CN109054750A - 一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垃圾飞灰技术领域，具体涉及一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺。该工艺是水洗，将垃圾飞灰采用水洗工艺得到水洗废水：将水洗废水除重金属后，将剩余金属离子通过蒸发结晶得到的结晶产物作为融雪剂。该工艺制备的融雪剂性能中等，并且从经济利益的角度出发，降低了垃圾飞处理的成本。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾飞灰技术领域，具体涉及一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺。
背景技术
随着城镇化的迅速发展，我国城市生活垃圾产量逐年增高，从2013年的1.89亿，上升到了2015年的2.06亿吨，由于垃圾焚烧具有减容、减量和能源回收等优点，所以我国垃圾焚烧处置量占比逐年增加。飞灰是垃圾焚烧的必然产物，大约占焚烧垃圾量的3~5%。按此计算，今后全国由于垃圾焚烧产生的飞灰在10000-20000吨/天。如此大量的飞灰产生，使得如何安全有效地处置焚烧飞灰成为急需解决的环境和社会问题。
飞灰是在烟气净化系统收集而得的细颗粒物质，包括用化学药剂处理烟气时产生的飞灰，在灰渣中约占10%～20%。飞灰一般呈灰白色或深灰色，粒径小于300μm，大部分为1.0μm～30μm，含水率10%～23%，热灼减率34%～51%，易冻胀，难压实，颗粒形态多呈棒状、多角质状、棉絮状、球状等不规则形状。同时，焚烧飞灰含有二恶英及重金属等有害物，根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）规定：“生活垃圾焚烧飞灰应按危险废物管理”。因此，飞灰必须单独收集，不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合，也不得与其他危险废物混合。
目前，垃圾焚烧飞灰的主要处理技术有：水泥固化法、化学药剂稳定化、熔融固化法和水泥窑协同处置法等。
从经济性、易操作性和场地利用等方面考虑，水泥固化法是最适合的处理方法之一。国外的科研工作者已对利用水泥固化法处理飞灰作了很多的研究，这种方法也是国外用来处理飞灰常用的方法之一。但水泥固化处理后增容量大，而且如果飞灰中含有阻碍水泥正常凝结的成分时，常会发生固化体强度低、有害物质浸出率高等问题。水泥类固化材料有许多种类，一般根据飞灰的特性和处理要求分类使用，其代表性的水泥有普通水泥和膨胀水泥，一般是由硅铝和氧化钙组成。水泥固定法就是把水泥和飞灰用水均匀混合，发生水合反应，逐渐硬化，封闭有害金属。为了提高固定效果，保证水泥能有效地完成水合反应，有时需根据飞灰的种类向混合物中加入适当的添加剂。
水泥固化法的缺点在于水泥消耗量大，飞灰中的可溶性氯化盐、硫化物等会对水泥的水合过程产生一定的影响，导致飞灰的处理效果不稳定。处理后固化体的增容和增重明显，增加了后期的处置成本。
也就是说，垃圾焚烧过程中会产生大量飞灰，飞灰中含有高浓度的氯盐，而氯盐的存在会严重限制飞灰的无害化处置和资源化利用。
如何将飞灰中的氯盐进行合理利用是目前主要存在的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前垃圾焚烧过程中产生的飞灰中存在的大量氯盐无法得到有效利用的问题，提供一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，包括以下步骤：
（1）水洗脱氯，将垃圾飞灰采用水洗脱氯工艺去除飞灰中的氯元素，水洗工艺得到水洗水；
（2）除重金属，将水洗废水中的重金属去除，具体为在水洗废水中加入过量的硫化钠，然后加入氯化亚铁，并去除沉淀；
（3）超滤，采用超滤膜将去除沉淀后的上清液进行超滤；
（4）pH回调，将超滤后的清液进行pH回调为中性，具体是将pH回调为6.8-7.2；
（5）pH调节，将废水pH调节为5.3-5.6；
（6）结晶，采用蒸发结晶得到结晶产物；
