CN101461991A

CN101461991A - 一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置与方法

Info

Publication number: CN101461991A
Application number: CNA2008100406024A
Authority: CN
Inventors: 吴奇方; 钱光人; 唐正飞; 邹庐泉; 蒲敏; 肖灿
Original assignee: SHANGHAI CHENGTOU ENVIRONMENT INVESTMENT CO Ltd; SHANGHAI SOLID WASTE MANAGEMENT CENTER; University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: SHANGHAI CHENGTOU ENVIRONMENT INVESTMENT CO Ltd; SHANGHAI SOLID WASTE MANAGEMENT CENTER; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2009-06-24

Abstract

本发明提出一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的方法，包含：向焚烧飞灰中加入空气与水，焚烧飞灰与水混合，充分搅拌，使得焚烧飞灰中的可溶性成分进入水中，之后静止沉淀，沉淀为飞灰沉淀；排出飞灰沉淀中分离出的水，晒干飞灰沉淀至含水量达到30％以下，产生飞灰成品。本发明还提出了一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置，包含：水洗沉淀罐，用来添加入水，搅拌并洗涤焚烧飞灰，使得焚烧飞灰中的氯离子溶解于水中，并在停止搅拌后使得混合物分层，产生上清液和飞灰沉淀；药剂罐，用来将重金属高温稳定药剂溶解于水，注入水洗沉淀罐以与焚烧飞灰反应；干化场，用来干化飞灰沉淀，产生飞灰成品。

Description

一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置与方法

技术领域

本发明涉及环保工程领域，尤其涉及一种将垃圾焚烧飞灰资源化处理的装置与方法。

背景技术

随着城市化的不断推进，每天产生的生活垃圾也越来越多。现在，世界各国处理垃圾的方法主要是进行垃圾焚烧。

垃圾焚烧产生飞灰，焚烧飞灰的主要化学成分为氯化物、CaO、SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃等，其中含有较大量的砷、铅、镉、锌等重金属，并且含有一定量的二噁英，法律明文规定垃圾焚烧飞灰为危险废物。传统的处理焚烧飞灰的方法是进行安全填埋，在填埋前先采用药剂进行稳定化，因此，国际、国内环保界对于飞灰的稳定化药剂、工艺和设备进行了大量的研究，取得了很多可喜的成果。

但是安全填埋场是不可再生的资源，终有一天安全填埋场将使用完毕，面对如此大量的垃圾焚烧飞灰，资源化才是可持续的途径。

随着GB16889—2008标准的实施，卫生填埋的标准大大提高，生活垃圾焚烧将更具有竞争力，生活垃圾焚烧产业的发展将更加迅速，垃圾焚烧飞灰的产量也将急速增长。如果应对措施不当，垃圾焚烧飞灰的处理将成为大都市发展中极为棘手的问题。

因此，目前存在一个亟待解决的技术需求：如何妥当的处理垃圾焚烧飞灰，既能达到无害化，又能够资源化。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置与方法，解决现有的技术缺陷，使垃圾焚烧飞灰无害化与资源化。本发明的技术方案如下：

本发明的一个实施例提供了一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置，包含：水洗沉淀罐，用来添加入水，搅拌并洗涤焚烧飞灰，使得焚烧飞灰中的氯离子溶解于水中，并在停止搅拌后使得混合物分层，产生上清液和飞灰沉淀并排出上清液；药剂罐，用来将重金属高温稳定药剂溶解于水，注入水洗沉淀罐以与焚烧飞灰反应；干化场，用来干化飞灰沉淀，产生飞灰成品。

