CN102303036A

CN102303036A - 碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法

Info

Publication number: CN102303036A
Application number: CN201110188277A
Authority: CN
Inventors: 任玉森; 汪春霞; 孙业政; 刘浪静; 姜雪丽
Original assignee: DONGJIANG ENVIRONMENTAL Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN CITY LONGGANG DISTRICT DONGJIANG INDUSTRIAL WASTE DISPOSAL CO., LTD.
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: CN102303036B

Abstract

一种碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括以下步骤：A.对垃圾焚烧飞灰进行预处理；B.再加入水和重金属稳定剂并进行充分搅拌，使所述飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定；C.之后再在飞灰浆体中加入碱激发剂，予以充分搅拌；D.之后进行水浴加热处理，控制加热温度和加热时间，并不定期搅拌使所述飞灰浆体物料受热均匀；E.最后将混料成型、养护，以进一步封锁飞灰中已矿化的重金属，同时固化飞灰中的二噁英，最终实现飞灰的无害化固化稳定。只需在调整飞灰活性的基础上，利用碱激发剂激活飞灰活性，使其产生胶凝反应，同时辅以重金属稳定剂，使得飞灰得到双效稳定。成本低、效果好、增容比低，不会造成二次污染。

Description

碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法

技术领域

本发明涉及固体废物的破坏或将固体废物转变成为有用或无害的东西，特别是涉及具有潜在活性的危险固体废弃物的固化稳定和无害化处理，尤其涉及利用碱激发剂激活飞灰活性，使飞灰产生胶凝反应而实现固化稳定的处理方法。

背景技术

垃圾焚烧飞灰是指，在垃圾焚烧烟气净化系统中收集所得的残余物，它不仅富集大量的汞、镉、铅、锌等有毒重金属，而且也富集了大量的二噁英类物质，是一种同时具有重金属危害特性和环境持久性有机毒物危害特性的废物，对人体健康和生态环境具有极大的危害性，被国家标准GB 18485-2001明文规定为危险废弃物，在最终处置前必须进行稳定化处理。

在《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008颁布以前，我国飞灰的处理方法基本为：飞灰经过一定预处理，主要是水泥固化，达到危险废物填埋场准入条件后，进行安全填埋的处置。相对于卫生填埋，危险废物填埋场建设标准,如防渗要求等,比较高，投资压力大；同时，由于高标准的选址要求等因素，采用安全填埋时经常要长距离运输，综合安全填埋场的填埋作业要求，安全填埋的处理成本相比卫生填埋高出1～3倍。《生活垃圾填埋场污染控制标准》出台后，允许飞灰经处理并达到相关要求后进行分区填埋。这为各种技术的发展提供了空间的同时，也提出了更高的要求。藉此，国内学者针对飞灰的稳定化处理研究更成为环保领域研究的热点，研究成果也屡见不鲜。2008年，沈恩善申请的中国专利200810219221.2公开了一种处理垃圾焚烧飞灰的方法，其步骤如下：1)将质量组成份数为：含五羟基乙酸盐类化合物：0.3～3份；含二甲氨基硫酸盐类化合物：0.5～12份；水：20～50份，制成稳定剂溶液；2)边搅拌边将稳定剂溶液加入到质量组成份数为100份的垃圾焚烧飞灰中，并持续搅拌至稠状浆料；3)在稠状浆料内加入质量组成份数为：含硅酸盐类化合物：1～10份，继续搅拌至成为灰浆混合物；4)将灰浆混合物喂入挤压机中，挤压成块状胚体；5)将胚体置于蒸汽室内后，静置养护即可作为填埋处理。不难看出，此工艺方法虽简单易行、相对飞灰水泥固化处理增容也不大，但飞灰胚体需蒸汽养护，处理成本高。2010年，张曙光、刘汉桥、郝永俊等申请的中国专利201010266270.9又公开了一种水泥联合重金属稳定剂的垃圾焚烧飞灰固化/稳定化处理方法，经处理养护七天后飞灰固化体，抗压强度在0.2 MPa以上，Zn、Cd、Cu等重金属的浸毒性均低于生活垃圾填埋场入场控制标准。但此方法实质仍为水泥固化，增容仍然大。同年，由刘汉桥、魏国侠申请的中国专利201010120219.7还公开了一种垃圾焚烧飞灰处理方法，步骤包括：1)将垃圾焚烧飞灰与水混合配制成灰浆，在灰浆中加入酸提取剂、捕收剂和起泡剂调和成浆液；2)对浆液进行泡沫浮选处理，分离得到精灰和残浆；3)将精灰送入垃圾焚烧炉的二燃室助燃，精灰中富集的碳组分被燃料化利用，精灰中的二噁英被高温分解；4)将残浆进行过滤处理，分离得到尾灰和滤液，尾灰送入生活垃圾填埋场填埋；5)在滤液中加入重金属沉淀剂再过滤，分离得到重金属沉淀盐和废液，废液经污水处理后排放。此发明虽能很好地对高碳、高氯垃圾焚烧飞灰中碳组分、氯离子、二噁英和重金属同时进行有效分离和回收，但此法步骤冗长，可操作性不强，且产生的废水很难处理，易造成二次污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术垃圾焚烧飞灰处理方法的不足之处而提出一种利用碱激发技术固化稳定处理飞灰的方法。