（7）将结晶产物经过干燥、粉碎包装后即为融雪剂产品即为融雪剂。
进一步的，步骤（1）的酸洗水首先进行脱氨处理。
进一步的，步骤（5）中采用醋酸将水pH调节为5.4-5.5。
进一步的，步骤（5）中采用醋酸将水pH调节为5.5。
进一步的，步骤（3）中超滤膜的清洗方法，具体如下：配置质量浓度为2-5%的硫化钠水溶液，并在该溶液中加入0.5-1‰的二硫化碳，将超滤膜采用该浸泡液进行浸泡处理。
进一步的，将超滤膜浸泡处理的同时辅助以超声处理。
一种超滤膜的清洗液，用于清洗步骤（3）超滤所采用的超滤膜，该清洗液中含有质量百分比为2-5%的硫化钠和0.5-1.5‰的二硫化碳。
该清洗液中含有质量百分比为2-3%的硫化钠和1‰的二硫化碳。
所述蒸发结晶具体为：先将上清液至蒸发器中浓缩至溶液固含量为38-40%，分离出结晶物，然后将母液继续浓缩至溶液固含量48-50%，冷冻结晶分离，结晶与前次结晶一起混合干燥，即为融雪剂产品。
本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明通过将垃圾飞灰进行水洗处理得到水洗废水后，进一步将水洗废水中的重金属去除后，对废水中剩余的钠离子、镁离子、钙离子以及钾离子进行合理利用，通过结晶生成相应的氯化钠、氯化镁、氯化钙及氯化钾的混合盐，该混合盐可以作为融雪剂应用于实际生产生活；本发明制备的融雪剂关键之一是将垃圾飞灰中的氨等杂志去除，将钠离子、镁离子、钙离子等金属离子以及氯离子进行了回收利用，从而在对垃圾飞灰进行无害处理的同时，增加经济效益，降低飞灰处理的成本，实现了全买的资源化的利用。
本发明制备的混合盐融雪剂，为钠、钾、钙为主的氯盐，融雪综合性能低于氯化钙，但是高于氯化钠，能够满足生产生活的需要。
附图说明
图1是本发明的垃圾飞灰处理系统的结构示意图；
图2是本发明的垃圾飞灰处理系统的详细的结构示意图；
图3是本发明的水洗压滤机的结构示意图。
图中：1飞灰储罐，2清洗池，201一级清洗池，202二级清洗池，203三级清洗池，3水洗储水池，301第一储水池，302第二储水池，303第三储水池，304反应储水池，4水洗压滤机，401一级压滤机，411第一一级压滤机，412第二一级压滤机，402二级压滤机，421第一二级压滤机，422第二二级压滤机，403三级压滤机，431第一三级压滤机，432第二三级压滤机，5污泥粉碎设备，501第二污泥粉碎机，502第三污泥粉碎机，6氨气吸收塔，7反应池，701第一反应池，702第二反应池，703第三反应池，704第四反应池，9加药罐，901第一加药罐，902第二加药罐，10沉淀池，101第一沉淀池，102第二沉淀池，11废水储水池，12蒸发制盐系统，121蒸发器，122离心机。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，应用于浙江某垃圾焚烧厂的飞灰产物，该工艺具体包括以下步骤：（涉及到附图的，如图1-3所示）
（1）水洗脱氯，将垃圾飞灰采用水洗脱氯工艺去除飞灰中的氯元素，水洗工艺得到水洗水；并将该水洗废水进行脱氨处理。该水洗工艺采用的是飞灰水洗系统，
水洗系统的结构如下：所述飞灰水洗系统包括：
飞灰储罐1，用于存储飞灰；
清洗池2，为密闭式结构，用于对飞灰进行清洗；包括一级清洗池201、二级清洗池202和三级清洗池203，清洗池2底部铺设有曝气管路，还设置有搅拌装置，三个清洗池2形成三级逆流清洗系统；飞灰储罐1下游与一级清洗池201相连；各个清洗池2依次设置；
水洗储水池3，用于为清洗池2提供水源；包括连接一级清洗池201的第一储水池301、连接二级清洗池202的第二储水池302和连接三级清洗池203的第三储水池303；水洗储水池3为对应的清洗池2提供水源，在每一级的清洗池2内，水洗储水池3为飞灰及污泥提供水洗的水源；
水洗压滤机4，用于对清洗池2的废水进行压滤；包括一级压滤机401、二级压滤机402和三级压滤机403；一级清洗池201底部通过管道与一级压滤机401连接；二级清洗池202底部通过管道与二级压滤机402连接；三级清洗池203底部通过管道与三级压滤机403连接；一级压滤机401连接反应储水池304；每一级的水洗压滤机4，将清洗池2清洗后的混合液进行压滤达到固液分离；关于压滤机，可以如下设置：所述一级压滤机401包括第一一级压滤机411和/或第二一级压滤机412；所述二级压滤机402包括第一二级压滤机421和/或第二二级压滤机422；所述三级压滤机403包括第一三级压滤机431和/或第二三级压滤机432；每一级别的压滤机4可以同时或交替使用；
