CN107597817B

CN107597817B - 一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法

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Publication number: CN107597817B
Application number: CN201711061316.1A
Authority: CN
Inventors: 邵光辉; 陈欣; 刘鹏
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: CN107597817A

Abstract

一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，属于危险固体废弃物处置的技术领域，用于解决城市生活垃圾焚烧飞灰的无害化处置问题，该方法将垃圾焚烧飞灰与菌液按照重量比1∶0.5～0.7拌合、静置后，再与由天氡酰胺与CaCl₂加水混合制成的反应液混合成飞灰混合料1，装入底部透水的模具2，在其顶部施加10～100kPa空气压力(3)，2～4h后卸除空气压力(3)，静置12h～24h，利用微生物产生的生物酶水解天氡酰胺诱导产生碳酸钙和重金属碳酸盐矿化物，固定垃圾焚烧飞灰中的有害物质并形成强度，固化过程中的渗出液经收集处理后循环利用，减少氨排放，实现生活垃圾焚烧飞灰的固化和稳定化。

Description

一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法

技术领域

本发明涉及利用微生物技术将城市生活垃圾焚烧飞灰固化稳定，实现城市生活垃圾焚烧飞灰的无害化，属于危险固体废弃物处置的技术领域。

背景技术

焚烧灰渣是城市垃圾焚烧过程中一种必然的副产物，如何处理好灰渣，是当前生活垃圾焚烧处理的一大问题。垃圾焚烧产生的灰渣包括底渣和飞灰。底渣是城市生活垃圾在焚烧炉内燃烧后残渣，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。飞灰的溶解盐含量高40％～60％，飞灰吸附了烟气中大部分的有害物质，主要包括Cd、Pb、Zn和Hg等可浸出重金属，并且含有二噁英等有机污染物。未经处理直接排放飞灰，将会污染土壤和地下水，对环境造成危害。因此我国环境保护标准规定垃圾焚烧飞灰为危险废物，必须进行固化或稳定化处理后才能进行填埋。目前国内外开发应用于焚烧飞灰无害化和稳定化处理的方法可以归结为高温处理、湿式化学处理与固定稳定化三类。此外，还有生物浸出提取、高温热分离等方法。

现有技术一的技术方案

高温处理，该方法把飞灰加热到熔融温度(1200-1600℃)，熔融后飞灰中的有机物热分解、燃烧、气化，而重金属因密度大而沉在熔炉的底部分离；硅酸盐类残渣浮在熔融物上面，淬火后形成玻璃态物质，借助玻璃体的致密结晶结构，确保重金属的稳定，易挥发金属则在烟尘中被分离，高温处理熔融处理的飞灰加入其它辅料后固化成砖或其它建材，进行资源化利用。

现有技术一的缺点

必须对溶融灰渣做前处理，需要特殊的熔融炉，操作工艺复杂，处理工艺成本较高，高温烧结过程高耗能，在高温熔融的过程中可能会带来二次污染，需要对高温熔融过程中的烟气进行再次的处理。

现有技术二的技术方案

湿式化学处理，将化学药剂、水与垃圾焚烧飞灰等固相原料均匀混合形成不溶性化合物，从而固定重金属。重金属固定剂有氯化二铁、液体硫酸铝、硫化钠等无机物和水溶性鳌合高分子等。通过加酸萃取或废气中和碳酸化等化学反应使有毒有害的物质转变为低溶解性及低毒性物质，处理后，有毒有害物质浸出量较小，对重金属具有长期的稳定性。

现有技术二的缺点

化学药剂使用量较大，且对二噁英的稳定性较差。该方法中采用的药剂多为高分子螯合剂，价格较为昂贵，而且经过处理后的飞灰没有凝结成块，不便于运输和填埋。

现有技术三的技术方案

固定稳定化，将水泥、螯合剂、水与垃圾焚烧飞灰等固相原料均匀混合，防止重金属和二噁英的浸出。

现有技术三的缺点

对于水泥这种高耗能建材的消耗量大，水泥固化处理时体积增容与增重量大，螯合剂价格昂贵，在固化稳定过程中和处理后飞灰的填埋过程中会产生大量刺激性氨气，不利于工人健康，也影响填埋场周边空气环境。

现有技术四的技术方案

生物沥浸去除重金属，将垃圾焚烧飞灰水洗脱盐除碱后，利用微生物菌剂的再生-浸提分批工艺或再生-浸提膜生物反应器连续工艺使飞灰中的重金属浸出后，经过滤、压滤、离心或自然沉淀分离飞灰和溶有金属离子的沥浸液，去除飞灰中的重金属。

