳酸钠响应天生可 溶性钠盐的废物。要紧用于浸出某些含钨废物、 硫化钼氧化焙烧渣、含磷废物、含钒废物。比如: 白钨矿 CaWO4 ? Na 2CO3 ? Na 2WO4 ? CaCO3 (3)苛性钠溶液浸出:是临蓐氧化铝的要紧浸出剂, 也常用于含硅高的固体废物有价组分的浸出。例 如:方铅矿 PbS ? NaOH ? Na 2 PbO2 ? Na 2S ? H2O (4) 硫化钠溶液浸出: 硫化钠可判辨砷、锑、锡、 汞等硫化物,使其天生可溶性硫代酸盐的形 态转入浸出液中。 MeaSb ? xNacSd ? yNae MeSf 3、盐浸 ? 欺骗无机盐的水溶液为浸出剂,常用的有氯化 钠、高价铁盐、氯化铜、次氯酸钠。常用于浸 出铁、铅、铋、锌、铜。 PbCl2 ? NaCl ? Na(PbCl 4) 二、浸出成效权衡 ? 常用:浸出率、浸出经过的选取性、浸出药剂的 用量权衡浸出经过。 浸出率: 转入浸出液中的溶质地与物料原含溶质总 量的比值。 选取性系数(β): 当其他要求一样时, 能出现一样电 位的待测离子活度αi和滋扰离子活度αj的比值, β愈 挨近1,则该两组分的浸出选取性愈差。 ? ? 三、浸出工艺 ? 为使废物中的主意组分足够宣泄,增大浸出成效,浸出前 凡是须举行碎裂惩罚,也可焙烧后浸出。 1、凭据浸出经过废物的运动体例,浸出分为渗滤浸出和搅 拌浸出。 渗滤浸出:浸出剂正在浸出剂正在重力用意下自上而下或正在压力 用意下自下而上通过固定废物层的浸出经过。 搅拌浸出:将磨细的废物与浸出剂正在搅拌槽中举行激烈搅拌 的浸出经过,可浸出各式废物。浸出前废物磨细至0.3mm 以下,采用一口气操作轨制。 2、据浸出剂与被浸废物的相对运动体例的差别浸出 工艺可分为顺流浸出、错流浸出和逆流浸出三种。 浸出剂 被浸物料 送后续惩罚 物料 新浸出剂 浸渣 浸液 顺流浸出工艺流程 浸出剂 浸渣 被浸物料 错流浸出工艺流程 逆流浸出工艺流程 浸液 四、影响浸出经过的要紧成分 ? 物料粒度及其性格 ? 凡是来说,粒度细、比外观积大、机闭疏 松、构成粗略、裂隙和孔隙发展、亲水性 强的物料浸出率高。 ? 渗滤池浸出粒度以0.5-1.0cm为宜。 ? 浸出温度:大个人浸出化学响应和扩散速度随 温度升高而加疾。 ? ? 浸出压力:浸出速度跟着压力增长而加疾。 搅拌速率:搅拌可减小扩散层厚度,有利于提 高浸出经过中物料的扩散速度。 ? 其他成分:固液比、氧分压、溶剂浓度等。威廉希尔 ? ? 适当的固液比可通过实行确定; 溶剂浓渡过高,不单不经济,并且杂质进入溶液 的量增加,筑立侵蚀水平增大; ? 胀入气体可提升料浆中氧分压,对极少特定的浸 出响应有紧急事理。 第二节 固化与安闲化惩罚 一、固化 (一)概述 1. 基础观点 ? 固化惩罚:是用物理-化学格式将无益废物固定或包 封正在惰性基材中,使之浮现化学安闲性或密封性的 一种无害化惩罚格式。 ? 固化剂:固化所用的惰性原料。 ? 固化体:无益废物始末固化惩罚所酿成的固化产品。 ? 目前已行使于惩罚电镀污泥、砷渣、汞渣、氰渣、 铬渣和镉渣。 2. 固化惩罚的基础条件 ? 固化体应具有杰出的抗浸透性、抗浸出性、抗干 湿性、抗冻融性及足够的机器强度等,最好能作 为资源加以欺骗。 ? ? ? ? 固化经过中原料和能量消磨要低,增容比要低。 工艺经过粗略、便于操作。 固化剂由来丰饶,价廉易得。 惩罚用度低。 3. 固化惩罚的要紧目标 ? 固化体的浸出速度:指固化体浸于水中或其它溶液中时, 此中无益物质的浸出速率。 