综合稳定化/固化处理技术在工程中的应用

刘 青，罗 超，张建军，饶 荣，甘 露

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

1 概述

稳定化/固化技术是危险废物处理处置中的一项重要技术，在危险废物处理处置管理系统中占重要地位[1]。稳定化是降低污染物溶解度、迁移性及毒性的过程；固化则是添加固化剂将废物变成紧密固体或不可流动固体的过程[2]。稳定化和固化的目的都是改善危险废物的工程性质，减轻或消除危害性，浸出试验结果满足《危险废物填埋场污染控制标准》填埋物入场控制限制要求，使其能安全地运输后进行填埋处置。

目前，稳定化固化处理技术按所用固化剂、稳定剂的不同，可分为石灰固化法、水泥固化法、沥青固化法、玻璃稳固化法、热塑固化法和药剂稳定法等[3-6]。

1）石灰固化法。石灰固化法以石灰为固化剂，以粉煤灰或水泥窑灰为填料，在适当的催化环境下进行波索来反应（Pozzolanic Reaction），专用于固化含有硫酸盐或亚硫酸盐类废渣的一种固化方法。石灰固化法的优点是所使用的材料来源广泛，价廉易得、操作简单，处理费用低，被固化的对象不需脱水干燥，可在常温下操作；其缺点主要是石灰固化体的强度不如水泥的固化、增容比较大，易受酸性介质浸蚀，需对其表面进行涂覆，因而较少单独使用。

2）水泥固化法。由于水泥是一种无机胶结材料，经水化反应后可以生成坚硬的水泥固化体，因此是处理危险废物的最常用稳定化/固化技术，尤其对含各种重金属（如：Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn 等）的电镀污泥，该工艺是最经济和常用的方法，设备技术也比较成熟，但固化增容率较高。

3）沥青固化法。沥青固化是以沥青为固化剂与有害废物混合在一起，通过加热、蒸发产生皂化反应，将有害废物包容，形成具有一定强度和稳定性的固化体。沥青固化的优点在于固化产物空隙小，致密度高，因此具有良好的防水性、黏结性、耐腐蚀性和化学稳定性；缺点是需在高温下操作，其操作安全性相对较差，且沥青的导热性不好，若废物中含水率较大，蒸发时会有起泡或雾沫夹带现象，易排出废气发生二次污染。

4）热塑固化法。热塑固化是以塑料为固化剂与有害废物混合在一起，加入适量的催化剂和填料(骨料），使其共聚合固化而将有害废物包容在塑料中形成稳定的固化体。塑料固化一般用于处理毒性危害大的化学废物，如砷化物、氰化物。它的优点是可在常温下操作，固化体的密度和增容率较小；缺点是混合过程会产生有害烟雾，且固化体耐老化性能较差，一旦破裂浸出会污染环境。

5）玻璃固化法。玻璃固化是以玻璃原料为固化剂，将其与有害物质以一定的配料比混合后，经高温（900～1 200℃）熔融退火后转化为稳定的玻璃固化体。玻璃固化相对长期稳定，有害物不易返溶，占地省，近年来受到极大关注。该方法主要用于处理处置剧毒和放射性废物。玻璃固化的优点是固化体结构致密，在酸、碱性水溶液中的沥滤率很低，减容系数大；其缺点在于工艺复杂，处理费用昂贵，设备材质要求高，由于高温操作，会产生多种有害气体，能耗较高。

6）药剂稳定法。药剂稳定化技术主要适用于含重金属的污泥、残渣，运行成本高于水泥、石灰固化，但其处理后的废物长期稳定性好、增容比低，使填埋场的综合使用成本降低。此外，药剂稳定法的应用还包括：（1）适当采用有机硫稳定剂或有机高分子螯合剂处理毒性较大的危险废弃物，例如含三价砷废物、含氰废物、含汞废物、焚烧余灰等；（2）采用氧化还原技术把毒性较大的六价铬（Cr6+）还原为三价铬（Cr3+）降低毒性。

2 综合稳定化/固化技术与应用

2.1 综合稳定化/固化技术

对于需固化处理的废物主要为含重金属类废物及飞灰，宜采用药剂稳定化预处理+水泥固化技术，相对于水泥稳定化固化不但能大大降低使用水泥稳定化产生的增容率，节省填埋场库容，延长使用寿命，而且重金属类废物经药剂稳定化处理后的固化体易达到填埋污染控制标准，降低处理后废物的二次污染风险。因此，考虑技术及工艺设备的安全性、经济性、成熟性、适用范围的广泛性等，以水泥固化为主、药剂稳定化为辅的综合稳定化/固化处理技术相对其他单一稳定化/固化技术，在技术可控性、经济适用性方面具有比较明显的优势。

2.2 综合稳定化/固化技术的工程应用

1）工程概况。某危险废物处置中心处置对象主要为稳定固化后适宜安全填埋处置的危险废物，主要有含铬废物、含铜废物、含铅废物、含砷废物、表面处理废物等，该工程稳定化/固化建设规模为15 kt/a。

2）稳定化/固化处理要求。其要求主要为：（1）有害废物经稳定化/固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等。通常采用浸出率、体积变化因数、可压强度等物理、化学指标鉴定固化/稳定化产品的优劣程度。浸出试验结果要求能满足《危险废物填埋场污染控制标准》中填埋物入场要求。（2）稳定化/固化过程中材料和能量消耗低，增容比低。（3）稳定化/固化过程简单，便于操作。（4）固化剂、稳定剂来源丰富、价廉易得。（5）处理费用低。

