一種協同處理垃圾焚燒飛灰和垃圾滲濾液的方法與流程

2023-07-05 05:38:41

本發明涉及一種處理垃圾焚燒飛灰和垃圾滲濾液的方法，特別是涉及一種協同處理垃圾焚燒飛灰和垃圾滲濾液的方法，尤其是一種協同處理垃圾焚燒飛灰中二惡英及重金屬、垃圾滲濾液中有機汙染物及重金屬的方法。

背景技術：

垃圾焚燒飛灰是垃圾焚燒後在熱回收利用系統、煙氣淨化系統收集的物質。主要來自餘熱鍋爐產生的底灰、反應塔產生的底灰和布袋除塵器收集的粉塵。其中含有大量的重金屬和二惡英等劇毒汙染物，屬於國家規定的危險廢物(編號：HW18)，必須進行安全處置。

飛灰的重要特性也是處置的難點是含有二惡英、重金屬，並且可溶氯鹽含量高。飛灰粒度細，垃圾焚燒產生的二惡英有很大一部分吸附在飛灰表面。同時，飛灰中還含有較高濃度的Pb、Zn、Cr以及Cd等多種有害重金屬(如Pb含量高達750～3500mg/kg，Zn含量高達900～3500mg/kg)。並且，垃圾焚燒飛灰中含有大量的可溶氯鹽是制約飛灰處置的關鍵因素，其含量最高可達25％以上。

焚燒飛灰處置方法主要有：水泥固化法、瀝青固化法、化學藥劑處置法、燒結處置法和熔融處置法等。

水泥固化法在碳酸化(酸化)的作用下，固化體中的重金屬及無機鹽大部分隨著時間的推移將被雨水逐漸溶出，對環境存在著長期的、潛在的威脅。考慮到這些問題飛灰處置場建設和運行的標準將大大提高，水泥固化後增容，運行成本增加，限制了該方法的長期應用。

瀝青固化法在處置過程中，必須將飛灰的粒徑大小及水分加以適當調整，同時儘量去除雜質，以便使瀝青的包覆層能完全覆蓋處置物。 處置能力低，瀝青使用量大，成本高，較難得到推廣使用。

在處理未經均化的飛灰時，若採用化學藥劑處置法處置，則高分子螯合劑添加成本會相對較高。由於飛灰組分及重金屬存在形態的複雜性，以及對其反應機理缺乏足夠的認識和研究，因此，穩定劑市場魚目混珠、水平參差不齊。

目前，國內除上海、廣州、深圳、大連等主要城市的垃圾焚燒廠對焚燒飛灰進行了安全處置之外，大多數垃圾焚燒廠還沒有對焚燒飛灰進行必要的妥善處置。常見的方式是採用簡易水泥固化和石灰穩定化的方式，但這些處置方式對重金屬長期穩定化的效果並不理想，對二惡英類物質的去除和控制作用也很有限，以石灰穩定化處置為例，在低pH值環境中重金屬會再度浸出，而造成二次汙染。

垃圾滲濾液是指來源於垃圾填埋場中垃圾本身含有的水分、進入填埋場的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土層的飽和持水量，並經歷垃圾層和覆土層而形成的一種高濃度廢水。垃圾滲濾液的水質相當複雜，一般含有高濃度有機物、重金屬鹽及氨氮，垃圾滲濾液不僅汙染土壤及地表水源，還會對地下水造成汙染，對於垃圾滲濾液中COD及氨氮的去除已有許多研究，一般多採用生物法處置，但是處置效果不理想，且運行成本相對較高。

在通常情況下，這兩種廢棄物都是分別處理，所以處理成本高，處理穩定性低。因此，尋找一種處理工藝、處理設備簡單，處理成本低廉，並且處理效果顯著的工藝就顯得尤為重要了。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種處理工藝,處理設備簡單、處理成本低廉、處理效果顯著的工藝，能夠協同處理飛灰中二惡英及重金屬、垃圾滲濾液中有機汙染物及重金屬，實現垃圾焚燒飛灰及垃圾滲濾液的無害化處置，處理工藝合理，處置成本適中，處置效果顯著。