Vn=(mt/m0)/((Ae/V)t) Vn——圭表比外观的样品每天浸出的无益物质的浸出率, cm/d; mt——浸出年光内浸出的无益物质的量,mg; m0——样品中含有的无益物质的量,mg; ? ? ? ? ? ? Ae——样品宣泄的外观积,cm2; V——样品的体积, cm3 ; t——浸出年光,d。 ? 增容比:指所酿成的固化体体积与被固化无益废 物体积的比值,即 Ci = V2/V1 Ci——增容比; V2——固化体体积,m3; V1——固化前无益废物的体积,m3。 ? ? ? ? 抗压强度:危害废物的固化体必需具有必然的抗 压强度,正在境遇中材干和平储存或处臵。 装桶储存或举行处臵时,其抗压强度职掌正在 0.1~0.5MPa; 如用作筑造原料,其抗压强度应大于10MPa; 放射性废物固化体的抗压强度,苏联条件是 5MPa,英邦条件是到达20MPa。 ? ? ? 4、固化惩罚机理 ? 固化惩罚的机理特别繁杂,目前外面论说不了了。 目前的格式要紧两类: ? 将污染物化学变化或者引入到某种安闲的晶格中; ? ? 将污染物直接掺入到惰性原料中举行包封; 二者独自或者纠合利用。要紧用于惩罚无机废物。 5、固化惩罚分类 ? 依照道理分为 (1) 包胶固化:据固化剂类型分为水泥、热塑 性原料固化(沥青、热塑性塑料)、石灰固 化、热固性塑料(有机蚁合物)固化; (2) 玻璃固化; (3) 自胶结固化; (4) 水玻璃固化等。 (二)包胶固化 ? 包胶固化是采用某种固化基材看待废物块或 废物堆举行包覆惩罚。 ? 固化剂类型:水泥、石灰、热塑性原料固化 热固性原料固化。 1. 水泥固化 1)道理 以水泥为固化剂将无益废物举行固化的一 种惩罚格式。适于各式含重金属的污泥。 重金属离子 (高pH 下) 氢氧化物或碳酸盐↓ (2)水泥与增加剂 固化剂:硅酸盐、火山灰质硅酸盐水泥等 增加剂:可以罗致无益物质并鼓励其凝聚, 可节减水泥用量,强化固化体的强度,下降 无益组分的浸出率。 常用有吸附剂(活性氧化铝、粘土等)、缓 凝剂(酒石酸、柠檬酸、硼酸盐等)、促凝 剂(水玻璃、铝酸钠、碳酸钠等)和减水剂 (外观活性剂等)。 (3)水泥固化工艺 ? 无益固体废物、水泥、增加剂+水→搅拌混杂→养 护→水泥固化体。 条件: ? ①pH8; ②水灰比正在1:2支配; ③水泥与废物比:由实行确定。 ④凝聚年光:初凝年光2h,终凝年光正在48h以内; ⑤选取适应的增加剂; ⑥养护要求:室温、相对湿度80%、28天; (4)水泥固化法的行使 ? 电镀污泥固化惩罚 (5)水泥固化的特色 ? ? 甜头: 固化工艺和筑立对比粗略,筑立和运转用度低;水 泥和增加剂省钱易得; ? ? 对含水量较高的废物能够直接固化; 固化产物始末沥青涂覆能有用地下降污染物的浸出, 固化体的强度、耐热性、耐久性均好; ? 产物适于投海处臵,有的产物可作道基或筑造物基 础原料。 (5)水泥固化的特色 ? 短处: ? ? ? 产物凡是都比最终废物原体积增大1.5~2.0倍; 固化体中污染物的浸出率较高,须作涂覆惩罚; 废物有的需作预惩罚或需求插足增加剂,因此不妨 影响水泥浆的凝聚,并会使本钱增长,废物体积增 大; 水泥的碱功能使铵离子造成氨气释出。 特色:水泥固化法对含高毒重金属废物的惩罚万分 有用。 ? ? 2. 石灰固化 (1)道理 ? 以石灰为固化剂,以粉煤灰、水泥窑灰为添 加剂,粉煤灰和水泥窑灰所含有的活性氧化 铝和二氧化硅与石灰、水响应→坚硬物质, 将废物包涵的格式。 