CN109821863B - 一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，属于环境工程领域。该方法是在常温常压下，利用渗滤液原液以及渗滤液水解酸化液浸出飞灰中可溶性氯盐、大部分不可溶性氯盐以及部分重金属。本发明与现有的飞灰脱氯技术相比，不仅节约了飞灰脱氯过程中的用水量，同时比表面积较大的飞灰会吸附渗滤液中的某些有机物，有利于渗滤液的后续处理，达到以废治废的目的。此外，通过渗滤液及其水解酸化液浸出处理后的飞灰可用作建筑材料等，实现资源化利用。

Description

一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法

技术领域

本发明涉及一种渗滤液与飞灰协同处置技术，属于环境工程领域。

背景技术

随着我国居民生活水平的提高，生活垃圾产量增长迅速。生活垃圾焚烧技术由于其减量化、稳定化和资源化优势明显，近些年在我国得到了广泛推广，对焚烧产生的废物飞灰的处理与处置也逐渐成为研究的热点。生活垃圾焚烧飞灰是指垃圾焚烧过程中排放并被末端除尘器搜集的微小颗粒，富集重金属和致癌祸首二噁英类物质，浸出毒性极高。以飞灰产生量占垃圾焚烧总量的3％-5％计，预计2020年我国飞灰日产量将超过1.2-2万吨，飞灰处理压力极大。由于飞灰的主要成分与粉煤灰等相近，属于CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃体系，可作为水泥生产的替代原料，飞灰经水泥窑高温煅烧后，不仅可有效固定部分重金属，破坏二噁英，同时有效减少水泥原料(石灰石，粘土等自然资源)使用量，因此目前飞灰作为水泥原料入水泥窑成为了飞灰资源化利用的有效途径。然而，飞灰中较高的氯含量是制约其直接制备硅酸盐水泥的瓶颈。过高的氯含量不仅导致水泥熟料煅烧过程中重金属的大量挥发，使重金属固定率降低，还会引起窑的高温腐蚀、结皮和堵塞等问题，严重时会造成停机或分解炉系统爆炸等情况。因此，利用飞灰生产水泥时需进行脱氯处理。

目前，水洗是国内外最常用的脱氯方法，水洗可去除飞灰中大量的可溶性氯。但由于飞灰中不可溶性氯的存在，使得飞灰即使是经过多级水洗后，其氯残留量仍在1％-4％，导致飞灰添加量不能超过水泥窑入窑原料质量的0.5-2.1％，在目前水泥产能过剩的情况下，不能使产生量大的飞灰实现真正意义上的处理消纳。除了水洗以外，工业上也采用酸洗的方法来脱除飞灰中的氯。酸洗对飞灰中氯的脱除有比较好的效果，但是目前采用的酸洗一般为硫酸，硝酸等强酸浸出的方法，这种方法虽然能达到脱氯效果，但是浸出后的废液不宜处置，且利用强酸脱氯需要外加大量的酸液，实际应用中成本也比较高，严重影响到飞灰的工业化应用。

垃圾渗滤液由于含有高浓度的氨氮、COD、重金属、有机物等物质，其处理也是一个很棘手的问题。传统的处理渗滤液的方法有生物法、物理化学法等。渗滤液中的氯化芳香族等有机物极难生物降解，且还有高浓度的氨氮影响，导致常规生物方法对污染物的破坏效率较低。常规的物理化学法可以有效的去除渗滤液中的重金属，但其价格昂贵且不足以同时很好的去除渗滤液中的各项有机物。研究表明选择合适的吸附剂可以很好的吸附渗滤液中的有机物等物质，降低其COD、氨氮等浓度，是处理渗滤液的有效手段。飞灰其颗粒小、孔隙大、比表面积大、产生量大，优势明显使其成为一种有效且廉价的吸附剂。因此本发明的目的是通过渗滤液原液及其水解酸化液浸出的方式去除飞灰中大部分氯及部分重金属，节省处理飞灰过程中的用水量，同时飞灰可吸附渗滤液中的部分有机物，有利于渗滤液的后续处理，实现渗滤液与飞灰的协同处置，具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

将干燥后的飞灰与渗滤液原液按灰液比为1:1-1:20(g/mL)的比例混合均匀，在温度为25-55℃，转速为120-200rpm的条件下，恒温振荡30-180min后离心分离，获得脱氯去除重金属后的飞灰。

