CN110064643A - 焚烧飞灰的处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焚烧飞灰的处理系统及处理方法。焚烧飞灰的处理系统包括依次连接的储存供给部、预处理部、除杂净化部以及后处理部；预处理部包括反应液供给装置、电场处理装置以及第一固液分离装置，反应液供给装置与储存供给部分别连接在电场处理装置的上游，第一固液分离装置连接在电场处理装置的下游；除杂净化部包括依次连接在第一固液分离装置下游的富集沉淀池和第二固液分离装置；后处理部包括蒸发结晶装置，蒸发结晶装置连接在第二固液分离装置的下游。本发明能将焚烧飞灰中的重金属分离回收，将焚烧飞灰的浸出液进行蒸发结得到工业级氯盐，简化了现有技术中对于焚烧飞灰处理的工艺复杂性。

Description

焚烧飞灰的处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及危险固体废物无害化处理领域，特别是涉及一种焚烧飞灰的处理系统及处理方法。

背景技术

随着中国经济的迅猛发展，中国的城市化水平不断提高，但由于其粗放的经济增长模式产生了大量的城市生活垃圾。据报道，中国的城市生活垃圾总量以每年8～10％的速度增长,预估2030年垃圾总量将增加到的4.8亿吨。“垃圾围城”现象已逐渐成为制约城市进一步发展的瓶颈。

垃圾焚烧可实现生活垃圾的减量化、无害化和能源化利用，是一种重要的垃圾处理方法。但垃圾焚烧将产生占垃圾焚烧量3～20％的飞灰，由于垃圾组成成分的复杂性造成了飞灰组分的复杂性且更具毒性。飞灰中含有高浓度的可溶性盐类，若处置不当可能造成水污染；同时，飞灰富含高浸出浓度的重金属，如Pb、Hg、Cd等，比土壤中高出100倍，还会吸附在焚烧过程中产生的高毒性当量的二噁英等持久性有机污染物，被列入《国家危险废物名录》(HW18)。因此，必须对飞灰其进行固化/稳定化处理，处理后的产物方可进行填埋和资源化利用。

目前，城市垃圾焚烧飞灰重金属无害化处置技术主要以“介质固化/化学稳定化/高温稳定化+填埋/安全填埋”为主。“介质固化”主要包括：水泥固化、沥青固化、石灰固化、热塑性材料包容等；化学稳定剂主要包括：磷酸盐、亚铁盐、螯合剂等；高温稳定化主要分为熔融法和烧结法。这些无害化处理就是将飞灰中有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。

介质固化是目前国际上最常用的危险废物固化技术，但处理后的固化体增容较大，重金属稳定效果仍需长时间验证，易受酸介质侵蚀。化学稳定化具有增容增量小或不增容，重金属稳定性高且不受生物活动影响等优点，但化学药剂普及率低，容易造成二次污染。高温稳定化具有高的减容率、重金属浸出率低、能分解有害物质等优点，但是用这种高温处理需要消耗大量的能源，同时还需后续烟气处理，成本较高。

我国生活垃圾焚烧飞灰未来无害化处理的趋势是实现飞灰中污染物低成本去除、有用资源高效回收利用以及重金属固化长期稳定的目标。现有的焚烧飞灰处理技术很难兼顾处理效果与成本。因此，亟需开发一种工艺简单、成本低、能有效对飞灰中可溶性氯盐和重金属脱除的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种焚烧飞灰的处理系统及处理方法以解决现有技术中对于垃圾焚烧飞灰中的处理工艺复杂、处理效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种焚烧飞灰的处理系统及处理方法。焚烧飞灰的处理系统包括依次连接的储存供给部、预处理部、除杂净化部以及后处理部；所述预处理部包括反应液供给装置、电场处理装置以及第一固液分离装置，所述反应液供给装置与所述储存供给部分别连接在所述电场处理装置的上游，所述第一固液分离装置连接在所述电场处理装置的下游；所述除杂净化部包括依次连接在所述第一固液分离装置下游的富集沉淀池和第二固液分离装置；所述后处理部包括蒸发结晶装置，所述蒸发结晶装置连接在所述第二固液分离装置的下游。