污泥粉碎设备5，用于配合粉碎水洗压滤机4产生的污泥；污泥粉碎设备5包括第二污泥粉碎机501和第三污泥粉碎机502，第二污泥粉碎机501和第三污泥粉碎机502分别架设在二级清洗池202和三级清洗池203的顶部；
氨气吸收塔6，为三级逆流吸收塔，设置于清洗池2顶部用于收集吹脱的氨气。
水洗工艺的具体步骤如下：
S1、飞灰储罐1将飞灰输送至一级清洗池201，与第一储水池301的水混合，飞灰与水的比例为1:1-2；曝气搅拌10-30min，然后采用第一一级压滤机411和/或第二一级压滤机412进行压滤（两个压滤机交替使用或者同时使用，下同），滤液进入反应储水池304，飞灰污泥进入第二污泥粉碎机501；氨气吸收塔6用水作为吸收剂吸收氨气，吸收得到的氨水回用至电厂脱硝工艺；
S2、飞灰污泥经过第二污泥粉碎机501后，进入二级清洗池202，与第二储水池302的水以1:1-2混合，曝气搅拌10-30min，然后采用第一二级压滤机421和/或第二二级压滤机422进行压滤，滤液进入第一储水池301，飞灰污泥进入第三污泥粉碎机502；氨气吸收塔6用水作为吸收剂吸收氨气，吸收得到的氨水回用至电厂脱硝工艺；在该步骤中，滤液返回值第一储水池301循环利用，而污泥准备进入到三级清洗池203进行进一步清晰；
S3、飞灰污泥经过第三污泥粉碎机502后，进入三级清洗池203，与第三储水池303的水以1:1-2混合，曝气搅拌10-30min，然后采用第一三级压滤机431和/或第二三级压滤机432进行压滤；滤液进入第二储水池302，进行循环利用，飞灰污泥进入污泥储藏库，待与水泥窑协同处置；氨气吸收塔6用水作为吸收剂吸收氨气，吸收得到的氨水回用至电厂脱硝工艺。
通过上述的水洗工艺，将飞灰中的氯离子大部分都溶解至废水中，从而降低了飞灰污泥中氯离子的含量。通过水洗工艺，飞灰中氯元素的含量均低于0.8%，在50%以上的水洗处理后的飞灰污泥中，氯元素的含量低于0.5%；20%的水洗处理后飞灰污泥的氯元素含量低于0.2%；对于通常的水泥窑协同处理中添加5%的飞灰量计算，低于0.8%的氯含量不会对水泥窑协同处置产生影响；
飞灰的水洗工艺相对来说较为简单，但是对于水洗产生的废水的处理又是一项重要的事项；对于水洗工艺产生的废水，由于含有各种有害物质，因此不能直接进行排放，为了能达到排放标准，采用废水处理工艺对水洗工艺产生的废水进行处理；为了将水洗产生的废水进行有效处理，本申请将水洗水进行了资源化利用，具体如下：
（2）除重金属，将水洗废水中的重金属去除，具体为在水洗废水中加入过量的硫化钠，然后加入氯化亚铁，并去除沉淀；
去除重金属的系统包括：
反应池7，用于将飞灰水洗系统的水洗废水进行处理；包括依次设置的第一反应池701、第二反应池702、第三反应池703；
加药罐9，为加药装置，分别与相应的反应池7相配，具体包括与第一反应池701对应的第一加药罐901、与第二反应池702对应的第二加药罐902；
将反应储水池304中的废水输送至第一反应池701中，投入硫化钠药剂（硫化钠药剂是以3-5%的水溶液，计量泵加入，加入量以ORP指标控制，即氧化还原电位控制，控制参数为0mv~-200mv），然后搅拌将废水中的重金属成分转化为硫化物沉淀；废水溢流进入第二反应池702中，在第二反应池702中投入氯化亚铁药剂和聚丙烯酰胺絮凝剂进行反应，（聚丙烯酰胺投加量0.5-2mg/L，）第二反应池702的废水进入第一沉淀池101中进行清污分离，清液进入第三反应池703，污泥定期清理与一级清洗池201内的飞灰合并处理；
氯化亚铁的作用使将多余的硫化钠转化为硫化亚铁沉淀，同时具有混凝的效果。主要化学反应方程式如下：
Mx++S2-=M2SX↓(M指代重金属元素)
Fe2++S2-=FeS↓
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
