CN104818064B - 一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：(1)将脱水污泥、建筑渣土、发电厂燃料残渣按(3～5)：(2～4)：(1～3)质量比混合，陈腐20～30天，得堆制物料；(2)将危险废物混合并均化粉碎后，于1500℃以上温度条件下无氧热解1～2h，得热解气和热解渣；热解气于5000℃以上温度条件下等离子气化5‑10s，得到人造可燃气；(3)将热解渣水淬后与堆制物料按1：(60‑80)体积比混合均匀，造粒得生料球；(4)将生料球烧结成型，冷却，即得陶粒成品。本发明降低了一次能源及资源的开采，降低了对自然环境的破坏，有利于原有生态系统的保持与优化，提高了产业收益。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用高热值危险废物与市政固废同步资源化的方法，属于节能环保技术领域。
背景技术
城市现代化发展过程中存在垃圾围城，雾霾型空气污染、地下水二次污染，地表水质下降、土壤重金属超标、农业生产中有机偏少，建筑垃圾无处填埋，危险废物处理成本过高等存在的普遍问题；其中，市政固废(主要为污泥、建筑渣土等)和危险废物成为困扰城市环境问题的重要因素。目前，对于城市污泥处理方式主要为填埋，这种方式不仅浪费土地资源，占用城市发展空间，而且存在二次污染的可能性。对高热值危险废物而言，处理方式主要以焚烧为主，不仅设备投资大，同时危险废物所含高热值废物热值利用度不高，不能有效的利用其资源，不失为一种能源的浪费。
陶粒的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度，因此其应用范围广泛。目前，制备陶粒多采用专门的材料制备，也有利用城市污泥烧制陶粒的方法，但是主要是以污泥为原料，不仅未能充分利用城市废物，而且烧制出来的陶粒应用范围较窄。
中国专利文件CN104163648A(申请号：201410276602.X)公开了一种利用建筑废料及污泥烧结陶粒的方法。其原料的组成为：按重量百分比：建筑废料30-35％、污泥35％、粉煤灰10-15％、粘土20％；具体为将建筑废料粉碎、磨粉，污泥压干，然后与粉煤灰、粘土混合搅拌后加压成形，再于1200-1400℃烧结40分钟即可。但是该方法以建筑废料及污泥为主要原料，其原料来源为市政固废，在陶粒制备过程中材料不涉及任何危险废物的范畴，同时在陶粒生产过程中，能量来源并非再生能源，达不到节能的效果。
中国专利文件CN101639222A(申请号：200810041067.4)公开了一种废物无害化处理和资源化利用的方法，尤其是用于对工业危险废物、医疗废物、城市生活垃圾、城市生活污泥、生物秸秆等任一类废物进行热解和焚烧的工艺和方法，采用高温烟气热解回转窑技术、高温烟气与热解烟气循环焚烧技术和成型燃料技术。但是，该方法不仅步骤繁琐，而且未能充分利用危险废物的热量，资源化利用不佳。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法。
术语说明：
危险废物：危险废物指国家环保部2008年8月1日起执行的《国家危险废物名录》中明确规定的相关具有腐蚀性(Corrosivity,C)、毒性(Toxicity,T)、易燃性(Ignitability,I)、反应性(Reactivity,R)和感染性(Infectivity,In)特性的固体废物，其名单中从HW01到HW49共49大项危险废物。本发明中涉及的高热值危险废物是指《国家危险废物名录》中HW01～HW06，HW08～HW16共计15种类的危险废物。
市政固体废物：市政固体废物指城市产生的相关固体废物，本发明涉及到的市政固体废物主要包含：市政污水处理厂产生的脱水污泥、建筑渣土、发电厂产生的不具备回收价值的燃料残渣等。不涉及厨余垃圾和具有回用价值的粉煤灰以及具有固定处理去向的生活垃圾等固体废物。
本发明的技术方案如下：
一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：
(1)将脱水污泥、建筑渣土、发电厂燃料残渣按(3～5)：(2～4)：(1～3)质量比混合，陈腐20～30天，得堆制物料；
(2)将危险废物混合并均化粉碎后，于1500℃以上温度条件下无氧热解1～2h，得热解气和热解渣；热解气于5000℃以上温度条件下等离子气化5-10s，得到人造可燃气；
所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为(0.5-1)：1，质量比；所述的危险废物的热值≥12MJ/Kg；
(3)将步骤(2)得到的热解渣水淬后与步骤(1)得到的堆制物料按1：(60-80)体积比混合均匀，造粒得生料球；
(4)将步骤(3)得到的生料球烧结成型，冷却，即得陶粒成品。
根据本发明，优选的，步骤(1)所述的脱水污泥、建筑渣土、发电厂燃料残渣按质量配比(3.5～4.5)：(2.5～3.5)：(1.5～2)质量比混合，陈腐24-28天后，得堆制物料；
优选的，步骤(1)所得堆制物料的总含水率为25-30wt％。
根据本发明，优选的，步骤(2)所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为(0.7-0.85)：1，质量比；所述的危险废物的热值为15-17MJ/Kg；
