通过用水泥稳定/固化的筛选试验来评估无机工业废物的可处理性外文翻译资料

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

有害物质杂志（刊物）

通过用水泥稳定/固化的筛选试验来评估无机工业废物的可处理性

文章信息

文章历史：

2007年12月9日 收到

2008年3月19日修订

2008年3月20日接受

2008年3月27日在线

关键词：工业废物处理、污染土壤处理、用水泥稳定/固化、可处理性测试、工艺优化

摘要：利用水泥或火山灰粘结剂（S / S）的稳定性/固化性是一个为了降低来自残余的污染物的浸出性的选择，尤其是无机物，工业废物和在处置或再利用之前的土壤污染物。因为杂质存在的事实，由S / S处理是复杂的，例如工业废物中存在的污染物和本体基质组分，可对水泥具有有害影响，因此，在大规模应用之前需要对S / S制剂进行仔细的实验室开发和测试。为了避免出现技术故障，包括处理和保留污染物的问题。一项关于水泥化学和污染物固定机制的解释已经被用于提出一系列测试方法和性能阈值，通过S / S高效地评价工业废物的可处理性，同时优化S / S制剂：稳定/固化产品可加工性的措施，出血和凝固时间（对于流动混合物）或检验器压实（用于可压实混合物），和未确定的抗压强度，使用蒸馏水的间歇提取中的可浸出性，以及水力传导性。

1 介绍

欧洲土地指示[1]的理想是废物最小化和避免土地处理，但是消除或回收所有工业废物是不可能的。残留废物可能需要处理，利用水泥或火山灰粘结剂（S / S）的稳定性/固化性去处理大部分无机废物和之前被填埋或者利用的被污染的土壤被认为是最合适的处理方式（例如，[2]）。然而，因为杂质存在的事实，利用S / S处理是复杂的，例如工业废物中存在的污染物和本体基质组分，可对水泥具有有害影响。如果稳定/固化（s / s）产品的设计中没有适当考虑固井组分和杂质之间的潜在相互作用，可能会导致处理困难，设置失败，从而发展不适当的强度，时间恶化，以及造成一个污染物不固定的化学或物理环境。

为了安全和有保证地应用S / S技术，S / S对工业废物的全面处理应该由以下实验室开发步骤来进行：

1. 以评估所研究的废物是否适合于S / S处理（进一步称为可处理性试验），如果是的话；
2. 添加粘合剂以优化特定的废弃物，并评估所得到的产品的化学和物理特性是否适合于预期的处置或利用场景（进一步称为工艺优化）。

在可处理性测试和过程优化的上下文中，对于对S / S的有效性进行科学严格评价的重要性质有越来越多的共识（例如，[3-6]），以及认识到这些不能通过在2小时的混合内的快速测试来测量，正如作者所观察到的典型的工业实践。然而，基于对基于水泥的系统和污染物固定机制的基础化学的理解，可以简化用于S / S过程开发的s / s产品的测试。本文提出并确定在S / S过程的实验室开发中使用一系列测试方法，包括可处理性测试和过程优化的早期阶段。这些测试旨在补充各个监管机构（例如英国环境署[7]）所要求的废物验收和分类测试，并且此提案与某些监管方法之间可能存在重叠。使用这些测试可以帮助采用通用S / S技术实现最佳效果，但不能保证满足监管要求。

2.S / S产品的主要特性

S / S的主要目的通常是降低可浸出性的危险或其他不需要的污染物（虽然改善处理废物的物理特性或岩土原因可能是一个考虑因素）。以下讨论了实现这一目标的重要性的s / s产物性质; 主要性能以斜体显示。

对被处理的废物的化学和物理性质的良好理解是必要的，以对处理做出适当的决定，无论是否通过S / S。原料废物中的污染物浓度比s / s产品中的污染物浓度更容易测量，并且可以用于计算经处理的材料中的浓度。分析原料废物的体积组成和溶解度对于了解处理前废物中的污染物形态和流动性是必要的，并评估对水泥基粘合剂水合的干扰的可能性，例如粘合剂中和以及凝固和/或硬化，假设定，改变的水需求和基质破坏的加速/活化或延迟[8]。废物的物理特性（例如，水分含量和粒度分布）将影响加工和处理。粘合剂组合物也将影响其水合的性质和任何干扰反应。这些原始废物和粘合剂特性的可变性的表征对于解释经处理的产品的测试结果和全尺寸加工的质量控制是至关重要的。

