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危险固废稳定化预处理技术沿革


技术背景概述:

我国的危废处置相对滞后,从1990年开始起步,到1996年初步形成相关管理体系,到2008年才形成《国家危险废物名录》。目前危险废物集中处理处置设施大多位于经济发达城市,大多数经济相对欠发达和落后的城市危险废物的处理处置仍然处在由产生单位自行进行处理处置的现状。国内大部分城市的危险废物的处理处置能力严重不足,统计数据显示,至2012年,我国危险废物年产生量约在4000-6000万吨之间,而纳入官方统计的仅约3500万吨,并且普遍存在对危险废物缺乏有效管理、处理处置技术落后、处理经济成本高、处理处置不当造成大量的二次污染等问题。

对危险废物处理处置首先应最大程度地实现资源化回收利用。安全填埋作为危险废物经过资源化、减量化和无害化处理之后的一种最终的处置方法,具有可处置的危险废物量大、种类多、操作简单且填埋场运行管理费用低等优点,在当前及未来一段时期内是我国危险废物最终处置的主要方法。而危险废物在进行填埋处置之前,通常需要进行稳定化预处理,使其达到填埋污染控制标准,防止有害物质的浸出对周围环境造成影响。



典型技术介绍:

危险废弃物的稳定化预处理方法很多,目前普遍采用的有熔融固化、水泥固化、塑性固化、石灰固化、药剂稳定化和酸或其他溶剂提取法。


u 熔融固化

熔融固化是指将危废与细小玻璃混合造粒成型后,在高温条件下进行熔融后降温使其固化,形成玻璃固化体,在这个过程中危废中的有机物发生热分解、气化,而无机物则熔融成玻璃质熔渣,达到对有毒有害物质的无害化处理。

熔融固化在减量化方面的优势明显,且可实现一定程度的资源化,通过改变操作参数可以通过结晶技术得到资源化材质,比如建筑用砖、玻璃和陶瓷等。但熔融固化操作过程需要在高温条件下进行,需要大量的能源和费用以及专业的设备和操作人员,经济性差。


u 水泥固化

水泥固化是危废稳定化领域已经较为成熟且已运用工程实践中的技术之一。在美国以及欧洲发达国家也是目前应用最广且最重要的胶结材料,将水泥固化视为处理有毒有害废物的最佳技术。

水泥固化的原理包括物理包容和化学固化,通过水泥的水化反应可形成水泥固化体可将砂石和有害成分粘结在一起,从而减低重金属的浸出。有研究的固化剂的水泥种类不同,一般常见的种类包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及多种特种水泥等,具体对水泥种类的确定是依据所处理对象性质和对固化剂的性能要求,最后做出合适的选择。

水泥固化适于处理含重金属污染物的焚烧飞灰、废渣、废矿渣以及污泥等,也适于处理无机类的危险废物。水泥固化可将大部分的重金属形成的不溶性物质稳定在固化体中,主要是以重金属的氢氧化物或碳酸盐的形式,且稳定性良好。

水泥固化目前已广泛投入工程运行中,多用于处理含各类重金属的危险废物,具有工艺简单,技术成熟,操作方便、材料廉价易得的优点,但是存在的缺点就是增容比大且在极端条件如酸淋溶的情况下重金属易于再次浸出,对环境造成二次污染。


u 塑性固化

依据所使用的材料性能的不同可以将塑性固化分为两类:热固性包容和热塑性包容。相比于水泥固化,塑性固化具有更高的废物包容量,其可包容的废物量大约是水泥固化的2~4倍,且可包容的废物种类多,不仅可包容重金属类危险废物,还可用来处理放射性核废料、剧毒化学物质和液态危险废物。

(1热固性包容

热固性包容使用的塑性材料是使用在加热过程中从液体变为固体并硬化的材料,然后再加热后冷却可保持其固体状态。目前,有研究用于废物处理的热固性材料主要包括聚丁二烯、酚醛树脂和环氧树脂。这种技术主要用来处理放射性废物、含有机氯、有机酸、氰化物和含有砷的废物等。

(2热塑性包容

热塑性包容使用的塑性材料是在加热和冷却过程中可反复软化和硬化的有机塑料,常用的热塑性材料的有沥青、石蜡和聚乙烯等。热塑性包容需要对废物进行预处理脱水或者加入乳化剂乳化,可提高固化质量。热塑性包容技可用来处理电镀污泥、重金属废物、炼油厂污泥、油漆等。

沥青固化是热塑性固化中较为常用的一类固化方法,利用沥青与有害物质混合搅拌均匀,利用沥青的皂化反应将有害物质进行物理包容。沥青对重金具有高的稳定化效率,但是沥青在高温下易于着火,在后期的贮存运输等存在一定程度的安全隐患。


u 石灰固化

石灰固化是以石灰为主要的固化材料,利用石灰和活性硅酸盐料与水反应生成的坚硬的物质,对有害物质进行物理。石灰在硬化过程中,因为要蒸发掉大量的水分,从而引起体积明显的收缩出现干缩裂缝。所以石灰一般不宜单独使用,可加入添加剂如砂、纸筋、麻刀等材料,以减少收缩,增加抗拉强度,且可节约用量。

石灰固化已广泛应用于多种含重金属的有害废物,同水泥固化一样,石灰固化具有工艺设备简单,操作方便等优点,缺点是由于添加石灰和其他添加剂,会使废物固化后的体积增加,且稳定化效果不理想。


u 药剂稳定化

药剂稳定化是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转化为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。药剂稳定化处理,可减少重金属的浸出率,阻止其被植物摄取、向深层土壤甚至地下水迁移的效果。与其它稳定化方法相比,药剂稳定化技术是目前危废稳定化预处理研究的热点,也是未来稳定化预处理的工程应用的一种方向。

稳定化药剂可分为无机型和有机型两大类,目前使用较多的无机类稳定化药剂主要有石膏、绿矾、碳酸盐、硫化物(硫代硫酸钠、硫化钠)、磷酸盐、铁酸盐等,有机类稳定化药剂主要是重金属类螯合剂。

(1无机类稳定化药剂

无机稳定化药剂较为常用,但是无机型稳定化药剂处理焚烧飞灰的效果并不理想,主要表现在重金属稳定化效率和长期稳定性方面。目前有研究的处理焚烧飞灰的无机类稳定化药剂多为无机硫化物以及磷酸和磷酸盐类物质。

(2有机类稳定化药剂

有机螯合剂与重金属可形成稳定的产物,稳定效率高,且可适应外界环境的改变,因此目前在危废的稳定化技术上,多倾向于选择有机螯合剂。螯合剂可以与重金属形成稳定且难溶于水的螯合物,能有效的阻止危废中重金属的浸出。


u 重金属提取法

提取法主要的提取物质分两类:酸性或碱性物质提取、添加微生物提取和其他化学试剂提取。酸性物质对较多种类的重金属均有较好的提取效果,但是碱性物质的提取作用有限,仅对少数主要是两性重金属有效。微生物提取利用淄体皂苷浸取后有良好的稳定效果。另外还可利用如NTA、EDTA、腐殖酸等进行重金属的提取方法。重金属提取由于会产生大量的重金属废水,因此目前的利用并不多。


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