波索来响应: Ca(OH)2+SiO2+H2O Ca(OH)2+Al2O3+H2O (CaO)x(SiO2)y(H2O)z (CaO)x(Al2O3)y(H2O)z ? (2)行使 ? 合用于固化钢铁、机器的酸洗工序所排放 的废液和废渣、电镀污泥、烟道脱硫废渣、 石油冶炼污泥等。 ? 固化体养护后可行动道基原料或砂坑填充 物。 (3)特色: ? ? ? ? ? ? ? 甜头: 利用的增加剂自身是废物,由来广,本钱低; 操作粗略,不需求分外的筑立,惩罚用度低; 被固化的废渣不条件脱水和干燥; 可正在常温下操作,没有尾气惩罚题目等。 短处: 石灰固化体的增容对比大;固化体容易受酸性介质浸 蚀,需对固化体外观举行涂覆。 3. 热塑性原料固化 (1)道理 ? 用热塑性物质作固化剂,正在必然温度下 将废物举行包覆惩罚。热塑性物质正在常 温下呈固态,高温时造成熔融胶粘性液 体,故可用来包覆废物。 ? 常用的热塑性原料:沥青、白腊、聚乙 烯、聚丙烯等。 (2)沥青固化 ? 以沥青为固化剂与无益废物正在必然的温度、 配料比、碱度和搅拌用意下出现皂化响应, 使无益废物平均地包涵正在沥青中,酿成固 化体。 CH2COOR CH2COOR CH2COOR NaOH △ CH2OH CH2OH CH2OH 3COONa ? ? 沥青固化的基础格式 先将废物脱水,再同沥青正在高温下混杂; ? 或将废物与沥青协同加热脱水,再冷却、固化。 ①高温熔化混杂蒸发法:将废液插足预先熔化的沥青 中,正在150~230℃下搅拌混杂蒸发,待水分和其他 挥发组分排出后,将混杂物排至储存器或处臵容器 中。 ②片刻乳化法: ③化学乳化法: 高温熔化混杂蒸发法沥青固化流程 片刻乳化法沥青固化流程 ? ? 沥青固化的甜头及适宜性: 甜头: 沥青具有杰出的粘结性、化学安闲性与必然的弹 性和塑性;对大大批酸、碱、盐类有必然的耐腐 蚀性。另外,它还具有必然的辐射安闲性。 ? 行使: 凡是用于中、低放射秤谌的蒸发残液,废水化学 惩罚出现的浸渣,燃烧炉出现的灰烬、塑料废物、 电镀污泥、砷渣等。 (3)热塑性塑料固化 ? 以热塑性塑料为固化剂与无益废物按必然的 配料比,并插足适量的催化剂和填料(骨料) 举行搅拌混杂,使其共聚和固化而将无益废 物包涵酿成具有必然强度和安闲性的固化体。 热塑性原料固化特色 ? 甜头:固化产物闲隙率低,致密度高;浸出率低 于水泥法和石灰法;增容比小。固化基材对溶液 或微生物具有强抗腐蚀性。固化体不需作长年光 养护。 短处:废物必需预先冷冻、融解或离心脱水惩罚; 基材具有可燃性,产物应有适宜的包装;热塑性 原料价钱腾贵,操作繁杂,筑立用度高。 ? 4、热固性塑料固化 (1)道理 ? 将一种有机蚁合物的单体与废物一个分外策画的混杂 器里齐全混杂,然后插足一种催化剂搅拌平均,使其 蚁合、固化。使废物被蚁合物包胶。 ? 常用的有机蚁合物:脲醛树脂和不饱和聚酯。 ? 不饱和聚酯树脂是由二元羧酸(或酸酐)与二元醇缩聚,并 与乙烯基单体共聚酿成的网状体型机闭的原料。 ? 脲醛树脂是尿素和甲醛响应取得的蚁合物。 (2)行使 ? 正在含有重金属、油及有机物的电镀污泥中 插足碳酸钙,干燥从此与不饱和聚酯、催 化剂、助凝剂、河沙等混杂加热固化。 (3)热固性塑料固化的特色 ? 甜头:正在常温下操作;增加的催化剂数目很少, 终产物体积比其他固化法小;既能惩罚干渣,也 能惩罚湿泥浆;固化体弗成燃;固化体密度小。 