CN108687106A - 飞灰和污泥的协同处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种飞灰和污泥的协同处理方法。该协同处理方法包括：步骤S1，将飞灰和污泥混合，得到混合物，其中混合物的钙硅比为0.8：1～1.2：1；步骤S2，将混合物干燥至含水率为0.01～5wt％，得到去水混合物；以及步骤S3，将去水混合物进行高温熔融处理。本申请通过控制混合物中的钙硅比0.8：1～1.2：1，保证了高温熔融的顺利进行；同时，通过控制高温熔融的去水混合物的含水率，降低了高温熔融过程中水的吸热和热分解耗能，而且避免了在高温熔融过程中过多氢气的产生，进而降低了氢气带来的危险性，因此降低了高温熔融对于设备耐压的要求，降低了设备成本。

Description

飞灰和污泥的协同处理方法
技术领域
本发明涉及环境工程领域，具体而言，涉及一种飞灰和污泥的协同处理方法。
背景技术
垃圾焚烧、医疗废物焚烧以及工业生产中均会产生焚烧飞灰，飞灰中含有大量重金属和二噁英等有害物质，属于危险废物，必须无害化处理处置。高温熔融处置技术是比较先进的垃圾焚烧飞灰处置技术，相对于水泥固化和螯合剂固化而言，熔融固化的无害化程度彻底、产品稳定性高、运行费用适中、减容效果显著，同时可以实现飞灰资源化利用。
污泥中含有大量的病菌、重金属和多氯联苯等有害物质，而且还会放出恶臭气体。另外，化工、毛皮纺织、有色冶金、采选矿等行业均会产生污泥，由于含有污泥中含有大量重金属等有毒有害物质，这些污泥被明确的定义为危险废物。污泥的主要特征是含水率高，可高达99％以上，通常会呈现出介于液体和固体之间的浓稠物。
目前，已有实验室研究将污泥和飞灰混合进行高温熔融处理，来对污泥和飞灰进行协同处理，但是，对于高温熔融的设备安全性要求较高，导致处理成本较高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种飞灰和污泥的协同处理方法，以解决现有技术中的飞灰和污泥协同处理成本较高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种飞灰和污泥的协同处理方法，包括：步骤S1，将飞灰和污泥混合，得到混合物，其中混合物的钙硅比为0.8：1～1.2：1；步骤S2，将混合物干燥至含水率为0.01～5wt％，得到去水混合物；以及步骤S3，将去水混合物进行高温熔融处理。
进一步地，上述混合物的粒径为1～30mm，优选混合物的含水率为10～20wt％。
进一步地，上述步骤S1包括将污泥喷射至飞灰中后进行混合造粒，得到混合物。
进一步地，上述步骤S2采用步骤S3产生的工业余热对混合物进行干燥。
进一步地，上述步骤S3包括：将去水混合物在1100～1500℃下进行高温熔融处理，得到粘度范围为0.1～10Pa·s的熔渣；对熔渣进行空冷或者水淬得到熔渣产品。
进一步地，上述飞灰为生活垃圾焚烧飞灰、医疗垃圾焚烧飞灰及工业危废焚烧飞灰中的一种或多种。
进一步地，上述污泥为市政污泥或工业生产的含重金属的污泥。
进一步地，上述飞灰的主要化学成分的质量百分比为：10～70％CaO，0.1～10％SiO2，0.1～10％Al2O3，0.1～10％MgO，0.1～30％Cl，0.1～20％SO3，0.1～10％K2O，0.1～10％Na2O，0.1～10％Fe2O3，0.1～10％TiO2，0.01～10％P2O5。
进一步地，上述飞灰的主要重金属化学成分的质量百分比为：0～1％ZnO，0～1％PbO，0～1％SrO，0～1％BaO，0～1％Cr2O3，0～1％Sb2O3，0～1％As2O3，0～1％CuO，0～1％MnO，0～1％NiO以及0～1％Hg。
进一步地，上述污泥的含水率80～99.99wt％，优选污泥的干基主要化学成分的质量百分比为：40～80％SiO2，1～20％CaO，1～21％Al2O3，1～20％P2O5，1～10％MgO，1～10％SO3，0.1～10％K2O，0.1～10％Na2O，0.1～10％Fe2O3，0.1～10％TiO2。
