CN104671715A - 一种利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，包括如下步骤：1）回收利用烧结废气：从烧结机头除尘器后抽取40%～45%的废气循环用作烧结助燃空气；2）去除二恶英：在催化反应装置中，用紫外光照射催化剂；3）固化重金属：将飞灰、固化剂、防裂纤维、轻质陶粒、水泥、硅藻土、膨胀珍珠岩和水混合均匀；4）轻质板材成型：将步骤3）中的混合物注入板材成型模具中，复合成型后脱模，再经浇水养护24-72h，即得到轻质板材。采用该方法对垃圾焚烧飞灰进行无害化、资源化处理，环保效果显著，其能够有效利用垃圾焚烧飞灰，在处理垃圾焚烧飞灰过程中，排放达标，避免二次污染。

Description

一种利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法

技术领域

本发明涉及垃圾填埋场防渗工程系统辅设领域，具体的说，是一种利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法。

背景技术

随着城市化进程的迅速发展，伴随产生大量的垃圾废物。世界权威科学家们预测的未来危机中，垃圾问题赫然名列其中。大量的垃圾对生态的破坏和对环境的污染严重影响着人类的生活。对于垃圾的处理，目前多在垃圾填埋场进行，垃圾填埋场垃圾处理方式一般可以分为卫生填埋、焚烧、堆肥等几种方式。

（一）垃圾焚烧。垃圾焚烧处理可以使城市垃圾的体积减少80—90%，而且其产生的废渣可作资源化利用。垃圾焚烧发电处理技术具有处理速度快、占地面积小、减量化和无害化效率高，并可回收能源等优点，在一些经济水平较高、垃圾热值高、土地资源有限的城市，将得到推广应用。垃圾焚烧是将城市生活垃圾进行焚烧，一方面可将燃烧产生的热能转化为电能进行发电，另一方面，节省填埋场地。城市生活垃圾焚烧灰渣根据其收集位置的不同，主要分为底灰和飞灰，底灰一般包括炉排渣和炉排间掉落灰。底灰占灰渣总量的80%左右，主要有熔渣、金属、陶瓷碎片、玻璃和其他一些不可燃物质及未燃有机物组成。飞灰是指在烟气净化系统和热回收利用系统中收集而得的残余物，约占灰渣总量的20%左右。目前有一些领域将底灰进行了有效的利用，例如：利用底灰制造建筑用砖；然而，垃圾焚烧发电厂的飞灰中含有大量的重金属（Cd、Pb、Zn、Cr等）和二恶英，难于自然降解，对环境污染十分严重，被称为双料污染物。研究发现，飞灰中重金属含量约占1%-9%，各种重金属的浸出水平达到危险废物的鉴别标准，二恶英也是潜在的重要污染物质。因此，世界各国都将飞灰列为危险废物，在填埋前必须进行处理、处置，其处理成本高。

（二）垃圾卫生填埋。垃圾卫生填埋是每日将运到垃圾填埋场的垃圾在限定区域内铺散成40-75cm的薄层，然后压实以减少垃圾的体积，每日作业完毕后需进行覆盖，以有效控制臭气扩散和蚊蝇孳生。垃圾卫生填埋场因为成本低、卫生程度好在国内被广泛应用，但大多数垃圾填埋场比较简陋，防渗系统性能不佳，垃圾产生的渗滤液对土壤和水体造成了严重的污染。

现有防渗材料中的一种是采用天然材料防渗衬层，如粘土防渗衬层，粘土与钠基膨润土混合防渗衬层和沥青混凝土防渗衬层等；另一种是采用人工合成材料防渗衬层，通常为氯乙烯系、橡胶系、乙烯系和土工合成粘土衬垫等。由于每日采用天然材料覆盖会占据大量填埋场库容，造成垃圾填埋量减少，因此，为减少天然材料覆盖造成的实际库容降低，一般采用防渗膜代替粘土进行每日覆盖。这些防渗材料防裂性差，抗压性不强，施工繁琐，失效后易造成二次污染。

例如，中国专利（公开号：CN201033869）公开了一种可应用于垃圾填埋场的机织无纺复合土工膜，是现有防渗材料多采用的高分子土工膜，该土工膜至少有三层，上层为无纺织物，底层为机织物，中间层为塑料膜片。上层无纺织物、底层机织物与中间层塑料膜片之间通过聚合物挤压熔融、压接粘结复合而成。无纺织物为针刺或热粘高分子短纤维化学材料；机织物为化纤长丝机织物；塑料膜片为PVC、PE、HDPE、LDPE、EVA等膜片。该机织无纺复合土工膜虽然具有比重小、延伸性强、耐腐蚀、强力高、抗冻性能好的特点，但是，由于土工膜薄，很容易被尖锐物刺穿；另外，当地基受到剪切变形产生裂缝时，掺有膨润土的复合土做的防渗材料同样产生裂缝，特别是当在边坡上使用时，存在稳定性问题。