短处:不敷和平,有时包胶剂条件用强酸性催化 剂,因此正在蚁合经过中会使重金属溶出,并条件 利用耐侵蚀筑立;固化体耐老化性差;固化体松 散,需装入容器处臵,增长了处臵用度;此法要 求操作熟练,以担保固化质地。 ? (三) 玻璃固化 1.道理 ? 以玻璃为固化剂,将待固化的废物起首正在高温下煅烧, 使之酿成氧化物,再与插足的增加剂和熔融的玻璃料 混杂,正在1000℃温度下烧结,冷却后酿成特别褂讪而 安闲的玻璃固化体。合用于极少量特毒废物的惩罚。 2.行使 (1)磷酸盐的玻璃固化 一口气式 (2)硼酸盐的玻璃固化 半一口气操作 磷酸盐玻璃固化流程 硼酸盐玻璃固化流程 3. 玻璃固化的特色 ? 甜头:惩罚效能最好;玻璃固化体致密,正在水 及酸、碱溶液中的浸出率小,大约为10-7 g/(cm.d);增容比小;正在玻璃固化经过中出现 的粉尘量少;玻璃固化体有较高的导热性、热 安闲性和辐射安闲性。 短处:装臵较繁杂,惩罚用度高、职业温度较 高、筑立侵蚀告急,以及放射性核素挥发量大 等。 ? (四) 自胶结固化 1. 道理 ? 将含有多量硫酸钙或亚硫酸钙的泥渣,正在适 宜的职掌要求下举行煅烧,使其个人脱水至 出现有胶结用意的亚硫酸钙或半水硫酸钙 (CaSO4· 1/2H2O)状况,然后与特制的增加 剂和填料混杂成稀浆,经凝固硬化酿成像塑 料雷同硬度的自胶结固化体。此固化体具有 抗透水性高、抗微生物降解和污染物浸出率 低的特色。 2. 工艺流程 烟道气脱硫泥渣固化 Terra-Crete流程 3. 特色 ? 甜头: 采用的填料飞灰是工业废物,以废制废减削资 源;固化体的化学安闲性好,浸出率低;凝固 硬化年光短;对固化的泥渣不需求齐全脱水等。 ? 短处: 只合用于含硫酸钙、亚硫酸钙泥渣或泥浆的处 理;需求熟练的操作工夫和腾贵的筑立,煅烧 泥渣需消磨必然的能量等。 二、安闲化惩罚 ? 安闲化是将有毒无益污染物变化为低消融 性、低转移性及低毒性的物质的经过。 药 剂 稳 定 化 处 理 欺骗化学药剂通过化学响应。具有相对良久性 。 有 含氯的挥发性有机物、 毒 Cr 、 Cd 、 Hg 、 Pb 、 硫醇、酚类、氰化物等 有 Cu、Zn等重金属的化 有机污染物的氧化解毒 害 学安闲化工夫 物 工夫 质 2.1 重 金 属 化 学 稳 定 化 离子互换树脂、天 然 或 人 工 合 成沸 石 、 硅胶 腾贵 可逆 离子 互换 溶出法 氢氧化物浸淀 硫化物浸淀 硅酸盐浸淀 碳酸盐浸淀 共浸淀 无机/有机螯合 物浸淀 化学浸 淀法 重金属 中和法 酸碱泥渣 中和剂 罐式机器搅拌/ 池式人工搅拌 吸附法 氧化还 原法 吸附剂 可逆 吸附具有选取性:活 性炭-有机物;活性 氧化铝-镍离子 将固体废物中能够发 生价态蜕化的某些有 毒无益组分通过氧化 还原响应转化为无毒 / 低毒化学本质安闲 的组分 药剂安闲化惩罚 还原剂 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 Cr6+ Hg2+ As3+ Cr3+ 氧化还原响应 Hg As5+ 氧 化 还 原 法 有毒 无 毒 重 金 属 离 子 的 稳 定 化 氢氧化物浸淀法 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 pH~消融度 硅酸盐固化(pH 2~11) 水和金属离子与二氧化硅或硅胶差别比例纠合 碳酸盐浸淀 钡、镉、铅碳酸盐消融度<<其氢氧化物 行使不遍及——pH低,CO2溢出;pH高,氢氧化物 化 学 浸 淀 法 重 金 属 离 子 的 稳 定 化 硫化物浸淀法 消融度 无机硫化物浸淀:行使仅次于氢氧化物浸淀法——大 大批金属硫化物消融度低。