CN107906526B - 一种垃圾飞灰的无害化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种垃圾飞灰的无害化处理工艺。包括以下步骤：（1）将垃圾飞灰在粘接剂的作用下制备成粒径为1~8mm的飞灰球核；（2）在粘接剂的作用下，将含有氧化钙的吸氯剂裹覆在飞灰球核表面形成0.5~2 mm的吸氯屏蔽层，得到氯屏蔽球团；（3）将氯屏蔽球团与粒径为1~8mm的含C还原剂混合均匀，得到混合料；（4）将混合料装入焚烧装置进行高温焚烧，焚烧产生的烟气进行净化处理，焚烧的残渣进行残渣处理。此工艺简单、省时省力，工艺所需设备简单，占地面积小，适合与现有垃圾焚烧厂配套实施，有利于实现垃圾飞灰无害化处理的产业化。
Description
技术领域
本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种垃圾飞灰的无害化处理工艺。
背景技术
现阶段，我国生活垃圾焚烧取得了快速发展和长足进步，但飞灰的处理远不如人意，成为生活垃圾焚烧全过程污染控制和风险管理中最为薄弱的环节。近期媒体上频频报道的飞灰无序堆放、不规范处理及利用的案例也充分说明了这一点。2014年7月1日，我国新的《生活垃圾焚烧污染控制标准》正式施行，烟气净化标准进一步向国际先进水平看齐，控制生活垃圾焚烧“最后一公里”污染的重点应该转向飞灰处理，否则将为我国固体废物环境管理埋下一颗“定时炸弹”。
2016年8月1日起施行的《国家危险废物名录》将焚烧飞灰进入生活垃圾填埋场处置以及进入水泥窑协同处理的过程纳入豁免清单管理。但是，我国飞灰处理的技术路线尚不明确，政府、行业、企业和专家对飞灰处理的不同技术还存在较大争议。
我国生活垃圾焚烧飞灰的基本性质是：
(1)产生量巨大。我国生活垃圾焚烧有机械炉排焚烧炉和流化床焚烧炉两种主流炉型，目前二者的处理能力分别约占我国生活垃圾焚烧总处理能力的2/3和1/3。机械炉排焚烧炉飞灰产生量较小，约为入炉垃圾量的35％；流化床焚烧炉飞灰产生量较大，约为入炉垃圾量的10～15％。据此估算，2014年我国生活垃圾焚烧飞灰产生量约400万吨，其中机械炉排焚烧炉飞灰约150万吨，流化床焚烧炉飞灰约250万吨。根据环保部发布的官方统计数据，2014年我国各类危险废物产生总量仅为3634万吨，可见飞灰在我国危险废物管理中的重要性。
(2)富集重金属和二噁英。生活垃圾中焚烧中大部分重金属和二噁英被烟气净化系统截留而富集于飞灰中，因而飞灰是环境中重金属和二噁英的重要“汇”，是明确列入我国《国家危险废物名录》的危险废物。
(3)挥发性元素含量高。生活垃圾焚烧飞灰的性质随垃圾组分、季节、焚烧条件、烟气净化水平等的变化而产生较大波动，但飞灰的主要化学组分为钙、硅和铝，接近普通硅酸盐水泥，存在作为建筑材料进行资源化利用的一定物质基础。但是，飞灰中氯、硫、钾、钠等挥发性元素含量较高，对其处理和利用影响较大。特别是由于含氯塑料和食盐含量较高的厨余垃圾入炉焚烧，导致我国飞灰的氯元素含量显著高于发达国家，大大增加了飞灰处理与利用的难度。
目前，对于垃圾飞灰无害化处理及资源再生利用，各垃圾焚烧厂都没有有效的技术完全解决。现有研究表明，熔融处理能够可彻底分解飞灰中的二噁英，飞灰中所含的低沸点的重金属单质及其化合物挥发转移到空气中，其余金属则转移到玻璃熔渣中，采用高温氧化气氛熔融处理，要么是设计专用设备，要么是利用炼铁设备中的球团竖炉、烧结炉、炼钢转炉等，但采用高温氧化气氛熔融处理，熔融温度在800℃以上时，重金属中的三价铬会全部转化成六价铬，而六价铬为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感，更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性，这在国内外的环境保护标准中都不准许存在。而采用高温还原气氛熔融法可以有效避免这一问题，但是目前国内外的高温还原气氛熔融法都是采用专门的高温还原气氛熔融设备，但这些设备的建设及运行成本极高，难以进行产业化实施。从而限制了垃圾飞灰的无害化处理。