进一步地，所述储存供给部包括料仓及称重进料装置，所述称重进料装置设置在所述料仓的出料口并与所述电场处理装置连通。

进一步地，所述反应液供给装置包括反应液储罐以及反应液检测件，所述反应液检测件连接在所述反应液储罐的出液口，所述反应液储罐与所述电场处理装置通过反应液管路连通。

进一步地，所述电场处理装置包括阴阳电极，所述阴阳电极与直流电源导通，在所述电场处理装置底端还设置有搅拌装置。

进一步地，所述蒸发结晶装置包括依次连接的蒸发浓缩器、气液分离器以及结晶罐，所述蒸发浓缩器连接在所述第一固液分离装置的下游。

进一步地，所述蒸发结晶装置还包括液化加热器，所述液化加热器连接在所述蒸发浓缩器和所述气液分离器之间。

进一步地，所述富集沉淀池连接在所述第一固液分离装置的下游，所述第二固液分离装置连接在所述富集沉淀池以及所述蒸发浓缩器之间。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种焚烧飞灰的处理方法，所述处理方法使用如前任一项所述的焚烧飞灰的处理系统，所述处理方法包括如下步骤：S1、通过所述储存供给部向所述电场处理装置通入飞灰；S2、打开所述反应液供给装置将反应液通入所述电场处理装置；S3、将经所述电场处理装置处理过后的所述飞灰通入所述第一固液分离装置以将滤渣排出并将飞灰浸出液通入所述蒸发结晶装置；S4、所述蒸发结晶装置将所述飞灰浸出液蒸发浓缩、冷却结晶后回收。

进一步地，所述焚烧飞灰的处理系统还包括除杂净化部，在所述步骤S3中还包括如下步骤：将所述飞灰浸出液通入所述除杂净化部，所述除杂净化部对所述飞灰浸出液进行除杂净化，经所述除杂净化部处理后的所述飞灰浸出液通入所述蒸发结晶装置。

(三)有益效果

本发明提供的焚烧飞灰的处理系统通过设置依次连接的反应液供给装置、电场处理装置、第一固液分离装置以及蒸发结晶装置，并将反应液供给装置设置在电场处理装置的上游、将蒸发结晶装置设置在第二固液分离装置的下游，能够将焚烧飞灰中的重金属分离并回收，将焚烧飞灰的浸出液进行蒸发结晶能够进一步地将浸出液中的重金属分离并对浸出液完成介质固化。大大简化了现有技术中对于焚烧飞灰处理的工艺复杂性。此外，通过加入相应质量或组分的反应液就能够实现针对不同质量、组分的焚烧飞灰的处理，大大提高了对于焚烧飞灰的处理效率。此外，该焚烧飞灰的处理系统还具有结构简单、处理成本低廉等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的焚烧飞灰的处理系统的示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的储存供给部的示意性结构图；

图3为本发明实施例提供的预处理部的示意性结构图；

图4为本发明实施例提供的除杂净化部以及后处理部的示意性结构图。

附图标号说明：

1、电场处理装置；2、第一固液分离装置；3、料仓；4、反应液储罐；5、反应液检测件；6、直流电源；7、搅拌装置；8、蒸发浓缩器；9、气液分离器；10、结晶罐；11、液化加热器；12、富集沉淀池；13、第二固液分离装置；14、飞灰称量设备；15、飞灰进料设备；16、回转下料器；17、收集装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如表1所示，表1为北京市某垃圾焚烧发电厂飞灰基本组分(wt.％)：

表1

如表2所示，表2为北京市某垃圾焚烧发电厂焚烧飞灰重金属含量(mg/kg)

