綜合穩(wěn)定化/固化處理技術(shù)在工程中的應(yīng)用

劉 青，羅 超，張建軍，饒 榮，甘 露

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

1 概述

穩(wěn)定化/固化技術(shù)是危險(xiǎn)廢物處理處置中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在危險(xiǎn)廢物處理處置管理系統(tǒng)中占重要地位[1]。穩(wěn)定化是降低污染物溶解度、遷移性及毒性的過程；固化則是添加固化劑將廢物變成緊密固體或不可流動(dòng)固體的過程[2]。穩(wěn)定化和固化的目的都是改善危險(xiǎn)廢物的工程性質(zhì)，減輕或消除危害性，浸出試驗(yàn)結(jié)果滿足《危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》填埋物入場(chǎng)控制限制要求，使其能安全地運(yùn)輸后進(jìn)行填埋處置。

目前，穩(wěn)定化固化處理技術(shù)按所用固化劑、穩(wěn)定劑的不同，可分為石灰固化法、水泥固化法、瀝青固化法、玻璃穩(wěn)固化法、熱塑固化法和藥劑穩(wěn)定法等[3-6]。

1）石灰固化法。石灰固化法以石灰為固化劑，以粉煤灰或水泥窯灰為填料，在適當(dāng)?shù)拇呋h(huán)境下進(jìn)行波索來反應(yīng)（Pozzolanic Reaction），專用于固化含有硫酸鹽或亞硫酸鹽類廢渣的一種固化方法。石灰固化法的優(yōu)點(diǎn)是所使用的材料來源廣泛，價(jià)廉易得、操作簡(jiǎn)單，處理費(fèi)用低，被固化的對(duì)象不需脫水干燥，可在常溫下操作；其缺點(diǎn)主要是石灰固化體的強(qiáng)度不如水泥的固化、增容比較大，易受酸性介質(zhì)浸蝕，需對(duì)其表面進(jìn)行涂覆，因而較少單獨(dú)使用。

2）水泥固化法。由于水泥是一種無機(jī)膠結(jié)材料，經(jīng)水化反應(yīng)后可以生成堅(jiān)硬的水泥固化體，因此是處理危險(xiǎn)廢物的最常用穩(wěn)定化/固化技術(shù)，尤其對(duì)含各種重金屬（如：Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn 等）的電鍍污泥，該工藝是最經(jīng)濟(jì)和常用的方法，設(shè)備技術(shù)也比較成熟，但固化增容率較高。

3）瀝青固化法。瀝青固化是以瀝青為固化劑與有害廢物混合在一起，通過加熱、蒸發(fā)產(chǎn)生皂化反應(yīng)，將有害廢物包容，形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的固化體。瀝青固化的優(yōu)點(diǎn)在于固化產(chǎn)物空隙小，致密度高，因此具有良好的防水性、黏結(jié)性、耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性；缺點(diǎn)是需在高溫下操作，其操作安全性相對(duì)較差，且瀝青的導(dǎo)熱性不好，若廢物中含水率較大，蒸發(fā)時(shí)會(huì)有起泡或霧沫夾帶現(xiàn)象，易排出廢氣發(fā)生二次污染。

4）熱塑固化法。熱塑固化是以塑料為固化劑與有害廢物混合在一起，加入適量的催化劑和填料(骨料），使其共聚合固化而將有害廢物包容在塑料中形成穩(wěn)定的固化體。塑料固化一般用于處理毒性危害大的化學(xué)廢物，如砷化物、氰化物。它的優(yōu)點(diǎn)是可在常溫下操作，固化體的密度和增容率較??；缺點(diǎn)是混合過程會(huì)產(chǎn)生有害煙霧，且固化體耐老化性能較差，一旦破裂浸出會(huì)污染環(huán)境。

5）玻璃固化法。玻璃固化是以玻璃原料為固化劑，將其與有害物質(zhì)以一定的配料比混合后，經(jīng)高溫（900～1 200℃）熔融退火后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的玻璃固化體。玻璃固化相對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定，有害物不易返溶，占地省，近年來受到極大關(guān)注。該方法主要用于處理處置劇毒和放射性廢物。玻璃固化的優(yōu)點(diǎn)是固化體結(jié)構(gòu)致密，在酸、堿性水溶液中的瀝濾率很低，減容系數(shù)大；其缺點(diǎn)在于工藝復(fù)雜，處理費(fèi)用昂貴，設(shè)備材質(zhì)要求高，由于高溫操作，會(huì)產(chǎn)生多種有害氣體，能耗較高。

6）藥劑穩(wěn)定法。藥劑穩(wěn)定化技術(shù)主要適用于含重金屬的污泥、殘?jiān)\(yùn)行成本高于水泥、石灰固化，但其處理后的廢物長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、增容比低，使填埋場(chǎng)的綜合使用成本降低。此外，藥劑穩(wěn)定法的應(yīng)用還包括：（1）適當(dāng)采用有機(jī)硫穩(wěn)定劑或有機(jī)高分子螯合劑處理毒性較大的危險(xiǎn)廢棄物，例如含三價(jià)砷廢物、含氰廢物、含汞廢物、焚燒余灰等；（2）采用氧化還原技術(shù)把毒性較大的六價(jià)鉻（Cr6+）還原為三價(jià)鉻（Cr3+）降低毒性。

