CN101732822A - 受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，利用微波辅助酸消化法或酸消化法(当微波功率为零时)，将受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤与酸液混和，利用微波辅助以破坏废弃物或土壤中的戴奥辛，同时将更多的重金属溶出于酸液中，达到去害化的成效。

Description

受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法

技术领域

本发明利用微波辅助酸消化法或酸消化法(当微波功率为零时)，将受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤与酸液混和，利用微波能量提高蓄压及快速增温能力，使酸液中的H+能有效突破阻力进入粒子孔隙内，使戴奥辛(DXN)产生脱氯及断氧键而分解破坏，另同时可溶出更多的重金属于酸液中，达到双效合一(同时去除戴奥辛及重金属)的成效，经过滤(固液分离)后的无害化废弃物并可循资源化途径进行再利用。

背景技术

一般而言，焚化灰渣由底渣及飞灰共同组成，其中底渣为垃圾焚化后在炉床上的残留物，主要为不可燃的无机物质，如玻璃、沙土、陶瓷等，从炉床产出后经调湿淬火，故含水量高，黑色呈现异味，颗粒分布范围广。飞灰则分为锅炉灰及反应灰，锅炉灰于平常是利用吹灰器将锅炉壁上的颗粒吹落所产生，此外在清理炉体时，才大量排出。反应灰则是自集尘设备或洗烟设备所收集的飞灰，是焚化厂中空气污染防制设备所收集的颗粒物质和重金属，其另含一些反应物及一些未反应的碱剂。

由国内外文献对于底渣及飞灰中重金属的含量纪录可见，在不同国家，不同的生活习性，垃圾组成不尽相同，因此飞灰中重金属含量普遍较高，溶出浓度有常超出中国台湾环保署溶出试验标准，而Pb、Zn在各项纪录中皆是最高的两种金属，因此铅、锌及镉为飞灰无害化中最需研究处理的对象。

另据环保署调查资料显示，中国台湾地区农田土壤中，重金属含量较高地区约有五万公顷，占调查面积5.7％，亟需我们正视土壤污染的问题，加强污染防治的工作，以遏止土壤品质的持续恶化。汽车使用含铅汽油，其排放的废气中含有铅化合物，经雨水冲刷沉积于土壤中，造成铅污染，再经由食物链辗转进入人体。

中国台湾专利证书第085834号(灰烬的稳定与再利用)，为将垃圾的灰烬馈至酸水贮槽(其中酸水pH为4.0)，于该处灰烬中的重金属与酸水反应而产生一重金属溶液，并使重金属溶液予以焚化处理经过一重金属溶液焚化器而收集重金属，如此使灰烬中的重金属减少。

中国台湾专利证书第184276号(受污染土壤及泥渣废弃物中有害重金属去除的方法及其设备)，利用超临界液式氧化法将有机废弃物转化为醋酸，再以醋酸萃取受污染土壤及泥渣废弃物中的有害重金属，最后利用金属盐类在超临界水中的低溶解度的特性，在高温、高压超临界湿式旋风分离器中将重金属沉淀及分离，酸液可再循环利用，最后废弃的酸液可以在超临界湿式氧化反应器中将其完全破坏去除，使不致造成环境污染。

中国台湾专利证书第137096号(重金属污染土壤的处理方法及所用清洗剂)，其将重金属污染土壤使用以磷酸或磷酸盐溶液为主剂并可添加无机酸及少量胺类化合物均匀混合而成的水溶液作为清洗剂，配合适当的操作条件与土壤充分混合清洗，对于重金属污染土壤的除污，均能将其浓度去除至环境背景值之内，此外所使用过的清洗剂可经由电解槽利用电解方式将其回收再反复循环使用。

微波消化处理技术以微波在密闭式或开放式反应炉均匀稳定释放热能激励酸液分子，以加速对其样品分解效率，若使用密闭器消化方式可以增高瓶内压力，提升沸点温度，相对于传统低于沸点的消化温度，更可加速分解。此外在密闭消化中，可确保酸或样品元素不溢失减少，提高回收率。