现有技术四的缺点

处理工艺繁琐，不适合飞灰大批量处理，产生的溶有金属离子的沥浸液仍然是高污染危险废液，二次处理成本高。

现有技术五的技术方案

微生物水泥固结(ZL201510260547.X，一种微生物水泥矿化固结垃圾焚烧飞灰重金属方法)，将巴氏芽孢杆菌菌液和1mol/L尿素-钙源混合溶液，混合均匀，制得微生物水泥，将微生物水泥经放置、过滤、烘干、分离制得胶结产物方解石，将方解石与垃圾焚烧飞灰按1∶2～5的比例混合均匀，并加水混合使其成泥状，经养护、脱模后形成固结物。

现有技术四的缺点

微生物诱导碳酸钙沉积结晶主要过程发生在微生物水泥和方解石制备阶段，将方解石与垃圾焚烧飞灰混合后再生成的胶结物质固化的垃圾焚烧飞灰强度不高；同时，因为方解石与垃圾焚烧飞灰混合后活性碳酸根少，使固定飞灰有害重金属离子的碳酸化作用弱，对重金属离子的固定作用有限，且不能有效控制二噁英等有机污染物；处理过程产氨量大，刺激性有害气体对空气环境有影响。

发明内容

技术问题：现有垃圾焚烧飞灰固化稳定技术中存在能耗高、处理成本高，增容增重较明显，一些方法还会带来二次污染、后期处置成本高、效果不稳定等问题，本发明的目的是克服这些缺陷，将微生物诱导矿化作用技术用于城市生活垃圾焚烧飞灰固化稳定，胶结固化松散垃圾焚烧飞灰颗粒的同时固定当中的金属离子与二噁英等有害重成分，解决城市生活圾焚烧飞灰固定有害重成分、固化成型的问题，以更加生态、环保、节能、经济的方法解决城市生活垃圾焚烧飞灰无害化处理的问题。

技术方案：一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于该方法步骤如下：

a.将垃圾焚烧飞灰与菌液按照重量比1∶0.5～0.7拌合均匀，静置1h，使菌液中的微生物吸附于垃圾焚烧飞灰颗粒表面；

b.将拌菌液的垃圾焚烧飞灰与反应液按照重量比1∶0.3～0.5拌合均匀制成飞灰混合料1，装入底部透水的模具2；

c.对飞灰混合料1顶部施加10～100kPa空气压力3，2～4h后卸除空气压力3，静置12～24h，使微生物诱导产生碳酸盐矿化物，固定垃圾焚烧飞灰中的有害物质并形成强度；

d.将c操作过程中由模具2底部流出的渗出液4收集过滤，添加天氡酰胺至其浓度达到0.8～2.0mol/L，添加CaCl₂至Ca²⁺浓度达到0.2～0.5mol/L后作为反应液供循环利用；

e.从模具2中取出固化成型的垃圾焚烧飞灰，将固化成型的垃圾焚烧飞灰进行填埋或资源化利用。

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于所述的菌液由巨大芽孢杆菌与营养液组成，菌液浓度为OD₆₀₀＝0.8～1.5，pH＝7.5，营养液的组分为：蛋白胨4～10g/L、酵母提取物4～10g/L、NaCl 0.04mol/L、天氡酰胺0.2mol/L、CaCl₂ 0.05mol/L，余量为水。

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于步骤b所述的反应液由步骤d制成，或者由天氡酰胺与CaCl₂加水混合制成，其中天氡酰胺浓度为0.8～2.0mol/L、CaCl₂浓度为0.2～0.5mol/L。

本发明的有益效果：一、改善了处理后垃圾焚烧飞灰的强度性能，成型性更好，便于运输、填埋或资源化利用；二、减少了高耗能、高排放的水泥使用消耗，避免了二次污染，处理成本低、效率高、处理后飞灰稳定；三、微生物诱导矿化作用发生在垃圾焚烧飞灰固化稳定过程中，能够更有效地胶结、包裹垃圾焚烧灰渣颗粒，固定垃圾焚烧灰渣中的有害重金属离子成分和二噁英等有机污染物，有害物质浸出率更低；四、与现有的微生物处理飞灰技术相比能大幅降低处理过程中的氨排放。

附图说明

图1一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法示意图

1-垃圾焚烧飞灰；2-模具；3-空气压力；4-渗出液。

具体实施方式

实施例1

在本例中，一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，该方法步骤如下：

a.将垃圾焚烧飞灰与菌液按照重量比1∶0.7拌合均匀，静置1h，使菌液中的微生物吸附于垃圾焚烧飞灰颗粒表面；

b.将拌菌液的垃圾焚烧飞灰与反应液按照重量比1∶0.5拌合均匀制成飞灰混合料1，装入底部透水的模具2；

c.对飞灰混合料1顶部施加10kPa空气压力3，4h后卸除空气压力3，静置24h，使微生物诱导产生碳酸盐矿化物，固定垃圾焚烧飞灰中的有害物质并形成强度；

d.将c操作过程中由模具2底部流出的渗出液4收集过滤，添加天氡酰胺至其浓度达到0.8mol/L，添加CaCl₂至Ca²⁺浓度达到0.2mol/L后作为反应液供循环利用；