第一沉淀池101为斜管式沉淀池，第一沉淀池101定期清理从而与一级清洗池内的飞灰合并进行重复的水洗工艺处理；
（硫化钠的投入会过量，氯化亚铁使得过量的硫化钠变成沉淀，多余的硫化亚铁沉淀成氢氧化亚铁，继而被空气氧化成氢氧化铁；）
垃圾飞灰里含有各种重金属，例如锌、铜、镍、铬、铅、镉等，这些重金属会和硫化物结合产生硫化物沉淀。
（3）超滤，采用超滤膜将去除沉淀后的上清液进行超滤；
（4）pH回调，将超滤后的废液进行pH回调为中性，具体是将pH回调为6.8；第三反应池703进行pH回调；
（5）pH调节，采用醋酸将废水pH调节为5.6；在第四反应池704中进行pH调节；
（6）结晶，采用蒸发结晶得到结晶产物，即为融雪剂。
由于步骤（2）的并不能完全将沉淀去除，因此，在步骤（3）中的超滤过程中，会被细颗粒堵塞。
由于超滤膜在废水处理过程中的成本直接影响到整体的水处理成本，如果超滤膜堵塞就采用更换新的超滤膜的手段将上述的步骤或其他水处理的步骤进行的话，会造成很大的浪费，并且极大地提高了垃圾飞灰水洗废水的处理成本。因此，需要将由于被堵塞造成处理效率低下的超滤膜进行重复利用，以提高超滤膜的使用寿命。
在此，步骤（3）中的超滤膜被堵塞后，采用清洗液进行清洗，该清洗液具体为含有质量百分比为2%的硫化钠和1.5‰的二硫化碳。
超滤膜的清洗过程如下：
配置质量浓度为2%的硫化钠水溶液，并在该溶液中加入1.5‰的二硫化碳，将超滤膜采用该浸泡液进行浸泡处理。
实施例2
一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，同样为上述垃圾焚烧厂的飞灰产物，包括以下步骤：
（1）水洗，将垃圾飞灰采用水洗工艺得到水洗废水；并将该水洗废水进行脱氨处理。
（2）除重金属，将水洗废水中的重金属去除，具体为在水洗废水中加入过量的硫化钠，然后加入氯化亚铁，并去除沉淀；
（3）超滤，采用超滤膜将去除沉淀后的上清液进行超滤；
（4）pH回调，将超滤后的废液进行pH回调为中性，具体是将pH回调为7.2；
（5）pH调节，采用醋酸将废水pH调节为5.3；
（6）结晶，采用蒸发结晶得到结晶产物，即为融雪剂。
同样的，本实施例中的水洗步骤和去除重金属的步骤与实施例1中相似。
由于步骤（2）的并不能完全将沉淀去除，因此，在步骤（3）中的超滤过程中，会被细颗粒堵塞。
由于超滤膜在废水处理过程中的成本直接影响到整体的水处理成本，如果超滤膜堵塞就采用更换新的超滤膜的手段将上述的步骤或其他水处理的步骤进行的话，会造成很大的浪费，并且极大地提高了垃圾飞灰水洗废水的处理成本。因此，需要将由于被堵塞造成处理效率低下的超滤膜进行重复利用，以提高超滤膜的使用寿命。
在此，步骤（3）中的超滤膜被堵塞后，采用清洗液进行清洗，该清洗液具体为含有质量百分比为5%的硫化钠和0.5‰的二硫化碳。
超滤膜的清洗过程如下：
配置质量浓度为5%的硫化钠水溶液，并在该溶液中加入0.5‰的二硫化碳，将超滤膜采用该浸泡液进行浸泡处理。
实施例3
一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，同样为上述垃圾焚烧厂的飞灰产物，包括以下步骤：
（1）水洗，将垃圾飞灰采用水洗工艺得到水洗废水；并将该水洗废水进行脱氨处理。
（2）除重金属，将水洗废水中的重金属去除，具体为在水洗废水中加入过量的硫化钠，然后加入氯化亚铁，并去除沉淀；
（3）超滤，采用超滤膜将去除沉淀后的上清液进行超滤；
（4）pH回调，将超滤后的废液进行pH回调为中性，具体是将pH回调为7；
（5）pH调节，采用醋酸将废水pH调节为5.5；
（6）结晶，采用蒸发结晶得到结晶产物，即为融雪剂。
由于步骤（2）的并不能完全将沉淀去除，因此，在步骤（3）中的超滤过程中，会被细颗粒堵塞。
由于超滤膜在废水处理过程中的成本直接影响到整体的水处理成本，如果超滤膜堵塞就采用更换新的超滤膜的手段将上述的步骤或其他水处理的步骤进行的话，会造成很大的浪费，并且极大地提高了垃圾飞灰水洗废水的处理成本。因此，需要将由于被堵塞造成处理效率低下的超滤膜进行重复利用，以提高超滤膜的使用寿命。
在此，步骤（3）中的超滤膜被堵塞后，采用清洗液进行清洗，该清洗液具体为含有质量百分比为3%的硫化钠和1‰的二硫化碳。