表2

注：“—”标准中未规定

由表1可知，北京市某垃圾焚烧发电厂焚烧飞灰含有约18.07wt.％的Cl，7.45wt.％的碱(Na₂O、K₂O)，并且焚烧飞灰中存在很高浓度的重金属，其种类及浓度被列在了表2。结果表明，焚烧飞灰中重金属浓度排行为：Ca>Mg>Zn>Ba>Pb>Cu>As>Cd>Cr>Ni。其中Zn、Pb、Cu、Cd、As的浓度分别为6019mg/kg、1243mg/kg、915mg/kg、149mg/kg、169mg/kg，分别超过了《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)规定阈值的2909.50％、1453.75％、510.00％、49566.67％、463.33％。高氯、重金属含量不仅会影响后续固化/稳定化效果，还会限制制成产品的使用范围，影响产品的质量。因此，飞灰中的可溶性氯盐、部分可溶性重金属及碱金属盐类是飞灰无害化处置及资源化利用过程中主要限制因素。

结合参见图1至图4，焚烧飞灰的处理系统包括依次连接的储存供给部、预处理部、除杂净化部以及后处理部；预处理部包括反应液供给装置、电场处理装置1以及第一固液分离装置2，反应液供给装置与储存供给部分别连接在电场处理装置1的上游，第一固液分离装置2连接在电场处理装置1的下游；除杂净化部包括依次连接在第一固液分离装置2下游的富集沉淀池12和第二固液分离装置13；后处理部包括蒸发结晶装置，蒸发结晶装置连接在第二固液分离装置13的下游。

本发明提供的焚烧飞灰的处理系统通过设置依次连接的反应液供给装置、电场处理装置1、富集沉淀池12、第二固液分离装置13以及蒸发结晶装置，并将反应液供给装置设置在电场处理装置1的上游、将蒸发结晶装置设置在第二固液分离装置13的下游，能够将焚烧飞灰中的重金属分离并回收，将焚烧飞灰的浸出液进行蒸发结晶得到工业加氯盐。大大简化了现有技术中对于焚烧飞灰处理的工艺复杂性。此外，通过加入相应质量或组分的反应液就能够实现针对不同质量、组分的焚烧飞灰的处理，大大提高了对于焚烧飞灰的处理效率。此外，该焚烧飞灰的处理系统还具有结构简单、处理成本低廉等优点。

具体来说，参见图2，储存供给部用以向预处理部供给焚烧飞灰，在本实施例中，储存供给部包括料仓3及称重进料装置。其中，料仓3用以储存回收的焚烧飞灰，在料仓3的下方安装有回转下料器16，通过回转下料器16能够将料仓3中的焚烧飞灰按照预设量卸出。

称重进料装置包括有飞灰称量设备14和飞灰进料设备15，飞灰称量设备14用以对回转下料器16卸出的焚烧飞灰进行称重，以实现对焚烧飞灰进给量的精准控制。其中，飞灰称量设备14设置在料仓3的出料口位置处，飞灰进料设备15设置在飞灰称量设备14的下方，用以将经过称重的焚烧飞灰供给到预处理部中，飞灰进料设备15可以是皮带等设备。

当然，也可将飞灰称量设备14与飞灰进料设备15整合成一个部件，例如皮带秤等。此外，还可在料仓3中设置多层滤网等结构，以对焚烧飞灰进行初筛。还可在料仓3上设置振打电机等以防止焚烧飞灰粘结在料仓3的内壁上。

预处理部用以对焚烧飞灰进行初步的处理，本实施例中，预处理部包括反应液供给装置、电场处理装置1以及第一固液分离装置2，反应液供给装置与飞灰进料设备15分别连接在电场处理装置1的上游，第一固液分离装置2连接在电场处理装置1的下游。

如图1、图2和图3所示，反应液供给装置包括反应液储罐4以及反应液检测件5，反应液检测件5连接在反应液储罐4的出液口，反应液储罐4与电场处理装置1通过反应液管路连通。

反应液供给装置用以向电场处理装置1中通入反应液，使得反应液与焚烧飞灰中的重金属反应生成相应的金属沉淀物。通过设置反应液检测件5可以实时检测反应液的PH值等参数，可以保证操作人员及时、准确地调整反应液的相关组分配比。此外，反应液供给装置还可包括有换热器，以保证反应液中相关组分的温度处于合适的温度阈值内。