进一步地，所述飞灰为城市生活垃圾焚烧处置过程中烟气净化系统的捕集物。

进一步地，所述飞灰为采用机械炉排炉焚烧生活垃圾时产生的烟气，经过Ca(OH)₂处理后通过袋式除尘器收集所得的飞灰。

进一步地，所述的渗滤液原液为城市生活垃圾焚烧处置前堆放5-7天时产生的酸性液体。或者是渗滤液原液的水解酸化液。

进一步地，所述渗滤液原液的pH值为4.9-7.5，TOC值为2000-30000mg/L，COD值为10000-70000mg/L，氨氮值为1000-7400mg/L，硝氮值为50-200mg/L，亚硝氮值为0-300mg/L

进一步地，所述渗滤液水解酸化液的制取条件包括：每日在活性污泥中加入渗滤液原液，使污泥的COD负荷为2-30gCOD/(L·d)，在温度为30-40℃，微氧条件下发酵7-12天。

进一步地，所述渗滤液原液总酸浓度为2-10g/L。所述渗滤液水解酸化液总酸浓度为20-70g/L。

进一步地，所述的浸出方法可以是一次序批式浸出，也可以是多次序批式浸出，浸出次数为2-5次时，第2-5次的浸出液可作为另一批次飞灰浸出的首次用水。

本发明同现有技术相比具有以下优势：

本发明的方法基于渗滤液与生活垃圾焚烧飞灰的共处置为目的，利用渗滤液原液及其水解酸化液中的有机酸作用，脱除飞灰中大量不可溶性氯和部分重金属，同时飞灰可以吸附渗滤液中的大量有机物和部分重金属，有利于渗滤液的后续处理，经过处理后的飞灰既可满足水泥窑入窑标准，又可作为其他建筑材料的原料，达到以废治废的目的。本工艺相对于飞灰传统的水洗工艺而言，在达到与纯水相同脱氯效果的情况下，采用渗滤液原液浸出可节约50％左右的用水量，采用渗滤液水解酸化液浸出可节约70％左右的用水量，具有较高的经济效益、环境效益以及重要的实际应用价值。

具体实施方式

一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法，具体的操作步骤如下：

对照例1

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，按灰液比为1：10(g/mL)的比例，向锥形瓶中加入150mL的纯水后密封，在温度为25℃，转速为150rpm的条件下恒温振荡120min后，离心分离，获得脱氯去除重金属后的飞灰。采用离子色谱测定上清液中氯含量，得出该条件下纯水可浸出飞灰中81.5％的氯。

实施例1

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，按灰液比为1：10(g/mL)的比例，向锥形瓶中加入150mL的渗滤液原液(原液中总酸浓度为4.0g/L)后密封，在温度为25℃，转速为150rpm的条件下恒温振荡120min后，离心分离，获得脱氯去除重金属后的飞灰。采用离子色谱测定上清液中氯含量，得出该条件下渗滤液原液可浸出飞灰中82.3％的氯。

实施例2-10列于下表中，其余条件同实施例1。

通过实施例1和对照例1的对比可以发现，在相同的用水量下，采用渗滤液原液对焚烧飞灰进行浸出，可在一定程度上提高飞灰中氯的浸出量。

渗滤液水解酸化液的制备：

每日在活性污泥中加入渗滤液原液，使污泥的COD负荷为2-30gCOD/(L·d)，在温度为30-40℃，微氧条件下发酵7-12天。

实施例11

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，按灰液比为1：10(g/mL)的比例，向锥形瓶中加入150mL的渗滤液水解酸化液(水解酸化液中总酸浓度为46.0g/L)后密封，在温度为25℃，转速为150rpm的条件下恒温振荡120min后，离心分离。采用离子色谱测定上清液中氯含量，得出该条件下渗滤液水解酸化液可浸出飞灰中84.1％的氯。

实施例12-20列于下表中，其余条件同实施例11。

通过实施例11和实施例1、对照例1的对比可以发现，在相同的用水量下，采用渗滤液水解酸化液对焚烧飞灰进行浸出，飞灰中氯的浸出量分别比纯水和渗滤液原液提高3.3％和2.0％。

实施例21

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，在总灰液比为1：10(g/mL)，总浸出时间为120min，浸出温度为25℃的条件下采用三步浸出的方式，考察渗滤液原液对飞灰中氯及重金属的脱除量。浸出步骤如下：

采用离子色谱测定每一步浸出液中氯的含量，结果如下：

在该条件下若采用五步浸出则氯的脱除率为94.3％。

实施例22

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，在总灰液比为1：10(g/mL)，总浸出时间为120min，浸出温度为25℃的条件下采用三步浸出的方式，考察渗滤液水解酸化液对飞灰中氯及重金属的脱除量。浸出步骤同实施例21。实验结果如下：

在该条件下若采用五步浸出则氯的脱除率为99.0％。

对照例2

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，在总灰液比为1：10(g/mL)，总浸出时间为120min，浸出温度为25℃的条件下采用三步浸出的方式，考察纯水对飞灰中氯及重金属的脱除量。浸出步骤同实施例21。实验结果如下：