专利CN106734099A公开了一种采用二次物料复合技术高温无害化处置垃圾焚烧飞灰的工艺，其包括包括以下步骤：(1)垃圾焚烧飞灰作为球核原料，加入含C原料的还原剂，或者进一步加入含有CaO的吸氯剂和/或添加剂，在粘接剂的作用下制作成球核；所述垃圾焚烧飞灰、还原剂、吸氯剂、添加剂的干基重量比分别为50～80％、10～30％、0～6％、0-15％；(2)将所述球核与含有CaO的吸氯剂，在粘接剂的作用下在球核的外部形成一层吸氯屏蔽层，形成球团，吸氯剂的量占干基复合球重量的3-10％；(3)将步骤(2)所制的球团与球壳料在粘接剂的作用下，通过制球设备，在其外部包裹一层球壳，形成二次物料复合球团；球壳料采用无毒无害的物料及其他添加剂；(4)将二次物料复合球团最后进入到焚烧装置进行焚烧，进行高温无害化处置；所述焚烧装置采用冶金烧结机或固废无害化焚烧装置；所述球核水分控制为18-28％，球核直径为1-3㎜，抗压强度大于7N/个，落下强度大于20次/个。此工艺虽然有效地解决了上述问题，但需要在形成球核前添加吸氯剂和含C还原剂或助融添加剂，并且，在预裹覆后还需再次成球，工艺较为复杂和繁琐，不利于节省时间和空间，所需设备占地面积大，不适合在空地面积较小的垃圾焚烧厂内建设。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种垃圾飞灰的无害化处理工艺，此工艺简单、省时省力，工艺所需设备简单，占地面积小，适合与现有垃圾焚烧厂配套实施，有利于实现垃圾飞灰无害化处理的产业化。
本发明的技术方案如下：
一种垃圾飞灰的无害化处理工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)将垃圾飞灰在粘接剂的作用下制备成粒径为1～8mm的飞灰球核；
(2)在粘接剂的作用下，将含有氧化钙的吸氯剂裹覆在飞灰球核表面形成0.5～2mm的吸氯屏蔽层，得到氯屏蔽球团；
(3)将氯屏蔽球团与粒径为1～8mm的含C还原剂混合均匀，得到混合料；
(4)将混合料装入焚烧装置进行高温焚烧，焚烧产生的烟气进行净化处理，焚烧的残渣进行残渣处理；
所述粘接剂为石灰或膨润土、有机类粘接剂的水溶液，所述粘接剂的添加量占混合料的质量百分比为10～30％。
当焚烧温度升高至800℃以上时，二噁英开始分解出氯元素，球核中焚烧产生的氯元素被吸氯屏蔽层吸收，以避免温度下降后氯元素和其他物质再度合成二噁英。同时吸氯屏蔽层含有的氧化钙，氧化钙和粘接剂中的水反应得到氢氧化钙，氧化钙或氢氧化钙可调节氯屏蔽球团的碱度，发明人通过调节吸氯剂量和粘接剂量，使飞灰球核的碱度控制在0.9～1.0左右，降低了重金属熔融所需要的温度，使其在较低温度条件下即可形成共融体，以达到重金属解毒的效果。
优选的，所述垃圾飞灰、吸氯层和还原剂的质量比分别为50～80:10～30:10～40。
优选的，所述粘接剂是质量浓度为10～30％的石灰浆。
优选的，所述还原剂为生物质炭、生物质煤或生物质燃料的一种或多种，含水率小于5％。
优选的，所述焚烧装置为可连续化作业、自控化程度高的链带式焚烧装置。
采用链带式焚烧装置，由于其具有可连续化作业和自动化程度高的特点，有利于提高整个处理工艺的处理规模。
优选的，所述烟气的净化处理包括除尘、脱硫、脱硝和活性炭吸附过程。
优选的，所述残渣处理是指将残渣作为资源化材料制作陶粒、培养土基质、轻质板墙或工业瓷材料。
优选的，所述链带式烧结机的篦条间隙小于5mm，烧结机内的焚烧温度为950～1300℃，料层厚度为150～900mm。
本发明提供的垃圾飞灰无害化处理工艺，具有以下优点：
1.仅采用垃圾飞灰制备球核，裹覆吸氯层后，直接与还原剂颗粒混合料，从而缩短和简化了垃圾成飞灰的成球工艺，节省成球时间，同时，使得运行此工艺所需设备更少，整套装置占地面积小，可与现有的垃圾焚烧厂配套实施，可实现对垃圾飞灰的就近处理；
