CN101725993B - 含有害重金属焚化飞灰的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种含有害重金属废弃物的处理方法，提供一种能使废弃物尤其是垃圾焚化炉所产出飞灰中所含的有害重金属，特别是能使铅能被分离出来的一种方法。其特征是：在含有害金属的废弃物焚化飞灰中添加石英砂和水，利用湿式涡锥将其筛选分离。

Description

含有害重金属焚化飞灰的处理方法

技术领域

本发明是关于一种废弃物中含有害重金属，例如铅、镉、铬、汞、铜、锌等金属废弃物无害化的废弃物处理方法。

背景技术

根据2003年，中国台湾十九座大型垃圾焚化厂于焚化过程中所产生的灰渣统计资料，其中由废气处理系统收集的飞灰每年约有二十三万公吨(每月约1.9万公吨)，均经中间安定处理后，方送至各县市环保局指定的最终处置场独立分区掩埋。

有关飞灰的处理管制依「一般废弃物回收清除处理办法」规定，焚化灰渣的飞灰应分开贮存收集，不得与底渣混合；飞灰的溶出试验超过「有害事业废弃物认定标准」，得采用固化法、稳定化法、熔融法等以达到限制有害物成分溶出或移动，防止渗入土壤或地下水而造成污染(以上摘自中国台湾行政院环境保护署水保处所发布的资料)。

一般废弃物经焚化处理后约产生5％的飞灰，其中所含以钙(Ca)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)等金属氧化物为主，且飞灰因含有盐类(氯盐)及有害重金属如镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铜(Cu)及铅(Pb)等有害重金属，尤其以铅的毒性特性溶出试验(TCLP)检测溶出浓度高于法规标准，故必须先行稳定化或无害化处理后方能进行资源再利用或最终处置。同时这些有害重金属也随着飞灰粒径越小其含有害重金属铅含量越多，且用以吸附戴奥辛的粉状活性碳其平均粒径为小于25μm约为15～25μm大小的粒径，由此可知重金属及戴奥辛皆存于小粒径的焚化飞灰中。

焚化飞灰目前多以固化(solidification)/稳定化(stabilization)进行中间处理，其中固化包括固定、包封(encapsulation)及玻璃化(vitrification)，固定是以固化剂例如水泥、硅酸钠、石灰或黏土等加入有害废弃物焚化飞灰中而形成固体硬块物质，使有害物质不易溶出。目前焚化飞灰大都以添加水泥作为固化处理。固化处理虽有操作简便、设置费用低帘、无废气处理问题的困扰，但固化后的体积增加15～20％、重量增加40～50％，且浪费固化剂及自然资源，又须分区掩埋处理降低掩埋年限，同时焚化飞灰中含有高浓度氯盐，影响固化体的耐久性，长期放置重金属仍有溶出的疑虑。

其次如包封，是将有害废弃物包覆其中令有害物质与外界隔离。但由于其包覆成本高令处理费用过高，故使用者很少。

再如玻璃化，是针对无机有害废弃物质的处理方法，将有害废弃物投入熔炉中以摄氏1400度高温将有害废弃物熔融，或烧结或添加适量氧化铝将的熔成玻璃陶瓷，令其固化而达到安定化、减量化及减容化。此处理对象物较广抗压强度亦大，所制成的玻璃，陶瓷深具再利用价值。但由于高盐基度使得单一熔融处理受限，设置成本与操作维护费皆属非常昂贵且最高的缺点。

穏定化是添加吸附剂或螯合剂或化学稳定剂使有害物质与穏定剂反应成为穏定物质而不再变化，因而达到不再产生有害物的目的。但其优点及缺点亦如上述具固化的优缺点。

专利公开第200520832号「废弃物焚化衍生飞灰重金属去除的方法」发明专利，是利用原始飞灰与反应飞灰适合混合比例再添加4～8倍混合飞灰重量的自来水或蒸馏水进行10～24小时充分搅拌混合或振荡萃取而达到飞灰重金属去除的目的属于穏定化处理步骤。但其水洗处理液有待处理且并未提供固液分离飞灰与废液的详细步骤及改善的报导。

又如发明专利第I257330号「焚化飞灰的处理方法及装置」是先将焚化飞灰施以水洗除氯再经密闭型泵进行压送并未有如何消除重金属的手段的公开。

再如发明专利第407067号「废弃物处理方法」是于废弃物中加入水玻璃和水进行振荡搅拌将废弃物中的铅形成硅酸铅沉淀令铅安定化而达到稳定化有害重金属铅的目的，惟此发明仍仅是结合水玻璃和水即硅酸钠溶液及水与含重金属废弃物混合搅拌进行养护固化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有害重金属焚化飞灰的处理方法，能使废弃物中尤其是焚化炉所产出的飞灰中所含的有害重金属，特别是使有害的铅被分离出来。

鉴于上述目前焚化飞灰以水泥固化为最普遍的安定化法，将重金属包封匣限在水泥固化体内，但由于焚化飞灰含有高浓度氯塩影响固化体的耐久性及长期放置易导致有害重金属的再溶出。而焚化飞灰中的重金属铅、锌、镉含量随着飞灰粒径愈小而愈增加，经本发明人多年来的研究及实验发现，于焚化飞灰中添加适量的石英砂及水混合搅拌使其形成固液矿浆，再将此矿浆以压力泵喷入湿式涡锥分选机中，在其离心力及重力的作用下可依据颗粒的粒度或密度差将粗细颗粒进行分选而达成分离有害重金属的目的，同时亦可洗去飞灰中高浓度氯塩，据此：