凡是保留pH大于8。 有机硫化物浸淀:较高的分子质地——浸淀物易浸 降、 脱水和过滤;浸淀彻底,合用pH局限广。 含汞废物及含重金属的粉尘(燃烧灰及飞灰等) 共浸淀 xM 2? ? (3 ? x) Fe2? ? 6(OH )? ? ?? M x Fe3? x (OH )6 M x Fe3? x (OH ) 6 ? O2 ? ?? M x Fe3? x O4 铁氧体Ⅱ :Ⅲ=1:1~1:2 悠久磁铁吸住。碳酸钙也可出现共浸淀 Mn2+ Zn2+ Ni2+ Mg2+ Cu2+ Cd2+ 化 学 浸 淀 法 重 金 属 离 子 的 稳 定 化 无机及有机螯合物浸淀 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等酿成安闲可溶螯合物。 强氧化剂、高温破损 高pH破损 螯环 Pb2+、Cd2+、Ag+、 Ni2+、Cu2+ , 98% Co2+、Cr2+,85%; 优于Na2S 化 学 浸 淀 法 螯合效应 吸 附 剂 重 金 属 离 子 的 稳 定 化 活性炭:活性炭 粘土: 有机物 金属氧化物:氧化铁、氧化镁、氧化铝 吸 附 法 自然原料:锯末、沙、泥炭、沸石、软锰矿、 磁铁矿、硫铁矿、磁黄铁矿等 镍离子 人工原料:飞灰、粉煤灰、高炉渣、活性氧化 铝、有机蚁合物 2.2 有机污染物的氧化解毒工夫 向废物中投加某种强氧化剂,能够将有机污染物转化为CO2和 H2O,或转化为毒性很小的中心有机物,以到达安闲化主意。常 用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、氯气、漂白粉等。 1、臭氧氧化解毒 如用臭氧惩罚氰化物时爆发响应:NaCN+O3一NaCNO+O2 2、过氧化氢氧化解毒 如用过氧化氢惩罚氰化物时爆发下列响应: NaCN +H2O2一NaCNO+H2O 3、氯氧化解毒 倘使废物是液态的,则能够将氯气直接通入此中爆发水解响应生 成次氯酸: CI2+H2O一HOCI+H++CI次氯酸HOCI是一种弱酸,又进而正在倏得离解: HOCI-H++OCI- 外面上1058g臭氧/度电 臭氧氧化 解毒 实践150g/度电,用度高 自正在能高,强氧化剂 3RCH2OH ? 2O3 ? ?? 3RCOOH ? 3H 2O 过氧化氢 解毒 有机 污染物 氧化解毒 铁做催化剂出现OH· 35%~50%,紫外线W/L OH ? ? RH ? R ? ? H 2O NaCN ? O3 ? ?? NaCNO ? O2 有紫外线照耀时: 氯氧化解毒 R ? ? H 2O2 ? OH ? ? ROH CH3CHO ? O3 ? ??CH3COOH ? O2 五氯酚污染的泥土, 99.9%,有机碳 CN ? ? ClO ? ? ?? CNO ? ? Cl ? 氯和漂白粉。用氯的氧化物破损剧毒的氰化物是一种经典格式:正在pH >10 NaCN ? Cl 2 ? ??CNCl ? NaCl CNCl ? 2NaOH ? ?? NaCNO ? H2O ? NaCl 2NaCNO ? 3Cl2 ? 4NaOH ? ?? N2 ? 2CO2 ? 6NaCl ? 2H 2O

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