碱激发技术一般用于建筑材料的制备，如碱激发粉煤灰生产胶凝材料、混凝土碱激发处理再利用、碱激发飞灰的活性制备轻混凝土等。而本发明是采用碱激发技术固化稳定飞灰，在不加任何凝胶剂的基础上，只利用飞灰自身的火山灰特性，在碱激发剂激活飞灰活性的情况下，使飞灰自身产生胶凝反应并固化稳定，免除常规飞灰水泥固化法中大量的水泥用量，基本不增容，降低处理成本，节约运输费用，减少填埋空间。

飞灰粒径大都在40～100 μm之间，主要成分属 CaO、SiO₂、Al₂O₃ 、Fe₂O₃ 体系，与粉煤灰相似，具有潜在火山灰特性，通过一定的化学手段，如碱激发，破坏飞灰外层的玻璃体，释放活性 SiO₂ 、Al₂O₃；同时将网络聚集体解聚、瓦解成[SiO₄ ]、[AlO₄]等单体或双聚体等活性物，最终反应生成 C-S-H、C-A-H 等水硬性胶凝物质，使其变成坚硬的固块，固化封锁其中的重金属、二噁英，从而使飞灰得到无害化处理。

飞灰本身的活性有多大，活性被激发程度如何，这都会影响飞灰固化体的强度，也直接影响飞灰中重金属及其他污染物的稳定效果。本发明从飞灰的特性及影响飞灰活性激发的因素出发，首先采用预处理，如研磨、调整飞灰配方，提高飞灰的活性；然后在水化的条件下利用碱激发剂和加热等措施来充分激发飞灰的活性，使其产生胶凝固化反应，稳定固化飞灰中的重金属、二噁英等有毒有害物质。为使飞灰固化体中的重金属更为惰性化，同时辅助添加重金属稳定剂，最终使飞灰真正达到无害化稳定固化处理的目的。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提出一种利用碱激发固化处理飞灰的方法，包括如下步骤：

A、飞灰预处理

1）研磨飞灰使其粒径在80μm以下，以便其活性物充分暴露，

2）调整飞灰的活性，

飞灰活性指标是飞灰活性的主要评价指标，也是飞灰的固有属性，在实际操作中，可以通过调整其组分来实现。通常评价飞灰活性指标有：

质量指标系数：K=（CaO+MgO+Al₂O₃）/(SiO₂+MnO+TiO₂)

碱度系数： Mo=（CaO+MgO）/(SiO₂+ TiO₂)

活度系数： Mn=Al₂O₃/ SiO₂

一般而言，三个指标系数越大，飞灰的活性越高。

测定待处理飞灰的主要化学物质成份，评定其活性。并通过加入活度调节剂调整飞灰的组分，使飞灰的活性指标值均大于1或符合表1的飞灰活性组分。活度调节剂包括粉煤灰、矿渣、石膏、粘土中的一种或其中两种及两种以上的混合物。

表1 飞灰活性组分

成分

SiO₂

Al₂O₃

CaO

MgO

Fe₂O₃

TiO₂

含量/%

5～45

10～15

20～40

5～13

4～7

1～2

B、在经历步骤A预处理后的飞灰中，加入水和重金属稳定剂并进行充分搅拌，其中加入的水质量为飞灰质量的40～80 %，最佳为飞灰质量的50±1 %，使水固混合后成稠浆体状，加入的重金属稳定剂质量为飞灰质量的0.5～2.0 %，使所述飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定；加入的水用于飞灰水化，包括纯净水、自来水、河水或中水。重金属稳定剂包括可溶性硫化物、可溶性磷酸盐、硫脲中的一种或其中两种及两种以上的混合物。

