CN106178385A - 一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，1）取生活垃圾焚烧飞灰并细化后备用；2）按质量份数计，取步骤1）细化后的生活垃圾焚烧飞灰77～100份、复合激发剂6～11份、复合稳定剂2～3份混合均匀，以液固质量比0.43～0.47：1加入水并充分搅拌得到浆状混合物，再将浆状混合物进行入模、固化、脱模及养护，所述复合激发剂为氢氧化钠和水玻璃以质量比1:1～2.5混合制成，所述复合稳定剂为硫化钠和硫酸亚铁以质量比1:1～1:1.5混合制成。本发明对生活垃圾焚烧飞灰中重金属的固化效果好，并且这种方法固化后的重金属浸出浓度可以达到(GB5085.3－2007)《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的相关要求。

Description

一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法

技术领域

本发明属于危险废物无害化处理工艺领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法。

背景技术

垃圾焚烧烟气净化系统收集而得的残余物垃圾焚烧飞灰，是一种同时具有重金属危害特性和环境持久性有机毒物危害特性的废物，被《国家危险废物名录》列为危险废物。垃圾焚烧飞灰中富集了大量的致畸致癌性污染物，例如铅、锌、铜、镉、溶解盐类物质。这些含有重金属物质的垃圾焚烧飞灰，如果直接排入大气，或者捕集后未经妥善处置，通过某种途径进入生态系统，在环境催化作用下，会对动植物和人体产生持久的毒性。对于人体而言，个别重金属元素(锌、铜)作为人类机体运转过程中所必需的酶和蛋白质的催化剂不可或缺，而其它重金属元素(铅、砷、汞、镉、铬、镍)会对人体健康造成危害。无论哪一种重金属元素在人体内积聚过量，都会对人体健康造成危害，能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症等，尤其对泌尿系统和消化系统的脏器、皮肤、骨骼、神经的破坏更为严重。飞灰一般呈灰白色或深灰色，粒径小于500μm，颗粒形态多呈棒状、多角质状、棉絮状、球状等不规则形，表面粗糙，孔隙率较高，比表面积较大，这使Pb和Cd等易挥发性金属易在其表面凝结富集；从元素组成来看，Si、Ca、Al是飞灰的主要成分，此外，还含有少量的K、Na、C1、Fe、Ti、Mg及微量元素Pb、Cr、Cd、Zn、Hg、Cu、Ni、As等。

垃圾焚烧飞灰中重金属的化学形态有四种：1、酸提取态(也称弱酸提取态)。通常来讲，酸可提取态主要包括水溶态、可交换态与碳酸盐结合态。水溶态即可溶于水的重金属形态，可交换态即可在扩散或络合作用下，以离子交换的形式被置换出来的重金属形态，碳酸盐结合态即与碳酸盐结合的重金属形态，极容易在低pH条件下从飞灰中浸出，待考察的铅、锌、镉和铜四种重金属中，酸可提取态的镉所占比例最高，约占整个形态分布的60％，一定程度上表明飞灰中重金属元素镉极易在受到干扰条件下释放到周边环境。铜、锌和铅的酸可提取态所占比例则次之，砷的酸可提取态含量极低，且在浸出毒性检测中未被检出。2、可还原态。可还原态又可称之为铁锰氧化物结合态，在受到外界干扰的条件下，其中的Fe-Mn键遭到破坏，该形态的重金属容易释放到环境中，从而对环境造成危害。铅、锌、铜和镉的可还原态的含量均较高，说明其存在一定的环境风险。3、可氧化态。可氧化态主要包括有机结合态，该形态在氧化条件下，有机物结合态较易被活化，研究表明垃圾焚烧飞灰中含有大量的有机物，这些有机物在成灰过程中就容易与重金属络合，与重金属形成稳定的有机结合物。实验结果表明，铜、铅和锌这三种元素的有机结合态含量普遍较高，在氧化条件下，部分有机物分子发生降解，从而将重金属释放到环境中来，对周围环境有潜在的影响，而镉的可氧化态含量则偏低。锌、镉和铜的可氧化态所占比例相当，而铅的可氧化态所占比例则偏小。4、残渣态。通常来说，残渣态的重金属多赋存在原生矿和次生矿的矿物晶格中，而对于焚烧飞灰中的残渣态重金属，则多赋存于硅酸盐等稳定化合物晶格中。这类残渣态的重金属很难释放到环境中，其潜在的生物毒性相对很小，镉的残渣态含量所占比例最小，而砷的残渣态含量所占比例最大。总而言之，镉、锌、铅和铜的酸可提取态含量较高，尤其是镉，其含量比例达到57.3％。砷的残渣态含量比较高，其比例将近94％。根据每种形态所选用的提取剂的差异，可知酸可提取态，可还原态在中性或弱酸性条件下容易浸出，对周边环境造成危害，可氧化态次之，而残渣态最稳定。

