CN103601526A

CN103601526A - 一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法

Info

Publication number: CN103601526A
Application number: CN201310642646.5A
Authority: CN
Inventors: 刘汉桥; 魏国侠; 孙磊; 张蕊
Original assignee: Tianjin Chengjian University
Current assignee: Tianjin Chengjian University
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: CN103601526B

Abstract

本发明公开了一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，包括如下步骤：(1)将医疗垃圾焚烧飞灰与辅料充分混合，混合物中加入少量水并经成型机造粒成型；(2)造粒成型并干燥得到颗粒生料，在颗粒生料周围填充微波耦合剂粉末；(3)将填粉后的颗粒生料进行微波烧结，烧结后冷却至常温得到多孔陶粒。本发明能够借助飞灰中高含量活性炭在微波场中的“热点”效应将飞灰中二恶英即时彻底分解，同时将大部分重金属包裹固化在烧结产物网格中，并将飞灰快速烧结成多孔陶粒，该陶粒可用于建筑集料或废水滤料，在实现医疗垃圾焚烧飞灰无害化处理的同时进一步将其资源化利用，一举多得。

Description

一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法

技术领域

本发明涉及一种环境污染治理方法，特别涉及一种医疗垃圾焚烧飞灰的处理方法。

背景技术

医疗垃圾焚烧飞灰是医疗垃圾焚烧处理后的产物，主要成分为SiO₂、CaO、Al₂O₃及Fe₂O₃等无机物，因灰中富集相当量的二恶英、重金属等毒性物质，危害极大，已被列入我国《国家危险废物名录》。与生活垃圾焚烧飞灰相比，医疗垃圾焚烧飞灰中含有相当量的活性炭和未燃残碳，二者导致飞灰的热灼减率高达30％以上，专利CN101797575B公开了一种医疗垃圾焚烧飞灰浮选去毒方法，同时证实飞灰中活性炭是二恶英等有机污染物的富集源。国内现有的医疗垃圾焚烧设施的年处理能力已超过60万吨，按飞灰产生量3％～5％计算，我国每年有1.8～3万吨的医疗垃圾焚烧飞灰亟需安全处置。国标GB16889-2008给出的暂行的处置方法(允许医疗垃圾焚烧飞灰经过稳定化、固化后进入生活垃圾填埋场共处置)只是权宜之计，无法从根本上消除其带来的环境污染和环境安全问题。

垃圾焚烧飞灰的主要危害来自于其中含有的多种重金属和二恶英等有机污染物，所以国内外关于垃圾焚烧飞灰安全处置研究主要围绕这两方面展开，逐步形成了水泥固化、化学药剂稳定、溶剂浸取、催化降解、机械研磨、紫外降解、熔融和烧结等处理技术。相比较而言熔融和烧结兼顾两大类毒害物的处理需求，更符合危废处理的无害化、减量化、资源化原则。熔融是借助1300～1400℃高温分解飞灰中二恶英并固化重金属，但熔融技术能耗大且设备费用昂贵，不适合医疗垃圾焚烧飞灰产量相对较小的特点；另外，飞灰中高含量氯盐会导致Pb、Zn、Cd等重金属大量挥发引起二次污染、同时飞灰中高含量的活性炭和未燃残碳会烧损电极。烧结是在低于飞灰熔点的温度下(一般在900～1200℃)使其变成致密坚硬的烧结体并符合建材特性的要求，二恶英在陶粒烧成的最高温度可分解99％以上，尽管烧结体内的重金属没有像熔融那样被网状结构所包裹，但其重金属浸出效果同样可以达到环保要求；由于飞灰烧结所需温度低于熔融，因此烧结技术的能耗及成本明显低于熔融。但传统陶粒烧结窑需要依靠煤燃烧来维持窑温，且会产生大量含有挥发性重金属的烟气，窑后需要配备复杂的尾气净化设施。