应用本发明的技术方案，本申请通过控制混合物中的钙硅比0.8：1～1.2：1，保证了高温熔融的顺利进行；同时，通过控制高温熔融的去水混合物的含水率，降低了高温熔融过程中水的吸热和热分解耗能，而且避免了在高温熔融过程中过多氢气的产生，进而降低了氢气带来的危险性，因此降低了高温熔融对于设备耐压的要求，降低了设备成本。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术的飞灰和污泥的协同处理中所采用的高温熔融对设备的安全性要求较高，导致协同处理成本较高。本申请发明人对现有的协同处理方法进行研究发现，在高温熔融过程中会产生较多的氢气，因此导致高温熔融炉内压力较高以及易爆性增强，为了保证安全需要采用耐高压、耐高温设备来进行高温熔融，导致成本较高。为了解决该问题，本申请提供了一种飞灰和污泥的协同处理方法，包括：步骤S1，将飞灰和污泥混合，得到混合物，其中混合物的钙硅比为0.8：1～1.2：1；步骤S2，将混合物干燥至含水率为0.01～5wt％，得到去水混合物；以及步骤S3，将去水混合物进行高温熔融处理。
本申请通过控制混合物中的钙硅比0.8：1～1.2：1，保证了高温熔融的顺利进行；同时，通过控制高温熔融的去水混合物的含水率，降低了高温熔融过程中水的吸热和热分解耗能，而且避免了在高温熔融过程中过多氢气的产生，进而降低了氢气带来的危险性，因此降低了高温熔融对于设备耐压的要求，降低了设备成本。
为了保证后续高效的高温熔融效率，优选控制混合物的粒径为1～30mm；另外，为了控制飞灰和污泥良好的混合效果，优选控制混合物的含水率为10～20wt％。
飞灰和污泥的混合方式可以有多种方式实施，为了进一步减少混合过程中飞灰的飘散，优选上述步骤S1包括将污泥喷射至飞灰中后进行混合造粒，得到混合物。其中的混合可以采用搅拌来实现，造粒采用现有常规的造粒工艺来实现，在此不再赘述。
为了减少本申请的协同处理方法的耗能成本，优选上述步骤S2采用步骤S3产生的工业余热对混合物进行干燥。步骤S3的高温熔融一般在1000℃以上进行，对其产物需要进行降温，由此产生大量的工业余热，利用该余热对混合物进行加热干燥，实现了热能的回收利用，且因就近取能进而降低了设备投资。
为了提高高温熔融效率，优选上述步骤S3包括：将去水混合物在1100～1500℃下进行高温熔融处理，得到、粘度范围为0.1～10Pa·s的熔渣；对熔渣进行空冷或者水淬得到熔渣产品。
用于本申请的飞灰可以有多种，现有技术中焚烧产生的常规飞灰均可用于本申请，优选上述飞灰为生活垃圾焚烧飞灰、医疗垃圾焚烧飞灰及工业危废焚烧飞灰中的一种或多种。
此外，用于本申请的污泥可以为市政污泥或工业生产的含重金属的污泥。其中的含重金属的污泥可以为化工、毛皮纺织、有色冶金、采选矿等行业产生的污泥。
为了进一步控制高温熔融所得熔渣的品质，优选上述飞灰的主要化学成分的质量百分比为：10～70％CaO，0.1～10％SiO2，0.1～10％Al2O3，0.1～10％MgO，0.1～30％Cl，0.1～20％SO3，0.1～10％K2O，0.1～10％Na2O，0.1～10％Fe2O3，0.1～10％TiO2，0.1～10％P2O5。进一步优选上述飞灰的主要重金属化学成分的质量百分比为：0～1％ZnO，0～1％PbO，0～1％SrO，0～1％BaO，0～1％Cr2O3，0～1％Sb2O3，0～1％As2O3，0～1％CuO，0～1％MnO，0～1％NiO以及0～1％Hg。
在本申请一种优选的实施例中，为了进一步保证污泥和飞灰的混合均匀性，优选上述污泥的含水率80～99.99wt％。此外，为了更好地调整钙硅比和混合物的含水率，优选上述污泥的干基主要化学成分的质量百分比为：40～80％SiO2，1～20％CaO，1～20％Al2O3，1～20％P2O5，1～10％MgO，1～10％SO3，0.1～10％K2O，0.1～10％Na2O，0.1～10％Fe2O3，0.1～10％TiO2。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