C、在经历步骤B处理后的飞灰浆体中加入碱激发剂，加入的碱激发剂质量为飞灰质量的1～5 %，予以充分搅拌；加入的碱激发剂质量最佳为飞灰质量的2～3 %；加入的碱激发剂包括熟石灰、氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH、偏硅酸钠Na₂SiO₃、偏硅酸钾K₂SiO₃、强碱弱酸盐的一种或其中两种及两种以上的复合物。

D、在经历步骤C之后对所述加入了碱激发剂并充分搅拌了的飞灰浆体进行水浴加热处理，控制加热温度在60～90 ℃，加热温度最佳控制在80±2 ℃。加热时间为30～90 min，加热时间最佳为60±3 min，并不定期搅拌使所述飞灰浆体物料受热均匀；在碱激发剂的作用下，加热能有效地激活飞灰中玻璃态中Al₂O₃、SiO₂的活性，并将网络聚集体解聚、瓦解，使其生成硅铝凝胶不饱键和活性键。

E、将经历步骤D处理后形成的混料注入一定规格的模具中成型、一昼夜后脱模并在常温潮湿的环境下进行养护，使凝胶不饱键和活性键与Ca²⁺ 反应生成水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性产物而胶凝固化，以进一步封锁飞灰中已矿化的重金属，同时固化飞灰中的二噁英，最终实现飞灰的无害化固化稳定。

同现有技术相比较，本发明碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，有以下有益效果：

1）操作简便、工艺简单，易于实施；

2）处理过程中无废水、废渣、废气等污染物产生；

3）飞灰无害化处理后，完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008规定的生活垃圾填埋场进场要求，即：

1、含水率小于30% ,

2、按照HJ/T300制备的浸出液中危害成分浓度低于表2规定的限值。

表2 浸出液污染物浓度限值

污染物项目	浓度限值（mg/L）	污染物项目	浓度限值（mg/L）
				汞	0.05	钡	25
铜	40	镍	0.5
				锌	100	砷	0.3
铅	0.25	总铬	4.5
				镉	0.15	六价铬	1.5
铍	0.02	硒	0.1

4）飞灰固化体具有一定的强度且基本不增容，有利于填埋作业;

5）处理成本较市场同类技术低，经济效益显著。

总之，本发明处理成本低、稳定效果好、增容比低，不会造成二次污染，从而可以广泛应用于垃圾焚烧飞灰的处理上。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行更加详细的说明，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例:

实施例一：

一种碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括步骤：

A、将收集的垃圾焚烧飞灰按储存水泥的方式保存，防止吸潮板结；

B、对垃圾焚烧飞灰进行预处理，即研磨所述飞灰使其粒径在80μm以下，并根据需要用活度调节剂调节飞灰的活性，使其活性指标值均大于1或符合表1的飞灰活性组分；活度调节剂包括粉煤灰、矿渣、石膏、粘土中的一种或其中两种及两种以上的混合物；

C、取经历步骤B预处理后的飞灰5000g±1 %，加入自来水2500g±1 %、硫化钠或硫化钾100g，并进行充分搅拌，使所述飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定，成为飞灰浆体；

D、在经历步骤C处理后的飞灰浆体中加入氢氧化钠50g 或250g,予以充分搅拌;

E、在经历步骤D之后对所述加入了碱激发剂并充分搅拌了的飞灰浆体进行水浴加热处理，控制加热温度在70 ℃，加热时间为60±3 min，加热过程中每隔5min左右搅拌一次，使所述飞灰浆体物料受热均匀；

F、将经历步骤E处理后形成的混料制成150mm×150mm×150mm的试块、一昼夜后脱模，并放在阴凉潮湿的环境中进行养护,以进一步封锁飞灰中已矿化的重金属，同时固化飞灰中的二噁英，最终实现飞灰的无害化固化稳定。对养护7天的试块进行抗压强度、含水率测试，并按照HJ/T300制备飞灰浸出液，进行浸出毒性检测。

结果表明，飞灰固化体养护7天后，含水率为19.2%，抗压强度为0.86MPa，完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008规定的飞灰无害化处理后生活垃圾填埋场进场“含水率小于30%”与抗压强度≥0.2MPa的要求。

飞灰浸出毒性均小于国标限值，达到飞灰无害化稳定效果，完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）规定的飞灰无害化处理后生活垃圾填埋场进场“毒性浸出”要求。

实施例二：

一种碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括步骤：

C、取经历步骤B预处理后的飞灰5000g±1 %，加入中水2000g、硫脲45g，并进行充分搅拌，使所述飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定，成为飞灰浆体；

D、在经历步骤C处理后的飞灰浆体中加入硅酸钠100g 或150g，予以充分搅拌;

