固體廢物處理與處置課程設(shè)計-日處理20t重金屬殘渣的水泥固化處理工藝設(shè)計

課程設(shè)計課程名稱固體廢物處理與處置題目名稱日處理20t重金屬殘渣的水泥固化處理工藝設(shè)計TOC\o"1-4"\h\u重金屬殘渣水泥固化處理課程設(shè)計 重金屬殘渣水泥固化處理課程設(shè)計課題根據(jù)某重金屬殘渣浸出試驗的結(jié)果分析，其重金屬類廢物、殘渣類廢物等浸出濃度均高于GB18598-2001危險廢物填埋污染控制標準的限值，需要對其進行采用水泥固化處理，以滿足填埋要求。廢物種類與成分比例如下表：廢物種類污染成分形狀特性占比，%焚燒飛灰重金屬固T35物化殘渣重金屬固T25回收殘渣鉛、酸固T10重金屬廢物鉻、酸固T25廢酸殘渣酸固T5合計

100本項目按照處理規(guī)模20噸/日重金屬殘渣，本項目對其中幾個關(guān)鍵的處理工序進行設(shè)計。二、重金屬的成分和特性分析重金屬有汞、鉛、鎘、鉻、銅、鋅、鈹、鋇、鎳、砷等金屬及其化合物，一般都具有浸出毒性、急性毒性、生物積累性和遺傳變異性。含有重金屬的固體廢物都是危險廢物，其特性會引起對人類健康或環(huán)境危害，屬于國家嚴控廢物。廢酸具有腐蝕性，對接觸部位作用時，使細胞組織、皮膚有可見性破壞或不可治愈的變化，是接觸物質(zhì)發(fā)生質(zhì)變，使容器泄露。同時，廢酸排放到環(huán)境中，會改變土壤、水域的性質(zhì)，污染環(huán)境。也有可能使土壤和水中的有毒物質(zhì)溶解，增強其毒性。因此，廢酸也是國家嚴控廢物。本次設(shè)計處理焚燒飛灰占35%，日處理7噸；處理物化殘渣占25%，日處理5噸；處理回收殘渣（鉛、酸）10%，日處理2噸；處理重金屬廢物（鉻、酸）25%，日處理5噸；處理廢酸殘渣5%，日處理1噸。三、重金屬殘渣固化工藝的比選及總體設(shè)計3.1固化的定義固化/穩(wěn)定化技術(shù)是處理危險廢物的重要手段，是危險廢物處理和處置中的一項重要技術(shù)，在危險廢物區(qū)域性集中管理系統(tǒng)中占重要地位。經(jīng)過焚燒、物理和化學等無害化和減量化處理工藝后的危險廢物，如飛灰、重金屬殘渣、物化殘渣和廢酸殘渣等都要全部或部分地經(jīng)過穩(wěn)定化/固化處理后.才能進行最終安全處置〕。固化所用的惰性材料稱為固化劑。危險廢物經(jīng)過固化處理所形成的固化產(chǎn)物稱為固化體。已研究和應(yīng)用多種固化方法處理不同種類的危險廢物，但迄今為止尚無一種適用于處理任何類型危險廢物的最佳固化方法。目前采用的固化方法往往只能適用于處理一種或幾種類型的廢物。根據(jù)固化劑及固化過程的不同，目前常用的固化技術(shù)主要包括水泥固化、瀝青固化、塑料固化、玻璃固化、石灰固化等。3.2固化類型3.2.1水泥固化3.2.1.1水泥固化原理水泥固化是以水泥為固化劑將危險廢物進行固化的一種處理方法。固化時，水泥與廢物中的水分或另外添加劑的水分發(fā)生水化反應(yīng)生成凝膠，將廢物中的有害微粒分別包容起來，并逐步硬化成水泥固化體。用作固化劑的水泥品種有很多，如普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、礬土水泥、沸石水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。其中最常用的是普通硅酸鹽水泥，該種材料是用石灰石、黏土以及其它硅酸鹽物質(zhì)混合在水泥窯中的高溫煅燒，然后研磨成粉末狀。