在本实施例中，电场处理装置1包括阴阳电极，阴阴阳电极与直流电源6导通，在电场处理装置1与第一固液分离装置2之间还设置有搅拌装置7。

阴阳极板可以使用不锈钢、石墨、铱钌锡涂层电极等，将阴阳极板与直流电源6导通可以保证在电场处理装置1中产生相应的直流电场环境，以进一步地强化焚烧飞灰中重金属的脱除。在电场处理装置1与第一固液分离装置2之间设置的搅拌装置7可以提高焚烧飞灰中重金属的脱除效果。

第一固液分离装置2用以将经过电场处理装置1处理过后的焚烧飞灰中的重金属沉淀物及经过反应生成的飞灰浸出液相互分离。其中，重金属沉淀物可通过皮带机等部件传送到收集装置17中，避免对环境的二次污染。

在优选地实施方式中，蒸发结晶装置包括依次连接的蒸发浓缩器8、液化加热器11、气液分离器9以及结晶罐10，蒸发浓缩器8连接在第二固液分离装置13的下游。

蒸发浓缩器8可以起到将含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽的作用，这样一来，可以将飞灰浸出液中的金属沉淀物进一步地析出。

液化加热器11用以将冷凝成液态的飞灰浸出液加热使其汽化，这样一来，相对于液态状态下的焚烧飞灰，气态状态下的焚烧飞灰可以更容易地从中将金属沉淀物析出。此外，液化加热器11的余热还可以导回到反应液供给装置中的换热器中，进一步地减少热源的投入成本。

气液分离器9用以实现用于气液分离，还可以起到气体除尘、油水分离及液体脱除杂质等作用。

结晶罐10用以将液态或气态状态下的飞灰浸出液中的杂质以晶体的状态析出并回收。

焚烧飞灰的处理系统还包括除杂净化部，除杂净化部包括依次连接的富集沉淀池12和第二固液分离装置13，富集沉淀池12连接在第一固液分离装置2的下游，第二固液分离装置13连接在富集沉淀池12以及蒸发浓缩器8之间。

如图1和图4所示，除杂净化部中的富集沉淀池12以及第二固液分离装置13用于去除飞灰浸出液中的重金属离子。本实施例中的除杂净化部是起到连接预处理部与后处理部的过渡连接净化的作用。

实施例二

本发明实施例二还提供一种焚烧飞灰的处理方法，处理方法使用如实施例一中的焚烧飞灰的处理系统，处理方法包括如下步骤：

S1、通过储存供给部向电场处理装置1通入飞灰；

在该步骤中，打开回转下料器16，焚烧飞灰从料仓3进入飞灰称量设备14，准确称取1000重量份的焚烧飞灰，通过飞灰给料设备向预处理系统准确输送焚烧飞灰。

S2、打开反应液供给装置将反应液通入电场处理装置1；

在该步骤中，焚烧飞灰通过开设在电场处理装置1上的进灰口进入电场处理装置1中，反应液供给装置通过管道向电场处理装置1中的反应釜中注入配制好的重金属螯合药剂100重量份；同时，打开搅拌装置7和直流电源6向整个反应体系提供电场环境10～40mA/cm²，搅拌反应2～8h。

S3、将经电场处理装置1处理过后的飞灰通入第一固液分离装置2以将滤渣排出；

在该步骤中，反应完成后的焚烧飞灰成为飞灰浸出液，继而通过管路导入到第一固液分离装置2中进行固液分离。其中，飞灰浸出液继续流向除杂净化部，滤渣进入收集装置17，可进行安全填埋或后续建材等方面资源化利用。

进一步地，在该步骤之后，还包括如下步骤：将飞灰浸出液通入除杂净化部，除杂净化部对飞灰浸出液进行除杂净化，经除杂净化部处理后的飞灰浸出液通入蒸发结晶装置；

在这一步骤中，飞灰浸出液进入富集沉淀池12，通过添加碱性药剂(例如CaO、MgO、NaOH等)控制pH值，分步去除飞灰浸出液中的重金属，并进入第二固液分离装置13进行二次的固液分离。其中，飞灰浸出液继续流向后处理部，滤渣进入收集装置17。

