CN110357578A - 利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶粒窑 - Google Patents

利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶粒窑 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶粒窑。所述陶粒窑包括烘干窑和煅烧回转窑，该方法包括：配制陶粒原料，其中包含固体废弃物；陶粒烘干和煅烧，产生的烟气沿烘干窑‑煅烧回转窑‑烘干窑循环流动；陶粒降温，冷却排出；烟气尾气处置；固体废弃物包括飞灰或有机类固废的至少一种；飞灰选自生活垃圾、工业废物或医疗废物中至少一种的焚烧灰；有机类固废选自污染土、含油污泥、化工厂污水处理后污泥、医疗固废或工业废渣的至少一种。该方法解决的技术问题是将飞灰和有机类固废作为陶粒原料，在陶粒制造过程中将飞灰和有机类固废消纳，既解决了飞灰和有机类固废引起的污染隐患，又解决了陶粒原料限制导致的成本问题。

Description

利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶 粒窑
技术领域
本发明属于固体废弃物的资源化利用领域和环境保护领域，尤其涉及一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶粒窑。
背景技术
土地资源和水源是人类赖以生存的物质基础，是维护生态环境的重要组成部分。随着工农商医产业的发展和城镇化进程的加快，飞灰和有机类固废产生量逐年递增，如果不将其合理处理处置或利用，无疑将引起污染隐患。飞灰和有机类固废均为列入国家危废名录的危险废物。它们采用传统的堆存填埋等处置方式不能从根本上得到解决。近年来，新型处置方式涌现，如，化学、物理、生物或其复合方式提取、固化稳定化、高温熔融等。但各技术均存在一定的局限性，存在PCDD/Fs、POPs等残留，重金属在最终产品中过度富集，且在处置过程中还存在HCl、SO2、NOx、CO2等酸性气体排放以及废酸、废盐、废水的二次污染问题。
陶粒是原料经造粒、高温焙烧、膨胀形成蜂窝状结构，具有好的强度及硬度的一种人造陶质多孔轻集料，可广泛用于建材、园林、水处理等行业。陶粒的主要原料有粘土、页岩、粉煤灰等，但随着粘土、页岩资源的限制使用，传统原料配比使得陶粒生产成本居高不下。因此，陶粒生产企业纷纷充分利用国家利废优惠政策，消纳固废，降低生产成本。
如果能够将飞灰和有机类固废用于替代部分陶粒生产的原料，通过陶粒加工过程的控制将其中的有害成分消纳，则既解决了飞灰和有机类固废引起的污染隐患，同时又解决了陶粒原料限制导致的成本问题，则生态效益、社会效益和经济效益兼得，发展前景可期。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶粒窑，所要解决的技术问题是将飞灰和有机类固废作为陶粒的原料，在陶粒的制造过程中将飞灰和有机类固废消纳，一方面解决了飞灰和有机类固废引起的污染隐患，同时又解决了陶粒原料限制导致的成本问题，具有良好的生态效益、社会效益和经济效益兼得，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，所述的陶粒窑包括烘干窑和煅烧回转窑，其包括以下步骤：
1)配制陶粒原料并造粒，其中，所述的原料中包含固体废弃物；
2)陶粒烘干和煅烧，其中，产生的烟气沿烘干窑-煅烧回转窑-烘干窑循环流动；
3)陶粒降温，冷却排出；