是以本发明的主要目的乃在于提供一种废弃物或土壤的重金属及戴奥辛去害方法，利用微波消化的原理，将受污物质与酸液混和，在微波所提供的能量下，将重金属快速及有效的萃出于酸液中并破坏戴奥辛物质，降低受污物质的有害性。

发明内容

本发明为一种将受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的去害化方法，其将前述的受污染物质与酸液混和后，以微波方式在密闭式或开放式反应炉均匀稳定释放热能激励酸液分子，加速其对受污物质分解的效率，破坏物质中的戴奥辛物质并快速及有效的将物质中重金属萃出于酸液中，以使受污物质无害化。

本发明所称的酸液以硫酸及硝酸为主，及其它调和酸(磷酸、醋酸、氢氟酸等)及其组成的各类化合物，前述的药剂于常温常压下为液态，酸液的运用可单独、可稀释、或可将两种或以上的酸液混合使用。微波能量的供给则使用密闭室或开放室微波消化设备，微波消化设备可调整功率、时间及温度，在功率设定为零时表示未提供微波能量，成为单纯的酸消化法。

附图说明

图1为本发明中较佳处理方法的步骤流程图。

具体实施方式

本发明的应用范围包含所有受重金属或戴奥辛污染的焚化飞灰及底渣、工业热处理所产生的灰渣及土壤等。原理是以酸液将受污物质的重金属萃出于酸液中，并利用微波辅助的方式将重金属快速及有效的萃出于酸液中并破坏戴奥辛物质，经固液分离后产出无害化的物质。

本发明的较佳处理方法的步骤如图1所示。将酸液与废弃物或土壤于微波消化设备内混和后(或者可先混合后再进入微波消化设备内)，于微波设备内进行微波消化，完成后先进行初级过滤(亦即第一次固液分离)，分离出的固体经水洗调整酸碱值，再经二次过滤后，产出的无害化固体即可进行资源再利用或其它处置；其中该酸液以硫酸及硝酸为主，及其它调和酸(盐酸、硝酸、醋酸、硫酸、磷酸、氢氟酸等)及其组成的各类化合物，前述的药剂于常温常压下为液态，酸液的运用可单独、可稀释、或可将两种或以上的酸液混合使用。微波能量的供给则使用密闭室或开放室微波消化设备，微波消化设备可调整功率、时间及温度，在功率设定为零时表示未提供微波能量，成为单纯的酸消化法；其中废弃物指垃圾焚化飞灰、垃圾焚化底渣以及各种热处理过程中产生的灰烬、工业生物污泥、工业有机及无机污泥、净水厂污泥、污水处理厂污泥及下水道污泥等。

经由本发明的处理方法可一并将有机的戴奥辛(DXN)及无机性的重金属无害化或去毒化。此技术就化学的角度而言，重金属以转移或安定化为主(因其不可能被破坏，最多只是电子价数或氧化数的改变而已)，而有机物的DXN则以破坏(destruction)为原则，兹就本发明的处理方法分别对戴奥辛(DXN)以及重金属去毒化的原理及机制叙述如下：

(一)戴奥辛(DXN)破坏

戴奥辛(DXN)是两个氧原子键结一对苯环类化合物的统称，共有为210种不同的化合物，包括75种多氯二联苯戴奥辛(Polychlorinateddibenzo-p-dioxins，简称PCDDs)及135种多氯二联苯呋喃(Polychlorinated dibenzofurans，简称PCDFs)，而以下以PCDDs为例。在强酸下(1)H+先行脱氯，(2)次再与戴奥辛中的氧原子作用，提高微波功率可增加氧原子键的断裂可能性，(3)H+再与苯环反应，此为主要的解环作用而生成CHxCOOH。不论苯环是否解裂，学理上完成前两步骤后即可把戴奥辛结构中的Clx键及O键断除，变成非戴奥辛物质。

(二)重金属消化

就焚化飞灰而言，飞灰中有重金属主要是在焚化的过程中废弃物衍生焦炭时，由于重金属受到氯及硫的反应得到下列方程式：

M(Metal)+2HCl→MCl₂+H₂

M+Cl₂→MCl₂

MO+2HCl→MCl₂+H₂O

M+SO₂+O₂→MSO₄

MO+SO₂+1/2O₂→MSO₄

故在燃烧的过程，焚化系统中有98％的氯(Cl)会和氢(H)化合成氯化氢(HCl)，而剩余的氯则会影响许多物质的产生，其中包含重金属的分布，如下列为铅(Pb)在焚化炉中容易发生的反应式：