(1)取一种生活垃圾焚烧飞灰，其主要组成为CaO 59.4％，SiO2 5.58％，Al2O31.55％，MgO 1.37％，Cl 15.6％，SO3 5.34％，K2O 4.25％，Na2O 2.56％，Fe2O3 2.25％，TiO20.41％，P2O5 0.79％，ZnO 0.55％，PbO 0.17％，SrO 0.038％，BaO 0.026％，Cr2O30.014％，CuO 0.033％，MnO 0.043％，NiO 0.003％，Hg 0.001％；需说明的是，实施例中所说的组成均指相应物质的重量百分含量，且飞灰中还包括微量杂质，故上述所列成分含量之和小于100％；下同。
(2)取一种市政污泥，含水率为99.5％，其干基主要组成为CaO7.91％，SiO247.62％，Al2O3 18.34％，MgO 2.5％，R2O 4.07％，Fe2O3 8.29％，TiO2 0.81％，P2O5 7.16％，其它3.29％；其中R2O是Na2O+K2O的含量，其它中含有重金属；
(3)将市政污泥喷射到垃圾焚烧飞灰上，其中市政污泥和垃圾焚烧飞灰按照钙硅比为1.0进行混合，利用圆盘造粒机进行造粒，得到粒径为10mm、含水率为14wt％的混合物颗粒，利用工业余热干燥该混合物颗粒至含水率为1wt％，得到去水混合物颗粒；
(4)通过螺旋加料机将去水混合物颗粒输送至电炉内，生成高温熔渣，设定电炉的加热温度为1300℃，熔渣的粘度为1Pa·s，熔渣由矿热炉排渣口排出，通过急冷水淬得到粒径约为5mm的水淬渣产品M-1，采用GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》中的方法，检测水淬渣浸出毒性，检测结果如表1所示。
表1水淬渣产品M-1的毒性浸出试验结果和指标(mg/L)
实施例2
(1)取一种医疗垃圾焚烧飞灰，其主要组成为CaO 45.2％，SiO2 3.1％，Al2O31.9％，MgO 2.3％，Cl 28.5％，SO3 3.5％，K2O 4.0％，Na2O 5.6％，Fe2O3 3.4％，TiO20.98％，P2O5 1.02％，ZnO 0.33％，PbO 0.51％，SrO0.010％，BaO0.032％，Cr2O30.020％，CuO0.032％，MnO0.010％，NiO0.003％，Hg 0.001％；
(2)取一种市政污泥，含水率为80％，其干基主要化学组成为CaO7.91％，SiO252.13％，Al2O3 20.32％，MgO 4.51％，R2O 4.09％(K2O+Na2O)，Fe2O3 7.06％，TiO2 0.41％，P2O5 8.39％，其它3.69％，其它中含有重金属；
(3)将医疗垃圾焚烧飞灰与市政污泥充分混合，其中市政污泥和垃圾焚烧飞灰按照钙硅比为0.8进行混合，利用对辊造粒机进行造粒，得到粒径为5mm、含水率为20wt％的混合物颗粒，利用工业余热干燥该混合物颗粒至含水率为5wt％，得到去水混合物颗粒；
(4)通过螺旋加料机将上述去水混合物颗粒输送至等离子体炉内，生成高温熔渣，设定等离子体炉的加热温度为1100℃，熔渣的粘度为10Pa·s，熔渣由等离子体炉排渣口排出，通过空气冷却得到玻璃块产品M-2，玻璃块的浸出毒性试验数据如表2所示。
表2水淬渣产品M-2的毒性浸出试验结果和指标(mg/L)
元素 Pb Zn Cu Ni Cd Cr As Hg
水淬渣M-2浸出浓度值 ＜0.01 0.18 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.004 ＜0.01 0.026 ＜0.001
危害成分浓度限制值 5 100 100 5 1 5 5 0.1
实施例3
(1)取一种工业垃圾焚烧飞灰，其主要组成为CaO 43.72％，SiO2 4.33％，Al2O30.9％，MgO 2.07％，Cl27.92％，SO36.5％，K2O 6.1％，Na2O 5.63％，Fe2O3 3.37％，TiO20.89％，P2O5 1.11％，ZnO 0.53％，PbO 0.31％，SrO0.015％，BaO0.027％，Cr2O30.032％，CuO0.020％，MnO0.009％，NiO0.004％，Hg 0.001％；