它的主要成分是硅酸二鈣和硅酸三鈣，固化時發(fā)生如下的水合反應(yīng)：3CaO·SiO2+xH2O→2CaO·SiO2·yH2O+Ca(OH)2→CaO·SiO2·mH2O+2Ca(OH)22（CaO·SiO2）+xH2O→3CaO·SiO2·yH2O+3Ca(OH)2→2（CaO·SiO2·mH2O）+4Ca(OH)22CaO·SiO2+xH2O→2CaO·SiO2·xH2O→CaO·SiO2·mH2O+Ca(OH)22（2CaO·SiO2）+xH2O→3CaO·2SiO2·yH2O+Ca(OH)2→2(CaO·SiO2·mH2O)+2Ca(OH)23.2.1.2水泥固化工藝及其影響因素水泥固化工藝較為簡單，通常是將危險廢物、水泥和其他添加劑一起與水混合，經(jīng)過一定的養(yǎng)護時間形成堅硬的固化體。影響水泥固化的因素很多，主要包括：pH值pH值對含重金屬污染物的危險廢物的固化處理效果有較大影響。大部分金屬離子的溶解度與pH值有關(guān)。當pH值較高時，許多金屬離子將形成氫氧化物沉淀，且水中的碳酸鹽濃度也會較高，有利于生成碳酸鹽沉淀。但應(yīng)該注意的是，pH值過高時，會形成帶負電荷的羥基絡(luò)合物，溶解度反而升高，不利于金屬離子的固定。水、水泥和廢物的質(zhì)量比水分過少，無法保證水泥實現(xiàn)充分的水合作用；水分過多，則會出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，影響固化體的強度。水泥與廢物的質(zhì)量比應(yīng)用試驗方法確定，以便盡可能地消除廢物中的水分對水合作用的不利影響。凝固時間為確保水泥廢物漿料能夠在混合以后有足夠的時間進行輸送、裝桶或者澆筑，必須適當控制初凝和終凝的時間。通常，初凝時間應(yīng)大于2h，終凝時間在48h以內(nèi)。添加劑的使用在被處理廢物中，往往含有妨礙水合作用的組分，僅用普通水泥進行固化處理時，固化體有時強度不大，物理化學性能也不穩(wěn)定，固化體中有害組分的浸出率也較高。為了改善固化條件，提高固化圖質(zhì)量，固化過程中需要根據(jù)廢物的性質(zhì)滲入適量的添加劑。3.2.1.3水泥固化特點及其應(yīng)用水泥固化技術(shù)應(yīng)用最早，是在核工業(yè)系統(tǒng)處理離子交換再生廢液、報廢的離子交換樹脂，以及廢液在蒸發(fā)濃縮時產(chǎn)生的污泥等方面，而后發(fā)展到其他危險廢物尤其是各種重金屬污泥的處理上。該技術(shù)工業(yè)和設(shè)備比較簡單，運行費用低，水泥原料和添加劑便宜易得，對含水量較高的廢物可以直接固化，固化體的強度、耐熱性、耐久性均好，有的產(chǎn)品可作路基或建筑物基礎(chǔ)材料。但是，水泥固化產(chǎn)品一般都比最終廢物原體積增大1.5到2.0倍。3.2.2瀝青固化瀝青固化是以瀝青材料作固化劑，與危險廢物在一定的溫度、配料比、堿度和攪拌作用下產(chǎn)生皂化反應(yīng)，使危險廢物包容在瀝青中并形成穩(wěn)定固化體的過程。與水泥固化技術(shù)相比，瀝青固化具有如下特點：固化體的空隙率和固化體中污染物的浸出率均大大降低。另外，由于固化過程中干廢物與固化劑之間的質(zhì)量比通常為1:1-2:1，因而固化體的增容較小。固化劑具有一定的危害性，固化過程中容易造成二次污染，需采取措施加以避免。另外，對于含有大量水分的廢物，由于瀝青不具備水泥的水化作用和吸水性，所以有時需預(yù)先對廢物進行脫水或濃縮處理。因此，瀝青固化工藝流程和裝置往往較為復雜，一次性投資與運行費用均高于水泥固化法。固化操作需在高溫下完成，不宜處理在高溫下易分解的廢物、有機溶劑以及強氧化性廢物。3.2.3塑料固化塑料固化是以塑料為固化劑，與危險廢物按一定的比例配料，并加入適量催化劑和填料進行攪拌混合，使其發(fā)生共聚合反應(yīng)，將危險廢物包容其中并形成穩(wěn)定固化體的過程。熱固性塑料固化的主要優(yōu)點是引入的物質(zhì)大多具有較低的密度，所需的添加劑數(shù)量也較小，因而終產(chǎn)品的增容比低于其它固化法，固化體密度?。恢饕秉c是操作過程復雜，固化劑自身價格高昂。