4)烟气尾气处置。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的固体废弃物包括飞灰或有机类固废的至少一种；所述的飞灰选自生活垃圾、工业废物或医疗废物中至少一种的焚烧灰；所述的有机类固废选自污染土、含油污泥、化工厂污水处理后污泥、医疗固废或工业废渣的至少一种。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的陶粒原料还包括粘土质原料和辅助原料；所述的粘土质原料选自页岩、黄土、粘土、粉砂岩、河泥、泥灰岩等的一种或多种；所述的辅助原料选自硫铁渣、铁尾矿、碳化硅、活性炭、四氧化三铁、高岭石、环氧树脂、萤石、硼砂、氟化钙、活性氧化铝、活性氧化铁、碳酸钾、碳酸钠、硅酸钠或二氧化钛的至少一种；以氧化物的质量百分含量计，所述的原料包括以下组分：
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的烘干窑和焙烧回转窑之间设置有物料连接通道和烟气回流通道，其中，所述的烘干窑、物料连接通道、焙烧回转窑和烟气回流通道依次连接形成烟气循环系统；处置过程中产生的烟气在所述的烟气循环系统内多次循环复烧。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的陶粒降温包括预降温过程，所述的预降温过程的降温速度为200～400℃/h。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的陶粒窑还包括烟气处置系统；所述的烟气处置系统包括依次串联设置的选择性催化还原装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置和除尘装置；所述的选择性催化还原装置中装有高活性催化剂以脱除烟气中的NOx；所述的臭氧+蓄热氧化装置在500～1050℃下，将烟气中的有机组分强氧化为CO2，H2O或HCl；所述的脱酸装置含有固含量2～30wt％的碱性溶液，通过化学反应将强氧化生成的酸性气体吸收；所述的除尘装置联合采用多孔材料烟气喷射和布袋捕集。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的高活性催化剂是在V2O5-WO3/TiO2催化剂上负载活性组分；所述的活性组分选自Pd、Pt、双金属络合物或稀土金属中的至少一种。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的碱性溶液选自电石渣、石灰浆、Ca(OH)2溶液或Mg(OH)2溶液的至少一种。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的多孔材料选自镁铝水滑石材料、多孔γ-Al2O3或活性氮化硼中的至少一种。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种处置固体废弃物的陶粒窑其包括：
烟气循环系统，所述的烘干窑和焙烧回转窑之间设置有物料连接通道和烟气回流通道，其中，所述的烘干窑、物料连接通道、焙烧回转窑和烟气回流通道依次连接形成烟气循环系统；处置过程中产生的烟气在所述的烟气循环系统内多次循环复烧；
烟气处置系统，其包括依次串联设置的选择性催化还原装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置和除尘装置；所述的选择性催化还原装置中装有高活性催化剂以脱除烟气中的NOx；所述的臭氧+蓄热氧化装置在500～1050℃下，将烟气中的有机组分强氧化为CO2，H2O或HCl；所述的脱酸装置含有固含量2～30wt％的碱性溶液，通过化学反应将强氧化生成的酸性气体吸收；所述的除尘装置联合采用多孔材料烟气喷射和布袋捕集。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的处置固体废弃物的陶粒窑，其中所述的烘干窑包括前窑体和后窑体；所述的前窑体的内表面采用轻质高温耐火材料制成；所述的后窑体的内表面和焙烧回转窑的内表面采用三层夹心式新型耐火材料制成；所述的三层夹心式新型耐火材料由窑体壁起，由底层至表层依次包括耐火砖、支撑材料和轻质高温耐火材料。
借由上述技术方案，本发明提出的一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶粒窑至少具有下列优点：
