CN109396162B - 一种垃圾飞灰的节能处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾飞灰的节能处理工艺，包括飞灰水洗、脱重金属、脱色、除钙及蒸发结晶步骤，或包括飞灰水洗、脱重金属、脱色及蒸发结晶步骤，所述飞灰水洗为多级逆流水洗，对多级逆流水洗的最后一级水洗的水洗液进行反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为最后一级水洗的水源回用，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为上一级水洗的水源，控制第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1~1.1，第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入下一级水洗，液体进入脱重金属步骤。本发明在不增加水洗级数的前提下，能大大降低蒸发结晶时的能源消耗，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种垃圾飞灰的节能处理工艺。
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，水泥窑协同处置法是最适合的处理方法之一。飞灰中含有的高浓度氯盐，氯盐的存在会严重限制飞灰的无害化处置和资源化利用。为了将飞灰中的氯盐去除满足水泥窑协同处置的要求，通常采用多级逆流水洗的方式，如三级逆流水洗，常规的三级逆流水洗工艺只适合氯离子含量相对较低的飞灰除氯，若面对氯离子含量较高的飞灰，为了降低飞灰中的氯离子含量以满足水泥窑协同处置的要求，在不改变现有设备下，只能增加最后一级水洗的用水量，这样导致会有大量的水洗洗脱液进入蒸发结晶步骤，这样蒸发结晶形成清水回用的能源消耗将会大大增加。若改变现有设备，则需要增加水洗级数，设备和工艺都需要调整，操作难度较大。
发明内容
本发明的目的在于解决飞灰除氯过程中存在的能源消耗大的问题，提供一种垃圾飞灰的节能处理工艺，在不增加水洗级数的前提下，能大大降低蒸发结晶时的能源消耗，降低生产成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种垃圾飞灰的节能处理工艺，包括飞灰水洗、脱重金属、脱色、除钙及蒸发结晶步骤，或包括飞灰水洗、脱重金属、脱色及蒸发结晶步骤， 所述飞灰水洗为多级逆流水洗，对多级逆流水洗的最后一级水洗的水洗液进行反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为最后一级水洗的水源回用，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为上一级水洗的水源，控制第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1~1.1，第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入下一级水洗，液体进入脱重金属步骤。
对于飞灰经过多级水洗，如三级逆流水洗后，氯离子含量无法满足水泥窑协同处置的要求，因此，必须增加水洗用水的用量以降低飞灰中的氯离子含量，这样导致会有大量的水洗洗脱液进入蒸发结晶步骤，这样蒸发结晶形成清水回用的能源消耗将会大大增加，在不改变现有设备的前提下，本领域没有有效的解决方案。虽然可以通过增加水洗级数降低飞灰中的氯离子含量，但是，设备和工艺都需要调整增加，操作难度较大。发明人经过长期的研究，探索了一条有效的解决途径，在不增加水洗级数的前提下，加大用水量，在最后一级水洗时增加反渗透膜脱盐方案，通过反渗透膜脱盐，大部分清水都能回用，且回用成本低能耗低，实现了在降低飞灰中的氯离子含量满足水泥窑协同处置要求的同时并不会增加进入蒸发结晶步骤的洗脱液，从而降低能耗的效果。在最后一级水洗时增加反渗透膜脱盐方案，主要是因为最后一级水洗时飞灰中的盐含量已经较低，加大用水量下，洗脱液中的含盐量低，反渗透膜可以较好地承受，并使用。本领域技术人员常规的思考方式只会简单地想到将反渗透膜用到蒸发结晶操作前，然而，蒸发结晶操作前的液体因为盐含量过高，根本无法使用反渗透膜，因此，反渗透膜脱盐方案在垃圾飞灰处理时从未被考虑使用。
对于常规的三级逆流水洗就可使得氯离子含量满足水泥窑协同处置要求的方案，采用本发明的解决方案，达到相同要求则只需要1-2级水洗即可解决，也能有效缩短工艺，减少设备维护成本。
所述飞灰水洗为三级逆流水洗，包括第一级水洗、第二级水洗和第三级水洗；
第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第二级水洗，液体进入脱重金属步骤，第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1~1.1；