3.2.4玻璃固化玻璃固化是以玻璃原料為固化劑，將其與危險廢物以一定的配料比混合后，在1000℃-1200℃的高溫下熔融，經(jīng)退火后形成穩(wěn)定的玻璃固化體。玻璃固化是所有固化方法中效率最好的，固化體中有害組分的浸出率最低，固化體的增容比最小；但由于燒結(jié)過程需要在1200℃左右的高溫下進行，會有大量的有害氣體產(chǎn)生，其中不乏揮發(fā)金屬元素，因此要求配備尾氣處理系統(tǒng)。同時，由于在高溫下操作，給工藝帶來一系列困難，增加處理成本。3.2.5自膠結(jié)固化自膠結(jié)固化是利用廢物自身的膠結(jié)特性來達到固化目的的方法。主要用來處理含有大量硫酸鈣和亞硫酸鈣的廢物。技術(shù)的主要特點是工藝簡單，對待處理的廢物不需要完全脫水；添加劑廉價易得，可以是現(xiàn)場取得的石灰、水泥灰和粉媒灰等廢料，添加劑量少，只有總混合物的10%左右；固化體性質(zhì)穩(wěn)定，具有高的抗?jié)B透性和抗微生物降解的能力，污染物的浸出率低。本次設(shè)計日處理20噸重金屬廢物，日處理量大，從經(jīng)濟角度來考慮應(yīng)選用處理費用較低的固化方式。本次處理的固體廢物的含水量在60%-70%之間，所以應(yīng)選用可以在這種含水率下固化的工藝。水泥固化技術(shù)工業(yè)和設(shè)備比較簡單，運行費用低，水泥原料和添加劑便宜易得，對含水量較高的廢物可以直接固化，固化體的強度、耐熱性、耐久性均好，有的產(chǎn)品可作路基或建筑物基礎(chǔ)材料。而且，重金屬離子的浸出毒性遠低于浸出毒性標準。結(jié)合固體廢物的特點及經(jīng)濟因素，本次設(shè)計選用水泥固化方法處理重金屬廢物。工藝流程圖見圖：重金屬殘渣水泥固化的計算4.1重金屬廢物所需固化刑用量重金屬廢物主要來源于工業(yè)危險廢物.含水率為60%-70%，該種廢物物料固化工藝配伍為重金屬類廢物:藥劑:水:城固化劑)=1:0.01一0.10:0.1—0.3:0.05一0.15。由于工業(yè)廢物成分非常復雜，固化劑的添加量為20%、藥劑為1%較穩(wěn)妥。固化劑選用32.5號硅酸鹽水泥，藥劑選用硫脲。4.2焚燒飛灰及殘渣所需固化劑用量根據(jù)經(jīng)驗，飛灰固化劑的添加量可為5%—15%，從安全性考慮，固化劑添加量為15%。由于飛灰中含有部分石灰，只用水泥固化比較茹，攪拌困難。因此，飛灰固化劑選用32.5號硅酸鹽水泥和粉煤灰，其中水泥用量占75%，粉煤灰占25%，即飛灰:水:固化劑=1:0.3:0.15。綜合利用殘渣和物化處理殘渣主要為中和處理后的廢酸、堿渣以及含雜質(zhì)的廢塑料，固化劑量為20%，選用的固化劑為32.5號硅酸鹽水泥，該種物料固化工藝配伍為殘渣:水:固化劑=1:0.3:0.2。從安全角度考慮，固化劑添加量α=15%，焚燒飛灰需要用固化劑水泥的質(zhì)量為：M1=α1M總η1=15%×20×35%=1.05t/d物化殘渣、回收殘渣、廢酸殘渣固化劑添加量α2=20%，需要用到固化劑水泥的質(zhì)量為：M2=α2M總η2=20%×20×（25+10+5）%=1.6t/d重金屬廢物固化劑添加量為α3=20%，需要用到固化劑水泥質(zhì)量為：M3=α3M總η3=20%×20×25%=1t/d總水泥用量Ms=M1+M2+M3=1.05+1.6+1=3.65t/d藥劑硫脲的用量My=βM總η3=1%×20×25%=0.05t/d用水量Mz=θ1M總η3+θ2M總（η1+η2）=10%×20×25%+30%×20×（35+25+10+5）=0.5+4.5=5t/d則日處理固體噸數(shù)為28.7t。設(shè)備的選型5.1配料機配料機為含重金屬廢物、殘渣等物料的上料、計量設(shè)施，主要由貯料斗、機架、計量斗、皮帶機、電氣控制系統(tǒng)組成。