1、本发明提出的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，将飞灰和有机类固废用于配制陶粒的原料中，通过陶粒生产工艺进行协同处置，制成烧结陶粒，同时实现利用高温固相反应和气体处置工艺实现PCDD/Fs、POPs的近零排放和重金属的挥发再富集填埋处置，实现固体处置和再利用双重目的；同时，所述的方法进一步扩宽了陶粒制备原料可用范围，促进循环经济发展，克服了因为陶粒原料限制导致的成本高的缺陷；
2、本发明提出的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，在陶粒干燥和煅烧过程中，通过烟气在窑体内多次循环流动，同时利用焙烧回转窑过来的烟气余热、焙烧回转窑窑头罩内的余热作为烘干窑部分能量来源，以及利用烘干窑出来的烟气余热作为焙烧回转窑部分能量来源，从而实现了对陶粒窑的余热能量多级利用，节源能源；
3、本发明提出的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，通过烟气多次循环使得烟气中的污染物能够在窑体内复烧，使PCDD/Fs、POPs类物质在高温焙烧过程得到充分地焚毁，且通过陶粒的高温固相反应，将重金属等固化在硅氧化物、硅铝化物熔融键所形成的晶格中，从而实现PCDD/Fs、POPs的近零排放以及减少了陶粒中潜在的重金属危机；
4、本发明提出的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，通过设置由选择性催化还原装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置和除尘装置依次串联的烟气处置系统，烟气中的NOx是主要通过高活性催化剂还原进行分解，5％未分解的NOx通过后端氧化和吸收装置实现100％处理；NOx会在强氧化装置中氧化成NO3 -，这个酸根可在脱酸装置中的碱性物质生成易溶于水的盐；PCDD/Fs、POPs类物质通过先抑制、后强氧化分解、最后催化分解而实现；通过辅助原料中活性元素和磁性元素，在陶粒烧制过程中使氯元素以盐酸的形式存在或形成前体物，抑制二恶英的生成；通过臭氧+蓄热氧化装置将PCDD/Fs、POPs氧化成CO2、H2O、HCl；SO2、CO2、通过先强氧化、后化学吸收实现；强氧化是通过臭氧+蓄热氧化装置将烟气中的SO2、CO2先分别氧化为SO4 2-和CO3 2-，这些酸根可在脱酸装置中的碱性物质发生沉淀反应，形成硫酸钙、硫酸镁、碳酸钙、碳酸镁沉淀；HCl是通过化学吸收而实现；可在脱酸装置中的碱性物质生成易溶于水的；重金属与Cl自由基形成易挥发的氯盐，然后通过多孔材料表面吸附和布袋收尘器进行捕集；本发明利用陶粒窑协同处置飞灰和有机类固废，可使PCDD/Fs、POPs近零排放和重金属挥发、富集、填埋处置，兼具实现多气体污染物减排；
5、本发明提出的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其在窑体内表面采用新型轻质耐火材料，减轻了窑体重量，并增强了保温的效果，从而减少了陶粒煅烧时的能源消耗，节约能源；
6、本发明提出的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，通过陶粒生产与飞灰和有机类固废处理的同时进行，将飞灰和有机类固废、固废转变为有经济价值的建筑材料提供一种新的控制思路和技术方法；且本发明工艺过程简单、环保节能，既缓解了环境问题，也制备了性能优异的建材产品，具有良好的经济、社会和生态效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明提出的利用陶粒窑处置固体废弃物的工艺流程图。
