CN102631886A - 一种具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂及其制备方法。添加剂是以沸石、石灰石为原料，根据沸石：石灰石为50:50~70:30的质量比混合，在碱金属溶液浸泡下制得的产物。制备方法是将沸石粉和石灰石粉按比例混合后在NaOH溶液中加热浸泡8~24h，再经洗涤、干燥和破碎而完成。制得的垃圾焚烧添加剂具有制备方法简单、原料成本低廉、控制重金属排放效果明显、可降低焚烧底渣重金属浸出毒性等优点。

Description

一种具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧技术和大气污染物控制领域，具体涉及一种具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂及其制备方法。

背景技术

随着垃圾产量的增长、填埋场地的减少以及填埋要求的提高，垃圾焚烧逐步成为垃圾处理的主流方式。垃圾焚烧法是一种具有减量化、无害化、资源化等优点的垃圾处理技术，但不可避免地会产生二次污染，重金属污染就是其中的一个热点问题，尤其在垃圾分类仍未推广的中国。

目前国内外垃圾焚烧电站主要通过向除尘器前烟道中喷射活性炭来控制垃圾焚烧的重金属排放。200℃左右，活性炭可以有效吸附烟气中的气态重金属，而在该温度下保持气态的重金属及其化合物非常少，大部分已经冷凝成核，形成固态。因此活性炭无法有效去除烟气中大部分重金属，如 Zn、Cu、Pb、Cd、Cr等。喷射活性炭会降低飞灰作为水泥原料利用特性，提高飞灰浸出毒性，并有可能在布袋除尘器内燃烧，其高昂的运行费用也是其无法在发展中国家推广的重要原因。喷淋塔等湿法装置也具有一定的重金属捕集效果，但会产生大量有毒废水，其处理成本较高，处理不当极易造成二次污染。鉴于活性炭喷射和湿法装置的种种局限和缺点，廉价、高效而简易的新型重金属脱除技术亟待开发。

高温下，非金属矿物对重金属有一定的物理化学吸附作用。高温焚烧过程中，重金属扩散到具有孔隙结构的添加剂表面，反应生成硅酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐等不易挥发物质，并在添加剂表面发生共晶融化，导致重金属扩散至添加剂内部而无法逃逸，从而有效捕集重金属而不易浸出。非金属矿物具有性质稳定、价格低廉的优点，因此，将非金属矿物作为添加剂与垃圾混合，在焚烧过程中捕集重金属具有极高的工程应用价值。

发明内容

技术问题：针对现有的重金属去除方法运行成本高，无法有效去除烟气中占主导的中低挥发性重金属或易产生二次污染等问题，本发明提出一种具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂及其制备方法，目的在于提供一种可有效控制焚烧过程中重金属排放的廉价垃圾添加剂。

技术方案：本发明的具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂是以沸石、石灰石为原料，根据沸石：石灰石为50:50~70:30的质量比混合，在碱金属溶液中浸泡后干燥制粉而制备完成。

本发明的具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂的制备方法包括以下步骤：

1）选取过60~200目筛的沸石粉和石灰石粉；

2）以50:50~70:30的质量比例将沸石粉和石灰石粉搅拌均匀；

3）将搅拌均匀的沸石和石灰石混合物浸泡于NaOH溶液中，其中NaOH溶液浓度为0.5~2mol/L，控制混合物与NaOH溶液的固液比为1:30~1:100g/ml；

4）在30~90℃下搅拌混合物的浸泡液，搅拌时间为8~24h；

5）使用滤纸过滤出沸石和石灰石混合物，置于清水中，再过滤，如此反复2~3次；

6）将滤出的沸石和石灰石混合物置于干燥箱内，在105~110℃下保持12~24h；

7）取出干燥后的沸石和石灰石混合物，破碎至过60~200目筛即得成品。

有益效果：本发明具有如下的特色及优点：

（1）相比活性炭等重金属吸附剂，本发明的添加剂原材料价格低廉，制作过程简单，通过直接与垃圾混合焚烧可有效达到固化重金属的作用，从而阻止重金属向烟气迁移转化为难以捕集的亚微米颗粒。