其設(shè)備主要參數(shù):儲料斗容量3m3x4，皮帶機功率4kWx2，配料周期60s，計量斗容積0.8m3;，計量方式為電子秤，其精度士2%;外形尺寸8300mmx2000mmx2650mm，整機質(zhì)量4000kg。5.2合攪拌機攪拌機是固化工藝的核心設(shè)備，選用雙軸混合攪拌機，具有處理能力大、啟動故障少、攪拌混合均勻、設(shè)備壽命長、維修量小、可靠性高等優(yōu)點。日處理危險廢物量為20t，加上固化劑、藥劑和水，進入攪拌機的物料總量為28.7t/d。平均密度按1.5t/m;計，則日處理廢物約19.2m3;，攪拌機的混合攪拌時間一般為6—8min，同時考慮上料、出料時間，一般整個周期為10—15min。本項目上料、攪拌和出料整個工段周期以12min計，設(shè)備工作時間以6h計，每天可上料30次，即單次攪拌容量為0.65m3;考慮25%物料量的變化系數(shù)，攪拌容積設(shè)計為0.8m3;。因此，選用PDL800混合攪拌機。設(shè)備主要參數(shù):整機重量2.3t，攪拌容積0.8m，電機功率N=2.2kWx3，變頻，材質(zhì)C.S。5.3水泥儲倉水泥日消耗量為3.65t/d，即日消耗水泥約2.5m3;水泥儲存周期以7d計，儲倉容積為17.5m3;，儲倉利用率按80%計，則需儲倉容積22m3;。因此，選用φ2500mm,L5000mm儲倉1個，容積為25m3;，布置在室外。5.4飛灰儲倉飛灰年處理平均日處理7t，密度按0.7t/m3;計。結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗，一般固化飛灰的儲倉只有1個，儲存2—3d的產(chǎn)生量即可，飛灰產(chǎn)生地一般都有暫存?zhèn)}庫，特殊情況應(yīng)暫存于產(chǎn)生地。因此，本項目只按2d的儲存量設(shè)置20m3;儲倉1個，儲倉尺寸φ2500mm,L5000mm，設(shè)備布置在室外。5.5螺旋輸送機為將儲倉中的飛灰、水泥和粉煤灰送至混合攪拌機，配備3臺規(guī)格為φ300mm,L8500mm螺旋輸送機，廢物輸送量為0一19t/h，電機功率為3kW5.6粉煤灰儲倉本工程粉煤灰使用量較少，從考慮降低運行費用和設(shè)備制作、安裝方便的角度出發(fā)，設(shè)置1個φ2500mm,L5000mm儲倉，作為水泥固化劑備用倉.設(shè)備布置在室外。5.7藥劑儲備罐和輸送泵硫脲消耗量分別為18.5t/a，以硫脲的儲量作為儲罐的設(shè)計依據(jù)。硫脈日消耗量約為0.O5t，配成濃度為25%的液態(tài)，則每天需液態(tài)硫脈量為0.2t,考慮到藥劑配制后儲存時間過長影響藥效，因此，儲存周期按2d計，設(shè)置3個藥劑儲罐，儲罐材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯聚乙烯，具有防滲和耐腐蝕功能。儲罐有效尺寸φ1000mm,L2000mm，有效容積0.8m3;。每個儲罐選用2臺(1用1備J-1000/1.0-2.5電控計量泵將藥劑輸送至攪拌機，計量泵流量為1000L/h，最大壓力為2.5MPa。5.8砌塊成型機砌塊成型機主要使混合物料經(jīng)過成型、養(yǎng)護以達到安全填埋場入場要求，其設(shè)備主要由液壓系統(tǒng)、成型機主機、供板機和鏈式輸送機組成。主要設(shè)備參數(shù):生產(chǎn)能力10—15m3/h，成型周期15s，加壓時間20-25s，額定壓力15MPa，配套功率23.5kW。5.9皮帶輸送機帶式輸送機是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運輸物料的機械。主要由機架、輸送帶、托錕、滾筒、張緊裝置、傳動裝置等組成，可以進行成件物品的運輸。砌塊成型機壓塊成型之后，