(2)取一种铜火法冶炼电除雾除尘产生的废水处理污泥，含水率为99.5％，其干基主要化学组成为CaO8.86％，SiO2 59.42％，Al2O3 19.09％，MgO3.56％，R2O 7.3％(K2O+Na2O)，Fe2O3 3.85％，TiO2 0.45％，P2O5 2.33％，其它3.65％，其它中含有重金属；
(3)将废水处理污泥喷射到工业垃圾焚烧飞灰表面，其中市政污泥和垃圾焚烧飞灰按照钙硅比为1.2进行混合，利用圆盘造粒机进行造粒，得到粒径为15mm、含水率为13wt％的混合物颗粒，利用工业余热干燥该混合物颗粒至含水率为2wt％，得到去水混合物颗粒；
(4)通过螺旋加料机将上述去水混合物颗粒输送至侧吹炉炉内，生成高温熔渣，设定侧吹炉的加热温度为1300℃，熔渣的粘度为0.8Pa·s，熔渣由排渣口排出，通过空气冷却得到玻璃块产品M-3，玻璃块的浸出毒性试验数据如表3所示。
表3水淬渣产品M-3的毒性浸出试验结果和指标(mg/L)
实施例4
(1)取一种工业垃圾焚烧飞灰，其主要组成为CaO 43.72％，SiO2 4.33％，Al2O30.9％，MgO 2.07％，Cl27.92％，SO36.5％，K2O 6.1％，Na2O 5.63％，Fe2O3 3.37％，TiO20.89％，P2O5 1.11％，ZnO 0.53％，PbO 0.31％，SrO0.015％，BaO0.027％，Cr2O30.032％，CuO0.020％，MnO0.009％，NiO0.004％，Hg 0.001％；
(2)取一种铜板蚀刻过程产生的废蚀刻液及废水处理的废水处理污泥(HW22)，含水率为80％，其干基主要化学组成为CaO9.31％，SiO2 54.54％，Al2O3 10.81％，MgO3.92％，R2O 9.23％，Fe2O35.67％，TiO2 0.96％，P2O5 3.44％，其它2.21％，其它中含重金属；
(3)将含水率为80wt％的上述污泥与工业垃圾焚烧飞灰混合，其中市政污泥和垃圾焚烧飞灰按照钙硅比为1.1进行混合，利用对辊造粒机造粒处理，得到粒径为12mm、含水率为11wt％的混合物颗粒，利用工业余热干燥该混合物颗粒至含水率为1.5wt％，得到去水混合物颗粒；
(4)通过螺旋加料机将上述去水混合物颗粒输送至矿热电炉内，生成高温熔渣，设定矿热电炉的加热温度为1250℃，熔渣的粘度为1.1Pa·s，熔渣由排渣口排出，通过空气冷却得到玻璃块产品M-4，玻璃块的浸出毒性试验数据如表4所示。
表4水淬渣产品M-4的毒性浸出试验结果和指标(mg/L)
实施例5
与实施例1的区别在于，延长干燥时间，使得取水混合物颗粒中的含水率达到0.05wt％以下。
通过螺旋加料机将去水混合物颗粒输送至电炉内，生成高温熔渣，熔渣温度为1300℃，熔渣的粘度为1Pa·s，熔渣由矿热炉排渣口排出，通过急冷水淬得到粒径约为5mm的水淬渣产品M-5。
表5水淬渣产品M-5的毒性浸出试验结果和指标(mg/L)
上述试验过程由于混合物颗粒的含水率低，因此可显著降低耗电量，而对水淬渣的毒性浸出无明显影响。
实施例6
(1)取一种工业垃圾焚烧飞灰，其主要组成为CaO 43.72％，SiO2 4.33％，Al2O30.9％，MgO 2.07％，Cl27.92％，SO36.5％，K2O 6.1％，Na2O 5.63％，Fe2O3 3.37％，TiO20.89％，P2O5 1.11％，ZnO 0.53％，PbO 0.31％，SrO0.015％，BaO0.027％，Cr2O30.032％，CuO0.020％，MnO0.009％，NiO0.004％，Hg 0.001％；
(2)取一种铜板蚀刻过程产生的废蚀刻液及废水处理的废水处理污泥(HW22)，含水率为80％，其干基主要化学组成为CaO9.31％，SiO2 54.54％，Al2O3 10.81％，MgO3.92％，R2O 9.23％，Fe2O35.67％，TiO2 0.96％，P2O5 3.44％，其它2.21％，其它中含有重金属；
(3)将含水率为80wt％的上述污泥与工业垃圾焚烧飞灰混合，其中市政污泥和垃圾焚烧飞灰按照钙硅比为1.1进行混合，利用对辊造粒机造粒处理，得到粒径为12mm、含水率为11wt％的混合物颗粒，利用工业余热干燥该混合物颗粒至含水率为1.5wt％，得到去水混合物颗粒；
