CN105712739B - 一种由垃圾焚烧飞灰制备的磁性生物陶粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用垃圾焚烧飞灰为原料制备磁性生物陶粒制品的方法。该方法步骤包括：垃圾焚烧飞灰在含氯气化剂的存在下经过高温处理后得到残余灰渣，与粉煤灰、粘土、成孔剂、黄铁矿混合，经过造粒、干燥及850～1150℃的高温焙烧得到磁性陶粒产品。制得的陶粒产品整体形态完好，外表粗糙且孔隙发达。本发明彻底分解飞灰中的二噁英有毒物质，对飞灰中重金属进行回收利用，飞灰毒性减小；在陶粒的烧制过程中添加磁性物质，使得陶粒具有磁性，用于废水处理系统中可以强化废水处理的生物降解速率。本制备方法工艺简单，操作方便，能实现飞灰的资源化利用，而且易于大规模的工业化生产应用，具有较高的环保价值。

Description

一种由垃圾焚烧飞灰制备的磁性生物陶粒及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种利用垃圾焚烧飞灰制备的废水处理用磁性生物陶粒，目的是对垃圾焚烧飞灰进行资源化利用，不仅有效地降低环境负担，还可以提高废弃资源的附加值。

背景技术

随着我国城市人口的增长、经济的发展和居民生活水平的提高，生活垃圾的排放量日益增多。生活垃圾焚烧法由于具有占地面积小、减容化和无害化效果显著以及热能利用等优点，正成为许多土地和能源资源紧张的国家处理城市垃圾、开发新能源的重要手段。飞灰是垃圾焚烧二次污染的主要载体，因含有高浸出毒性的重金属以及高毒性当量的二噁英等污染成分被普遍认为是一种危险废物，因此垃圾焚烧飞灰的无害化和资源化受到越来越广泛的关注。

目前飞灰处置的常用方法主要有：水泥固化、沥青固化、熔融固化技术、化学药剂固化稳定化等，经过固化稳定化处理后的产物，如满足浸出毒性标准或者资源化利用标准，可以进入普通填埋场进行填埋处置。随着填埋场地的减少，处置成本的增加，如何采取适当的技术处理焚烧飞灰，并达到稳定化、资源化和无害化的目标，已成为当前一项重要的科研项目。

生活垃圾焚烧飞灰和天然沸石、粉煤灰一样，具有高比表面积，还含有SiO2和Al2O3等矿物质，因此可用于制备陶粒。2006年天津泰达环保有限公司的高亮等的CN100371287C号“利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法”的发明专利，利用垃圾焚烧飞灰为原料，并添加粘土后经配料、造粒、高温煅烧制成建筑用陶粒产品，为垃圾焚烧飞灰提供了一种新的利用途径，并且在2010年分别在焚烧飞灰烧制陶粒的过程中添加了干态污泥和湿态污泥(CN 102060426A和CN 102060560A)，实现了垃圾焚烧飞灰和市政污泥两种危险废弃物的同步减量化、无害化处理处置和资源化利用。随后，天津壹生环保科技有限公司的郝辉又发明了一种以垃圾焚烧飞灰为主要原料的免烧型陶粒(专利号：CN 101357840)；广州建材企业集团有限公司的陈炜等也在回转窑烧制陶粒的过程中添加了垃圾焚烧飞灰(CN 101817671B)；环境保护部华南环境科学研究所的彭晓春等也利用垃圾焚烧飞灰、垃圾渗滤液与废玻璃一起烧制了建筑用玻璃陶粒(CN 102643109A)，实现了飞灰的资源化利用。这些利用焚烧飞灰烧制陶粒的方法对垃圾焚烧飞灰进行再生利用的同时，又减少了陶粒工业对天然原料的需求量，为垃圾焚烧飞灰资源化利用提供了一种新的思路。但是目前用垃圾焚烧飞灰烧制的陶粒多用于建筑材料方面，而在废水处理领域的应用还处于空白。另外，飞灰中含有很高的盐分(主要是氯盐)和丰富的重金属资源等，而现有的飞灰烧制陶粒的方法并未对这些重金属资源进行回收利用，相反这些重金属物质在氯元素的存在下还存在着很大的浸出风险，会对周边环境造成潜在的危害。