其中，实线表示物流通道，虚线表示烟气通道。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法及处置固体废弃物的陶粒窑其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提出一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，如附图1所示，所述的陶粒窑包括烘干窑和煅烧回转窑，其包括以下步骤：
1)配制陶粒原料并造粒，其中，所述的原料中包含固体废弃物；
2)陶粒烘干和煅烧，其中，产生的烟气沿烘干窑-煅烧回转窑-烘干窑循环流动；
3)陶粒降温，冷却排出；
4)烟气尾气处置。
所述的固体废弃物为包含二噁英和重金属的固体废弃物。
本发明的技术方案是在陶粒窑中制造陶粒，通过对陶粒的原料和组分以及制造工艺条件的控制，使所制备的陶粒除了具有良好的综合性能，如，强度高等特点之外，同时，所述的工艺过程中几乎将原料固体废弃物中所包含的二噁英、重金属等有害物质全部消纳完毕。该工艺过程利用高温固相反应和气体处置工艺，实现了PCDD/Fs、POPs等有害物质的近零排放和重金属的先挥发再富集填埋处置，实现了固体废弃物的处置和再利用的双重目的。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的固体废弃物包括飞灰或有机类固废的至少一种；所述的飞灰选自生活垃圾、工业废物或医疗废物中至少一种的焚烧灰；所述的有机类固废选自污染土、含油污泥、化工厂污水处理后污泥、医疗固废或工业废渣的至少一种。
所述的飞灰包括生活垃圾、工业废物或医疗废物等固体废弃物在焚烧炉系统、热回收系统和净化系统等处收集下来的尘灰，其富含二噁英和重金属。
所述的有机类固废是指除绿色有机生物质固废(如畜禽粪便、木材工业的副产品等)以外，含有害物质对土壤、水体等生态环境有污染的有机固废，如污染土、含油污泥、化工厂污水处理后污泥、医疗固废、工业废渣等。
由于飞灰和有机类固废中的无机组分与陶粒原料所要求的成分相同，因此其在烘干和煅烧之后可以部分替代陶粒的原料，且所得到的陶粒的综合性能好，其强度高；同时，其中的有机类有害物质，如PCDD/Fs、POPs等，则可以通过陶粒的高温焙烧过程得到焚毁；其中的重金属则可以通过先晶格固封(通过陶粒高温固相反应中，将重金属等固化在硅氧化物、硅铝化物熔融键所形成的晶格中)、后高温挥发(重金属与Cl自由基形成易挥发的氯盐)、最后再通过除尘装置吸附捕集(通过多孔材料表面吸附和收尘器而实现)成二次飞灰，外排，将其安全填埋，从而实现固体废弃物中的有害物质被消纳，有用物质被二次利用。
上述的PCDD/Fs是指毒性极强的一类三环芳香族有机化合物，它由一个或两个氧原子连接2个被氯取代的苯环构成，分别为多氯代二苯并二噁英PCDD和多氯代二苯并呋喃PCDF。上述的POPs是英文Persistent OrganicPollutants的缩写，其中文名称为“持久性有机污染物”，是一类具有长期残留性、生物累积性、半挥发性和高毒性，并通过各种环境介质(大气、水、生物等)能够长距离迁移对人类健康和环境具有严重危害的天然的或人工合成的有机污染物。在陶粒高温煅烧过程中，通过辅助原料中的活性元素和磁性元素，固体废弃物原料中的有害物质PCDD/Fs、POPs中的氯元素以盐酸的形式存在或形成前体物，抑制二恶英的生成；然后再通过强氧化分解(通过臭氧+蓄热氧化装置将PCDD/Fs、POPs氧化成CO2、H2O、HCl)、最后催化分解而实现PCDD/Fs、POPs的去除。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的陶粒原料还包括粘土质原料和辅助原料；所述的粘土质原料选自页岩、黄土、粘土、粉砂岩、河泥、泥灰岩等的一种或多种；所述的辅助原料选自硫铁渣、铁尾矿、碳化硅、活性炭、四氧化三铁、高岭石、环氧树脂、萤石、硼砂、氟化钙、活性氧化铝、活性氧化铁、碳酸钾、碳酸钠、硅酸钠或二氧化钛的至少一种。