第二级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第三级水洗，液体作为第一级水洗的水源；
第三级水洗后进行固液分离，固体送至水泥窑协同处置，液体采用反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为第二级水洗的水源，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为第三级水洗的水源回用，第三级水洗飞灰与水的质量比=1:2.5~4。
本发明严格控制第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1~1.1，这样进入蒸发结晶的水一直维持在达到飞灰能搅拌水洗的最低要求，对后续蒸发结晶不会增加负担。第三级水洗飞灰与水的质量比=1:2.5~4，通过工艺微调满足在第一级水洗时飞灰与水的质量比=1:1~1.1即可流畅运行。
在蒸发结晶操作前，先对液体进行电渗析脱盐，电渗析产生的浓水进入蒸发结晶步骤，控制电渗析产生的浓水的盐浓度为10-16%，电渗析产生的淡水作为最后一级水洗的水源回用。在飞灰水洗、脱重金属、脱色、除钙及蒸发结晶这一工艺路线的除钙后，蒸发结晶前；或在飞灰水洗、脱重金属、脱色及蒸发结晶这一工艺路线的脱色后，蒸发结晶前；对液体进行电渗析脱盐，此时洗脱液中的盐浓度大概在3%-10%（此时无法用膜脱盐），直接进行蒸发结晶，能耗高，成本高，发明人巧妙的设置了一道电渗析脱盐（刚好适用，电渗析脱盐最高浓度在15%左右），对洗脱液浓缩，降低进入蒸发结晶的水含量，相比蒸发结晶，电渗析脱盐能有效降低能耗和成本。
多级逆流水洗过程中均进行曝气搅拌对飞灰除氨，每一级水洗的水洗池上方均设有氨气回收口，从而将氨气送至氨气吸收塔吸收，形成的氨水回用至电厂脱硝。
蒸发结晶步骤产生的蒸馏水作为最后一级水洗的水源回用。
所述脱重金属步骤为：搅拌条件下，向飞灰水洗所得滤液中缓慢加入硫化钠溶液，直至体系的氧化还原电位达到0~-50mV为止，接着投加氯化亚铁溶液，直至体系的氧化还原电位达到-100~-150mV为止。
硫化钠溶液的质量浓度为2-5%。
氯化亚铁溶液的质量浓度为3-10%。
所述脱色为向脱重金属后的滤液中投加活性炭，活性炭用量为滤液重量的千分之一至千分之五，搅拌3-10min，过滤，收集滤渣作为危废存放，滤液进入下一步处理。
所述除钙为向脱色后所得滤液中添加碳酸钠或硫酸钠，搅拌10-20min，过滤，收集固体部分的碳酸钙或硫酸钙，滤液进入下一步处理。
本发明的有益效果是：本发明在不增加水洗级数的前提下，能大大降低蒸发结晶时的能源消耗，降低生产成本；达到与现有技术相同的水洗效果，可以缩减水洗级数，有效缩短工艺，减少设备维护成本。
附图说明
图1是本发明的第一种工艺流程图。
图2是本发明的第二种工艺流程图。
图3是本发明的第三种工艺流程图。
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的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种垃圾飞灰的节能处理工艺（图1），包括飞灰水洗、脱重金属、脱色、除钙及蒸发结晶步骤，蒸发结晶步骤产生的蒸馏水作为第三级水洗的水源回用；
所述飞灰水洗为三级逆流水洗，包括第一级水洗、第二级水洗和第三级水洗；
第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第二级水洗，液体进入脱重金属步骤，第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1；
第二级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第三级水洗，液体作为第一级水洗的水源；
第三级水洗后进行固液分离，固体（氯离子含量约1%左右，以干重计）送至水泥窑协同处置，液体采用反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为第二级水洗的水源，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为第三级水洗的水源回用，第三级水洗飞灰与水的质量比=1:2.5；
三级逆流水洗过程中均进行曝气搅拌对飞灰除氨，每一级水洗的水洗池上方均设有氨气回收口，从而将氨气送至氨气吸收塔吸收，形成的氨水回用至电厂脱硝。
实施例2：
一种垃圾飞灰的节能处理工艺（图2），包括飞灰水洗、脱重金属、脱色、除钙及蒸发结晶步骤，蒸发结晶步骤产生的蒸馏水作为第三级水洗的水源回用；除钙后，蒸发结晶前，先对液体进行电渗析脱盐，电渗析产生的浓水进入蒸发结晶步骤，控制电渗析产生的浓水的盐浓度为15%，电渗析产生的淡水作为第三级水洗的水源回用；