2 綜合穩(wěn)定化/固化技術(shù)與應(yīng)用

2.1 綜合穩(wěn)定化/固化技術(shù)

對(duì)于需固化處理的廢物主要為含重金屬類廢物及飛灰，宜采用藥劑穩(wěn)定化預(yù)處理+水泥固化技術(shù)，相對(duì)于水泥穩(wěn)定化固化不但能大大降低使用水泥穩(wěn)定化產(chǎn)生的增容率，節(jié)省填埋場(chǎng)庫容，延長(zhǎng)使用壽命，而且重金屬類廢物經(jīng)藥劑穩(wěn)定化處理后的固化體易達(dá)到填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)，降低處理后廢物的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，考慮技術(shù)及工藝設(shè)備的安全性、經(jīng)濟(jì)性、成熟性、適用范圍的廣泛性等，以水泥固化為主、藥劑穩(wěn)定化為輔的綜合穩(wěn)定化/固化處理技術(shù)相對(duì)其他單一穩(wěn)定化/固化技術(shù)，在技術(shù)可控性、經(jīng)濟(jì)適用性方面具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2 綜合穩(wěn)定化/固化技術(shù)的工程應(yīng)用

1）工程概況。某危險(xiǎn)廢物處置中心處置對(duì)象主要為穩(wěn)定固化后適宜安全填埋處置的危險(xiǎn)廢物，主要有含鉻廢物、含銅廢物、含鉛廢物、含砷廢物、表面處理廢物等，該工程穩(wěn)定化/固化建設(shè)規(guī)模為15 kt/a。

2）穩(wěn)定化/固化處理要求。其要求主要為：（1）有害廢物經(jīng)穩(wěn)定化/固化處理后所形成的固化體應(yīng)具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性、抗干濕性、抗凍融性及足夠的機(jī)械強(qiáng)度等。通常采用浸出率、體積變化因數(shù)、可壓強(qiáng)度等物理、化學(xué)指標(biāo)鑒定固化/穩(wěn)定化產(chǎn)品的優(yōu)劣程度。浸出試驗(yàn)結(jié)果要求能滿足《危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中填埋物入場(chǎng)要求。（2）穩(wěn)定化/固化過程中材料和能量消耗低，增容比低。（3）穩(wěn)定化/固化過程簡(jiǎn)單，便于操作。（4）固化劑、穩(wěn)定劑來源豐富、價(jià)廉易得。（5）處理費(fèi)用低。

3）主要工藝流程。綜合穩(wěn)定化/固化處理工藝流程示意如圖1所示。

圖1 綜合穩(wěn)定化固化處理工藝流程

工藝流程簡(jiǎn)述如下：根據(jù)試驗(yàn)所得的配比數(shù)據(jù)，通過控制系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)，將廢物、藥劑、水泥、粉煤灰和水等物料，按照一定的比例投入混合攪拌機(jī)內(nèi)攪拌混勻。水泥、粉煤灰和危險(xiǎn)廢物焚燒渣密閉貯存在儲(chǔ)罐內(nèi)，罐下設(shè)閘門，由螺旋給料機(jī)輸送、秤量后進(jìn)入混合攪拌機(jī)內(nèi)；穩(wěn)定劑溶液和固化用水通過計(jì)量泵由管道送至固化攪拌機(jī)拌合料槽內(nèi)；危險(xiǎn)廢物采用皮帶輸送機(jī)上料至固化攪拌機(jī)拌合料槽內(nèi)；對(duì)不符合進(jìn)入安全填埋場(chǎng)要求的固化砌塊通過破碎機(jī)進(jìn)行破碎后重新固化/穩(wěn)定化處理。本工程采用以下環(huán)境保護(hù)措施：（1）危險(xiǎn)廢物上料采用皮帶輸送機(jī)，既能處理外來噸袋廢料，又適合污泥類等流動(dòng)性不好的粘性固態(tài)、半固態(tài)物料。該方式與傳統(tǒng)的斗式提升機(jī)和桁車抓斗上料相比，具有投資小、上料機(jī)動(dòng)、對(duì)物料狀態(tài)要求低等特點(diǎn)。（2）該系統(tǒng)中廢物及穩(wěn)定劑、固化劑的添加、攪拌、輸出均采用密閉設(shè)備，工藝過程全部在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，有效地避免了二次污染。（3）主體設(shè)備采用彩鋼板進(jìn)行外包封處理，設(shè)備本體設(shè)置除塵通風(fēng)設(shè)備和“化學(xué)洗滌+UV光解+活性炭吸附”的組合式除臭裝置，保證整個(gè)車間空氣質(zhì)量的良好。（4）對(duì)基本配比系統(tǒng)按工藝流程采用控制室集中控制，對(duì)其計(jì)量—投料—攪拌—出料生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