(4)通过螺旋加料机将上述去水混合物颗粒输送至电炉内，生成高温熔渣，设定电炉的加热温度为1500℃，熔渣的粘度为0.1Pa·s，熔渣由排渣口排出，通过空气冷却得到玻璃块产品M-6，玻璃块的浸出毒性试验数据如表6所示。
表6水淬渣产品M-6的毒性浸出试验结果和指标(mg/L)
对比例1
与实施例1的区别在于，没有对混合物颗粒进行干燥，而是直接进行高温熔融处理。其中，高温熔融过程中耗电量明显增加，而对水淬渣的毒性浸出无明显影响。且在高温熔融处理中，炉内压力较大，影响高温熔融的持续进行。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请通过控制混合物中的钙硅比0.8：1～1.2：1，保证了高温熔融的顺利进行；同时，通过控制高温熔融的去水混合物的含水率，降低了高温熔融过程中水的吸热和热分解耗能，而且避免了在高温熔融过程中过多氢气的产生，进而降低了氢气带来的危险性，因此降低了高温熔融对于设备耐压的要求，降低了设备成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞灰和污泥的协同处理方法，其特征在于，包括：
步骤S1，将飞灰和污泥混合，得到混合物，其中所述混合物的钙硅比为0.8：1～1.2：1；
步骤S2，将所述混合物干燥至含水率为0.01～5wt％，得到去水混合物；以及
步骤S3，将所述去水混合物进行高温熔融处理。
2.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述混合物的粒径为1～30mm，优选所述混合物的含水率为10～20wt％。
3.根据权利要求1或2所述的协同处理方法，其特征在于，所述步骤S1包括将所述污泥喷射至所述飞灰中后进行混合造粒，得到所述混合物。
4.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述步骤S2采用所述步骤S3产生的工业余热对所述混合物进行干燥。
5.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
将所述去水混合物在1100～1500℃下进行高温熔融处理，得到粘度范围为0.1～10Pa·s的熔渣；
对所述熔渣进行空冷或者水淬得到熔渣产品。
6.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述飞灰为生活垃圾焚烧飞灰、医疗垃圾焚烧飞灰及工业危废焚烧飞灰中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述污泥为市政污泥或工业生产的含重金属的污泥。
8.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述飞灰的主要化学成分的质量百分比为：10～70％CaO，0.1～10％SiO2，0.1～10％Al2O3，0.1～10％MgO，0.1～30％Cl，0.1～20％SO3，0.1～10％K2O，0.1～10％Na2O，0.1～10％Fe2O3，0.1～10％TiO2，0.01～10％P2O5。
9.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述飞灰的主要重金属化学成分的质量百分比为：0～1％ZnO，0～1％PbO，0～1％SrO，0～1％BaO，0～1％Cr2O3，0～1％Sb2O3，0～1％As2O3，0～1％CuO，0～1％MnO，0～1％NiO以及0～1％Hg。
10.根据权利要求1所述的协同处理方法，其特征在于，所述污泥的含水率80～99.99wt％，优选所述污泥的干基主要化学成分的质量百分比为：40～80％SiO2，1～20％CaO，1～21％Al2O3，1～20％P2O5，1～10％MgO，1～10％SO3，0.1～10％K2O，0.1～10％Na2O，0.1～10％Fe2O3，0.1～10％TiO2。
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