在其中一个实施例中，本发明还包含水泥回转窑，用来将飞灰成品掺合入水泥原料制备水泥，使得飞灰成品中所含有的二噁英在水泥回转窑的高温下燃烧分解。

在其中一个实施例中，本发明还包含一次洗涤水处理水池，用来洗涤与处理从水洗沉淀罐中排出的一次水洗液，产生上清液与污泥。

本发明的其中一个实施例中还包含二次洗涤水循环水池，用来储存水洗沉淀罐中所排出的二次水洗液，以循环利用。

本发明的另一个实施例提供了一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的方法，包含：

水洗、沉淀，向焚烧飞灰中加入空气与水，焚烧飞灰与水混合，充分搅拌，使得焚烧飞灰中的可溶性成分进入水中，之后静止沉淀，沉淀为飞灰沉淀；

干化，排出飞灰沉淀中分离出的水，晒干飞灰沉淀至含水量达到30％以下，产生飞灰成品。

在其中一个实施例中，上述水洗、沉淀步骤还包含向飞灰沉淀中加入重金属高温稳定剂。

在其中一个实施例中，上述水洗、沉淀步骤还包含：

一次水洗、沉淀步骤：向焚烧飞灰中加入空气与水，焚烧飞灰与水以1：5~1：15的比例混合，充分搅拌，水洗焚烧飞灰，沉淀为沉淀物；

一次洗涤水处理步骤：将一次水洗、沉淀所产生的一次水洗液输送至一次洗涤水处理水池，加入二氧化碳和絮凝剂，产生上清液和污泥；

二次水洗、沉淀步骤：向沉淀物中加入空气与水，焚烧飞灰与水以1：5~1：15的比例混合，充分搅拌，水洗沉淀物，沉淀，向沉淀物中加入重金属高温稳定剂，产生飞灰沉淀。

本发明的优点是：

(1)由于进行了湿法预处理，使得预处理后的飞灰成品中的氯含量降低至0.022％以下，在一定的搀合比例下，使得水泥成品符合了国家标准的强制要求。与此同时，由于飞灰成品的氯含量很低，避免了水泥窑的堵塞问题。

(2)由于在湿法预处理中采用了重金属高温稳定剂，飞灰中的重金属在高温下的挥发性能发生很大改变，大大减少了飞灰资源化过程中向环境中所排放的重金属，使得更具环境效益：另外，可以使得预处理后的飞灰符合GB16889—2008标准中关于飞灰进入生活垃圾填埋场的规定，所以飞灰预处理也可以作为进入生活垃圾填埋场的稳定化工艺。

(3)预处理后的飞灰成品含水量在30％以下，不会大量的消耗燃料，进入温度高达1400℃的水泥转窑后，含有二噁英等有机污染物的气体经过碱性环境，停留时间超过10秒，使得二噁英得以完全分解。

(4)飞灰预处理过程中产生的废水得以妥善处理。本发明通过在湿法预处理中通入CO₂气体进行碳化反应沉淀，再加入重金属絮凝剂稳定处理后，其产生的上清液满足《上海市污水综合排放标准》(DB31/199-1997)中第一类污染物最高容许排放浓度要求，其他类符合三级排放标准。

利用本发明可以妥善处理城市生活垃圾焚烧中产生的飞灰，具有良好的环境效益和一定的经济效益，与传统的填埋相比较，具有可持续的特点，符合循环经济的思想；与现有工艺相比，在安全性、系统性、经济性等方面有明显的进步。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式的详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

图1为本发明湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置示意图；

图2为本发明湿法预处理垃圾焚烧飞灰的方法流程图；

图3为本发明湿法预处理垃圾焚烧飞灰的更为详细的装置示意图；

图4为本发明湿法预处理垃圾焚烧飞灰的更为详细的方法流程图。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图示仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1～4所示，揭示了本发明湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置与方法。

水泥是应用非常广泛的建筑材料，目前我国的水泥产量已超过10亿吨，以上海为例，水泥的年产量超过1000万吨。制备水泥的原料是一类范围广、用量大的材料，通过分析我们发现：

(1)焚烧飞灰的成分与水泥熟料相近，因此可以考虑取代部分水泥原料，从而节约石灰石、黏土等原料。特别对于缺乏上述原料的省市，例如上海市，以焚烧飞灰取代部分水泥原料之后，需从外省购入的用于水泥生产的石灰石资源大大减少。