优选的，危险废物均化粉碎后的颗粒直径控制至5-8mm之间；
优选的，无氧热解温度为1550-1600℃；
优选的，等离子气化温度为5500～6500℃；
优选的，得到的人造可燃气稳压至8KPa-12KPa之间。人造可燃气经稳压后可作为后续生料球烧结所需能源，也可用于其他工业能源或生活能源。
根据本发明，优选的，步骤(3)中热解渣与堆制物料按1：(65-70)体积比混合，更优选1：70；
优选的，造粒得到的生料球的直径为10-20mm。步骤(2)无氧热解后的热解渣呈玻璃态，水淬后作为添加剂使用与堆制物料混合可提高陶粒的强度。
根据本发明，优选的，步骤(4)中生料球的烧结温度为1100-1200℃，烧结时间为30-60min。
本发明所得陶粒可直接作为产品出售，可用作农业基质、环保填料或河道修复材料。也可进行深加工，如加入混凝土搅拌并养护后砌块切割得到砌块建材、装饰建材、隔音材料或路面材料等。
本发明将脱水污泥、建筑渣土、发电厂燃料残渣进行陈腐堆制，使得污泥毛细水和吸附水释放，能够极大的降低污泥的粘度系数，便于后续造粒过程；经热解后的危险废物所产生的玻璃态热解渣，进一步水淬后作为陶粒的增强剂可在化学成分上提高陶粒的抗压强度，便于生产出高强度的材料，提高使用能力的广泛性。危险废物采用高温热解和超高温等离子气化处理，使危险废物中的有机成分和可燃成分在超高温条件下激发进行原子重组，产生可燃性的气体回收用于生活能源和生产能源。经过高温等离子气化处理后，危险废物中的有害组分已经被破坏，少量重金属离子也被固定在玻璃态热解渣中，热解渣被进一步固化在陶粒晶格之中，不会再形成二次污染。
本发明的有益效果如下：
1、本发明充分利用高热值危险废物和市政固体废物等作为原料，同时在能源和物质两个角度实现废物的资源化利用，即一方面对高热值危险废物进行能量转化与重组为具有可燃性的人造气，以供陶粒生产能源之用，实现了能源的回收及资源化；另一方面产生的玻璃态热解渣与市政固体废物作为陶粒的原材料，实现了物料资源化。危险废物与市政废物是在一个系统中完成的处理和利用，体现的是空间的统一，废物的处理与资源化是实时进行的，体现了时间的统一。在整个系统中阻断了污染物的再次迁移和二次污染问题，节约大量土地的同时降低了城市发展的环境负荷。
2、本发明大大降低了一次能源及资源的开采，降低了对自然环境的破坏，有利于原有生态系统的保持与优化，提高了产业收益，同时大大降低了市政固体废物污染和大气污染存在的可能性。
3、本发明陶粒的制备方法简单，环保节能，制得的陶粒产品具有良好的保温、隔热、防震、降噪的作用，可以作为市政公共道路的填充材料、景观构筑材料和保温隔热材料的骨料，并且可用于城市周边自然景观尤其是湿地的改造所用的填料。因此具有广泛的市场前景和巨大的应用价值。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中所用脱水污泥为市政污水处理厂压滤后的脱水污泥，其含水率为60-80％之间。
造粒所用设备为双辊挤压造粒机，市购产品。生料球烧结设备为两段复合式陶粒烧结器，可参考中国专利文件ZL200920030276.9使用。
实施例中所述的危险废物清单如下所示：
其中，实施例1所用的危险废物为HW02类废物，实施例2所用的危险废物为HW04和HW05类废物，实施例3所用的危险废物为HW10和HW11类废物，实施例4所用的危险废物为HW12类废物，实施例5所用的危险废物为HW16类废物。
实施例1
一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：
(1)将脱水污泥(含水率80％)、建筑渣土、发电厂燃料残渣按5：5：4质量比混合，陈腐30天，得堆制物料，总含水率为28wt％；
(2)将危险废物混合并均化粉碎，粉碎后颗粒直径控制至5-8mm之间，于1550℃温度条件下无氧热解2h，得热解气和热解渣；热解气于6000℃温度条件下等离子气化5s，得到人造可燃气；
所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为0.7：1，质量比；所述的危险废物的热值16.8MJ/Kg；
(3)将步骤(2)得到的热解渣水淬后与步骤(1)得到的堆制物料按1：70体积比混合均匀，造粒得生料球，生料球直径为20mm；
(4)将步骤(3)得到的生料球于1100℃烧结60min成型，自然冷却，即得陶粒成品。
本实施例制得的陶粒的技术参数如表1所示：
表1
实施例2
一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：
(1)将脱水污泥(含水率为70％)、建筑渣土、发电厂燃料残渣按3：3：2质量比混合，陈腐20天，得堆制物料，总含水率为26wt％；
(2)将危险废物混合并均化粉碎，粉碎后颗粒直径控制至5-8mm之间，于1600℃温度条件下无氧热解1h，得热解气和热解渣；热解气于5500℃温度条件下等离子气化10s，得到人造可燃气；
所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为0.8：1，质量比；所述的危险废物的热值16.2MJ/Kg；
(3)将步骤(2)得到的热解渣水淬后与步骤(1)得到的堆制物料按1：65体积比混合均匀，造粒得生料球，生料球直径为15mm；
(4)将步骤(3)得到的生料球于1150℃烧结45min成型，自然冷却，即得陶粒成品。
实施例3
