CN108218186A - 利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法。包括如下步骤：(1)对生活垃圾焚烧炉渣进行磨细筛分处理，去除难以破碎的磁性及有色金属后获得细颗粒炉渣，再利用清水对其清洗2‑3次，获得水洗后的细颗粒炉渣；(2)将获得的水洗后的细颗粒炉渣用过量的高浓度酸溶液浸泡，在预定温度下反应预定时间后过滤，获得浸出液；(3)向获得的浸出液中添加沉淀剂反应预定时间，过滤后得到固相沉淀，对固相沉淀进行低温干燥处理后获得钙基调理剂；(4)将钙基调理剂与强化剂按照预定比例混合得到污泥调理剂。本发明利用细颗粒炉渣制备污泥调理剂，提高了生活垃圾焚烧炉渣利用率，制备的污泥调理剂用于调理市政污泥，实现市政污泥深度脱水。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法及其应用。
背景技术
随着生活垃圾焚烧技术的发展，焚烧在我国生活垃圾无害化处理中所占份额不断提高。2016年《中国统计年鉴》的数据显示，我国城市生活垃圾焚烧量已达6175.5万吨/年，占垃圾无害化处理总量的34.28％。依据国家发改委住房城乡建设部发布的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设置建设规划》(发改环资[2016]2851号)要求，到2020年底设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的50％以上，其中东部地区达到60％以上。以目前垃圾产生水平大致推算，到2020年我国生活垃圾焚烧量将超过9000万吨/年，预计每年产生生活垃圾焚烧炉渣将超过1800万吨。因此，生活垃圾的处理处置成为我国亟待解决的重大问题之一。
生活垃圾焚烧炉渣是由熔渣、玻璃、陶瓷、金属等构成的混合物，其组成的矿物元素主要为Ca、Si、Mg、Fe、Al、Na、K，其中Ca和Si为主要元素，共占炉渣质量的30％～50％。目前，我国对于焚烧炉渣处理处置的主要思路有两种：一为简单分选有价金属后送往垃圾填埋场直接填埋处置；二为经过加工后进行建材资源化利用。其中，由于可实现焚烧炉渣的整体大规模资源利用，炉渣建材利用相较填埋被视为更有前景的炉渣处理方式而逐渐受到重视，中国住房城乡建设部专门颁布了《生活垃圾炉渣集料》(GB/T 25032-2010)鼓励并规范炉渣材料在道路工程中的资源化应用。中国发明专利《一种炉渣掺和料的混凝土路面结构》(申请号201410137041.5)发明了一种将生活垃圾焚烧炉渣为主要原料，与水泥、粉煤灰、陶粒、减水剂、激发剂等辅料按一定比例配比制备复合自保温砌块的方法；中国发明专利《利用固体垃圾制备免烧砖的方法》(申请号201310426547.3)公开了一种利用生活垃圾焚烧炉渣及建筑垃圾制备免烧砖的方法，对建筑垃圾和生活垃圾焚烧炉渣分别预处理后，与一定比例的水泥和辅料混合制备免烧砖，提高了建筑垃圾和生活垃圾焚烧炉渣资源化利用率。
然而，从现有研究及已授权并申请的炉渣资源化利用的专利来看，大多研究及发明中提及的炉渣建材资源化利用方法均属于炉渣低附加值的利用方法，制备的中低端建材产品品种单一，不仅易受当地建材市场消纳能力影响，且建筑材料产品运输半径有限，一旦长距离运输销售则经济性大大降低。同时，建材资源化利用的炉渣适宜粒径为大于5mm，而约占炉渣整体质量一半的细颗粒炉渣则难以利用，这些缺陷一定程度上均遏制了我国炉渣建材资源化利用技术的发展和应用。因此，需发展新的生活垃圾炉渣资源化技术并提高炉渣资源化产品的附加值，一来可以丰富我国炉渣的资源化技术路线，提高焚烧炉渣的整体资源化利用率；二是创造更多的经济价值推动相关技术的工程化应用。
发明内容
根据上述问题，本发明提供一种能提高焚烧炉渣的利用率的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法。
为达到上述目的，本发明一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，包括如下步骤：
(1)对生活垃圾焚烧炉渣进行磨细筛分处理，去除难以破碎的磁性及有色金属后获得细颗粒炉渣，再利用清水对其清洗2-3次，获得水洗后的细颗粒炉渣；
(2)将获得的水洗后的细颗粒炉渣用过量的高浓度酸溶液浸泡，在预定温度下反应预定时间后过滤，获得浸出液；
(3)向获得的浸出液中添加沉淀剂反应预定时间，过滤后得到固相沉淀，对固相沉淀进行低温干燥处理后获得钙基调理剂；