另一方面研究发现，弱磁场可提高废水生物处理的降解效率，磁致物理化学生物效应可提高水中微生物的生物活性、提高微生物对有机污染物的吸附和降解能力，显著提高废水的生物降解效率，改善目前废水生物处理效率较低、处理设施占地面积大的状况。

发明内容

本发明是为了克服现有垃圾焚烧飞灰制备陶粒的不足与缺陷，提供一种垃圾焚烧飞灰制备的磁性生物陶粒，本发明制备所得的磁性生物陶粒产品整体形态完好，外表粗糙且孔隙发达。结合磁粉的磁致物理化学生物效应，可以提高废水处理效率，节省废水处理的费用，易于大规模工业化应用。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种由垃圾焚烧飞灰制备的磁性生物陶粒，由质量百分比为40～70％的经过含氯气化剂热处理后的垃圾焚烧飞灰、10～30％的粉煤灰、10～18％的粘土、0～10％的成孔剂、2～10％的黄铁矿制备而成，制备时将生活垃圾焚烧飞灰在含氯气化剂存在的条件下经过高温800～1000℃处理后得到的残余灰渣，与粉煤灰、粘土、成孔剂、黄铁矿等混合，经过造粒、干燥及850～1150℃的高温焙烧得到磁性陶粒产品。

该磁性生物陶粒的具体制备方法包括以下步骤：

(1)垃圾焚烧飞灰的气化处理：把垃圾焚烧飞灰与含氯气化剂混合，在800～1000℃下焙烧0.5～3h，所述含氯气化剂质量分数为2～20wt％；焙烧产生的二次飞灰通过布袋除尘器收集以回收利用，焙烧后的残余飞灰收集作为后续步骤的原材料之一；

气化处理的原理为：重金属通过与含氯气化剂中的氯离子结合成重金属氯化物，重金属氯化物在高温焙烧下挥发。根据垃圾焚烧飞灰中重金属种类和含量，调整含氯气化剂的种类与用量、气化温度和时间，来达到最佳的重金属分离效果。另外，在高温中，飞灰中的二噁英分解。

(2)原材料的预处理：将原材料干燥后，进行破碎，并过40～100目筛。

(3)将步骤(2)预处理的原材料按以下重量份配比混合并搅拌均匀：气化处理后的垃圾焚烧飞灰40～70％、粉煤灰10～30％、粘土10～18％、成孔剂0～10％、黄铁矿2～10％。

(4)造粒：将水加入到步骤(3)混合均匀的原材料中，水的加入量为原材料总重量的30～50％，搅拌、造粒成粒径为2～15mm的颗粒。

(5)干燥：将步骤(4)获得的颗粒放入干燥箱中105℃条件下干燥至含水量小于10％。

(6)焙烧：将经过步骤(5)干燥的颗粒，按10～30℃/min的升温速率升温至300～500℃的预热温度后，预热15～35min；按5～15℃/min的升温速率升温至850～1150℃的焙烧温度后，焙烧30～90min；在3～5h内匀速降温至150℃，后自然降温至室温，即制得所要的磁性生物陶粒。

优选地，在气化处理步骤中，含氯气化剂为氯化钾、氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化铝、氯化铁中的一种或两种以上的混合。

本发明所选用的成孔剂为无烟煤、秸秆、稻壳或木屑等可燃烧的有机废弃物。

本发明是考虑到在对垃圾焚烧飞灰中重金属物质进行回收利用的基础上，再对残余飞灰进行资源化利用，并结合磁性物质在废水处理系统的强化作用，来利用垃圾焚烧飞灰烧制磁性生物陶粒，与此同时，将二噁英类物质在高温进行分解，降低飞灰烧制的陶粒产品的毒性，不仅制备成本低，经济效益好，还能实现垃圾焚烧飞灰的无害化、资源化处理，并为废水处理领域带来一种新型的功能材料，具有多重环保价值。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明中作为主要原料的垃圾焚烧飞灰是经过含氯气化剂热处理过的，因此飞灰中的二噁英在高温下得到了分解，而重金属得到了气化脱除，一方面降低了飞灰中二噁英和重金属的污染毒性，另外一方面气化得到的重金属氯化物还可以进行进一步的回收利用，既实现了废弃物的无害化处理，又实现了资源的再回收利用，具有一定的经济效益。

2.本发明制备的磁性生物陶粒由于含有一定的磁性物质，对废水处理中微生物的降解速率具有一定的促进作用，可以强化磁性生物陶粒对废水的处理效果，能为废水处理提供一种新的功能陶粒生产方法，具有很好的环保价值。