微波加热是利用物体内部的分子相互摩擦发热，具有加热速度快、能源利用率高、加热均匀、温度梯度小等优点。“热点”效应是微波加热的重要特性，由该效应所产生的快速加热效果是传导和对流方式所达不到的，会出现局部过热现象。20世纪40年代以来，该技术已经扩展到环境污染的治理领域，如有机污染土壤修复、污水处理、污泥热解、放射性废物玻璃化、医疗垃圾灭菌消毒及废气脱硫脱硝等。尤其在如下几方面值得关注：(1)“活性炭一微波辐射”应用于土壤中有机污染物的高温分解和重金属的固定已成为研究热点。活性炭是环境友好的吸波材料，在微波烧结下可快速获得较高反应温度，同时活性炭还具有较强的还原能力和催化作用，从而达到分解吸附在活性炭孔隙内部或与活性炭共存于同一体系中的污染物的目的。(2)微波辐射技术应用于污泥、飞灰中重金属的固定。例如台湾骆尚廉等通过在Cu污染污泥添加Fe粉后进行微波烧结，发现微波功率800W下烧结30min变为坚硬的烧结体且浸出浓度低于限值。专利CN101318189A公开了一种微波加热解毒垃圾焚烧飞灰的方法，证实粉末状的生活垃圾焚烧飞灰在微波下加热900～1100℃、烧结时间30min左右后，飞灰中6种重金属的浸出浓度均达标。(3)微波烧结技术具有能源利用率高、加热效率高、对环境友好等环保节能的优势，微波烧结技术近年来应用于粉煤灰及飞灰烧制玻璃陶瓷。例如，粉煤灰在800～1000℃下微波烧结10～20min后，可得到晶相为莫来石的玻璃陶瓷，其产品性能优于同温度下传统烧结陶瓷。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种安全有效的医疗垃圾焚烧飞灰的处理方法，该方法能够借助飞灰中高含量活性炭在微波场中的“热点”效应将飞灰中二恶英即时分解，同时有效固化大部分重金属，安全有效地实现飞灰的无害化处理，并将飞灰低温快速烧结成多孔陶粒，该陶粒可作为建筑集料或废水滤料，从而实现垃圾焚烧飞灰的材料化利用，一举多得。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将医疗垃圾焚烧飞灰与辅料充分混合，混合物中加入少量水并经成型机造粒成型；(2)造粒成型后干燥得到颗粒生料，在颗粒生料周围填充微波耦合剂粉末；(3)将填粉后的颗粒生料进行微波烧结，烧结后冷却至常温得到多孔陶粒。

所述的辅料是石英砂、废玻璃粉等富含SiO₂的辅助物中一种或几种所组成的混合物。

所述医疗垃圾焚烧飞灰与辅料的质量比为5：1～1：1。

所述成型颗粒中含水量控制在5％～15％。

所述微波耦合剂是碳化硅、活性炭、四氧化三铁等微波敏感介质中的一种或几种所

组成的混合物。

所述微波烧结的温度为900～1100℃，保温时间5～60分钟。

本发明具有的优点和积极效果是：(1)基于医疗垃圾焚烧飞灰中二恶英及活性炭含量高、二恶英在活性炭中富集、活性炭又是微波的强吸收材料等特性，将飞灰进行微波烧结，利用微波具有选择性加热的特点，在微波作用下活性炭会产生局部高温(2000℃以上)，同时成型颗粒周围放置的微波耦合剂也产生高温，这样可在极短时间内将二恶英彻底分解；(2)在医疗垃圾焚烧飞灰中添加了富含SiO₂的辅助物，添加的辅助物作为成陶成分有利于在产物中形成Si-O-Si网格，这些网格有利于将大部分重金属固结，与传统陶粒烧结窑相比微波烧结过程中不需通入大量空气，产生烟气量少，极少量挥发性重金属如Cd、Pb随烟气蒸发，可通过后续布袋除尘器及活性炭纤维捕捉收集，无需复杂的尾气净化设施；(3)医疗垃圾焚烧飞灰灰中大量活性炭类似成孔剂，在烧结过程中活性炭随着温度的提高挥发而留下气孔，微波烧结后可烧制出多孔、高比表面积孔隙结构的多孔陶粒。同时在微波烧结中，在成型颗粒周围放置了介质损耗高的微波耦合剂有利于提高升温速度和保温，缩短烧结时间，形成稳定均匀的温度场，解决了传统陶粒烧结过程容易引起存在温度梯度、受热不均产品性能缺陷问题。该发明在将医疗垃圾焚烧飞灰无害化处理的同时烧制成多孔陶粒，直接实现了焚烧飞灰的资源化，符合废物处理零排放的要求，降低了焚烧飞灰处理成本，一举多得。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1。

实施例1：

某医疗垃圾焚烧化学成分见表1，飞灰的热灼减率、重金属、二恶英及氯含量见表2。将医疗垃圾焚烧飞灰与石英砂按5：1的质量比放入混料器中充分混合，再加入的去离子水(总含水率控制5％)搅拌均匀，将混合物送入平模成型机挤压成直径0.8mm的条状颗粒，将条状颗粒放入干燥箱中干燥24h排除其中水分，干燥后颗粒生料放置在工业微波烧结炉中，用碳化硅粉进行埋粉烧结，微波烧结炉的工作频率为2.45GHz，微波炉的功率调节到3.6kW，当微波烧结的温度达到900℃，保温60分钟，烧结完毕后出炉冷却至常温得到多孔陶粒。陶粒的技术指标为：堆积密度625kg／m³，筒压强度为4.11MPa，吸水率10.8％，陶粒中二恶英浓度降低到0.045ng TEQ／g，陶粒的重金属浸出毒性测试结果见表3，浸出液中危害浓度低GB16889-2008中重金属污染物浓度限值。

