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梅州市环境科学研究所 广东 梅州 514000
【摘 要】随着经济的发展，人民生活水平提高的同时，工业生产所产生的污染也日益严重，工业固体废渣就呈日趋增多发展趋势。如何对工业固体废渣进行处理，成为了社会的重要话题。本文结合实例，介绍了工业固体废渣固化处置方法及机理，并对该方法应用中需要注意的事项进行了详细分析，为该方法的推广应用提供参考。
【关键词】水泥固化；工艺流程；应用；注意事项
近年来，随着我国经济的高速发展，工业化程度不断提高，我国的每年排放的工业固体废渣呈日趋增多发展趋势。虽然地理环境对固体废渣具有一定的自净能力，但是由于排放的数量太多，目前固体废渣已经超出了环境的自净能力，固体废渣的污染问题由此产生，特别是对地下水的污染。因此，必须结合相关技术对固体废渣进行处理。
1 案例分析
某公司工业固体废渣的处置主要依托于现有的工业废渣填埋场。但由于进场的工业固体废渣中含有焚烧飞灰、重金属、酸碱污泥、含氰污泥、石棉等一些特定的危险废物，如果不对其进行固化处置直接填埋，这些有害物质将会严重污染环境和地下水，危害人的生命和身体健康，影响动植物的生长和发育。并且根据《危险废物安全填埋处置工程建设技术要求》第6.3条，对这些危险废物必须在填埋前进行稳定化/固化处置。
2 工业固体废渣固化处置的方法比较及选择
经过比较并结合固废车间的实际情况，车间采用水泥固化法。该方法是一种比较成熟的处置方法。最适用于无机类型的废物，尤其是含有重金属污染物的废物。由于水泥所具有的高pH值，使得几乎所有的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式而被固定在固化体中。
采用水泥固化技术的优点：首先，水泥已经被长期使用于建筑业，所以无论是它的操作、混合、凝固和硬化过程的规律都已经为人们所熟知；其次，相对其它材料来讲，其价格和所需要的机械设备相对比较简单；第三，由于水泥的水化作用，在处理湿污泥或含水废物时，无需对废物做进一步脱水处理；最后，用水泥进行稳定化可以适用于具有不同化学性质的废物，对酸性废物也能起到一定的中和效果。
为提高固化效果，根据废物不同性质，可适当添加酸、碱、重金属稳定剂等。将原有闲置分拣厂房改造成两个车间，分别作为物化和固化车间，车间长24m，进深24m，高10m。三面围护、一面敞开式结构，便于车辆进出，利于有害气体的排除。
3 水泥固化技术
3.1 实施范围
固废车间对危险废物进行稳定化处理，目前采用水泥固化为主，药剂稳定化为辅的工艺技术路线，需固化废物种类包括：物化残渣、重金属废物和污泥类废物等。
3.2 固化配方及工艺流程
3.2.1 固化配方
水泥固化基材可选择的范围很广，其中包括：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矾土水泥、沸石水泥等。参考国外的相关资料，对水泥的标准规格有一定要求，详见表1。
表1 水泥标准规格
为改善固化产品性能，固化过程中需视废物的性质和对产品质量的要求，添加适量的必要添加剂。通常采用的添加剂为蛭石、沸石、多种黏土矿等。这几种添加剂可缓解废物中有机物对固化的干扰作用，提高水泥固化效果。为此，增加三套加药设备，分别为酸、碱、重金属稳定剂，可根据固化测试结果，分别添加三种药剂，以改善固化效果。
一般的固化配方为：固化材料为425号普通硅酸盐水泥，水/水泥质量比为0.47～0.88，水泥/废物质量比为0.67～4.00，固化体的抗压强度可以达到6～300MPa。固废车间工业废渣填埋场年固化废物为256.16t。根据上述配方，年消耗水泥171.63～1024.64t；年消耗新鲜水80.67～901.68t。固化增容比按1.5～2.0考虑，则固化废物年占用容积为256.16～512.32m3。对于金属离子的固定，pH值有显著影响。当pH值较高时，金属离子将形成氢氧化物沉淀，且水中CO3-浓度也高，有利于生成碳酸盐沉淀。然而，当pH值过高时，会形成带负电荷的羟基络合物，溶解度反而会升高。因此，在操作时应根据不用的金属成分严格控制固化pH值。固化时，为了减小有害物质的浸出速率，可加入少量重金属稳定剂（如硫代硫酸钠或硫化钠等），有效固定重金属离子。