消除垃圾焚烧飞灰中的重金属污染物从本质上来说仅有两种方式：第一种就是将重金属元素从飞灰颗粒中“剖离”开来，使得飞灰中不再含有重金属元素；第二种是将重金属元素紧紧地固化于飞灰颗粒之中，使其无法在外界干扰作用下扩散到环境中。目前，垃圾焚烧飞灰主要处理方法有:①经过适当处置后，按危险废物填埋，但此法处理成本高，也不能达到减容化和资源化的目的；②将重金属与飞灰分离，分别进行资源化处理，如酸提取、碱提取、生物提取等，但此法也存在着需要对可溶盐和排水进行处理的弊端，一般只用于重金属浓度较高、有必要进行回收的情况下；③固化与稳定化，主要有水泥固化、沥青固化、熔融固化、化学药剂固化稳定化等。

固化与稳定化的方法不仅可使飞灰中的重金属及其它污染组分呈现化学惰性被固定起来，也便于运输及处置，并且可降低污染物的毒性和减少其向生态圈的迁移率。但是如何更有效的实现重金属的稳定及固定化仍是本领域技术人员研究的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，按照所述方法可更加有效的实现垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定及固化。

为实现上述发明目的，具体技术方案如下：

一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，包括如下工艺步骤：

1)取生活垃圾焚烧飞灰并细化后备用；

2)按质量份数计，取步骤1)细化后的生活垃圾焚烧飞灰77～100份、复合激发剂6～11份、复合稳定剂2～3份混合均匀，以液固质量比0.43～0.47：1加入水并充分搅拌得到浆状混合物，再将浆状混合物进行入模、固化、脱模及养护，所述复合激发剂为氢氧化钠和水玻璃以质量比1:1～2.5混合制成，所述复合稳定剂为硫化钠和硫酸亚铁以质量比1:1～1:1.5混合制成。

优选的，步骤1)所述生活垃圾焚烧飞灰包括铜、锌、镉、铅。

优选的，步骤1)细化后生活垃圾焚烧飞灰粒度为小于200目。

优选的，所述复合激发剂中氢氧化钠和水玻璃质量比为3:7。

优选的，所述复合稳定剂中硫化钠和硫酸亚铁质量比为1:1。

优选的，所述水玻璃模数为3.0。

优选的，步骤2)配料时生活垃圾焚烧飞灰92份、复合激发剂6份和复合稳定剂2份。

优选的，步骤2)所述养护条件为温度25℃。

本发明的有益效果在于：(1)本发明通过优化选择稳定剂及固化剂，以及各成分的配比，本发明制备的以氢氧化钠和水玻璃混合组成的复合激发剂，运用此激发剂可以使垃圾焚烧飞灰的活性硅铝钙体系网络迅速解离，加速水化反应，使得固化体形成一种胶凝体系，配合本发明制备的以硫化钠和硫酸亚铁混合组成的复合稳定激发剂，固化效果好。(2)在固化过程中对垃圾焚烧飞灰进行固定，工艺过程简单，并且不会留下残渣；(3)固定过程中不会增加容积，节省填埋空间。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1表示生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法流程；