表1实施例1中医疗垃圾焚烧飞灰的化学成分(％)

SiO₂	CaO	Na₂O	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	K₂O	TiO₂	P₂O₅	SO₃	Cl
											20.60	15.31	11.02	6.54	6.73	3.43	2.97	1.50	0.94	12.11	12.31

表2实施例1中医疗垃圾焚烧飞灰热灼减率、重金属、二恶英及氯含量

表3实施例1中陶粒产品中重金属的浸出浓度mg/l

Cu	Zn	Pb	Cd	Ni	Cr
						0.35	0.41	0.14	0.09	0.01	0.16

实施例2：

采用的医疗垃圾焚烧飞灰样与实施例1相同，将医疗垃圾焚烧飞灰与废玻璃粉按2：1的质量比放入混料器中充分混合，再去离子水(总含水率控制10％)搅拌均匀，将混合物中送入平模成型机挤压成直径0.8mm的条状颗粒，将条状颗粒放入干燥箱中干燥24h排除其中水分，将干燥后颗粒生料放置在工业微波烧结炉中，用活性炭和碳化硅的混合粉(两者质量比为3：1)进行埋粉烧结，微波烧结炉的工作频率为2.45GHz，微波炉的功率调节到7.2kW，当微波烧结的温度达到1000℃，保温25分钟，烧结完毕后出炉冷却至常温得到多孔陶粒。陶粒的技术指标为：堆积密度647kg／m³，筒压强度为4.38MPa，吸水率8.3％，陶粒中二恶英浓度降低到0.037ng TEQ／g，陶粒的重金属浸出毒性测试结果见表4，浸出液中危害浓度低于GB16889-2008中重金属污染物浓度限值。

表4实施例2中陶粒产品中重金属的浸出浓度mg／l

Cu	Zn	Pb	Cd	Ni	Cr
						0.30	0.26	0.11	0.05	0.01	0.15

实施例3：

采用的医疗垃圾焚烧飞灰样与实施例1相同，将医疗垃圾焚烧飞灰与废玻璃粉按1：1的质量比放入混料器中充分混合，再加入去离子水(总含水率控制15％)搅拌均匀，将混合物中送入平模成型机挤压成直径0.8mm的条状颗粒，将条状颗粒放入干燥箱中干燥24h排除其中水分，将干燥后颗粒生料放置在工业微波烧结炉中，用四氧化三铁粉进行埋粉烧结，微波烧结炉的工作频率为2.45GHz，微波炉的功率调节到7.2kW，当微波烧结的温度达到1100℃，保温5分钟，烧结完毕后出炉冷却至常温得到多孔陶粒。陶粒的技术指标为：堆积密度680kg／m³，筒压强度为4.62MPa，吸水率7.7％，陶粒中二恶英浓度降低到0.033ng TEQ／g，陶粒的重金属浸出毒性测试结果见表5，浸出液中危害浓度低于GB16889-2008中重金属污染物浓度限值。

表5实施例3中陶粒产品中重金属的浸出浓度mg/l

Cu	Zn	Pb	Cd	Ni	Cr
						0.21	0.23	0.12	0.05	0.01	0.09

上述实施例阐述的是医疗垃圾焚烧飞灰无害化处理及资源化利用新工艺，本发明并不局限于医疗垃圾焚烧飞灰，还适用于含碳量高的生活垃圾焚烧飞灰。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将医疗垃圾焚烧飞灰与辅料充分混合，混合物中加入少量水并经成型机造粒成型；(2)造粒成型并干燥得到颗粒生料，在颗粒生料周围填充微波耦合剂粉末；(3)将填粉后的颗粒生料进行微波烧结，烧结后冷却至常温得到多孔陶粒。

2.根据权利要求1所述的一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，其特征在于，所述的辅料是石英砂、废玻璃粉等富含SiO₂的辅助物中一种或几种所组成的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，其特征在于，所述医疗垃圾焚烧飞灰与辅料的质量比为5：1～1：1。

4.根据权利要求1所述的一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，其特征在于，所述成型颗粒中含水量控制在5％～15％。

5.根据权利要求1所述的一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，其特征在于，所述微波耦合剂是碳化硅、活性炭、四氧化三铁等微波敏感介质中的一种或几种所组成的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种医疗垃圾焚烧飞灰微波烧制多孔陶粒的方法，其特征在于，所述微波烧结的温度为900～1100℃，保温时间5～60分钟。