3.2.2 固化流程
由于水泥固化和药剂稳定化技术，对不同废物所确定的固化工艺均须以混合与搅拌为主要工程实现手段。因此，考虑将几种处理工艺在一条生产线上实现。即设置一套混合搅拌设备，具体工艺流程为：
（1）需固化的废料及水泥、药剂采样送实验室进行试验分析，并将最佳配比等参数提供给固化车间。
（2）需固化处置的含重金属和残渣类废物运至固化车间，送入配料机的骨料仓，并经过卸料、计量和输送等过程进入混合搅拌机；污泥类废物通过无轴螺旋输送机进行输送、计量后进入混合搅拌机；水泥、粉煤灰、焚烧飞灰、药剂和水等物料按照实验所得的比例通过各自的输送系统送入搅拌机，连同废物物料在混合搅拌槽内进行搅拌。其中水泥、粉煤灰和焚烧飞灰由螺旋输送机输送再秤量后进入搅拌机料槽；固化用水、药剂通过泵并计量进入到搅拌机料槽。物料混合搅拌均匀后，开闸卸料，通过皮带输送机输送到砌块成型机成型。成型后的砌块通过叉车送入养护厂房进行养护处理。养护凝硬后取样检测，合格品用叉车直接运至安全填埋场填埋，不合格品由养护厂房返回固化车间经破碎后重新处理。固化工艺流程见图1。
图1 水泥固化工艺流程
3.3 水泥固化设备
由于废物量批次之间成分变化较大，且单批处理量较小，因此车间采用配料机配料、机械混合，混合设备为JZC350型混凝土搅拌机，搅拌机间歇工作。搅拌机性能参数见表2。
表2 JZC350型混凝土搅拌机性能参数一览表
3.4 实施效果
经过水泥固化后，对部分固化后的废物做浸出实验，结果表明，固化体中Zn、Pb、Cu重金属浸出浓度最高值分别为15.075、0.543、1.592mg/L，远低于毒性鉴别标准值（Zn、Pb、Cu的标准值分别是100、5、100mg/L），符合入场标准，可作为一般固体废弃物填埋处理，大大降低了其对环境造成的影响，真正做到了安全、规范处置。
4 水泥固化/稳定化机理探讨
【摘 要】随着经济的发展，人民生活水平提高的同时，工业生产所产生的污染也日益严重，工业固体废渣就呈日趋增多发展趋势。如何对工业固体废渣进行处理，成为了社会的重要话题。本文结合实例，介绍了工业固体废渣固化处置方法及机理，并对该方法应用中需要注意的事项进行了详细分析，为该方法的推广应用提供参考。
【关键词】水泥固化；工艺流程；应用；注意事项
近年来，随着我国经济的高速发展，工业化程度不断提高，我国的每年排放的工业固体废渣呈日趋增多发展趋势。虽然地理环境对固体废渣具有一定的自净能力，但是由于排放的数量太多，目前固体废渣已经超出了环境的自净能力，固体废渣的污染问题由此产生，特别是对地下水的污染。因此，必须结合相关技术对固体废渣进行处理。
1 案例分析
某公司工业固体废渣的处置主要依托于现有的工业废渣填埋场。但由于进场的工业固体废渣中含有焚烧飞灰、重金属、酸碱污泥、含氰污泥、石棉等一些特定的危险废物，如果不对其进行固化处置直接填埋，这些有害物质将会严重污染环境和地下水，危害人的生命和身体健康，影响动植物的生长和发育。并且根据《危险废物安全填埋处置工程建设技术要求》第6.3条，对这些危险废物必须在填埋前进行稳定化/固化处置。
2 工业固体废渣固化处置的方法比较及选择
经过比较并结合固废车间的实际情况，车间采用水泥固化法。该方法是一种比较成熟的处置方法。最适用于无机类型的废物，尤其是含有重金属污染物的废物。由于水泥所具有的高pH值，使得几乎所有的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式而被固定在固化体中。
采用水泥固化技术的优点：首先，水泥已经被长期使用于建筑业，所以无论是它的操作、混合、凝固和硬化过程的规律都已经为人们所熟知；其次，相对其它材料来讲，其价格和所需要的机械设备相对比较简单；第三，由于水泥的水化作用，在处理湿污泥或含水废物时，无需对废物做进一步脱水处理；最后，用水泥进行稳定化可以适用于具有不同化学性质的废物，对酸性废物也能起到一定的中和效果。