对于S / S方法的实际操作，原材料（即，生废料和粘合剂）必须混合成均匀的混合物，然后必须有效地转移到存储/处置位置，在适当条件下固化之前或之后。具有高初始含水量的污泥和滤饼通常被处理以产生可流动的混合物，其通过泵送来处理。处理和处理可流动混合物的能力取决于其可操作性。凝固时间，其可以通过废物与粘合剂水合的干扰而被严重加速或延迟，提供了这种可加工性保持多久的重要指示。加速凝固将影响新鲜制备的混合物的加工，因为混合物可以在凝固之前混合和泵送。 另一方面，延迟设置可能是陆地操作的问题，例如用于放置升降机或用于铸造块的S / S设施，其必须在转移到陆地之前设置和发展足够的强度。 此外，强烈延迟或完全抑制的凝固表示粘合剂水化失败并开始形成能够保留污染物的耐久性基质。由于不期望的污染物可能存在于来自可以被认为是渗滤液的产物的渗出水中，因此重要的是在不导致在产物表面上形成显着量的游离水的水含量下工作 。

相对干燥的废物，如受污染的土壤，或由于其高表面积（如空气污染控制残留物）而具有高需水量的干燥微粒废物，可能添加水以产生可流动的混合物。或者，它们可以被处理以产生相对干燥的可压实混合物，其使用最佳含水量例如用羊皮辊压实就位，以在硬化时获得致密的整料。

适当地应用，S / S提供了碱性化学环境的双重优点，其中许多危险污染物具有低溶解度，以及提供用于控制污染物向环境中的浸出的物理屏障的低水力传导性的耐用整体式基质。化学和物理固定化取决于当与水混合以形成基于水泥的系统的特征的矿物时粘合剂的成功水合（例如，[9]）。与基于水泥的建筑材料相比，基体承载能力不那么重要，因为s / s产品将仅需承受上覆岩层和可能的车辆交通的重量。然而，基质完整性对于保持低的水力传导性是重要的，使得污染物进入周围环境是可接受的;通过扩散的污染物迁移率是可以实现的可浸出性的最大控制。在这方面，重要的是保持低的本体基质溶解度，避免由其溶解引起的基质物理完整性的快速失效。

由于通过扩散或流动从s / s产品转移到环境中的污染物必须首先溶解在孔隙水中，因此降低污染物溶解度也是至关重要的。污染物在s / s产物中的溶解度取决于它们的形态，这是很难表征的。然而，不管它们的形态如何，金属的溶解度倾向于是基质pH的函数。虽然不同的配方可能具有不同的初始孔隙水pH值，但所有的s / s产物最初都将是高度碱性的，并且这种碱度将随着时间的推移被酸性影响中和，这将逐渐引起构成基质的水泥水合产物的溶解，如以及金属污染物。因此，溶解了的污物的浓度和pH值的酸加成的函数的测量（即，酸中和能力，ANC [3,4,10]）可帮助在不同的pH来表征污染物化学固定化（污染物即“可用性”值），以及s / s基质的化学耐久性。

除了这些技术要求之外，S / S过程必须具有成本效益。虽然可以通过最小化粘合剂添加和使用低成本粘合剂（例如工业副产品）来降低材料成本，但是a的质量/体积增加因子过程和土地填筑成本也必须考虑。

1. 测试方法

虽然s / s产品的几个关键性质可以容易地且以小的成本测量，但是在选择用于可处理性测试的实验室筛选测试中的关键假设是s / s产物的一些容易测量的性质可以作为替代物

对于更难测量的关键属性。因此，s / s产品感兴趣的性质已经分为两组：在表1的第1列中是相对快速筛选测试的那些，以及涉及更多努力但是最终有用于完全评估 表2第1列中的用于全规模应用或在工艺优化中的长期环境稳定性的性质。原料废料，粘合剂，新混合的s / s产品和硬化的s / 的产品。对于每个关键属性，在列2和3中分别提出了特定的测量和方法。

由于操作原因或符合法规要求，例如英国EA指导（2006）[7]，废物产生者和废物管理设施的操作者通常对原始废物进行基本表征。同样，制造的（例如波特兰水泥或石灰）和工业副产品（例如研磨的粒状高炉矿渣，ggbs或粉碎的燃料灰）粘合剂的发生器通常定期表征其材料。因此，可以相对容易地获得关于原料废料和粘合剂组成和物理特性的数据。所进行的具体化学分析将取决于废物类型; 常见的实例已经包括在表1的第2栏中，在第3列中用于这些分析的一些常见技术，但是该列表并不旨在是全面的，并且存在多种可接受的标准方法。

可处理性研究通常涉及具有不同水和粘合剂含量的一系列实验室批次的制备和测试。 所有流动的新鲜制备的混合物的可操作性可以通过在流动台上测量铺展来确定，例如使用BS EN 1015-3：1999。可流动混合物的初始和最终凝固时间可以使用Vicat针法测量，例如BS EN 196-3：2005。含有高含水量废物的s / s产品的出血可以使用BS EN 480-4：2005在24小时后测量。