近年来的研究认为，垃圾填埋场是继湿地和稻田之后，大气中甲烷的第三大发生源。填埋场中的有机垃圾在压实、有产甲烷菌作用的条件下厌氧发酵后，会释放出有温室效应的气体甲烷和CO₂。填埋场中产生的甲烷堆积到一定程度时，一旦遇到垃圾内的易燃物质后，易造成火灾，从而破坏垃圾场防渗膜。此外，现有的防渗材料多为人工合成材料，如聚乙烯防渗膜，其熔点约为110℃-130℃，而垃圾堆积后产生的高温，易导致防渗材料溶解。

针对现有技术存在的问题，如何安全有效地处置垃圾焚烧飞灰以及如何防止防渗膜易被尖锐物刺穿或被高温溶解即成为垃圾场急需解决的环境问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，以解决现有防渗膜易破损导致二次污染环境的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，该方法包括如下步骤：

1）回收利用烧结废气：从烧结机头除尘器后抽取40%～45%的废气循环用作烧结助燃空气，烧结循环烟气中部分二恶英、一氧化碳，分解氧化氮，同时降低固体燃料的消耗量；

2）去除二恶英：在烧结机头除尘器后设置催化反应装置，以去除垃圾焚烧炉中的二恶英，在催化反应装置中，用紫外光照射催化剂，防止催化剂中毒；

3）固化重金属：将垃圾发电后的飞灰与固化剂、防裂纤维、轻质陶粒、水泥、硅藻土、膨胀珍珠岩和水在搅拌机中混合均匀；

4）轻质板材成型：将步骤3）中的混合物注入板材成型模具中，复合成型后脱模，再经浇水养护24-72h，即得到轻质板材。

根据本发明，所述催化剂的组分及重量百分数为：

V₂O₅  1-5%            WO₃   1-8%        MoO₃ 0.5-1.5%

SiO₂    1-5%          其余为TiO₂   。

根据本发明，所述催化剂的制备方法是将一定量的偏钒酸铵、无酸铵和钼酸铵分别溶于一定体积的20%d的草酸和10%的氨水溶液中，用该溶液浸渍相应量含2% SiO₂的TiO₂载体，浸渍时间为20分钟，固体样于100-120℃下干燥4小时，然后于500-550℃下焙烧4小时后再重复上述过程一次，制得催化剂样品。

根据本发明，所述固化剂是硫脲、硫代硫酸钠、硫化钠中的任意一种。

根据本发明，所述防裂纤维是聚丙烯纤维、碳纤维、木质纤维中的任意一种。

根据本发明，所述步骤3）混合物的质量百分比：

垃圾焚烧飞灰40.1-43.1%；

水泥5.2-8.2%；

轻质陶粒4.3-6.8%；

膨胀珍珠岩5.2-8.2%；

硅藻土5.2-8.2%；

防裂纤维4.1-6.9%；

水20.4-25.9%；

固化剂3.4-4.3%。

本发明的利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，其有益效果是：

1、能够有效利用垃圾焚烧飞灰，在处理垃圾焚烧飞灰过程中，排放达标，避免二次污染，具体体现在：

（1）利用焚烧炉产生的废气循环作烧结助燃空气，不仅利用了这部分烧结废气的显热和废气中的可燃成份，而且减少了脱硫废气的烟气量，飞灰中的氧化氮、一氧化碳、二恶英均可减少；对CO₂也具有一定的减排效果；

（2）在催化反应设备中，催化剂在紫外光照射下，产生氧化性极强的羧基自由基，能将二恶英氧化成CO₂和H₂O，其分解率高、降解速度快，最终生成物是CO₂和H₂O等无害物，处理彻底、不存在二次污染；

（3）所得的轻质板材可以用于垃圾填埋场，其抗压性能强，防裂性能好，设于防渗膜上层可以防止防渗膜被生活垃圾中的竹签、玻璃等尖锐物穿破，避免二次污染环境；

（4）飞灰、水、固化剂搅拌混匀后，飞灰中氧化态的Pb、Zn重金属实现硫化，生成PbS、ZnS；硅藻土能固定住重金属离子，避免重金属二次污染环境。

（5）所制得的板材质轻、强度高、防火、阻燃、耐高温、耐磨、抗老化，解决了垃圾填埋场由于甲烷等易燃气体堆积破坏垃圾场防渗处理层的问题。

2、节省了垃圾焚烧飞灰填埋而占用的土地和处置资金。

3、对垃圾焚烧飞灰进行无害化、资源化处理，环保效果显著，降低垃圾焚烧飞灰对填埋场区域内的环境压力。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法作进一步描述。