2.仅采用垃圾飞灰制备的球核，球核致密性更高，密度更加均匀，使得氯屏蔽小球的抗压性能达到9N/个，下落次数达到25次/个，提高了小球在输送过程中的抗破碎能力，避免其破碎引起的二次污染，也更有利于储存和运输；进一步的，无需将还原剂裹覆在氯屏蔽层外，减少了粘接剂的用量，进而将混合料的含水量降低至＜20％，更加有利于对混合料的焚烧，节省单次焚烧时间，有助于提高处理规模；
3.采用此工艺制备的氯屏蔽球团的抗破碎能力增加，由此可采用链带式烧结机焚烧处理混合料，实现了对垃圾飞灰不间断处理，并提高了垃圾飞灰的处理规模；
4.烟气净化处理将进一步除去烟气中的有毒，使烟气达标，真正实现了无害化处理垃圾飞灰；焚烧残渣处理实现了垃圾飞灰焚烧残渣的资源化利用。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以下结合图1和实验结果对本发明效果进行说明。
实施例中，氯屏蔽球团的物理性能的部分指标为发明人所在企业的企业标准，在此做出进一步的说明。落下强度具体是指：随机取10个平均粒级大小的复合球，让复合球在0.5m高度自由落下到10mm厚的钢板上，反复进行直至复合球破碎为止，记录每个复合球落下直至破碎的次数，算出10个复合球的算术平均值即为落下强度；抗压强度具体是指：随机取10个平均粒级大小的复合球，将复合球逐一放在压力机上加压，直到破碎为止，记录复合球破碎时的压力，算出10个复合球破裂时的算术平均值即为抗压强度。
实施例1
试验物料配比：
一种垃圾飞灰的无害化处理工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)将垃圾飞灰在粘接剂的作用下制备成粒径为1～8mm的飞灰球核；
(2)在粘接剂的作用下，将含有氧化钙的吸氯剂裹覆在飞灰球核表面形成0.5～2mm的吸氯屏蔽层，得到氯屏蔽球团，氯屏蔽球团物理性能见表1。
(3)将氯屏蔽球团与含水率小于5％，粒径为1～10mm的生物质炭混合均匀，得到混合料，其中，氯屏蔽球团制备完成后，随机称取一定量的球团检测其含水量及物理性能；
表1.氯屏蔽球团物理性能如下：
(4)将混合料装入焚烧装置进行高温焚烧，焚烧产生的烟气进行净化处理，烟气的净化处理包括除尘、脱硫、脱硝和活性炭吸附过程，焚烧的残渣进行残渣处理，所述残渣处理是指将残渣作为资源化材料制作陶粒、培养土基质、轻质板墙或工业瓷材料。
混合料的焚烧试验数据如下：
焚烧前后物料经第三方检测机构检测，检测数据如下：
焚烧前后重金属浸出毒性检测
焚烧前后二噁英含量检测
实施例2
试验物料配比：
一种垃圾飞灰的无害化处理工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)将垃圾飞灰在粘接剂的作用下制备成粒径为1～8mm的飞灰球核；
(2)在粘接剂的作用下，将含有氧化钙的吸氯剂裹覆在飞灰球核表面形成0.5～2mm的吸氯屏蔽层，得到氯屏蔽球团，氯屏蔽球团物理性能见表2。
(3)将氯屏蔽球团与含水率小于5％，粒径为1～10mm的生物质炭混合均匀，得到混合料，其中，氯屏蔽球团制备完成后，随机称取一定量的球团检测其含水量及物理性能；
表2.氯屏蔽球团物理性能如下：
(4)将混合料装入链带式烧结机进行高温焚烧，焚烧产生的烟气进行净化处理，烟气的净化处理包括除尘、脱硫、脱硝和活性炭吸附过程，焚烧的残渣进行残渣处理，所述残渣处理是指将残渣作为资源化材料制作陶粒、培养土基质、轻质板墙或工业瓷材料。
混合料的焚烧试验数据如下：
焚烧前后物料经第三方检测机构检测，检测数据如下：
焚烧前后重金属浸出毒性检测
焚烧前后二噁英含量检测
| 检测项目 | 飞灰原样 | 焚烧残渣 | 单位 |
| 二噁英含量 | 195 | 4.5 | ng/kg-TED |
实施例3
试验物料配比：
一种垃圾飞灰的无害化处理工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)将垃圾飞灰在粘接剂的作用下制备成粒径为1～8mm的飞灰球核；