(4)将钙基调理剂与强化剂按照预定比例混合得到污泥调理剂。
进一步地，研磨筛分处理前还包括对生活垃圾焚烧炉渣进行风干处理，并过机械振动筛，去除大颗粒炉渣。
进一步地，风干处理时生活垃圾焚烧炉渣的含水率为5％-20％。
进一步地，所述机械振动筛的筛网孔径为3mm。
进一步地，所述细颗粒炉渣的粒径小于或等于0.15mm。
进一步地，所述步骤(2)中水洗后的细颗粒炉渣与高浓度酸溶液的反应时，温度为2℃-25℃，反应时间为20min-60min。
进一步地，所述沉淀剂包括过氧化氢。
进一步地，所述的强化剂为二价铁盐，具体包括但不限于氯化亚铁或硫酸亚铁。
进一步地，所述钙基调理剂与强化剂混合时质量比为2:1～1:1。
本发明，利用难以建材资源化利用的细颗粒炉渣制备新型污泥调理剂，实现生活垃圾焚烧炉渣的高附加值资源利用，提高生活垃圾焚烧炉渣的资源化综合利用率。由于制备污泥调理剂的主要原料为生活垃圾焚烧炉渣，从而降低了生产成本，同时制得的污泥调理剂用于市政污泥调理与脱水，以废治废、变废为宝。除此之外，本发明污泥调理剂的制备过程均在常温常压范围，工艺简单、稳定、安全，制得的产品中有效组分过氧化钙的纯度较高，其余成分如氧化钙、过氧化镁等也对污泥调理、脱水有促进作用。同时本发明制备污泥调理剂的过程中不会产生二次污染，浸出后残渣为二氧化硅或硅酸盐矿物，属于天然矿物，可充当工业原料，沉淀后剩余浸出液可循环利用。
附图说明
图1是本发明制备污泥调理剂的流程图。
图2是制得的备污泥调理剂对污泥调理、脱水的原理图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
本实施提供一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，包括如下步骤：
(1)对生活垃圾焚烧炉渣进行磨细筛分处理，去除难以破碎的磁性及有色金属后获得细颗粒炉渣，再利用清水对其清洗2-3次，获得水洗后的细颗粒炉渣；
(2)将步骤(1)获得的水洗后的细颗粒炉渣用过量的高浓度酸溶液浸泡，在预定温度下反应预定时间后过滤，获得浸出液；
(3)将获得的浸出液中添加沉淀剂反应预定时间，过滤后得到固相沉淀，对固相沉淀进行低温干燥处理后获得钙基调理剂；
(4)将钙基调理剂与强化剂按照预定比例混合得到污泥调理剂。
本发明中，生活垃圾焚烧炉渣的化学组成随炉渣粒径改变有所变化，其中Ca含量随炉渣粒径减小而增加，炉渣中超过50％的Ca分布在3mm以下粒径中，而该粒径级别的焚烧炉渣并不适合建材利用，通常只能进行填埋处置，而本发明利用此部分生活垃圾焚烧炉渣中丰富的Ca资源生产附加值更高的副产品，有利于进一步提高炉渣的减量化及资源化利用率。
实施例2
结合图2，在上述实施例的基础上，本实施例提供一种具体的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，按照图2所述步骤，首先，将生活垃圾焚烧炉渣1经自然风干2后，炉渣含水率由40％降至20％，后通过机械振动筛3进行筛分，其中机械振动筛的筛网孔径为3mm，筛上大粒径炉渣4外运作为路基材料进行资源化利用，筛下炉渣经粉磨机磨细破碎5和电磁振动筛6筛分，获得粒径小于0.15mm的细颗粒炉渣，将获得的细颗粒炉渣在液固质量比5:1条件下漂洗2次，获得水洗后的细颗粒炉渣；
将水洗后的细颗粒炉渣与6mol/L浓盐酸溶液以液固质量比10:1的比例混合，在温度25℃下反应30min后，再进行固液分离后获得固体残渣11和浸出液12；
将浸出液12和过氧化氢溶液13按照钙离子与过氧化氢2:1的摩尔质量比混合，在25℃下反应30min后固液分离，获得沉淀生成固相产物即为高纯度钙基调理剂15，其中有效组分过氧化钙质量约占85％，氧化钙约占7％，过氧化镁约占5％，其它占3％；
最后将获得的调理剂15与强化剂氯化亚铁16以质量比2:1的比例混合复配后得到污泥调理剂17。
本实施例中利用制得的污泥调理剂对市政污泥进行调理，调理后污泥经板框压滤，泥饼含水率较传统方式降低10％；能够有效促进市政污泥的脱水。
实施例3
在上述实施例的基础上，本实施例作为另一具体方案，提供一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，包括如下步骤：