(2)焚烧飞灰的成分与辅助性胶凝材料矿渣相近，因此可以考虑将焚烧飞灰可以用作新的辅助性胶凝材料取代水泥熟料，制备水泥熟料-焚烧飞灰系列水泥，可实现焚烧飞灰的资源化。

但是，采用焚烧飞灰作为水泥原料尚具有几方面的问题需要解决：

(1)在《通用硅酸盐水泥》产品标准中，品质指标中的一项重要内容是：氯离子含量不大于0.06％，这是一条强制性条款，而焚烧飞灰中氯含量很高。现有工艺很难对成品飞灰中的氯含量进行稳定的控制。氯含量过高不但会损害水泥的品质，而且会在水泥烧化过程中形成堵塞。

(2)飞灰中的重金属在高温下会气化，随尾气排放至大气中，易对大气形成污染。

(3)飞灰中的二噁英在高温下易挥发，二噁英污染如何有效控制也是非常关键的技术问题。

因此，若能够将垃圾焚烧飞灰用于生产水泥，以水泥原料的特性来看，它可以大量吸纳和处理垃圾焚烧飞灰。如果以每吨水泥吸纳和处理0.02吨(即2％的焚烧飞灰含量)飞灰来计算，上海市的水泥工业每年可以处理焚烧飞灰20万吨。20万吨/年基本上是目前上海市全年焚烧垃圾所产生的飞灰，也就是说，可以期望上海的水泥生产完全吸纳垃圾焚烧过程产生的全部飞灰，从而实现垃圾焚烧飞灰的资源化安全处置。这一方面解决了飞灰的处理问题，另一方面又节约了水泥原料。

而要将垃圾焚烧飞灰用作水泥原料，则必须解决如上提出的技术问题。

如图1和图2所示，在生活垃圾焚烧厂101A和垃圾焚烧发电厂101B中，执行步骤201，焚烧生活垃圾，产生焚烧飞灰105。焚烧飞灰105自各个垃圾焚烧厂101A、101B等输送至湿法预处理中心106。在其中由水洗沉淀罐102和干化厂103执行湿法预处理。首先在水洗沉淀罐102中执行水洗、沉淀处理202；由119药剂罐添加入重金属高温稳定剂，与所产生的飞灰沉淀107搅拌，之后输送至干化厂103，在干化厂103执行干化步骤203；干化后所产生的飞灰成品108输送至水泥厂104，在这里，执行步骤204，飞灰成品以1％～10％的比例添加进水泥原料，以飞灰成品108为部分水泥原料在水泥回转窑中制备水泥。

水洗、沉淀处理202和干化步骤203统称为湿法预处理。

垃圾焚烧厂101可以有一个或多个。

水洗、沉淀处理202是将焚烧飞灰105中加入空气和水，焚烧飞灰105与水混合的比例为1：5～1：15，最佳比例为1：8，充分搅拌，之后沉淀，产生飞灰沉淀107。

干化步骤203是在干化场103中将飞灰沉淀107铺开、自然干化或晒干，使水分离。在飞灰沉淀107含水量达到合格标准之后，形成飞灰成品108。飞灰成品108的含水量较佳的范围是30％以下。

经湿法预处理后的飞灰成品中，氯含量可大大降低。在本发明送检的两份样品中，氯含量均降至0.022％以下。

在制备水泥的步骤204中，飞灰成品108被水泥回转窑加热到1000℃～1450℃的高温，分解了其中的二噁英，而且在水泥回转窑的高温氧化碱性环境中，有效抑制了高温分解二噁英的低温重新生成。

