CN105013798B - 机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞灰无害化处置，旨在提供一种机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置方法和系统。该系统包括给料仓、水平滚筒式球磨机、搅拌釜和板框压滤机；给料仓的底部接于水平滚筒式球磨机的进料口，水平滚筒式球磨机的密闭筒体中放置不锈钢磨球；出料管道两端分别接水平滚筒式球磨机底部和搅拌釜上部；搅拌釜上接进水管道，底部接至板框压滤机。本发明可同时高效实现飞灰的重金属固化、二噁英降解和氯脱除，处置后飞灰彻底无害化且具备资源化利用条件；处置后飞灰的重金属固化率在70％以上；无外加添加剂，处置成本低廉；工艺流程简单，反应条件温和，过程环保，无有害副产物产生；设备投入和运行成本低廉，处置效果显著，工艺流程实现简单。
Description
技术领域
本发明涉及城市生活垃圾焚烧飞灰的无害化处置及资源化利用，重点涉及一种高效低成本的飞灰协同固化重金属、降解二噁英和脱除氯的处置技术。
背景技术
随着我国经济的持续高速增长，我国城市生活垃圾年产生量增长迅速，2012的清运总量达到了17081万吨。垃圾焚烧发电是无害化程度高、减容减量大、可最大限度回收能源的高效处理方法。然而生活垃圾焚烧产生的烟气中重金属及二恶英经过净化处理，90％以上被截留在飞灰中，因此我国相关法规将垃圾焚烧飞灰明确认定为危险废物，并明确规定需对其进行无害化处置。目前飞灰的处置存在以下难题：飞灰产生量巨大，飞灰中富含重金属及二恶英有毒物，飞灰无害化处置技术不成熟，吨飞灰的处置成本高，飞灰不合理处置导致的环境污染后果严重。因此，妥善、高效、低成本的进行城市生活垃圾焚烧飞灰的处置，已成为行业普遍和迫切的需求，也是制约垃圾焚烧行业发展的重要问题之一。
目前，城市生活垃圾焚烧飞灰的处置方法主要为：水泥固化后填埋、水泥窑协同处置。然而这两种方法存在以下问题：
1、水泥固化虽然能抑制飞灰中的重金属渗滤，但是固化后飞灰的体积增加，不利于后期的运输和填埋；
2、水泥固化处置后的飞灰结块，不具备资源化利用的条件；
3、水泥固化处置不能对飞灰中的二恶英进行降解，而且固化重金属的关键结构硅酸钙胶体的长期稳定性不好，这大大增加了固化后飞灰对环境的潜在威胁；
4、水泥窑协同处置是目前飞灰资源化利用的主要方式，然而飞灰的掺入量仅为1％，这导致现有的水泥窑只能实现有限的飞灰资源化利用，难以满足产量巨大的飞灰的处置。
因此，基于以上背景，本发明提出了一种低成本、高效且全面的飞灰无害化资源化利用处置技术和系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置方法和系统。该技术不仅能同时实现重金属/二噁英/氯的高效固化/降解/脱除，而且具有操作简单、成本低廉、过程环保等特点。
为了解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置的系统，包括用于存储待处置飞灰的给料仓；该系统还包括水平滚筒式球磨机、搅拌釜和板框压滤机；所述给料仓的底部接于水平滚筒式球磨机上部的进料口，水平滚筒式球磨机具有密闭的筒体，筒体中放有多个不锈钢磨球；出料管道的一端接于水平滚筒式球磨机底部，另一端接至搅拌釜上部；搅拌釜上部还接有进水管道，底部则接有出流管道；出流管道另一端接至板框压滤机，板框压滤机内部的滤液导槽与废水输送管道相连。
本发明进一步提供了利用前述系统实现机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置的方法，包括以下步骤：
(1)将含水率低于1％、粒径为0.01～400μm的干燥飞灰由给料仓加入到水平滚筒式球磨机的密闭筒体中，使不锈钢磨球与干燥飞灰的质量比为4～40∶1；水平滚筒式球磨机在常温常压空气气氛下密闭后开始运行，使飞灰中成分在球磨过程中化学反应，控制反应时间小于48个小时；
(2)将球磨后的飞灰输送至搅拌釜中后，在60分钟内向搅拌釜中添加水，飞灰与水的质量比为1∶6～30；启动搅拌釜使飞灰与水混合，在室温条件搅拌20～120分钟；
(3)将搅拌所得的混合物送入板框压滤机进行固液分离操作，分离后的废水送至污水处理厂处置，脱水后的固体在空气中晾干，得到无害且具备资源化利用条件的飞灰。
本发明中，所述水平滚筒式球磨机的滚筒转速为42～18rpm，滚筒容积为20L～30m3。
本发明中，所述搅拌釜中的搅拌器转速为100～600rpm，搅拌釜的容积范围为1L～20m3。