3）主要工艺流程。综合稳定化/固化处理工艺流程示意如图1所示。

图1 综合稳定化固化处理工艺流程

工艺流程简述如下：根据试验所得的配比数据，通过控制系统和计量系统，将废物、药剂、水泥、粉煤灰和水等物料，按照一定的比例投入混合搅拌机内搅拌混匀。水泥、粉煤灰和危险废物焚烧渣密闭贮存在储罐内，罐下设闸门，由螺旋给料机输送、秤量后进入混合搅拌机内；稳定剂溶液和固化用水通过计量泵由管道送至固化搅拌机拌合料槽内；危险废物采用皮带输送机上料至固化搅拌机拌合料槽内；对不符合进入安全填埋场要求的固化砌块通过破碎机进行破碎后重新固化/稳定化处理。本工程采用以下环境保护措施：（1）危险废物上料采用皮带输送机，既能处理外来吨袋废料，又适合污泥类等流动性不好的粘性固态、半固态物料。该方式与传统的斗式提升机和桁车抓斗上料相比，具有投资小、上料机动、对物料状态要求低等特点。（2）该系统中废物及稳定剂、固化剂的添加、搅拌、输出均采用密闭设备，工艺过程全部在封闭状态下进行，有效地避免了二次污染。（3）主体设备采用彩钢板进行外包封处理，设备本体设置除尘通风设备和“化学洗涤+UV光解+活性炭吸附”的组合式除臭装置，保证整个车间空气质量的良好。（4）对基本配比系统按工艺流程采用控制室集中控制，对其计量—投料—搅拌—出料生产过程实现自动控制。

4）主要工艺设备。根据工艺设计，综合固化/稳定化系统包括物料贮存、输送、计量及上料系统（粉料、固态/半固态物料及液态药剂），混合搅拌机，破碎机，自控系统等。（1）粉料储仓。配备水泥、粉煤灰及飞灰等3个粉料储仓，有效容积为35 m3。仓底锥体内设有气力破拱装置，由减压阀、电磁阀和助流气嘴等组成，防止粉料搭桥和粉料板结。（2）螺旋输送机（粉料）。将储仓中的飞灰、水泥和粉煤灰输送至混合搅拌机，配备3台规格为Φ219螺旋输送机。（3）混合搅拌机。选用2 m3双轴水泥搅拌机。双轴横卧搅拌机在处理废物过程中自动化运行程度高，二次污染少，不易出现跑、冒、滴、漏等现象。（4）破碎机。破碎机对固态、半固态物料较大块状物进行破碎，使之粒度符合上料系统进料尺寸要求。此外，破碎机还需对不符合进入安全填埋场要求的固化砌块进行破碎，为重新固化/稳定化处理作准备。根据本工程物料的特点，选用鄂式破碎机型号PE400×600 mm。

5）主要技术经济指标。该工程主要消耗水泥2 025 t/a，石灰及粉煤灰 1 300 t/a，螯合剂 75 t/a，无机稳定剂35 t/a，且固化物达到《危险废物填埋污染控制标准》入场要求。整套工艺具有设备简单、操作方便、环境友好、材料来源广泛，费用较低、产品机械强度较高及适用广泛等优点。

3 稳定化/固化技术问题与发展趋势

我国危险废物处理处置起步较晚，对危险废物稳定化/固化技术的研究较少。国内已有的研究大多是借鉴国外的研究成果，而且多数研究成果在实验室中获得。如赵由才等[7]提出采用超高压压制技术将焚烧飞灰压制成砌块，可减少浸出率，节省库容。该技术亦可考虑用于工业固废资源化预处理，但砌块脱模效率、运行成本以及能否适应我国危险废物成分的复杂性和多样性均需进一步分析研究。根据危废填埋的相关经验，仅填埋场的建设费用就达70元/m3库容。水泥固化的增容率问题及法规对固化体浸出率要求的日益严格，将使水泥固化失去其廉价优势，寻找新的固化方法已成为发展的趋势。而药剂稳定化的低增容率和长期稳定性能很好解决这个问题。结合目前我国实际情况，开展药剂稳定化技术的研究更具实用价值。

目前，综合稳定化/固化技术还存在以下问题[5]：1）固化实验关键在于废物固化剂和药剂的选择及其配比，其对最终固化体的质量影响等问题还没从根本上解决。2）危险废物固化主要实现手段是混合与搅拌，要考虑在同一设备中如何解决不同种危险废物固化剂、药剂配比和最终固化体质量问题，同时还需考虑避免造成二次污染问题。3）固化车间上料、储存、输送、混合搅拌、出料和养护等系统之间以及出料与安全填埋工艺的结合等关键问题。4）固化车间各系统自动控制还需进一步完善和优化。因此，我国未来固化技术发展关键在于工艺路线、药剂性能与配比以及固化设备等方面的优化研发，并避免二次污染。

4 结论

随着工业的发展，危险废物的产生量将持续增长，带来的环境等问题也会日益严重。综合稳定化固化处理技术是处置危险废物的重要预处理措施，不仅可用于危险废物处置，也可广泛用于重金属污染的环境修复等领域。此外，随着技术的发展和日益严格的环保要求，高效率、低能耗、经济适用型的设备及其灵敏的控制系统，在危险废物固化处置领域的应用也将越来越广泛。