(2)在粘接剂的作用下，将含有氧化钙的吸氯剂裹覆在飞灰球核表面形成0.5～2mm的吸氯屏蔽层，得到氯屏蔽球团，氯屏蔽球团物理性能见表3。
(3)将氯屏蔽球团与含水率小于5％，粒径为1～10mm的生物质炭混合均匀，得到混合料，其中，氯屏蔽球团制备完成后，随机称取一定量的球团检测其含水量及物理性能；
表3.氯屏蔽球团物理性能如下：
(4)将混合料装入链带式烧结机进行高温焚烧，焚烧产生的烟气进行净化处理，烟气的净化处理包括除尘、脱硫、脱硝和活性炭吸附过程，焚烧的残渣进行残渣处理，所述残渣处理是指将残渣作为资源化材料制作陶粒、培养土基质、轻质板墙或工业瓷材料。
混合料的焚烧试验数据如下：
焚烧前后物料经第三方检测机构检测，检测数据如下：
焚烧前后重金属浸出毒性检测
焚烧前后二噁英含量检测
| 检测项目 | 飞灰原样 | 焚烧残渣 | 单位 |
| 二噁英含量 | 195 | 4.1 | ng/kg-TED |
实施例4
试验物料配比：
一种垃圾飞灰的无害化处理工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)将垃圾飞灰在粘接剂的作用下制备成粒径为1～8mm的飞灰球核；
(2)在粘接剂的作用下，将含有氧化钙的吸氯剂裹覆在飞灰球核表面形成0.5～2mm的吸氯屏蔽层，得到氯屏蔽球团，氯屏蔽球团物理性能见表4。
(3)将氯屏蔽球团与含水率小于5％，粒径为1～10mm的生物质炭混合均匀，得到混合料，其中，氯屏蔽球团制备完成后，随机称取一定量的球团检测其含水量及物理性能；
表4.氯屏蔽球团物理性能如下：
(4)将混合料装入焚烧装置进行高温焚烧，焚烧产生的烟气进行净化处理，烟气的净化处理包括除尘、脱硫、脱硝和活性炭吸附过程，焚烧的残渣进行残渣处理，所述残渣处理是指将残渣作为资源化材料制作陶粒、培养土基质、轻质板墙或工业瓷材料。
混合料的焚烧试验数据如下：
焚烧前后物料经第三方检测机构检测，检测数据如下：
焚烧前后重金属浸出毒性检测
焚烧前后二噁英含量检测
| 检测项目 | 飞灰原样 | 焚烧残渣 | 单位 |
| 二噁英含量 | 195 | 4.6 | ng/kg-TED |
上述实施例，均为试验规模，本工艺已经运用在深圳垃圾飞灰无害化处置项目中，与深圳宝安发电厂配套实施，日均处理240吨垃圾飞灰。
Claims (8)
1.一种垃圾飞灰的无害化处理工艺，所述工艺包括以下步骤：
（1）将垃圾飞灰在粘接剂的作用下制备成粒径为1 ~ 8mm的飞灰球核；
（2）在粘接剂的作用下，将含有氧化钙的吸氯剂裹覆在飞灰球核表面形成0.5 ~ 2 mm的吸氯屏蔽层，得到氯屏蔽球团；
（3）将氯屏蔽球团与粒径为1 ~ 6mm的含C还原剂混合均匀，得到混合料；
（4）将混合料装入焚烧装置进行高温焚烧，焚烧产生的烟气进行净化处理，焚烧的残渣进行残渣处理；
所述粘接剂为石灰或膨润土、有机类粘接剂的水溶液，所述粘接剂的添加量占混合料的质量百分比为10 ~ 30%。
2.如权利要求1所述无害化处理工艺，其特征在于，垃圾飞灰、吸氯剂和还原剂的质量比分别为50 ~ 80 : 10 ~ 30 : 10 ~ 40 。
3.如权利要求2所述无害化处理工艺，所述粘接剂是质量浓度为10 ~ 30%的石灰浆。
4.如权利要求3所述无害化处理工艺，其特征在于，所述还原剂为生物质燃料，含水率小于5 %。
5.如权利要求1-4任一项所述无害化处理工艺，其特征在于，所述焚烧装置为可连续化作业、自控化程度高的链带式焚烧装置。
6.如权利要求1-4任一项所述无害化处理工艺，其特征在于，所述烟气的净化处理包括除尘、脱硫、脱硝或活性炭吸附过程。
7.如权利要求1-4任一项所述无害化处理工艺，其特征在于，所述残渣处理是指将残渣作为资源化材料制作陶粒、培养土基质、轻质板墙和工业瓷材料。
8.如权利要求5所述无害化处理工艺，所述链带式焚烧装置的篦条间隙小于5 mm，链带式焚烧装置内的焚烧温度为950 ~ 1300 ℃，料层厚度为150 ~ 900 mm。
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