本发明中，所述板框压滤机的过滤压强为0.5～2.5MPa，压滤时间为10～120分钟。
本发明中，所述板框压滤机的压滤面积为0.5～500m2，滤布的孔径<1μm。
发明原理描述：
相比背景技术中的两种飞灰处置方法，机械化学法(Mechanochemisty)是一种工艺流程简单、工作条件温和、能耗小的飞灰处置方法，它显著的优点是能同时实现飞灰中的重金属的固化的二恶英的降解。飞灰中固有的钙、铝、镁晶体化合物可以作为飞灰中重金属固化和二噁英降解的添加剂，实现低成本的高效无害化处置。处置后的飞灰在物理特性上有别于水泥固化方法的体积增大、结块，而是粒度变小、比表面积变大；在化学特性上，颗粒内晶格产生缺陷或者畸变、固体分散度增大、产生新生表面和大量自由基，颗粒活性大大增强。飞灰中的氯盐会破坏重金属的稳定，同时极大地限制飞灰的资源化利用，机械化学处置之后的飞灰结合水洗工艺可以充分去除飞灰中绝大部分的可溶性氯盐。此外被激活的飞灰颗粒与水混合将进一步发生飞灰中各组分之间的化学扩散和反应，实现重金属的深入固化和二噁英的深入降解。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)可同时高效实现飞灰的重金属固化、二噁英降解和氯脱除，处置后飞灰彻底无害化且具备资源化利用的条件；
(2)处置后的飞灰，铅、锌、铜、铬、镉、镍等容易渗出到环境中的重金属固化率在70％以上，其中铅、铜、铬的固化率高达90％以上，二噁英的降解率在80％以上，氯的脱除率在90％以上；
(3)由于利用了飞灰中固有的金属化合物，本处置技术无外加添加剂，所以处置成本低廉；
(4)该工艺整体在常温常压大气气氛条件下进行，工艺流程简单，反应条件温和，过程环保，无有害副产物产生；
(5)该工艺系统可以实现飞灰1～500t/d的大规模无害化处置，且设备投入和运行成本低廉，处置效果显著，工艺流程实现简单。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的结构示意图。
附图标记：1给料仓；2干燥飞灰；3水平滚筒式球磨机；4不锈钢磨球；5出料管道；6搅拌釜；7进水管道；8搅拌器；9混合流体；10出流管道；11板框压滤机；12飞灰滤饼；13滤液导槽；14废水输送管道。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明所述的机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置的系统，包括用于存储待处置飞灰的给料仓1，水平滚筒式球磨机3、搅拌釜6和板框压滤机11；给料仓1的底部接于水平滚筒式球磨机3上部的进料口，水平滚筒式球磨机3具有密闭的筒体，筒体中放有多个不锈钢磨球4；出料管道5的一端接于水平滚筒式球磨机3的底部，另一端接至搅拌釜6的上部；搅拌釜6的上部还接有进水管道7，底部则接有出流管道10；出流管道10的另一端接至板框压滤机11，板框压滤机11内部的滤液导槽13与废水输送管道14相连。
上述设备大小或性能的可选范围包括：水平滚筒式球磨机3的滚筒转速为42～18rpm，滚筒容积为20L～30m3；搅拌釜6中的搅拌器转速为100～600rpm，搅拌釜6的容积范围为1L～20m3；板框压滤机11的压滤面积为0.5～500m2，滤布的孔径<1μm。
基于上述设备搭配及选型，本发明所提供的机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置的方法包括以下步骤：
(1)将含水率低于1％、粒径为0.01～400μm的干燥飞灰由给料仓1加入到水平滚筒式球磨机3的密闭筒体中，使不锈钢磨球4与干燥飞灰的质量比为4～40∶1；水平滚筒式球磨机3在常温常压空气气氛下密闭后开始运行，使飞灰中成分在球磨过程中化学反应，控制反应时间小于48个小时；
(2)将球磨后的飞灰输送至搅拌釜6中后，向搅拌釜6中添加水，飞灰与水的质量比为1∶6～30；启动搅拌釜6使飞灰与水混合，在室温条件搅拌20～120分钟；
添加水需在60分钟内完成，其原因是磨球完成的飞灰的活性会随时间降低，为了保证激活的飞灰颗粒在水溶液中的进一步反应，需要将球磨完成飞灰在短时间内与水混合。
(3)将搅拌所得的混合物送入板框压滤机11进行固液分离操作，板框压滤机11的过滤压强为0.5～2.5MPa，压滤时间为10～120分钟；分离后的废水送至污水处理厂处置，脱水后的固体在空气中晾干，得到无害且具备资源化利用条件的飞灰。