其中，本发明所述的催化剂采用中国专利（CN 1626277A）中的催化剂。

实施例1

从烧结机头除尘器后抽取40%～45%的废气循环用作烧结助燃空气，烧结循环烟气中部分二恶英、一氧化碳，分解氧化氮，同时降低固体燃料的消耗量；在除尘器后设置催化反应装置，在催化反应装置中，用紫外灯照射催化剂；取硫化钠2.5千克、聚丙烯纤维3千克、水15千克、水泥6千克、轻质陶粒5千克、硅藻土6千克、膨胀珍珠岩6千克、垃圾焚烧飞灰30千克混合搅拌均匀，注入板材成型模具中，在90℃环境下，保持12h，复合成型后脱模，再经浇水养护72h，即得到轻质板材。

实施例2

从烧结机头除尘器后抽取40%～45%的废气循环用作烧结助燃空气，烧结循环烟气中部分二恶英、一氧化碳，分解氧化氮，同时降低固体燃料的消耗量；在除尘器后设置催化反应装置，在所述催化反应装置中，用紫外灯照射催化剂；取硫代硫酸钠5千克、碳纤维8千克、水30千克、水泥6千克、轻质陶粒5千克、硅藻土6千克、膨胀珍珠岩6千克、垃圾焚烧飞灰50千克混合搅拌均匀，注入板材成型模具中，在80℃环境下，保持24h，复合成型后脱模，再经浇水养护48h，即得到轻质板材。

实施例3

从烧结机头除尘器后抽取40%～45%的废气循环用作烧结助燃空气，烧结循环烟气中部分二恶英、一氧化碳，分解氧化氮，同时降低固体燃料的消耗量；在除尘器后设置催化反应装置，在所述催化反应装置中，用紫外灯照射催化剂；取硫脲5千克、木质纤维8千克、水30千克、水泥9千克、轻质陶粒8千克、硅藻土9千克、膨胀珍珠岩9千克、垃圾焚烧飞灰50千克混合搅拌均匀，注入板材成型模具中，在60℃环境下，保持48h，复合成型后脱模，再经浇水养护24h，即得到轻质板材。

本发明利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，所制备的轻质板材，质量轻，成品薄，可铺设于垃圾填埋场防渗膜上，作为垃圾填埋场的轻质护壁。采用该方法既能有效地解决垃圾焚烧飞灰填埋的问题，又能防止防渗膜被尖锐物刺穿以及防止防渗膜在高温环境下溶解。

Claims (6)

1.一种利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1）回收利用烧结废气：从烧结机头除尘器后抽取40%～45%的废气循环用作烧结助燃空气，烧结循环烟气中的二恶英、一氧化碳，分解氧化氮；

2）去除二恶英：在烧结机头除尘器后设置催化反应装置，在所述催化反应装置中，用紫外光照射催化剂；

3）固化重金属：在垃圾发电后的飞灰中，加入固化剂、防裂纤维、轻质陶粒、水泥、硅藻土、膨胀珍珠岩和水，混合均匀；

4）轻质板材成型：将步骤3）中的混合物注入板材成型模具中，复合成型后脱模，再经浇水养护24-72h，即得到轻质板材。

2.根据权利要求1所述的利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，其特征在于：所述催化剂的组分及重量百分数为：

V₂O₅  1-5%            WO₃   1-8%        MoO₃ 0.5-1.5 %

SiO₂    1-5%          其余为TiO₂  。

3.根据权利要求2所述的利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，其特征在于：所述催化剂的制备方法是将一定量的偏钒酸铵、无酸铵和钼酸铵分别溶于一定体积的20%的草酸和10%的氨水溶液中，用该溶液浸渍相应量含2% SiO₂的TiO₂载体，浸渍时间为20分钟，固体样于100-120℃下干燥4小时，然后于500-550℃下焙烧4小时后再重复上述过程一次，制得催化剂样品。

4.根据权利要求1所述的利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，其特征在于：所述固化剂是硫脲、硫代硫酸钠、硫化钠中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，其特征在于：所述防裂纤维是聚丙烯纤维、碳纤维、木质纤维中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的利用垃圾发电后的飞灰制备轻质护壁的方法，其特征在于：所述步骤3）中混合物的质量百分比：

垃圾焚烧飞灰40.1-43.1%；

水泥5.2-8.2%；

轻质陶粒4.3-6.8%；

膨胀珍珠岩5.2-8.2%；

硅藻土5.2-8.2%；

防裂纤维4.1-6.9%；

水20.4-25.9%；

固化剂3.4-4.3%。