在焚化系统中PbCl₂是较常见的化合物，同时PbCl₂的挥发度较Pb为高，较易逸散至烟气中。另该研究亦指出在燃烧温度827℃时，当重金属(如Pb)和氯(Cl)的莫耳比达到四以上时，焚化系统中飞灰中的铅(Pb)大部份以PbCl₂存在，次为Pb、PbO、Pb₂O₃与其它金属化物，故在酸消化下：

PbXa+a H⁺----→Pb²⁺(Pb³⁺)+aHX(X：Cl、O、a＝1、1.5)

如此铅重金属便因MDT消化而易于被溶出，换言之，此将减低原有飞灰的铅TCLP溶出量。

以下的实施实例可证实利用微波酸消化法对于灰渣中重金属及戴奥辛降低的效果。

[实例1]

以台湾北区某垃圾焚化厂焚化反应生成灰，于本例中分别配置硝酸与盐酸0.4M、0.6M、0.8M、1M、3M、5M、7M、9M、12M等酸液浓度，微波消化功率设定为600W，酸液与反应生成灰比(液固比)为10，升温时间为10分钟，消化时间为10分钟，消化温度为180℃±5℃，由实验结果(如表1)，反应灰的重金属铅经微波辅助酸消化后最多可削减92％。

表1实例1试验结果

[实例2]

以台湾北区某垃圾焚化厂焚化飞灰，于本例中微波功率设定为600W，酸液与反应生成灰比(液固比)为10，消化时间2～16分钟，消化温度为80℃～160℃，酸液在较差的条件下(只用9M硝酸)经微波消化处理后，反应灰样品的TCLP溶出量铅均可低于5mg/L以下(结果如表2)，低于环保署订定的有害事业废弃物铅5mg/L的标准。

表2实例2试验结果

注

1：未经处理前TCLP溶出量：4.08～8.53mg/L(平均5.76mg/L)；

2：若改较佳的酸液浓度(如15.6M HNO₃+17.8M H₂SO₄)则效率更高。

[实例3]

以台湾北区某垃圾焚化厂焚化飞灰，本案例为经微波消化处理后其戴奥辛削减率可达99.9％以上，而在微波功率为0时(单纯酸消化反应)，其戴奥辛削减率亦可达97.6％，试验结果如表3。

表3实例3试验结果

然而，以上所述者仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以的限定本发明实施的范围，举凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰皆应仍属本创作涵盖的专利范围内。

Claims (8)

1.一种受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，以酸液与受重金属污染或受戴奥辛污染的废弃物或土壤混合，以将重金属溶出于酸液中，或使戴奥辛产生脱氯及断氧键而分解破坏，再经由至少一次过滤后，则产出的无害化固体。

2.如权利要求1所述的受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，其中，该酸液指盐酸、硝酸、醋酸、硫酸、磷酸、氢氟酸及其组成的各类化合物，在常温常压下为液态溶剂。

3.如权利要求2所述的受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，其中，该酸液的运用可单独、可稀释、或可将两种或以上的酸液混合使用。

4.如权利要求1所述的受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，其中，该酸液与受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤混合后，依序经由初级过滤、水洗以及二次过滤后，则分离出无害化固体。

5.如权利要求1所述的受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，其中，该处理方法进一步经由微波消化供给微波能量辅助使受污染物质的重金属或戴奥辛有效率的溶出于酸中。

6.如权利要求5所述的受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，其中提供微波能量为密闭式或开放式微波消化设备，微波消化设备可调整功率、时间及温度等。

7.如权利要求6所述的受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，其中酸液与受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤混和可在进微波消化设备前进行混合。

8.如权利要求6所述的受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤的处理方法，其中酸液与受重金属或戴奥辛污染的废弃物或土壤混和可在微波消化设备内进行混合。

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