作为一个具体实施的例子，其实现过程描述如下：
(1)将生活垃圾焚烧厂中布袋除尘器上面的干燥飞灰取出，取20kg含水率低于1％、粒径为0.1～200μm的干燥飞灰，由给料仓1送入容积为80L的水平滚筒式球磨机3中。滚筒内预先放有100kg不锈钢磨球4，在常温常压的大气气氛下密封滚筒。(这里单次处理量为20kg，如果需要增大处理量，可以选用容积更大的水平滚筒式球磨机。)
(2)启动水平滚筒式球磨机3，使滚筒转速在40rpm。球磨机的滚筒容积越大，相对应的滚筒转速就越小。球磨反应时间为小于12小时，反应完成后，飞灰由出料管道5送出。
(3)从出料管道5出来的飞灰被输送到300L容积的搅拌釜6，30分钟内由进水管道7加200L清水到搅拌釜6中。启动搅拌器，使水与飞灰在釜内充分搅拌混合，釜内搅拌器8转速为150rpm，搅拌时间为30分钟。
(4)搅拌完成后，混合流体9由出流管道10从搅拌釜中流出，被送到板框压滤机11中，在0.6MPa的压强下压滤30分钟后，滤液由滤液导槽13收集后通过废水输送管道14排向污水处理厂，飞灰滤饼12取下后放置晾干。
分别取2g处理后的干燥飞灰和原始飞灰用于醋酸缓冲法HJ/T300-2007的重金属浸出毒性测试，根据测试结果计算所得铅、锌、铜、铬、镉、镍等重金属相对应的固化率分别是95％，82％，91％，98％，70％，71％。分别取1g处理后的干燥飞灰和原始飞灰进行完二噁英检测预处理，之后用高分辨气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测二噁英毒性当量浓度，根据测试结果计算的二噁英的降解率为81％。分别取1g处理后的干燥飞灰和原始飞灰进行X射线荧光光谱分析(XRF),以分析处理后飞灰和原始飞灰中氯元素的含量，根据所得结果计算氯元素的脱除率为91％。
因此，本发明提供的一种利用机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害化处置方法及系统对生活垃圾焚烧飞灰具有非常高效的无害化处置效果，而且可以进行飞灰的规模化修复，是一种非常具有商业应用前景的、投资和运行成本低廉且有效的垃圾焚烧行业飞灰处置技术。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种机械化学结合水洗的飞灰高效低成本无害处置的方法，其特征在于，该方法是基于下述系统实现的：
该系统包括用于存储待处置飞灰的给料仓，以及水平滚筒式球磨机、搅拌釜和板框压滤机；所述给料仓的底部接于水平滚筒式球磨机上部的进料口，水平滚筒式球磨机具有密闭的筒体，筒体中放有多个不锈钢磨球；出料管道的一端接于水平滚筒式球磨机底部，另一端接至搅拌釜上部；搅拌釜上部还接有进水管道，底部则接有出流管道；出流管道另一端接至板框压滤机，板框压滤机内部的滤液导槽与废水输送管道相连；
所述方法具体包括以下步骤：
(1)将含水率低于1％、粒径为0.01～400μm的干燥飞灰由给料仓加入到水平滚筒式球磨机的密闭筒体中，使不锈钢磨球与干燥飞灰的质量比为4～40∶1；水平滚筒式球磨机在常温常压空气气氛下密闭后开始运行，使飞灰中成分在球磨过程中化学反应，控制反应时间小于48个小时；
(2)将球磨后的飞灰输送至搅拌釜中后，在60分钟内向搅拌釜中添加水，飞灰与水的质量比为1∶6～30；启动搅拌釜使飞灰与水混合，在室温条件搅拌20～120分钟；
(3)将搅拌所得的混合物送入板框压滤机进行固液分离操作，分离后的废水送至污水处理厂处置，脱水后的固体在空气中晾干，得到无害且具备资源化利用条件的飞灰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水平滚筒式球磨机的滚筒转速为42～18rpm，滚筒容积为20L～30m3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌釜中的搅拌器转速为100～600rpm，搅拌釜的容积范围为1L～20m3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板框压滤机的过滤压强为0.5～2.5MPa，压滤时间为10～120分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板框压滤机的压滤面积为0.5～500m2，滤布的孔径<1μm。
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