本发明提供的含有害重金属废弃物的处理方法，此方法的特征在于在每100wt％含有害重金属的废弃物焚化飞灰中添加30～50wt％的石英砂(飞灰比石英砂为3/1及2/1)及水，混合搅拌成为固液矿浆，并置入湿式涡锥分离筛选机进行分离。

湿式涡锥分离机筛选机的离心力及重力的作用下可将具有害重金属铅含量，经处理后低于5mg/l的法规限值的处理方法。

石英砂为二氧化硅(SiO₂)是天然岩石中大量出产的无色化合物包括非晶形二氧化硅、石英、鳞硅石、白硅石及施石英等。

本发明的处理不仅简易可行视焚化厂日产灰渣量可随时随地设置，成本低廉，成效甚佳的焚化飞灰处理装置。

附图说明

图1是本发明处理方法的概略流程图。

附图中主要组件符号说明

1.水

2.焚化飞灰

3.石英砂

4.搅拌器

5.固液矿浆

6.排除废水

7.泵

8.湿式涡锥筛选机

9.底流口

10.溢流口

具体实施方式

本发明所使用的都市废弃物焚化飞灰系来自于台湾南部某资源回收厂，取自该厂的半干式洗烟塔及袋式集尘器采集所得的焚化反应灰，此飞灰的物化分析测得其含水率为1.28％，pH值为12.08％，比重为2.89g/cm³，未燃碳0.21％，活性碳11.73％，元素组成为Ca、Si、Al、Fe为主含量表如表1，其晶相组成为CaClOH、Ca(OH)₂、KCl、NaCl、SiO₂、CaSO₄、CaCO₃。

表1

此反应灰的TCLP溶出结果如表2可知仅Pb浓度超过法规限值。

表2

以下以实施例详细说明本发明：

实施例一

取反应灰10wt％同时加水100wt％，搅拌10分钟水洗，洗后的固液矿浆含盐浓度，如表3再与添加有石英砂者作比较可见大部分盐类均溶于液体中，固体中仅存少许的盐类且其中的添加有石英砂的重量损失较多，KCl及NaCl的盐类化合物亦溶于水中，仅余Ca、Si等化合物。

表3

实施例二

将实施例一的反应灰、石英砂重介质与水混合无添加与有添加的固液矿浆，分别由压力泵送入湿式涡锥分离机中，进料压力以20、80及140Kpa三种不同压力进行分选，使颗粒大及密度大的颗粒沿着管壁向下向外移动，由底流口(Underflow简称UF)流出，颗粒及密度小的颗粒向中心轴线运动，于中心轴线形成向上的内漩涡，由内漩涡带往溢流口(Overflow简称OF)排出。分选后的物化特性及元素组成如表4、表5、表6及表7。

本实施例所使用的湿式涡锥分选机型号为Mozley C705型，以直径2时的湿式涡锥分选机进行焚化飞灰中的重金属的富集分离。

表4

□铅的含量在溢流口(OF)及底流口(UF)均仍超过法规限值.

□ND表示未测出.

表5

□OF样品的铅含量较UF样品的铅含量高

相较于无添加重介质的固体铅含量得知，添加有重介质分选后的涡锥分选机OF处含铅量较高，UF处含铅量较低。

表6

□添加重介质OF样品的铅含量超过法规限值，而UF则符合<5mg/l的法规限值。

□添加重介质有助于将重金属富集在OF中。

表7

实施例三

重复实施例二，但仅采用反应灰添加有重介质石英砂的固液矿浆，以焚化飞灰/石英砂：2/1及3/1进行湿式涡锥分选，对于富集效率的影响得如表8及表9。

表8

表9

由上实施例可知本发明的焚化飞灰的组成以Ca、Si、K、Na、Cl为主，未燃碳及活性碳的含量分别为0.219及11.73％，Pb及Zn的TCLP溶出浓度较高且Pb的溶出浓度超过5mg/l标准，为34.08mg/l。

进料压力对于湿式涡锥分选富集重金属的效率，随着进料压力的增加，富集重金属的效率也随之增加。在进料浓度重量百分比10wt％，进料压力140Kpa，飞灰与石英砂混合比2/1进行分选时富集效果最佳(表8)，涡锥溢出口及底出口样品中的Pb溶出浓度分别为12.35mg/l及2.44mg/l；而飞灰与石英砂混合比3/1与2/1相较，虽略低于2/1的效果，但仍属可接受范围。若单纯以降低石英砂添加量及节省能源，降低涡锥设备磨损的考虑，则是以可达溶出浓度标准的原则进行消除有害重金属Pb以在飞灰中添加重量比为飞灰的1/3～1/2的石英砂就可达成富集Pb的效果。

Claims (4)

1.一种含有害重金属焚化飞灰的处理方法，其特征在于；

在含有害重金属焚化飞灰中添加石英砂及水，混合搅拌，形成固液矿浆，以压力泵将此固液矿浆送入湿式涡锥分离筛选机分离有害重金属。

2.如权利要求1所述的含有害重金属焚化飞灰的处理方法，其中，含有害重金属废弃物焚化飞灰添加石英砂的重量百分比为2∶1～3∶1。

3.如权利要求1所述的含有害重金属焚化飞灰的处理方法，其中，石英砂是选自非晶形二氧化硅、石英、鳞硅石、白硅石或施石英。

4.如权利要求1所述的含有害重金属焚化飞灰的处理方法，其中，固液矿浆以20Kpa～140Kpa的压力送入湿式涡锥分离筛选机。

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