在该条件下若采用五步浸出则氯的脱除率为91.9％。

对比对照例1、实施例1、实施例11、实施例21、实施例22、对照例2，总体来看，渗滤液水解酸化液对氯元素的浸出效果显著高于水洗，分步浸出效果高于一步浸出。相对于对照例1来说，在达到相同脱氯效果的情况下，渗滤液原液五步浸出可节约50％左右的用水量，渗滤液水解酸化液五步浸出可节约70％左右的用水量。因为对于一步浸出，虽然能保证灰液比较高，但是因其与飞灰中的碱性物质反应，导致体系内的pH值较高，酸性环境不够强，因而对于不可溶性氯的浸出存在阻碍。通过实施例21、实施例21和对照例2的数据可知，从第二步浸出开始，浸出液中的氯含量较低，因此，从第二步开始及以后的浸出液可用作另一批次飞灰浸出的首次用水。

实施例23

考察渗滤液原液对焚烧飞灰中重金属的效果，浸出步骤同实施例1。实验结束后采用原子吸收分光光度计测定浸出液中Zn、Pb、Cu、Mn、As、Cr、Cd七种重金属的含量，得出该条件下，渗滤液原液对焚烧飞灰中总重金属的脱除量为123.7μg/g飞灰。

实施例24

考察渗滤液水解酸化液对焚烧飞灰中重金属的效果，浸出步骤同实施例1。实验结束后采用原子吸收分光光度计测定浸出液中Zn、Pb、Cu、Mn、As、Cr、Cd七种重金属的含量，得出该条件下，渗滤液水解酸化液对焚烧飞灰中总重金属的脱除量为501.1μg/g飞灰。

对照例3

考察纯水对焚烧飞灰中重金属的效果，浸出步骤同实施例1。实验结束后采用原子吸收分光光度计对测定浸出液中Zn、Pb、Cu、Mn、As、Cr、Cd七种重金属的含量，得出该条件下，纯水对焚烧飞灰中重金属的脱除量为103.5μg/g飞灰。

实施例25

考察焚烧飞灰对渗滤液原液中有机物等物质去除效果，浸出步骤同实施例1。浸出前和浸出后的液体均用0.45μm孔径的尼龙过滤膜过滤，检测其各项指标，检测结果如下：

实施例26

考察焚烧飞灰对渗滤液水解酸化液中有机物等物质的去除效果，浸出步骤同实施例1。浸出前和浸出后的液体均用0.45μm孔径的尼龙过滤膜过滤，检测其各项指标，检测结果如下：

Claims (4)

1.一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法，其特征在于：按以下步骤进行生物浸出：将干燥后的飞灰与渗滤液原液或其水解酸化液按灰液比为1:1 - 1:20（g/mL）的比例混合均匀，在温度为25-55℃，转速为120-200 rpm的条件下，恒温振荡30-180 min后离心分离，获得脱除氯和重金属后的飞灰；

所述浸出方式为一次序批式浸出或多次序批式浸出；采用多次序批式浸出时，浸出次数为2-5次时，第2-5次的浸出液可作为另一批次飞灰浸出的首次用液；

所述渗滤液原液的pH值为 4.9-7.5，TOC值为2000-30000 mg/L，COD值为10000-70000mg/L，氨氮值为1000-7400 mg/L，硝氮值为 50-200 mg/L，亚硝氮值为 0-300 mg/L；

所述渗滤液原液的水解酸化液的制取条件包括：每日在活性污泥中加入渗滤液原液，使污泥的COD负荷为2-30 g COD/(L∙d)，在温度为30-40℃，微氧条件下发酵7-12天；

所述渗滤液原液总有机酸浓度为2-10 g/L，所述渗滤液原液的水解酸化液总有机酸浓度为20-70 g/L；

所述方法相对于飞灰传统的水洗工艺而言，在达到与纯水相同脱氯效果的情况下，采用渗滤液原液浸出可节约50%左右的用水量，采用渗滤液原液的水解酸化液浸出可节约70%左右的用水量。

2.根据权利要求1所述的一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法，其特征在于：所述飞灰为城市生活垃圾焚烧处置过程中烟气净化系统的捕集物。

3.根据权利要求1所述的一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法，其特征在于：所述飞灰为采用机械炉排炉焚烧生活垃圾时产生的烟气，经过Ca(OH)₂处理后通过袋式除尘器收集所得的飞灰。

4.根据权利要求1所述的一种渗滤液与焚烧飞灰协同处置的方法，其特征在于：所述渗滤液为城市生活垃圾焚烧处置前堆放5-7天时产生的渗滤液原液，或者是渗滤液原液的水解酸化液。