一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：
(1)将脱水污泥(含水率60％)、建筑渣土、发电厂燃料残渣按4：3：1质量比混合，陈腐25天，得堆制物料，总含水率为30wt％；
(2)将危险废物混合并均化粉碎，粉碎后颗粒直径控制至5-8mm之间，于1580℃温度条件下无氧热解1.5h，得热解气和热解渣；热解气于5000℃温度条件下等离子气化10s，得到人造可燃气；
所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为0.85：1，质量比；所述的危险废物的热值15.2MJ/Kg；
(3)将步骤(2)得到的热解渣水淬后与步骤(1)得到的堆制物料按1：75体积比混合均匀，造粒得生料球，生料球直径为20mm；
(4)将步骤(3)得到的生料球于1200℃烧结30min成型，自然冷却，即得陶粒成品。
实施例4
一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：
(1)将脱水污泥(含水率65％)、建筑渣土、发电厂燃料残渣按2：3：1质量比混合，陈腐25天，得堆制物料，总含水率为22wt％；
(2)将危险废物混合并均化粉碎，粉碎后颗粒直径控制至5-8mm之间，于1600℃温度条件下无氧热解1h，得热解气和热解渣；热解气于6500℃温度条件下等离子气化5s，得到人造可燃气；
所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为0.5：1，质量比；所述的危险废物的热值22.5MJ/Kg；
(3)将步骤(2)得到的热解渣水淬后与步骤(1)得到的堆制物料按1：80体积比混合均匀，造粒得生料球，生料球直径为15mm；
(4)将步骤(3)得到的生料球于1150℃烧结45min成型，自然冷却，即得陶粒成品。
实施例5
一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：
(1)将脱水污泥(含水率75％)、建筑渣土、发电厂燃料残渣按5：4：5质量比混合，陈腐25天，得堆制物料，总含水率为26.7wt％；
(2)将危险废物混合并均化粉碎，粉碎后颗粒直径控制至5-8mm之间，于1580℃温度条件下无氧热解1.5h，得热解气和热解渣；热解气于6000℃温度条件下等离子气化8s，得到人造可燃气；
所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为1：1，质量比；所述的危险废物的热值12.2MJ/Kg；
(3)将步骤(2)得到的热解渣水淬后与步骤(1)得到的堆制物料按1：60体积比混合均匀，造粒得生料球，生料球直径为15mm；
(4)将步骤(3)得到的生料球于1100℃烧结60min成型，自然冷却，即得陶粒成品。
Claims (6)
1.一种利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，包括步骤如下：
（1）将脱水污泥、建筑渣土、发电厂燃料残渣按（3~5）：（2~4）：（1~3）质量比混合，陈腐20~30天，得堆制物料；
所得堆制物料的总含水率为25-30wt%；
（2）将危险废物混合并均化粉碎后，于1550-1600℃温度条件下无氧热解1~2h，得热解气和热解渣；热解气于5500~6500℃温度条件下等离子气化5-10s，得到人造可燃气；
所述的危险废物混合后总固态碳含量TC：总水分含量为（0.7-0.85）：1，质量比；所述的危险废物的热值为15-17MJ/Kg；
所述的危险废物是指国家环保部2008年8月1日起执行的《国家危险废物名录》中HW01~HW06，HW08~HW16共计15种类的危险废物；
（3）将步骤（2）得到的热解渣水淬后与步骤（1）得到的堆制物料按1：（60-80）体积比混合均匀，造粒得生料球；
（4）将步骤（3）得到的生料球烧结成型，冷却，即得陶粒成品。
2.根据权利要求1所述的利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，其特征在于，步骤（1）所述的脱水污泥、建筑渣土、发电厂燃料残渣按质量配比（3.5~4.5）：（2.5~3.5）：（1.5~2）质量比混合，陈腐24-28天后，得堆制物料。
3.根据权利要求1所述的利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，其特征在于，步骤（2）所述的危险废物均化粉碎后的颗粒直径控制至5-8mm之间。
4.根据权利要求1所述的利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，其特征在于，步骤（3）中热解渣与堆制物料按1：（65-70）体积比混合。
5.根据权利要求1所述的利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，其特征在于，步骤（3）中造粒得到的生料球的直径为10-20mm。
6.根据权利要求1所述的利用高热值危险废物与市政固体废物同步资源化的方法，其特征在于，步骤（4）中生料球的烧结温度为1100-1200℃，烧结时间为30-60min。
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