E、在经历步骤D之后对所述加入了碱激发剂并充分搅拌了的飞灰浆体进行水浴加热处理，控制加热温度在90℃，加热时间为30 min，加热过程中每隔5min左右搅拌一次，使所述飞灰浆体物料受热均匀；

结果表明，飞灰固化体养护7天后，含水率为20.8%，抗压强度为0.89MPa，完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008规定的飞灰无害化处理后生活垃圾填埋场进场“含水率小于30%”与抗压强度≥0.2MPa的要求。

飞灰浸出毒性均小于国标限值，达到飞灰无害化稳定效果，完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008规定的飞灰无害化处理后生活垃圾填埋场进场“毒性浸出”要求。

实施例三：

一种碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括步骤：

C、取经历步骤B预处理后的飞灰5000g±1 %，加入自来水4000g，硫脲25g，磷酸二氢钠或磷酸钾25g，并进行充分搅拌，使所述飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定，成为飞灰浆体；

D、在经历步骤C处理后的飞灰浆体中加入碳酸钠和碳酸钙的混合物125g，两者用量比例为1:1，予以充分搅拌;

E、在经历步骤D之后对所述加入了碱激发剂并充分搅拌了的飞灰浆体进行水浴加热处理，控制加热温度在80±2 ℃，加热时间为90min，加热过程中每隔5min左右搅拌一次，使所述飞灰浆体物料受热均匀；

结果表明，飞灰固化体养护7天后，含水率为19.2%，抗压强度为1.07MPa，完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008规定的飞灰无害化处理后生活垃圾填埋场进场“含水率小于30%”与抗压强度≥0.2MPa的要求。

实施例四：

一种碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括步骤：

C、取经历步骤B预处理后的飞灰5000g±1 %，加入纯净水3000g、硫化钠或磷酸二氢钠35g，并进行充分搅拌，使所述飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定，成为飞灰浆体；

D、在经历步骤C处理后的飞灰浆体中加入氢氧化钾与硅酸钾的混合物125g，两者用量比例为2:1，予以充分搅拌;

E、在经历步骤D之后对所述加入了碱激发剂并充分搅拌了的飞灰浆体进行水浴加热处理，控制加热温度在60 ℃，加热时间为70min，加热过程中每隔5min左右搅拌一次，使所述飞灰浆体物料受热均匀；

结果表明，飞灰固化体养护7天后，含水率为19.9%，抗压强度为0.91MPa，完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008规定的飞灰无害化处理后生活垃圾填埋场进场“含水率小于30%”与抗压强度≥0.2MPa的要求。

Claims

1.一种碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括以下步骤：

A、对垃圾焚烧飞灰进行预处理，即研磨所述飞灰使其粒径在80μm以下，并根据需要用活度调节剂调节飞灰的活性，使其活性指标值均大于1；

B、在经历步骤A预处理后的飞灰中，加入水和重金属稳定剂并进行充分搅拌，其中加入的水质量为飞灰质量的40～80 %，加入的重金属稳定剂质量为飞灰质量的0.5～2.0 %，使所述飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定；

C、在经历步骤B处理后的飞灰浆体中加入碱激发剂，加入的碱激发剂质量为飞灰质量的1～5 %，予以充分搅拌；

D、在经历步骤C之后对所述加入了碱激发剂并充分搅拌了的飞灰浆体进行水浴加热处理，控制加热温度在60～90 ℃，加热时间为30～90 min，并不定期搅拌使所述飞灰浆体物料受热均匀；

E、将经历步骤D处理后形成的混料成型、养护，以进一步封锁飞灰中已矿化的重金属，同时固化飞灰中的二噁英，最终实现飞灰的无害化固化稳定。

2.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤A中的活度调节剂包括粉煤灰、矿渣、石膏、粘土中的一种或其中两种及两种以上的混合物。

3.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤B中加入的水用于飞灰水化，包括纯净水、自来水、河水或中水。

4.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤B中加入的水质量最佳为飞灰质量的50±1 %，使水固混合后成稠浆体状。

5.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤B中加入的重金属稳定剂包括可溶性硫化物、可溶性磷酸盐、硫脲中的一种或其中两种及两种以上的混合物。

6.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤C中加入的碱激发剂包括熟石灰、氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH、偏硅酸钠Na₂SiO₃、偏硅酸钾K₂SiO₃、强碱弱酸盐的一种或其中两种及两种以上的复合物。

7.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤C中加入的碱激发剂质量最佳为飞灰质量的2～3 %。

8.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤D中加热温度最佳控制在80±2 ℃。

9.如权利要求1所述的碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述步骤D中加热时间最佳为60±3 min。