所述的粘土质原料是指为陶粒提供SiO2、A12O3、Fe2O3等成分的原料的总称。所述的辅助原料中的活性元素和磁性元素，在陶粒烧制过程中使氯元素以盐酸的形式存在或形成前体物，抑制二恶英的生成。所述的陶粒配料中，引入一定比例的SO3，旨在将有机类固废中的Cl自由基脱除出来，使其与重金属结合，形成易挥发的氯盐，此挥发性的重金属通过烟气处置系统中的多孔材料的表面吸附能力对其吸附，并使用布袋作为收尘器对其捕集，形成二次飞灰，外排，再将其安全填埋。
将粘土质原料、飞灰和有机类固废、辅助原料经预破碎，分别送入小料仓，料仓下设置螺旋计量装置或者调速皮带秤装置，按照陶粒原料配制参数计量物料量，而后统一输送至陶粒原料混合球磨装置内，通过球磨介质的冲击、挤压和研磨，实现物料充分混合，且细度为0.045mm的方孔筛过筛通过率大于95％，而后混合物料从球磨装置出口下落到输送带，送至陶粒坯造粒装置。在陶粒坯造粒装置内，混合物料经与喷雾装置出口的水混合，形成具有一定湿度的混合物料，其中，所述的湿度为5～45wt％；多次练泥，经由挤压辊的挤压成条状坯料，最后切割搓圆形成所需粒径的陶粒坯，陶粒坯的粒径一般为4mm～15mm；而后从陶粒坯造粒装置出口下落到皮带机送入筛分装置，合格陶粒坯的进入烘干窑，不合格的陶粒坯返回到原料破碎球磨流程。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的烘干窑和焙烧回转窑之间设置有物料连接通道和烟气回流通道，其中，所述的烘干窑、物料连接通道、焙烧回转窑和烟气回流通道依次连接形成烟气循环系统；处置过程中产生的烟气在所述的烟气循环系统内多次循环复烧。
经过干燥和预烧的陶粒坯通过所述的物料连接通道进入焙烧回转窑。
烘干窑产生的烟气通过所述的物料连接通道进入焙烧回转窑；焙烧回转窑产生的烟气通过所述的烟气回流通道进入烘干窑。
所述的焙烧回转窑还设置有窑头罩；由窑头罩收集的烟气通过所述的烟气回流通道进入烘干窑。
合格陶粒坯从烘干窑的入料口加入，焙烧回转窑回流的烟尘尾气和焙烧回转窑窑头罩内的余热烟气从烘干窑的入料口底部引入用于干燥和预烧陶粒料球，保持10min～240min。陶粒坯经过烘干窑干燥和预烧，沿物料连接通道进入带有斜度的焙烧回转窑进行煅烧，分别向焙烧回转窑中引入烘干窑出来的烟气和焙烧回转窑尾气，在900～1350℃下进行煅烧15～180min，随炉降温至850～950℃，保持10～120min，烧制完成的陶粒成品通过出口排出、冷却。
烘干窑利用焙烧回转窑过来的烟气余热、焙烧回转窑窑头罩内的余热作为烘干窑部分能量来源，同时利用烘干窑出来的烟气余热作为焙烧回转窑部分能量来源，这样通过烟气在烘干窑和焙烧回转窑内多次循环，一方面可以实现对陶粒窑的余热能量的多级利用，从而降低能耗，节约能源；另一方面，由于陶粒原料中包含大量的固体废弃物，且富含二噁英和重金属，本发明的技术方案通过将产生的烟气在窑体内多次循环复烧，从而增加了烟气中所含污染物的多次循环处理，有利于有机类组分的彻底焚毁，同时在复烧过程中将重金属固封在陶粒的晶格中。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的陶粒降温包括预降温过程，所述的预降温过程的降温速度为200～400℃/h。
经过煅烧制得陶粒之后，控制陶粒先缓慢降温，降温速度的控制旨在增加陶粒的高温反应时间，以提高有害物质的高温焚毁率，从而避免因急剧降温冷却使得系统中二次生成有害物质。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的陶粒窑还包括烟气处置系统；所述的烟气处置系统包括依次串联设置的选择性催化还原装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置和除尘装置；所述的选择性催化还原装置中装有高活性催化剂以脱除烟气中的NOx；所述的臭氧+蓄热氧化装置在500～1050℃下，将烟气中的有机组分强氧化为CO2，H2O或HCl；所述的脱酸装置含有固含量2～30wt％的碱性溶液，通过化学反应将强氧化生成的酸性气体吸收；所述的除尘装置联合采用多孔材料烟气喷射和布袋捕集。