对于可压实的混合物，不能测量流动表扩展和维卡针穿透; 而是Proctor压实测试，如BS EN 13286-2：2004可用于测量最佳含水量。出血不是一个问题。

S / S可处理性测试的一个实际缺点是粘合剂水合和干扰反应随时间发生; 在一些情况下，s / s产品的性质可能在几年内继续改变。 因此，在测量可处理性研究中的硬化产物的性能之前加入显着长度的固化时间是不可避免的。固化不能在水下进行，如普通水泥浆或混凝土试样的情况，因为在固化期间将发生污染物浸出，并影响固化试样的浸出试验结果;相反，S / S样品必须密封在塑料袋中以排除二氧化碳，具有潮湿的组织以提供潮湿的固化环境。 经验表明，在56天内不能达到令人满意的性能的s / s产品不太可能在更长时间的固化中这样做; 28 d的固化时间对于可处理性试验可认为是足够的。 在28 d，未测试的抗压强度（UCS）可以通过应用BS EN 196-1：2005测试，在测试前有7天浸没和浸没[10]。为了最小化在测试中产生的废物量，该方法可以适于使用50mm立方体试样[3,10]。 提出了来自蒸馏水批量试验例如BS EN 12457-2或3的总溶解固体（TDS; pr EN 15216：2005）和pH的测量作为基质溶解度和可浸出性的指标，而不测量单个污染物。水力传导率必须使用低渗透率的试样的方法测量，例如根据ASTM D5084-03。

由于s / s产品的耐久性特性将源自水泥水化反应的发生，因此建议可以使用UCS的测量来监测在28天之前，通常在7天和14天的水合进程。 这对于通过压实获得整料的s / s产品特别重要，其中设置时间数据不可用于指示是否发生水合反应。在测量UCS时，确定样品质量，尺寸，含水量和比重，以跟踪体积，孔隙率和饱和度的变化是一个好的做法，这可能有助于解释其他数据，并可用于建模，例如用于管理情景特定风险评估。

因此，提出了七种筛选试验，即可加工性，渗透和凝固时间（对于可流动混合物）或Proctor压实（用于可压实混合物），以及UCS，蒸馏水萃取和水力传导率，用于通过S / S评价废物可处理性 。 必须进行有效的复制以表征这些特性的可变性，并确保可处理性研究在将经历全尺寸S / S的散装废料的变异性的背景下是相关的。 关于均匀废物的许多这些方法的再现性的信息可以在Stegemann和Cote [3]中找到。 在提出的性能阈值的上下文中讨论了应用这些方法的正当性，以及使用表2中的方法进行适当的扩展测试。

1. 性能阈值

在可处理性测试中，感兴趣的s / s乘积性质的测量值必须与阈值进行比较，以确定S / S过程的性能是否令人满意。 源自S / S处理所基于的基本化学和物理过程的性能阈值在下面的讨论中提出并且概括在表1和2的第4列中。

4.1原废料特性

S / S可处理性测试的前提是它是必要的，因为废物对粘合剂的影响难以预测; 可处理性程序本身将确定特定组合物的废物是否适合于S / S处理。因此，对原始废物组成的特定阈值的推荐是不合适的，但关于组成的信息可用于检查可能导致有害相互作用的物质的存在的浪费[8]。一些常见的例子包括：

bull;酸，其将在酸/碱反应中消耗昂贵的粘合剂;

bull;重金属（特别是锌），可能会导致水合的抑制;

bull;铝和硫酸盐，这可能导致延迟形成膨胀的钙矾石，并最终破坏基质;

bull;可溶性盐（例如，TDS，钠，钾，氯化物和硫酸盐），其不会固定在水泥基体系中，并且随 着它们迅速溶解，将引起基质的劣化;

bull;有机化合物，其倾向于与无机水泥基基体不相容，干扰水合; 而且，亲水性有机污染物容易浸出，而高浓度的疏水性污染物可能形成有问题的分离相。

因此，S / S的废物应具有中性至碱性的pH，并且粘合剂剂量可能需要增加以应对高浓度的金属或其它干扰。低浓度的疏水性有机化合物可以成功地固定在水泥基系统中，但是有机含量大于1％的废物的S / S被阻止（例如，由美国环境保护局[11]），限度如表1所示。然而，即使金属工业废物也经常超过这一限度，超过它的影响尚未得到充分的研究。考虑的一个方面是，经常可能使用各种技术破坏有机污染物，而不是选择S / S处理。

还应考虑原废物的变异性; 如果实际上可实现，废物的均质化将降低可处理性测试要求，简化质量控制，并且可以改善可处理性。

在蒸馏水批次萃取中的污染物溶解度的测量可进一步用于地球化学模拟以估计污染物形态，例如使用软件包如PHREEQCi，MINTEQ，MINEQ

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[137152]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word