3.本发明制备方法简单，易于大规模工业化应用，而且磁性生物陶粒的制备拓展了垃圾焚烧飞灰制备高附加值产品的利用途径，同时也为相关磁性生物陶粒的生产提供了新的原料和工艺，具有较好的经济和环境效益。

具体实施方式

实施例1：垃圾焚烧飞灰的气化处理

垃圾焚烧飞灰的气化处理：把垃圾焚烧飞灰与含氯气化剂混合，在800～1000℃下焙烧0.5～3h，所述含氯气化剂质量分数为2～20wt％；焙烧产生的二次飞灰通过布袋除尘器收集以回收利用，焙烧后的残余飞灰收集作为后续步骤的原材料之一；

根据垃圾焚烧飞灰中重金属种类和含量，调整含氯气化剂的种类与用量、气化温度和时间，来达到最佳的重金属分离效果。本发明中，含氯气化剂为氯化钾、氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化铝、氯化铁中的一种或两种以上的混合。

实施例2-6：磁性生物陶粒的制备

实施例2：

本实施例制备的磁性生物陶粒的原料质量百分比构成为：

气化处理后的垃圾焚烧飞灰40％，粉煤灰30％、粘土10％、无烟煤10％、黄铁矿10％。

本实施例中磁性生物陶粒按以下制备方法得到的：

按上述质量配比的气化热处理后的垃圾焚烧飞灰、粉煤灰、粘土、无烟煤和黄铁矿进行混合，破碎后过40～100目筛后得到混合料，向混合料中加水，加水量为混合料质量的30％，然后将混合料充分搅拌、混合均匀，用造粒机造粒为2～15mm的球形颗粒粒料，将球形粒料在105℃条件下恒温干燥3h至含水量小于10％得到磁性生物陶粒坯体；将所得坯体置于高温炉中，按10～30℃/min的升温速率升温至300℃，预热15min；按5～15℃/min的升温速率升温至1150℃，焙烧30min；在5h内匀速降温至150℃后自然降温至室温，即制得所要的磁性生物陶粒。

实施例:3：

本实施例制备的磁性生物陶粒的原料质量百分比构成为：

气化热处理后的垃圾焚烧飞灰47％，粉煤灰25％、粘土12％、秸秆8％、黄铁矿8％。

本实施例中磁性生物陶粒按以下制备方法得到的：

按上述质量配比的气化热处理后的垃圾焚烧飞灰、粉煤灰、粘土、秸秆和黄铁矿进行混合，破碎后过40～100目筛后得到混合料，向混合料中加水，加水量为混合料质量的35％，然后将混合料充分搅拌、混合均匀，用造粒机造粒为2～15mm的球形颗粒粒料，将球形粒料在105℃条件下恒温干燥3h至含水量小于10％得到磁性生物陶粒坯体；将所得坯体置于高温炉中，按10～30℃/min的升温速率升温至350℃，预热20min；按5～15℃/min的升温速率升温至1050℃，焙烧45min；在4h内匀速降温至150℃后自然降温至室温，即制得所要的磁性生物陶粒。

实施例4：

本实施例制备的磁性生物陶粒的原料质量百分比构成为：

气化热处理后的垃圾焚烧飞灰55％，粉煤灰20％、粘土14％、木屑5％、黄铁矿6％。

本实施例中磁性生物陶粒按以下制备方法得到的：

按上述质量配比的气化热处理后的垃圾焚烧飞灰、粉煤灰、粘土、木屑和黄铁矿进行混合，破碎后过40～100目筛后得到混合料，向混合料中加水，加水量为混合料质量的40％，然后将混合料充分搅拌、混合均匀，用造粒机造粒为2～15mm的球形颗粒粒料，将球形粒料在105℃条件下恒温干燥3h至含水量小于10％得到磁性生物陶粒坯体；将所得坯体置于高温炉中，按10～30℃/min的升温速率升温至400℃，预热25min；按5～15℃/min的升温速率升温至950℃，焙烧60min；在3.5h内匀速降温至150℃后自然降温至室温，即制得所要的磁性生物陶粒。