图3为本发明图1所示湿法预处理中心106的更为详细的装置示意图；图4为图3所示装置中所执行的湿法预处理垃圾焚烧飞灰的流程图。焚烧飞灰105经飞灰提升器301输送至水洗沉淀罐302；执行一次水洗、沉淀处理402A的过程中，加入自来水312，和空气311，充分搅拌，水洗所产生的一次水洗液313A经提升泵304输送至一次洗涤水处理水池305，在这里执行一次洗涤水处理405，所产生的上清液314经步骤414排放到公共环境，而所产生的污泥315经步骤415进行安全填埋。水洗沉淀处理402A所产生的沉淀物进行二次水洗、沉淀处理402B，加入自来水312和空气311，充分搅拌、水洗所产生的二次水洗液313B经提升泵304输送至二次洗涤循环水池306，再经由提升循环泵309执行409步骤，将二次水洗液313B运输至水洗沉淀罐302中循环利用。二次水洗、沉淀402B所产生的沉淀物执行步骤402C，由药剂罐319将重金属高温稳定药剂310溶解于水，之后注入水洗沉淀罐302，充分搅拌，以与焚烧飞灰反应，产生的飞灰沉淀307输送至干化场303，在这里进行干化处理，所分离出的水流入地坑，飞灰沉淀307铺开、自然干化或晒干至含水量达到合格标准之后，形成飞灰成品308。含水量的合格标准为30％以下。

在执行一次洗涤水处理405的过程中，向一次洗涤水处理水池305中充入CO₂ 317和絮凝剂318，CO₂ 317和一次水洗液313A中的重金属离子产生反应，生成化合物，沉淀到污泥315中，使得上清液314中的重金属含量大大降低，使其达到排放标准。污泥315中含有较多的重金属，本发明将其填埋处理。另外，CO₂ 317使得PH值高达11～12的强碱性的一次水洗液313A中性化处理，使得上清液314的PH值调至6.0～8.5的中性水质。絮凝剂318有助于捕集微小颗粒，增强了沉淀的能力，加速了沉淀过程。

由上述可见，焚烧飞灰的湿法预处理过程中产生的废水已经得以妥善处理。本发明通入CO₂气体进行碳化反应沉淀，再加入重金属絮凝剂稳定处理后，其产生的上清液满足《上海市污水综合排放标准》(DB31/199-1997)中第一类污染物最高容许排放浓度要求，其他类符合三级排放标准，做到了废水无害化处理。

本领域普通技术人员应可以理解，该水洗沉淀过程可进行一次或多次，例如可以水洗3次，直到飞灰中的氯含量达到预定的目的。水洗水可以进行处理达标排放或进行回用。

因为在二次水洗、沉淀步骤402B中加入了重金属高温稳定剂310，所以，当飞灰成品308在制备水泥的步骤204中被水泥回转窑加热到1000℃～1450℃的高温时，利用作用基团对飞灰中重金属进行稳定化矿物化作用，即可实现重金属在煅烧过程中的晶格稳定化，与其它物质形成稳定的化合物，提高了重金属的沸点，钝化了挥发性能，使其在高温下不易挥发，大大减少了焚烧飞灰资源化过程中向环境中所排放的重金属。

我们对本发明进行实验，本发明所制备的水泥两份样本浸出毒性现场取样分析监测数据，如下表1：

表1 水泥浸出毒性数据单位：ppm

注：危险废物鉴别标准GB 5085.3—1996

由此可见，使用本发明制备的水泥经过浸出试验，存在于水泥中的汞、砷、六价铬、总铬、铅、镉、镍、氯化物、苯并(a)芘等污染物，其浸出浓度远低于危险废物鉴别标准，甚至于大部分不能检出(表中ND所标出的为不能检出)。这验证了前述：本发明的湿法预处理焚烧飞灰的方法对重金属污染物能有效稳定、固化，并降低了氯含量。

表2为本发明方法制备水泥过程中，在水泥回转窑排气口检测的二噁英含量：

表2 水泥制备过程中二噁英含量

由上表数据可见，本发明产生的2份飞灰样品通过水泥回转窑高温煅烧，在工业实验现场取样烟气中二噁英浓度为0.021～0.041ng TEQ/m3，不仅低于参考标准限制0.1，更低于未添加本发明飞灰成品时的排放值0.052，这说明，水泥回转窑高温煅烧不仅能有效分解飞灰中的残存二噁英，而且在水泥窑的高温氧化碱性环境中，也具有有效抑制高温分解二噁英重新低温生成的机制与工况环境。