所述飞灰水洗为三级逆流水洗，包括第一级水洗、第二级水洗和第三级水洗；
第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第二级水洗，液体进入脱重金属步骤，第一级水洗飞灰与水的质量比=1: 1.1；
第二级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第三级水洗，液体作为第一级水洗的水源；
第三级水洗后进行固液分离，固体（氯离子含量约0.9%左右）送至水泥窑协同处置，液体采用反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为第二级水洗的水源，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为第三级水洗的水源回用，第三级水洗飞灰与水的质量比=1: 4；
三级逆流水洗过程中均进行曝气搅拌对飞灰除氨，每一级水洗的水洗池上方均设有氨气回收口，从而将氨气送至氨气吸收塔吸收，形成的氨水回用至电厂脱硝。
实施例3：
一种垃圾飞灰的节能处理工艺，包括飞灰水洗、脱重金属、脱色及蒸发结晶步骤，蒸发结晶步骤产生的蒸馏水作为第三级水洗的水源回用；
所述飞灰水洗为三级逆流水洗，包括第一级水洗、第二级水洗和第三级水洗；
第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第二级水洗，液体进入脱重金属步骤，第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1；
第二级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第三级水洗，液体作为第一级水洗的水源；
第三级水洗后进行固液分离，固体（氯离子含量约0.95%左右）送至水泥窑协同处置，液体采用反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为第二级水洗的水源，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为第三级水洗的水源回用，第三级水洗飞灰与水的质量比=1:3；
三级逆流水洗过程中均进行曝气搅拌对飞灰除氨，每一级水洗的水洗池上方均设有氨气回收口，从而将氨气送至氨气吸收塔吸收，形成的氨水回用至电厂脱硝。
实施例4：
一种垃圾飞灰的节能处理工艺（图3），包括飞灰水洗、脱重金属、脱色及蒸发结晶步骤，蒸发结晶步骤产生的蒸馏水作为第三级水洗的水源回用；脱色后，蒸发结晶前，先对液体进行电渗析脱盐，电渗析产生的浓水进入蒸发结晶步骤，控制电渗析产生的浓水的盐浓度为15%，电渗析产生的淡水作为第三级水洗的水源回用；
所述飞灰水洗为三级逆流水洗，包括第一级水洗、第二级水洗和第三级水洗；
第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第二级水洗，液体进入脱重金属步骤，第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1；
第二级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第三级水洗，液体作为第一级水洗的水源；
第三级水洗后进行固液分离，固体（氯离子含量约1%左右）送至水泥窑协同处置，液体采用反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为第二级水洗的水源，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为第三级水洗的水源回用，第三级水洗飞灰与水的质量比=1:3；
三级逆流水洗过程中均进行曝气搅拌对飞灰除氨，每一级水洗的水洗池上方均设有氨气回收口，从而将氨气送至氨气吸收塔吸收，形成的氨水回用至电厂脱硝。
本发明的脱重金属步骤为：搅拌条件下，向飞灰水洗所得滤液中缓慢加入硫化钠溶液，直至体系的氧化还原电位达到0~-50mV为止，接着投加氯化亚铁溶液，直至体系的氧化还原电位达到-100~-150mV为止。硫化钠溶液的质量浓度为2-5%。氯化亚铁溶液的质量浓度为3-10%。
本发明的脱色为向脱重金属后的滤液中投加活性炭，活性炭用量为滤液重量的千分之一至千分之五，搅拌3-10min，过滤，收集滤渣作为危废存放，滤液进入下一步处理。
本发明的除钙为向脱色后所得滤液中添加碳酸钠或硫酸钠，搅拌10-20min，过滤，收集固体部分的碳酸钙或硫酸钙，滤液进入下一步处理。
本发明中脱重金属、脱色、除钙、蒸发结晶步骤不是本发明核心创造点，脱重金属、脱色、除钙、蒸发结晶步骤具体内容也可以参考发明人在先申请CN 108607870 A的详细记载，在此不做赘述。