为提高固化效果，根据废物不同性质，可适当添加酸、碱、重金属稳定剂等。将原有闲置分拣厂房改造成两个车间，分别作为物化和固化车间，车间长24m，进深24m，高10m。三面围护、一面敞开式结构，便于车辆进出，利于有害气体的排除。
3 水泥固化技术
3.1 实施范围
固废车间对危险废物进行稳定化处理，目前采用水泥固化为主，药剂稳定化为辅的工艺技术路线，需固化废物种类包括：物化残渣、重金属废物和污泥类废物等。
3.2 固化配方及工艺流程
3.2.1 固化配方
水泥固化基材可选择的范围很广，其中包括：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矾土水泥、沸石水泥等。参考国外的相关资料，对水泥的标准规格有一定要求，详见表1。
表1 水泥标准规格
为改善固化产品性能，固化过程中需视废物的性质和对产品质量的要求，添加适量的必要添加剂。通常采用的添加剂为蛭石、沸石、多种黏土矿等。这几种添加剂可缓解废物中有机物对固化的干扰作用，提高水泥固化效果。为此，增加三套加药设备，分别为酸、碱、重金属稳定剂，可根据固化测试结果，分别添加三种药剂，以改善固化效果。
一般的固化配方为：固化材料为425号普通硅酸盐水泥，水/水泥质量比为0.47～0.88，水泥/废物质量比为0.67～4.00，固化体的抗压强度可以达到6～300MPa。固废车间工业废渣填埋场年固化废物为256.16t。根据上述配方，年消耗水泥171.63～1024.64t；年消耗新鲜水80.67～901.68t。固化增容比按1.5～2.0考虑，则固化废物年占用容积为256.16～512.32m3。对于金属离子的固定，pH值有显著影响。当pH值较高时，金属离子将形成氢氧化物沉淀，且水中CO3-浓度也高，有利于生成碳酸盐沉淀。然而，当pH值过高时，会形成带负电荷的羟基络合物，溶解度反而会升高。因此，在操作时应根据不用的金属成分严格控制固化pH值。固化时，为了减小有害物质的浸出速率，可加入少量重金属稳定剂（如硫代硫酸钠或硫化钠等），有效固定重金属离子。
3.2.2 固化流程
由于水泥固化和药剂稳定化技术，对不同废物所确定的固化工艺均须以混合与搅拌为主要工程实现手段。因此，考虑将几种处理工艺在一条生产线上实现。即设置一套混合搅拌设备，具体工艺流程为：
（1）需固化的废料及水泥、药剂采样送实验室进行试验分析，并将最佳配比等参数提供给固化车间。
（2）需固化处置的含重金属和残渣类废物运至固化车间，送入配料机的骨料仓，并经过卸料、计量和输送等过程进入混合搅拌机；污泥类废物通过无轴螺旋输送机进行输送、计量后进入混合搅拌机；水泥、粉煤灰、焚烧飞灰、药剂和水等物料按照实验所得的比例通过各自的输送系统送入搅拌机，连同废物物料在混合搅拌槽内进行搅拌。其中水泥、粉煤灰和焚烧飞灰由螺旋输送机输送再秤量后进入搅拌机料槽；固化用水、药剂通过泵并计量进入到搅拌机料槽。物料混合搅拌均匀后，开闸卸料，通过皮带输送机输送到砌块成型机成型。成型后的砌块通过叉车送入养护厂房进行养护处理。养护凝硬后取样检测，合格品用叉车直接运至安全填埋场填埋，不合格品由养护厂房返回固化车间经破碎后重新处理。固化工艺流程见图1。
图1 水泥固化工艺流程
3.3 水泥固化设备
由于废物量批次之间成分变化较大，且单批处理量较小，因此车间采用配料机配料、机械混合，混合设备为JZC350型混凝土搅拌机，搅拌机间歇工作。搅拌机性能参数见表2。
表2 JZC350型混凝土搅拌机性能参数一览表
3.4 实施效果
经过水泥固化后，对部分固化后的废物做浸出实验，结果表明，固化体中Zn、Pb、Cu重金属浸出浓度最高值分别为15.075、0.543、1.592mg/L，远低于毒性鉴别标准值（Zn、Pb、Cu的标准值分别是100、5、100mg/L），符合入场标准，可作为一般固体废弃物填埋处理，大大降低了其对环境造成的影响，真正做到了安全、规范处置。
4 水泥固化/稳定化机理探讨