表3为本发明制备的水泥样本A和B的氯离子含量、3天抗折强度、28天抗折强度、3天抗压强度、28天抗压强度实验结果：

表3 送检水泥熟料A，B的强度

注：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥标准GB 175—1999

根据表3数据，本发明方法所制备的水泥样品A的3天抗折强度为7.1MPa，水泥样品B的3天抗折强度为7.3MPa，均高于标准值2.5；水泥样品A和水泥样品B的28天抗折强度为9.3MPa，均高于标准值5.5；水泥样品A的3天抗压强度为36.2MPa，水泥样品B的3天抗压强度为36.5MPa，均高于标准值11.0；水泥样品A的28天抗压强度为63.8MPa，水泥样品B的28天抗压强度为65.5MPa，均高于标准值32.5。同时，水泥样品A的氯离子浓度为0.016％，水泥样品B的氯离子浓度为0.018％，远低于标准中氯离子浓度必须≤0.06％的要求。

应当理解的是，上述对实施例的详细说明仅为了理解本发明，对本领域普通技术人员而言，可以根据上述说明加以改进或变换，例如水洗沉淀过程可进行一次或多次，例如可以水洗3次，直到飞灰中的氯含量达到预定的目的；所产生的飞灰成品可以不作为水泥原料的一部分进入水泥回转窑中烧制水泥，也可以直接作为骨料掺合入水泥的熟料来制备水泥，或者也可以作为骨料制作混凝土，所有达到此目的的改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，包含：

水洗沉淀罐，用来添加入水，搅拌并洗涤该焚烧飞灰，使得该焚烧飞灰中的氯离子溶解于水中，并在停止搅拌后使得混合物分层，产生上清液和飞灰沉淀并排出该上清液；

药剂罐，用来将重金属高温稳定药剂溶解于水，注入该水洗沉淀罐以与该焚烧飞灰反应；

干化场，用来干化该飞灰沉淀，产生飞灰成品。

2.根据权利要求1所述的湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，还包含水泥回转窑，用来将该飞灰成品掺合入水泥原料制备水泥，使得该飞灰成品中所含有的二噁英在该水泥回转窑的高温下燃烧分解。

3.根据权利要求1或2所述的湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，还包含一次洗涤水处理水池，用来洗涤与处理从该水洗沉淀罐中排出的一次水洗液，产生上清液与污泥。

4.根据权利要求1所述的湿法预处理垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，还包含二次洗涤水循环水池，用来储存该水洗沉淀罐中所排出的二次水洗液，以循环利用。

5.一种湿法预处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，包含如下步骤：

水洗、沉淀，向该焚烧飞灰中加入空气与水，该焚烧飞灰与水混合，充分搅拌，使得该焚烧飞灰中的可溶性成分进入水中，之后静止沉淀，沉淀为飞灰沉淀；

干化，排出该飞灰沉淀中分离出的水，晒干该飞灰沉淀至含水量达到30％以下，产生飞灰成品。

6.根据权利要求5所述的湿法预处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，该水洗、沉淀步骤还包含向该飞灰沉淀中加入重金属高温稳定剂。

7.根据权利要求5所述的湿法预处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，该水洗、沉淀步骤包含：

一次水洗、沉淀，向该焚烧飞灰中加入空气与水，该焚烧飞灰与水以1：5～1：25的比例混合，充分搅拌，水洗该焚烧飞灰，沉淀为沉淀物；

一次洗涤水处理，将一次水洗液输送至一次洗涤水处理水池，加入二氧化碳和絮凝剂，产生上清液和污泥；

二次水洗、沉淀，向该沉淀物中加入空气与水，该焚烧飞灰与水以1：5～1：25的比例混合，充分搅拌，水洗该沉淀物，沉淀，向该沉淀物中加入该重金属高温稳定剂，产生该飞灰沉淀。