实施例5：

本实施例制备的磁性生物陶粒的原料质量百分比构成为：

气化热处理后的垃圾焚烧飞灰62％，粉煤灰15％、粘土16％、稻壳3％、黄铁矿4％。

本实施例中磁性生物陶粒按以下制备方法得到的：

按上述质量配比的气化热处理后的垃圾焚烧飞灰、粉煤灰、粘土、稻壳和黄铁矿进行混合，破碎后过40～100目筛后得到混合料，向混合料中加水，加水量为混合料质量的45％，然后将混合料充分搅拌、混合均匀，用造粒机造粒为2～15mm的球形颗粒粒料，将球形粒料在105℃条件下恒温干燥3h至含水量小于10％得到磁性生物陶粒坯体；将所得坯体置于高温炉中，按10～30℃/min的升温速率升温至450℃，预热30min；按5～15℃/min的升温速率升温至850℃，焙烧75min；在3h内匀速降温至150℃后自然降温至室温，即制得所要的磁性生物陶粒。

实施例6：

本实施例制备的磁性生物陶粒的原料质量百分比构成为：

气化热处理后的垃圾焚烧飞灰70％，粉煤灰10％、粘土18％和黄铁矿2％。

本实施例中磁性生物陶粒按以下制备方法得到的：

按上述质量配比的气化热处理后的垃圾焚烧飞灰、粉煤灰、粘土、稻壳和黄铁矿进行混合，破碎后过40～100目筛后得到混合料，向混合料中加水，加水量为混合料质量的50％，然后将混合料充分搅拌、混合均匀，用造粒机造粒为2～15mm的球形颗粒粒料，将球形粒料在105℃条件下恒温干燥3h至含水量小于10％得到磁性生物陶粒坯体；将所得坯体置于高温炉中，按10～30℃/min的升温速率升温至500℃，预热35min；按5～15℃/min的升温速率升温至850℃，焙烧90min；在3h内匀速降温至150℃后自然降温至室温，即制得所要的磁性生物陶粒。

Claims (6)

1.一种由垃圾焚烧飞灰制备的磁性生物陶粒，其特征在于，所述的磁性生物陶粒是由质量百分比为40～70％的经过含氯气化剂热处理后的垃圾焚烧飞灰、10～30％的粉煤灰、10～18％的粘土、0～10％的成孔剂、2～10％的黄铁矿制备而成；制备方法为：将生活垃圾焚烧飞灰在含氯气化剂存在的条件下经过高温800～1000℃处理后得到的残余灰渣，与粉煤灰、粘土、成孔剂、黄铁矿混合，经过造粒、干燥及850～1150℃的高温焙烧得到磁性陶粒产品。

2.如权利要求1所述的由垃圾焚烧飞灰制备的磁性生物陶粒，其特征在于，所述含氯气化剂为氯化钾、氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化铝、氯化铁中的一种或两种以上的混合。

3.如权利要求1所述磁性生物陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)垃圾焚烧飞灰的气化处理：把垃圾焚烧飞灰与含氯气化剂混合，在800～1000℃下焙烧0.5～3h，所述含氯气化剂质量分数为2～20wt％；焙烧产生的二次飞灰通过布袋除尘器收集以回收利用，焙烧后的残余飞灰收集作为后续步骤的原材料之一；

(2)原材料的预处理：将原材料干燥后，进行破碎，并过40～100目筛；

(3)按下列重量份配比将原材料进行混合并搅拌均匀：气化处理后的垃圾焚烧飞灰40～70％、粉煤灰10～30％、粘土10～18％、成孔剂0～10％、黄铁矿2～10％；

(4)造粒：将水加入到步骤(3)混合均匀的原材料中，水的加入量为原材料总重量的30～50％，搅拌、造粒成粒径为2～15mm的颗粒；

(5)干燥：将步骤(4)获得的颗粒放入干燥箱中干燥至含水量小于10％；

(6)焙烧：将经过步骤(5)干燥后的颗粒，按10～30℃/min的升温速率升温至300～500℃的预热温度后，预热15～35min；按5～15℃/min的升温速率升温至850～1150℃的焙烧温度后，焙烧30～90min；在3～5h内匀速降温至150℃，后自然降温至室温，即制得所要的磁性生物陶粒。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含氯气化剂为氯化钾、氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化铝、氯化铁中的一种或两种以上的混合。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述成孔剂为可燃烧的有机废弃物。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可燃烧的有机废弃物选自无烟煤、秸秆、稻壳或木屑。