首先，将生活垃圾焚烧炉渣1经自然风干2后，炉渣含水率由40％降至20％，利用机械振动筛3对晾干后的炉渣进行筛分，机械振动筛筛网孔径为3mm，筛上大粒径炉渣4外运作为路基材料进行资源化利用，筛下炉渣经粉磨机磨细破碎5和电磁振动筛6筛分，获得筛下的粒径小于0.15mm的细颗粒炉渣7；
将细颗粒炉渣7在液固质量比2:1的比例下漂洗3次获得水洗后的细颗粒炉渣；
将水洗后的细颗粒炉渣与6mol/L浓盐酸溶液在液固质量比比5:1，在25℃温度下反应60min，固液分离后获得固体残渣11和浸出液12；其中固体残渣中Si含量约占残渣的40％；
将浸出液12和沉淀剂13按照钙离子与过氧化氢2:1的摩尔比混合，在2℃温度下反应60min后固液分离，获得沉淀生成的固相产物即为高纯度钙基调理剂产品15，其中有效组分过氧化钙质量约占87％，氧化钙约占10％，过氧化镁约占2％，其它占1％；
将调理剂产品15与强化剂氯化亚铁16以2:1的质量比混合得到污泥调理剂17。
结合图2，将本实施例中制得的污泥调理剂添加至市政污泥中对污泥进行调理，污泥调理剂在对污泥进行深度脱水时，过氧化钙遇水分解为过氧化氢和氧化钙，同时过氧化氢又可以和亚铁离子发生芬顿反应生成强氧化性的羟基自由基和铁离子，羟基自由基可以进一步氧化破坏污泥的胞外聚合物(EPS)，释放污泥胞内结合水和间隙水，铁离子可帮助污泥重新絮凝沉淀，以实现污泥深度脱水功能；调理后污泥经板框压滤，得到的泥饼含水率较传统方式降低15％，对污泥脱水具有很好的促进作用。
本发明，利用难以建材资源化利用的细颗粒炉渣制备新型污泥调理剂，实现生活垃圾焚烧炉渣的高附加值资源利用，提高生活垃圾焚烧炉渣的资源化综合利用率。由于制备污泥调理剂的主要原料为生活垃圾焚烧炉渣，从而降低了生产成本，同时制得的污泥调理剂用于市政污泥调理与脱水，以废治废、变废为宝。除此之外，本发明污泥调理剂的制备过程均在常温常压范围，工艺简单、稳定、安全，制得的产品中有效组分过氧化钙的纯度较高，其余成分如氧化钙、过氧化镁等也对污泥调理、脱水有促进作用。同时本发明制备污泥调理剂的过程中不会产生二次污染，浸出后残渣为二氧化硅或硅酸盐矿物，属于天然矿物，可充当工业原料，沉淀后剩余浸出液可循环利用。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对生活垃圾焚烧炉渣进行磨细筛分处理，去除难以破碎的磁性及有色金属后获得细颗粒炉渣，再利用清水对其清洗2-3次，获得水洗后的细颗粒炉渣；
(2)将获得的水洗后的细颗粒炉渣用过量的高浓度酸溶液浸泡，在预定温度下反应预定时间后过滤，获得浸出液；
(3)向获得的浸出液中添加沉淀剂反应预定时间，过滤后得到固相沉淀，对固相沉淀进行低温干燥处理后获得钙基调理剂；
(4)将钙基调理剂与强化剂按照预定比例混合得到污泥调理剂。
2.根据权利要求1所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，磨细筛分处理前还包括对生活垃圾焚烧炉渣进行风干处理，并过机械振动筛，去除大颗粒炉渣。
3.根据权利要求2所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，风干处理时生活垃圾焚烧炉渣的含水率为5％-20％。
4.根据权利要求2所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，所述机械振动筛的筛网孔径为3mm。
5.根据权利要求1所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，所述细颗粒炉渣的粒径小于或等于0.15mm。
6.根据权利要求1所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，所述步骤(2)中水洗后的细颗粒炉渣与高浓度酸溶液的反应时，温度为2℃-25℃，反应时间为20min-60min。
7.根据权利要求1所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，所述沉淀剂包括过氧化氢。
8.根据权利要求1所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，所述的强化剂为二价铁盐，具体包括氯化亚铁或硫酸亚铁。
9.根据权利要求1所述的利用生活垃圾焚烧炉渣制备污泥调理剂的方法，其特征在于，所述钙基调理剂与强化剂混合时质量比为2:1～1:1。
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