图2表示试件的XRD分析图；

图3表示试件的电镜扫描图。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

取城市生活垃圾焚烧飞灰干燥并细化，研磨过200目尼龙筛网后，备用。将氢氧化钠和水玻璃以质量比3:7混合制成复合激发剂，将硫化钠和硫酸亚铁以质量比1:1混合制成复合稳定剂。将以质量份计(100份、0份、0份)、(87份、11份、2份)、(90份、7份、3份)、(92份、6份、2份)取上述细化后的垃圾焚烧飞灰、复合碱激发剂和复合稳定剂混合，再以液固质量比0.43：1加入水并搅拌均匀，再将混合物依次放入模具中、固化、脱模并在温度25℃条件下继续养护28天，分别得到固化体，制备步骤如图1。按HJ/T299-2007《固体废物-浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》分别对试件块进行浸出毒性测定。样品设置3个平行样(测定数据为3次测定的平均值)，并设置空白对照。浸出毒性值测试数据见表1，重金属固化率测试值见表2。

表1试件的重金属(铜、锌、镉、铅)浸出毒性值

表2试件的重金属(铜、锌、镉、铅)固化率

由表1及表2的测试结果可看出，通过本发明所述稳定、固化方法可以有效的减少重金属的浸出，进而实现重金属的固化。

X射线衍射(XRD)分析

取城市生活垃圾焚烧飞灰干燥并细化，研磨过200目尼龙筛网后，备用。将氢氧化钠和水玻璃以质量比3:7混合制成复合激发剂，将硫化钠和硫酸亚铁以质量比1:1混合制成复合稳定剂。将以质量份计(100份、0份、0份)、(90份、7份、3份)取上述细化后的垃圾焚烧飞灰、复合碱激发剂和复合稳定剂混合，再以液固质量比0.43：1加入水并搅拌均匀，再将混合物依次放入模具中、固化、脱模并在温度25℃条件下继续养护28天，分别得到固化体，制备步骤如图1。将固化体进行X射线衍射，图2为XRD分析图。从图2可以看出，相比于空白试件，加入复合碱激发剂和复合稳定剂后，生成了稳定的水化结构，可以有效地将重金属固定在固化体中。

电镜(SEM)扫描

取城市生活垃圾焚烧飞灰干燥并细化，研磨过200目尼龙筛网后，备用。将氢氧化钠和水玻璃以质量比3:7混合制成复合激发剂，将硫化钠和硫酸亚铁以质量比1:1混合制成复合稳定剂。将以质量份计(100份、0份、0份)、(90份、7份、3份)取上述细化后的垃圾焚烧飞灰、复合碱激发剂和复合稳定剂混合，再以液固质量比0.43：1加入水并搅拌均匀，再将混合物依次放入模具中、固化、脱模并在温度25℃条件下继续养护28天，分别得到固化体，制备步骤如图1。将固化体进行电镜扫描，图3为SEM分析图，其中A表示空白试件，B表示固化体。从图3可以看出，相比于空白试件，加了复合碱激发剂和复合稳定剂的固化体有网状稳定结构，能将重金属固定在固化体中。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

1)取生活垃圾焚烧飞灰并细化后备用；

2)按质量份数计，取步骤1)细化后的生活垃圾焚烧飞灰77～100份、复合激发剂6～11份、复合稳定剂2～3份混合均匀，以液固质量比0.43～0.47：1加入水并充分搅拌得到浆状混合物，再将浆状混合物进行入模、固化、脱模及养护，所述复合激发剂为氢氧化钠和水玻璃以质量比1:1～2.5混合制成，所述复合稳定剂为硫化钠和硫酸亚铁以质量比1:1～1:1.5混合制成。

2.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，步骤1)所述生活垃圾焚烧飞灰包括铜、锌、镉、铅。

3.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，步骤1)细化后生活垃圾焚烧飞灰粒度为小于200目。

4.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，所述复合激发剂中氢氧化钠和水玻璃质量比为3:7。

5.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，所述复合稳定剂中硫化钠和硫酸亚铁质量比为1:1。

6.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，所述水玻璃模数为3.0。

7.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，步骤2)配料时生活垃圾焚烧飞灰92份、复合激发剂6份和复合稳定剂2份。

8.根据权利要去1所述一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，其特征在于，步骤2)所述养护条件为温度25℃。