以三级逆流水洗为例，达到相同的脱氯离子效果，第三级水洗使用飞灰与水的质量比=1:3，采用现有的三级逆流水工艺（第三级水洗未使用反渗透脱盐，因此第一级水洗飞灰与水的质量比也在1:3左右），与本发明的工艺相比（第三级水洗使用反渗透脱盐，未采用电渗析脱盐，第一级水洗飞灰与水的质量比在1:1左右），本发明进入蒸发结晶的水量大约为现有三级逆流水工艺的三分之一，因此，为实现中水回用目的，现有三级逆流水工艺在蒸发结晶步骤的蒸发量是本发明蒸发量的三倍左右，因此，本发明的能耗仅为现有技术的三分之一左右。
进一步地，以三级逆流水洗为例，达到相同的脱氯离子效果，第三级水洗使用飞灰与水的质量比=1:3，采用现有的三级逆流水工艺（第三级水洗未使用反渗透脱盐，因此第一级水洗飞灰与水的质量比也在1:3左右），与本发明的工艺相比（第三级水洗使用反渗透脱盐，并再蒸发结晶前采用电渗析脱盐，电渗析脱盐将盐液浓缩3倍，第一级水洗飞灰与水的质量比在1:1左右），这样本发明进入蒸发结晶的水量大约为现有三级逆流水工艺的九分之一，因此，为实现中水回用目的，现有三级逆流水工艺在蒸发结晶步骤的蒸发量是本发明蒸发量的九倍左右，因此，本发明的能耗仅为现有技术的九分之一左右。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种垃圾飞灰的节能处理工艺，包括飞灰水洗、脱重金属、脱色、除钙及蒸发结晶步骤，或包括飞灰水洗、脱重金属、脱色及蒸发结晶步骤，其特征在于， 所述飞灰水洗为多级逆流水洗，对多级逆流水洗的最后一级水洗的水洗液进行反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为最后一级水洗的水源回用，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为上一级水洗的水源，控制第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1~1.1，第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入下一级水洗，液体进入脱重金属步骤；
所述飞灰水洗为三级逆流水洗，包括第一级水洗、第二级水洗和第三级水洗；
第一级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第二级水洗，液体进入脱重金属步骤，第一级水洗飞灰与水的质量比=1:1~1.1；
第二级水洗后进行固液分离，固体粉碎后进入第三级水洗，液体作为第一级水洗的水源；
第三级水洗后进行固液分离，固体送至水泥窑协同处置，液体采用反渗透膜脱盐处理，反渗透膜脱盐处理产生的浓水作为第二级水洗的水源，反渗透膜脱盐处理产生的清水作为第三级水洗的水源回用，第三级水洗飞灰与水的质量比=1:2.5~4；
所述脱重金属步骤为：搅拌条件下，向飞灰水洗所得滤液中缓慢加入硫化钠溶液，直至体系的氧化还原电位达到0~-50mV为止，接着投加氯化亚铁溶液，直至体系的氧化还原电位达到-100~-150mV为止；硫化钠溶液的质量浓度为2-5%；氯化亚铁溶液的质量浓度为3-10%。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾飞灰的节能处理工艺，其特征在于：在蒸发结晶操作前，先对液体进行电渗析脱盐，电渗析产生的浓水进入蒸发结晶步骤，控制电渗析产生的浓水的盐浓度为10-16%，电渗析产生的淡水作为最后一级水洗的水源回用。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾飞灰的节能处理工艺，其特征在于：多级逆流水洗过程中均进行曝气搅拌对飞灰除氨，每一级水洗的水洗池上方均设有氨气回收口，从而将氨气送至氨气吸收塔吸收，形成的氨水回用至电厂脱硝。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾飞灰的节能处理工艺，其特征在于：蒸发结晶步骤产生的蒸馏水作为最后一级水洗的水源回用。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾飞灰的节能处理工艺，其特征在于：所述脱色为向脱重金属后的滤液中投加活性炭，活性炭用量为滤液重量的千分之一至千分之五，搅拌3-10min，过滤，收集滤渣作为危废存放，滤液进入下一步处理。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾飞灰的节能处理工艺，其特征在于：所述除钙为向脱色后所得滤液中添加碳酸钠或硫酸钠，搅拌10-20min，过滤，收集固体部分的碳酸钙或硫酸钙，滤液进入下一步处理。
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