超滤膜的清洗过程如下：
配置质量浓度为3%的硫化钠水溶液，并在该溶液中加入1‰的二硫化碳，将超滤膜采用该浸泡液进行浸泡处理。
实施例4
针对在上述垃圾焚烧飞灰处理过程中，在上述步骤（3）中的超滤膜超滤过程的，由于水中存在一定的不溶物，又因为超滤膜孔径较小，使得超滤膜非常容易堵塞，超滤膜的部分或全部堵塞直接影响到超滤的效率，而更换超滤膜在另一方面提高了成本。因此，一种有效的办法就是提高超滤膜的使用寿命。
提高超滤膜的使用寿命的一种最直接的方法就是在超滤膜未发生破损的前提下，让超滤膜能够正常的发挥其作用。
因此，在上述步骤（3）中对超滤膜进行堵塞后，对超滤膜的清洗成为最直接有效的办法。但是，目前并没有有效的清洗超滤膜的办法。
本申请的发明人在经过反复试验验证后，采用配置硫化钠水溶液，并在该溶液中加入二硫化碳，来对堵塞的超滤膜进行清洗能够达到较好的效果。
如在实施例1中，超滤膜堵塞就通过配置质量浓度为2%的硫化钠水溶液，并在该溶液中加入1.5‰的二硫化碳，将超滤膜采用该浸泡液进行浸泡处理。清理效果较好，能够将超滤膜的处理效率由50%以下恢复至98%以上。
在实施例2中，同样的，采用清洗液进行清洗，该清洗液具体为含有质量百分比为5%的硫化钠和0.5‰的二硫化碳。将堵塞的超滤膜的处理效率为60%以下提高到98%以上。
在实施例3中，通过配置质量浓度为3%的硫化钠水溶液，并在该溶液中加入1‰的二硫化碳，将超滤膜采用该浸泡液进行浸泡处理。将将堵塞的超滤膜的处理效率为60%以下提高到98%以上。
该浸泡液的清洗效果非常显著，能够极大地提高超滤膜的使用寿命，降低企业的水处理成本。从而提高企业对废水处理的积极性。
上述所述的蒸发结晶具体为：先将上清液至蒸发器中浓缩至溶液固含量为38-40%，分离出结晶物，然后将母液继续浓缩至溶液固含量48-50%，冷冻结晶分离，结晶与前次结晶一起混合干燥，即为融雪剂产品。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）水洗脱氯，将垃圾飞灰采用水洗脱氯工艺去除飞灰中的氯元素，水洗工艺得到水洗水；
（2）除重金属，将水洗水中的重金属去除，具体为在水洗水中加入过量的硫化钠，然后加入硫化亚铁，并去除沉淀；
（3）超滤，采用超滤膜将去除沉淀后的上清液进行超滤；
（4）pH回调，将超滤后的清液pH回调为中性，具体是将pH回调为6.8-7.2；
（5）pH预调，将清液的pH调节为5.3-5.6；
（6）结晶，采用蒸发结晶工艺得到结晶产物，即为融雪剂。
2.根据权利要求1所述的利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，其特征在于，步骤（1）的水洗水首先进行脱氨处理。
3.根据权利要求1所述的利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，其特征在于，步骤（5）中采用醋酸将废水pH调节为5.4-5.5。
4.根据权利要求3所述的利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，其特征在于，步骤（5）中采用醋酸将废水pH调节为5.5。
5.根据权利要求1所述的利用垃圾飞灰制备融雪剂的工艺，其特征在于，步骤（3）中超滤膜的清洗方法，具体如下：配置质量浓度为2-5%的硫化钠水溶液，并在该溶液中加入0.5-1.5‰的二硫化碳，将超滤膜采用该浸泡液进行浸泡处理。
6.一种超滤膜的清洗液，用于清洗步骤（3）超滤所采用的超滤膜，其特征在于，该清洗液中含有质量百分比为2-5%的硫化钠和0.5-1.5‰的二硫化碳。
7.根据权利要求6所述的超滤膜的清洗液，其特征在于，该清洗液中含有质量百分比为2-3%的硫化钠和1‰的二硫化碳。
8.根据权利要求1所述的超滤膜的清洗液，其特征在于，所述蒸发结晶具体为：先将上清液至蒸发器中浓缩至溶液固含量为38-40%，分离出结晶物，然后将母液继续浓缩至溶液固含量48-50%，冷冻结晶分离，结晶与前次结晶一起混合干燥，即为融雪剂产品。
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