（2）通过NaOH溶液的浸泡，重金属固化产物共晶熔融加强，促进了添加剂表面融化，重金属向添加剂内部扩散后，稳定固化在添加剂内，降低焚烧底渣的重金属浸出毒性。 

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步说明。

以70:30的质量比例均匀混合过100目筛的沸石粉和石灰石粉。取一定量混合粉末置于烧杯中，加入1mol/L 的NaOH溶液，保持固液比为1:50 g/ml。烧杯置于80℃水浴锅内，搅拌10h后过滤，再用清水浸泡过滤，反复两次。将滤渣置于105℃干燥24h，研磨，过100目筛，即得一种具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂。

依据中国城市生活垃圾组分特点配置模拟垃圾，具体组分如表1所示。添加重金属醋酸盐模拟垃圾中的重金属，添加组分如表2所示。

表1 模拟垃圾组分

名称	面粉	菜叶	纸张	木屑	塑料	棉布	PVC	NaCl
									含量%	40	15	15	12	12	3	1.5	1.5

表2 重金属添加量及添加成分(占干基总重的比例)

重金属	添加量（mg/kg）	添加成分
			Zn	8000	(CH3COO)2Zn·2H2O
Cu	2000	(CH3COO)2Cu· H2O
			Pb	1500	(CH3COO)2Pb·3H2O
Cd	500	(CH3COO)3Cr 溶液
			Cr	500	(CH3COO)2Cd·2H2O

取4g模拟垃圾与0.2g添加剂均匀混合，添加剂装于陶瓷坩埚内，进入管式炉内焚烧，焚烧温度900℃；在同样条件下焚烧无添加剂垃圾。使用原子吸收分光光度计检测底渣中重金属含量，结果如表3所示。

表3 垃圾焚烧后底渣中重金属占总重金属含量比例 %

重金属	无添加剂垃圾焚烧底渣	有添加剂垃圾焚烧底渣
			Zn	25.6	60.1
Cu	12.3	47.3
			Pb	3.8	23.5
Cd	5.4	20.7
			Cr	26.6	52.5

由表3可以看出，混合添加剂的垃圾焚烧底渣中重金属含量明显增加，因此可认为制备的垃圾添加剂有效的捕捉了垃圾中的重金属。

对焚烧底渣进行毒性浸出测试。

浸取剂为蒸馏水配制的HAc-NaAc缓冲液，pH值为5。称取底渣50g，放在 1L的棕色玻璃瓶中，加入浸取剂 (浸取剂体积与固体重量比为20 L:1 kg)，在往复式水平振荡器上连续振动5天，所得样品经离心分离后取上清液，使用原子吸收分光光度计检测液体中重金属含量，结果如表4所示。

表4 垃圾焚烧底渣浸出液重金属浓度 mg/L

重金属	无添加剂垃圾焚烧底渣	有添加剂垃圾焚烧底渣
			Zn	462.9	104.5
Cu	63.7	31.3
			Pb	4.5	1.0
Cd	3.3	1.3
			Cr	12.5	4.3

由表4可以看出，有添加剂垃圾焚烧底渣的浸出液重金属浓度较无添加剂明显减小，因此可认为制备的垃圾添加剂有效的降低了焚烧底渣的重金属浸出毒性。

Claims (2)

1. 一种具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂，其特征在于该添加剂以沸石和石灰石为原料，根据沸石：石灰石为50:50~70:30的质量比混合，在碱金属溶液中浸泡后干燥制粉而制备完成。

2. 一种权利要求1所述具有捕集重金属功能的垃圾焚烧添加剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）选取过60~200目筛的沸石粉和石灰石粉；

2）以50:50~70:30的质量比例将沸石粉和石灰石粉搅拌均匀；

3）将搅拌均匀的沸石和石灰石混合物浸泡于NaOH溶液中，其中NaOH溶液浓度为0.5~2mol/L，控制混合物与NaOH溶液的固液比为1:30~1:100g/ml；

4）在30~90℃下搅拌混合物的浸泡液，搅拌时间为8~24h；

5）使用滤纸过滤出沸石和石灰石混合物，置于清水中，再过滤，如此反复2~3次；

6）将滤出的沸石和石灰石混合物置于干燥箱内，在105~110℃下保持12~24h；

7）取出干燥后的沸石和石灰石混合物，破碎至过60~200目筛即得成品。