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于所述的菌液由巨大芽孢杆菌与营养液组成，菌液浓度为OD₆₀₀＝0.8，pH＝7.5，营养液的组分为：蛋白胨4g/L、酵母提取物4g/L、NaCl 0.04mol/L、天氡酰胺0.2mol/L、CaCl₂ 0.05mol/L，余量为水。

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于步骤b所述的反应液由步骤d制成，或者由天氡酰胺与CaCl₂加水混合制成，其中天氡酰胺浓度为0.8mol/L、CaCl₂浓度为0.2mol/L。

实施例2

a.将垃圾焚烧飞灰与菌液按照重量比1∶0.6拌合均匀，静置1h，使菌液中的微生物吸附于垃圾焚烧飞灰颗粒表面；

b.将拌菌液的垃圾焚烧飞灰与反应液按照重量比1∶0.4拌合均匀制成飞灰混合料1，装入底部透水的模具2；

c.对飞灰混合料1顶部施加55kPa空气压力3，3h后卸除空气压力3，静置18h，使微生物诱导产生碳酸盐矿化物，固定垃圾焚烧飞灰中的有害物质并形成强度；

d.将c操作过程中由模具2底部流出的渗出液4收集过滤，添加天氡酰胺至其浓度达到1.4mol/L，添加CaCl₂至Ca²⁺浓度达到0.35mol/L后作为反应液供循环利用；

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于所述的菌液由巨大芽孢杆菌与营养液组成，菌液浓度为OD₆₀₀＝1.1，pH＝7.5，营养液的组分为：蛋白胨7g/L、酵母提取物7g/L、NaCl 0.04mol/L、天氡酰胺0.2mol/L、CaCl₂ 0.05mol/L，余量为水。

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于步骤b所述的反应液由步骤d制成，或者由天氡酰胺与CaCl₂加水混合制成，其中天氡酰胺浓度为1.4mol/L、CaCl₂浓度为0.35mol/L。

实施例3

a.将垃圾焚烧飞灰与菌液按照重量比1∶0.5拌合均匀，静置lh，使菌液中的微生物吸附于垃圾焚烧飞灰颗粒表面；

b.将拌菌液的垃圾焚烧飞灰与反应液按照重量比1∶0.3拌合均匀制成飞灰混合料1，装入底部透水的模具2；

c.对飞灰混合料1顶部施加100kPa空气压力3，2h后卸除空气压力3，静置12h，使微生物诱导产生碳酸盐矿化物，固定垃圾焚烧飞灰中的有害物质并形成强度；

d.将c操作过程中由模具2底部流出的渗出液4收集过滤，添加天氡酰胺至其浓度达到2.0mol/L，添加CaCl₂至Ca²⁺浓度达到0.5mol/L后作为反应液供循环利用；

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于所述的菌液由巨大芽孢杆菌与营养液组成，菌液浓度为OD₆₀₀＝1.5，pH＝7.5，营养液的组分为：蛋白胨10g/L、酵母提取物10g/L、NaCl 0.04mol/L、天氡酰胺0.2mol/L、CaCl₂ 0.05mol/L，余量为水。

所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于步骤b所述的反应液由步骤d制成，或者由天氡酰胺与CaCl₂加水混合制成，其中天氡酰胺浓度为2.0mol/L、CaCl₂浓度为0.5mol/L。

Claims

1.一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于该方法步骤如下：

b.将拌菌液的垃圾焚烧飞灰与反应液按照重量比1∶0.3～0.5拌合均匀制成飞灰混合料(1)，装入底部透水的模具(2)；

c.对飞灰混合料(1)顶部施加10～100kPa空气压力(3)，2～4h后卸除空气压力(3)，静置12～24h，使微生物诱导产生碳酸盐矿化物，固定垃圾焚烧飞灰中的有害物质并形成强度；

d.将c操作过程中由模具(2)底部流出的渗出液(4)收集过滤，添加天氡酰胺至其浓度达到0.8～2.0mol/L，添加CaCl₂至Ca²⁺浓度达到0.2～0.5mol/L后作为反应液供循环利用；

e.从模具(2)中取出固化成型的垃圾焚烧飞灰，将固化成型的垃圾焚烧飞灰进行填埋或资源化利用。

2.根据权利要求1所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于所述的菌液由巨大芽孢杆菌与营养液组成，菌液浓度为OD₆₀₀＝0.8～1.5，pH＝7.5，营养液的组分为：蛋白胨4～10g/L、酵母提取物4～10g/L、NaCl0.04mol/L、天氡酰胺0.2mol/L、CaCl₂0.05mol/L，余量为水。

3.根据权利要求1所述的一种微生物固化稳定生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于步骤b所述的反应液由步骤d制成，或者由天氡酰胺与CaCl₂加水混合制成，其中天氡酰胺浓度为0.8～2.0mol/L、CaCl₂浓度为0.2～0.5mol/L。