為實現上述目的，本發明提供了一種協同處理垃圾焚燒飛灰和垃圾滲濾液的方法，所述方法包括如下步驟：

A、將飛灰按照固液質量比為1:3～1:10的比例加入到水中，以300～3000r/min的轉速攪拌20min～60min，之後在離心機上進行固液分離；

B、將步驟A分離出的固形物與垃圾滲濾液按1:3～1:15的固液質量比例混合，攪拌均勻，形成固液混合物；

C、在步驟B中的固液混合物中加入氧化矽、氧化鋁、氧化鈣的混合物；

D、將步驟C中的混合物加入反應釜中，檢查氣密性，確定反應釜氣密性良好後把溫度參數調節至120～350℃，並將反應釜的壓力設置為1.5～17.0Mpa；

E、不斷攪拌，當反應釜內的溫度升高到設置的溫度值後，繼續反應1～10h；

F、將處理之後的混合物進行固液分離，之後再把脫水後的固體物進行無害化處理或者資源化利用。

優選地，重複所述步驟A的水洗-分離過程1～2次。

優選地，所述步驟B中氧化矽、氧化鋁、氧化鈣的質量含量均為1～10％。

優選地，所述反應釜的升溫速率為1～10℃/min。

優選地，所述反應釜為耐壓反應釜，所述反應釜內部材質為不鏽鋼、陶瓷或聚四氟乙烯，外部材質為鑄鐵。

優選地，所述反應釜內帶有自動攪拌的裝置，在加熱過程中不斷地勻速攪拌固液混合物。

優選地，步驟F中的固液分離方式為機械壓濾脫水或離心脫水。

優選地，按照所述方法處理，當步驟B中氧化矽、氧化鋁、氧化鈣的含量為飛灰質量的1～5％時，處理後的飛灰的國際毒性當量為小於0.5ng I-TEQ/g。

優選地，按照所述方法處理，當反應釜的溫度設置為220℃～350℃時，處理後的飛灰的國際毒性當量為小於0.3ng I-TEQ/g。

優選地，反應釜在處理飛灰及垃圾滲濾液時，溶劑處於亞臨界或 者臨界狀態。

基於上述技術方案，本發明的優點是：

本發明提供了一種協同處理飛灰中二惡英及重金屬、垃圾滲濾液中有機汙染物及重金屬的方法，利用處於亞臨界或者臨界狀態下的溶劑具有極強的氧化性，同時處理飛灰中的二惡英及飛灰和垃圾滲濾液中的重金屬和有機汙染物。與此同時，本發明的處理工藝、處理設備簡單，處理成本低廉，並且本發明的方法對二惡英及有機汙染物的處理效率極高，重金屬離子經處理後具有較強的穩定性，使得處理後的固體物可實現無害化處理或者資源化利用。

進一步，本發明的方法通過將飛灰中氯元素及無機鹽洗出，溶解到水洗液裡，減少氯鹽對設備的腐蝕，並對無機鹽有效回收，實現資源循環利用。同時補充可以形成類沸石結構的必要物質，如氧化矽、氧化鋁、氧化鈣等物質，類沸石結構可吸附重金屬等有害物質於空隙中，降低重金屬浸出毒性。

具體實施方式

下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

本發明提供了一種協同處理垃圾焚燒飛灰和垃圾滲濾液的方法，所述方法包括如下步驟：

A、將飛灰按照固液質量比為1:3～1:10的比例加入到水中，以300～3000r/min的轉速攪拌20min～60min，之後在離心機上進行固液分離。優選地，可重複所述步驟A的水洗-分離過程1～2次，以提高水洗效率。在3次水洗後，氯的水洗率可達到99％以上，對設備的腐蝕性顯著降低，大幅延長了反應釜的使用壽命。通過將飛灰中氯元素及無機鹽洗出，溶解到水洗液裡，減少氯鹽對設備的腐蝕，並對無機鹽有效回收，實現資源循環利用。

B、將步驟A分離出的固形物與垃圾滲濾液按1:3～1:15的的固液質量比例混合，攪拌均勻，形成固液混合物；為了獲得較佳的處理效 果，可在其中添加甲醇等醇類物質，也可加入銅粉、鐵粉、金屬氧化物等物質，作為催化劑，以加快反應速率，節約成本。

C、在步驟B中的固液混合物中加入氧化矽、氧化鋁、氧化鈣的混合物。優選地，所述步驟B中氧化矽、氧化鋁、氧化鈣的含量佔飛灰質量的比例均為1～5％。通過同時補充可以形成類沸石結構的必要物質，如氧化矽、氧化鋁、氧化鈣等物質，類沸石結構可吸附重金屬等有害物質於空隙中，降低重金屬浸出毒性。

D、將步驟C中的混合物加入反應釜中，檢查氣密性，確定反應釜氣密性良好後把溫度參數調節至120～350℃，並將反應釜的壓力設置為1.5～17.0Mpa。所述反應釜的升溫時，其升溫速率為1～10℃/min。並且所述反應釜內帶有自動攪拌的裝置，可以在在加熱過程中不斷地勻速攪拌固液混合物，使得固液混合物受熱均勻，充分反應。由於有著耐壓以及防腐蝕要求，優選地，所述反應釜為耐壓反應釜，所述反應釜內部材質為不鏽鋼、陶瓷或聚四氟乙烯，外部材質為鑄鐵。

E、不斷攪拌，當反應釜內的溫度升高到設置的溫度值後，繼續反應1～10h。關閉加熱器，自然冷卻至室溫。反應釜在處理飛灰及垃圾滲濾液時，溶劑處於亞臨界或者臨界狀態。正是由於這種處於亞臨界或者臨界狀態的溶劑具有極強的氧化性，以至於其能夠分解二惡英。與此同時，水熱反應後飛灰以及垃圾滲濾液中的重金屬與飛灰中的矽酸鹽形成了具有穩定結構的其他矽鋁酸鹽，使重金屬的浸出毒性降低。