S4、蒸发结晶装置将飞灰浸出液蒸发浓缩、冷却结晶后回收。

在该步骤中，经过除杂净化后的滤液依次通入蒸发浓缩器8、液化加热器11、气液分离器9以及结晶罐10中，经过蒸发浓缩、冷却结晶，得到工业级NaCl、KCl等产品。

本发明实施例二提供的焚烧飞灰处理方法，通过在焚烧飞灰处理系统中引入电场强化手段并添加相应辅助剂能有效强化脱除焚烧飞灰中重金属与可溶性氯盐。通过预处理部、除杂净化部以及后处理部的相互配合可对飞灰浸出液进行净化除杂、蒸发结晶，资源化得到工业级NaCl、KCl产品。处理后的飞灰符合环境安全标准《生活垃圾填埋场污染物控制标准(GB16889-2008)》可进入安全填埋场填埋，与建材化等方面的资源化利用。

经过上述处理方法处理过的焚烧飞灰做毒性浸出实验，测得浸出液中重金属浓度未超过《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》(GB5083.3—2007)规定阈值，尚未达到中国国家规定的危险废物鉴别标准，也未超过《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的阈值。说明本发明实现了对电解锰渣的无害化处理，消除了电解锰渣中的重金属对后续资源化利用的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种焚烧飞灰的处理系统，其特征在于，包括依次连接的储存供给部、预处理部、除杂净化部以及后处理部；

所述预处理部包括反应液供给装置、电场处理装置(1)以及第一固液分离装置(2)，所述反应液供给装置与所述储存供给部分别连接在所述电场处理装置(1)的上游，所述第一固液分离装置(2)连接在所述电场处理装置(1)的下游；

所述除杂净化部包括依次连接在所述第一固液分离装置(2)下游的富集沉淀池(12)和第二固液分离装置(13)；

所述后处理部包括蒸发结晶装置，所述蒸发结晶装置连接在所述第二固液分离装置(13)的下游。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述储存供给部包括料仓(3)及称重进料装置，所述称重进料装置设置在所述料仓(3)的出料口并与所述电场处理装置(1)连通。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述反应液供给装置包括反应液储罐(4)以及反应液检测件(5)，所述反应液检测件(5)连接在所述反应液储罐(4)的出液口，所述反应液储罐(4)与所述电场处理装置(1)通过反应液管路连通。

4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述电场处理装置(1)包括阴阳电极，所述阴阳电极与直流电源(6)导通，在所述电场处理装置(1)底端还设置有搅拌装置(7)。

5.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述蒸发结晶装置包括依次连接的蒸发浓缩器(8)、气液分离器(9)以及结晶罐(10)，所述蒸发浓缩器(8)连接在所述第一固液分离装置(2)的下游。

6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述蒸发结晶装置还包括液化加热器(11)，所述液化加热器(11)连接在所述蒸发浓缩器(8)和所述气液分离器(9)之间。

7.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述富集沉淀池(12)连接在所述第一固液分离装置(2)的下游，所述第二固液分离装置(13)连接在所述富集沉淀池(12)以及所述蒸发浓缩器(8)之间。

8.一种焚烧飞灰的处理方法，其特征在于，所述处理方法使用如权利要求1-7中任一项所述的焚烧飞灰的处理系统，所述处理方法包括如下步骤：

S1、通过所述储存供给部向所述电场处理装置(1)通入飞灰；

S2、打开所述反应液供给装置将反应液通入所述电场处理装置(1)；

S3、将经所述电场处理装置(1)处理过后的所述飞灰通入所述第一固液分离装置(2)以将滤渣排出并将飞灰浸出液通入所述蒸发结晶装置；

S4、所述蒸发结晶装置将所述飞灰浸出液蒸发浓缩、冷却结晶后回收。

9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述焚烧飞灰的处理系统还包括除杂净化部，在所述步骤S3中还包括如下步骤：将所述飞灰浸出液通入所述除杂净化部，所述除杂净化部对所述飞灰浸出液进行除杂净化，经所述除杂净化部处理后的所述飞灰浸出液通入所述蒸发结晶装置。