4）主要工藝設(shè)備。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，綜合固化/穩(wěn)定化系統(tǒng)包括物料貯存、輸送、計(jì)量及上料系統(tǒng)（粉料、固態(tài)/半固態(tài)物料及液態(tài)藥劑），混合攪拌機(jī)，破碎機(jī)，自控系統(tǒng)等。（1）粉料儲(chǔ)倉。配備水泥、粉煤灰及飛灰等3個(gè)粉料儲(chǔ)倉，有效容積為35 m3。倉底錐體內(nèi)設(shè)有氣力破拱裝置，由減壓閥、電磁閥和助流氣嘴等組成，防止粉料搭橋和粉料板結(jié)。（2）螺旋輸送機(jī)（粉料）。將儲(chǔ)倉中的飛灰、水泥和粉煤灰輸送至混合攪拌機(jī)，配備3臺(tái)規(guī)格為Φ219螺旋輸送機(jī)。（3）混合攪拌機(jī)。選用2 m3雙軸水泥攪拌機(jī)。雙軸橫臥攪拌機(jī)在處理廢物過程中自動(dòng)化運(yùn)行程度高，二次污染少，不易出現(xiàn)跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象。（4）破碎機(jī)。破碎機(jī)對(duì)固態(tài)、半固態(tài)物料較大塊狀物進(jìn)行破碎，使之粒度符合上料系統(tǒng)進(jìn)料尺寸要求。此外，破碎機(jī)還需對(duì)不符合進(jìn)入安全填埋場(chǎng)要求的固化砌塊進(jìn)行破碎，為重新固化/穩(wěn)定化處理作準(zhǔn)備。根據(jù)本工程物料的特點(diǎn)，選用鄂式破碎機(jī)型號(hào)PE400×600 mm。

5）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。該工程主要消耗水泥2 025 t/a，石灰及粉煤灰 1 300 t/a，螯合劑 75 t/a，無機(jī)穩(wěn)定劑35 t/a，且固化物達(dá)到《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》入場(chǎng)要求。整套工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、環(huán)境友好、材料來源廣泛，費(fèi)用較低、產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度較高及適用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

3 穩(wěn)定化/固化技術(shù)問題與發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)危險(xiǎn)廢物處理處置起步較晚，對(duì)危險(xiǎn)廢物穩(wěn)定化/固化技術(shù)的研究較少。國(guó)內(nèi)已有的研究大多是借鑒國(guó)外的研究成果，而且多數(shù)研究成果在實(shí)驗(yàn)室中獲得。如趙由才等[7]提出采用超高壓壓制技術(shù)將焚燒飛灰壓制成砌塊，可減少浸出率，節(jié)省庫容。該技術(shù)亦可考慮用于工業(yè)固廢資源化預(yù)處理，但砌塊脫模效率、運(yùn)行成本以及能否適應(yīng)我國(guó)危險(xiǎn)廢物成分的復(fù)雜性和多樣性均需進(jìn)一步分析研究。根據(jù)危廢填埋的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，僅填埋場(chǎng)的建設(shè)費(fèi)用就達(dá)70元/m3庫容。水泥固化的增容率問題及法規(guī)對(duì)固化體浸出率要求的日益嚴(yán)格，將使水泥固化失去其廉價(jià)優(yōu)勢(shì)，尋找新的固化方法已成為發(fā)展的趨勢(shì)。而藥劑穩(wěn)定化的低增容率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性能很好解決這個(gè)問題。結(jié)合目前我國(guó)實(shí)際情況，開展藥劑穩(wěn)定化技術(shù)的研究更具實(shí)用價(jià)值。

目前，綜合穩(wěn)定化/固化技術(shù)還存在以下問題[5]：1）固化實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵在于廢物固化劑和藥劑的選擇及其配比，其對(duì)最終固化體的質(zhì)量影響等問題還沒從根本上解決。2）危險(xiǎn)廢物固化主要實(shí)現(xiàn)手段是混合與攪拌，要考慮在同一設(shè)備中如何解決不同種危險(xiǎn)廢物固化劑、藥劑配比和最終固化體質(zhì)量問題，同時(shí)還需考慮避免造成二次污染問題。3）固化車間上料、儲(chǔ)存、輸送、混合攪拌、出料和養(yǎng)護(hù)等系統(tǒng)之間以及出料與安全填埋工藝的結(jié)合等關(guān)鍵問題。4）固化車間各系統(tǒng)自動(dòng)控制還需進(jìn)一步完善和優(yōu)化。因此，我國(guó)未來固化技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵在于工藝路線、藥劑性能與配比以及固化設(shè)備等方面的優(yōu)化研發(fā)，并避免二次污染。

4 結(jié)論

隨著工業(yè)的發(fā)展，危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生量將持續(xù)增長(zhǎng)，帶來的環(huán)境等問題也會(huì)日益嚴(yán)重。綜合穩(wěn)定化固化處理技術(shù)是處置危險(xiǎn)廢物的重要預(yù)處理措施，不僅可用于危險(xiǎn)廢物處置，也可廣泛用于重金屬污染的環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，高效率、低能耗、經(jīng)濟(jì)適用型的設(shè)備及其靈敏的控制系統(tǒng)，在危險(xiǎn)廢物固化處置領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越廣泛。