F、將處理之後的混合物進行固液分離，之後再把脫水後的固體物進行無害化處理或者資源化利用。優選地，所述固液分離方式為機械壓濾脫水或離心脫水。脫水後的固體物可以直接填埋或者混入水泥填埋，其毒性很低，完全符合國家規定的標準，也可以混入混凝土，進行資源化利用。

本發明提供了一種協同處理飛灰中二惡英及重金屬、垃圾滲濾液中有機汙染物及重金屬的方法，利用處於亞臨界或者臨界狀態下的溶劑具有極強的氧化性，同時處理飛灰中的二惡英及飛灰和垃圾滲濾液中的重金屬和有機汙染物。優選地，按照所述方法處理，當反應釜的 溫度設置為220℃～350℃時，處理後的飛灰的國際毒性當量為小於0.3ng I-TEQ/g。

進一步，本發明的方法通過將飛灰中氯元素及無機鹽洗出，溶解到水洗液裡，減少氯鹽對設備的腐蝕，並對無機鹽有效回收，實現資源循環利用。同時補充可以形成類沸石結構的必要物質，如氧化矽、氧化鋁、氧化鈣等物質，類沸石結構可吸附重金屬等有害物質於空隙中，降低重金屬浸出毒性。優選地，按照所述方法處理，當步驟B中氧化矽、氧化鋁、氧化鈣的含量為飛灰質量的1～5％時，處理後的飛灰的國際毒性當量為小於0.5ng I-TEQ/g。

實施例1

在本實施例中，將飛灰按照固液質量比為1:6的比例加入到水中，以2000r/min的轉速攪拌20min，之後在離心機上進行固液分離，水洗次數為3次，氯的水洗率可達到99％。之後，往水洗後飛灰中加入無機氧化物，氧化物採用的是氧化鈣、氧化矽，添加量為飛灰質量的5％，將混合固形物與垃圾滲濾液按1:4的固液比例混合，反應釜的溫度設置為250℃，在反應釜中處理3h。

經過處理後的飛灰二惡英減量96.66％以上，Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金屬，處理效率分別為96.35％、97.56％、96.25％、98.59％、97.22％、96.81％，處理效率均達到了96％以上，顯示出了優良的處理效果。

實施例2

在本實施例中，將飛灰按照固液質量比為1:4的比例加入到水中，以2000r/min的轉速攪拌20min，之後在離心機上進行固液分離，水洗次數為2次，氯的水洗率可達到93％。之後，往水洗後飛灰中加入無機氧化物，氧化物採用的是氧化鈣、氧化矽，添加量為飛灰質量的3％，將固形混合物與垃圾滲濾液按1:4的固液比例混合，反應釜的溫度設置為300℃，在反應釜中處理3h。

經過處理後的飛灰二惡英減量98.12％以上，Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金屬，處理效率分別為97.12％、97.35％、97.25％、97.86％、97.28％、98.16％，處理效率均達到了97％以上，顯示出了優良的處理效果。

實施例3

在本實施例中，將飛灰按照固液質量比為1:8的比例加入到水中，以2000r/min的轉速攪拌20min，之後在離心機上進行固液分離，水洗次數為2次，氯的水洗率可達到98％。之後，往水洗後飛灰中加入無機氧化物，氧化物採用的是氧化鈣、氧化矽，添加量為飛灰質量的4％，將固形混合物與垃圾滲濾液按1:15的固液比例混合，反應釜的溫度設置為275℃，在反應釜中處理5h。

經過處理後的飛灰二惡英減量98.50％以上，Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金屬，處理效率分別為98.62％、97.12％、98.10％、98.02％、97.22％、98.16％，處理效率均達到了97％以上，顯示出了優良的處理效果。

實施例4

在本實施例中，將飛灰按照固液質量比為1:10的比例加入到水中，以2000r/min的轉速攪拌20min，之後在離心機上進行固液分離，水洗次數為3次，氯的水洗率可達到99％。之後，往水洗後飛灰中加入無機氧化物，氧化物採用的是氧化鈣、氧化矽，添加量為飛灰質量的5％，將固形混合物與垃圾滲濾液按1:3的固液比例混合，反應釜的溫度設置為280℃，在反應釜中處理4h。

經過實施例1中描述的處理方式，處理後的廢液中，二惡英減量95.12％以上，Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金屬，處理效率分別為95.12％、96.35％、96.25％、96.95％、96.22％、96.01％，處理效率均達到了95％以上，顯示出了優良的處理效果。

實施例5

在本實施例中，將飛灰按照固液質量比為1:3的比例加入到水中，以2000r/min的轉速攪拌20min，之後在離心機上進行固液分離，水洗次數為2次，氯的水洗率可達到96％。之後，往水洗後飛灰中加入無機氧化物，氧化物採用的是氧化鈣、氧化矽，添加量為飛灰質量的2％，將固形混合物與垃圾滲濾液按1:4的固液比例混合，反應釜的溫度設置為350℃，在反應釜中處理3h。

經過實施例1中描述的處理方式，處理後的廢液中，二惡英減量97.36％以上，Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金屬，處理效率分別為97.52％、97.25％、97.56％、98.20％、96.262％、97.81％，處理效率均達到了97％以上，顯示出了優良的處理效果。

最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。