经过上述的技术手段处理之后，陶粒窑产生的烟气可能还包括少量的挥发性重金属、SO2、CO2、NOx及其它酸性气体等，因此为了进一步减少废物的排放以及对环境的污染，本发明的技术方案针对消纳固废的陶粒制造过程中产生的烟气进一步设计了专用的烟气处理系统，将焙烧回转窑最终产生的烟气从引风机中排出后，依次进入装有高活性催化剂的选择性催化还原(SCR)装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置吸收后，最后进入除尘装置，该除尘装置收集二次飞灰，并按照安全填埋的要求进行处理后排放。
由引风机排出的烟气中的NOx是主要通过还原进行分解，5％未分解的NOx通过后端氧化和吸收装置实现100％处理；NOx会在强氧化装置中氧化成NO3 -，这个酸根可在脱酸装置中的碱性物质生成易溶于水的盐。SO2、CO2是通过先强氧化、后化学吸收实现；强氧化是通过臭氧+蓄热氧化装置将烟气中的SO2、CO2先分别氧化为SO4 2-和CO3 2-，这些酸根可在脱酸装置中的碱性物质发生沉淀反应，形成硫酸钙、硫酸镁、碳酸钙、碳酸镁沉淀。HCl是通过化学吸收而实现；可在脱酸装置中的碱性物质生成易溶于水的盐。所述的脱酸装置产生的含盐水通过管道通入蒸发结晶器进行分盐。通过陶粒高温固相反应将部分重金属等固化在硅氧化物、硅铝化物熔融键所形成的晶格中，部分重金属与Cl自由基形成易挥发的氯盐，此挥发性的重金属通过上述的除尘装置中多孔材料的表面吸附能力对其吸附，并使用布袋作为收尘器对其捕集，形成二次飞灰，外排，再将其安全填埋。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的高活性催化剂是在V2O5-WO3/TiO2催化剂上负载活性组分；所述的活性组分选自Pd、Pt、双金属络合物或稀土金属中的至少一种。
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的碱性溶液选自电石渣、石灰浆、Ca(OH)2溶液或Mg(OH)2溶液的至少一种
优选的，前述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其中所述的多孔材料选自镁铝水滑石材料、多孔γ-Al2O3或活性氮化硼中的至少一种。
飞灰和有机类固废等固体废弃物中的PCDD/Fs、POPs等有机类污染物通过先抑制、后强氧化分解、最后催化分解的方式被消纳；抑制是通过辅助原料中的活性元素和磁性元素，在陶粒烧制过程中使氯元素以盐酸的形式存在或形成前体物，抑制二恶英的生成；强氧化分解是通过臭氧+蓄热氧化装置将PCDD/Fs、POPs氧化成CO2、H2O、HCl。
飞灰和有机类固废等固体废弃物中的重金属是通过先晶格固封、后高温挥发、最后吸附捕集成二次灰外排的方式被消纳；晶格固封是通过陶粒高温固相反应中，重金属等固化在硅氧化物、硅铝化物熔融键连形成的晶格中，高温挥发是重金属与Cl自由基形成易挥发的氯盐，吸附捕集是通过多孔材料表面吸附和收尘器而实现。
通过上述的技术方案处理之后，飞灰和有机类固废等固体废弃物中的PCDD/Fs、POPs等有机类污染物几乎近零排放，且重金属被富集并外排，HCl、SO2、CO2、NOx等酸性气体也被减排。
本发明针对飞灰和有机类固废，采用固废处理、陶粒生产与危害组分富集削减的组合方式，减少固废对环境的危害，达到多种有机污染物同时处理的目的，生产出具有一定经济价值的陶粒产品，符合国家“无废城市”的管理理念。
本发明还提出一种处置固体废弃物的陶粒窑，包括烘干窑和煅烧回转窑，其包括：
烟气循环系统，所述的烘干窑和焙烧回转窑之间设置有物料连接通道和烟气回流通道，其中，所述的烘干窑、物料连接通道、焙烧回转窑和烟气回流通道依次连接形成烟气循环系统；处置过程中产生的烟气在所述的烟气循环系统内多次循环复烧；
烟气处置系统，其包括依次串联设置的选择性催化还原装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置和除尘装置；所述的选择性催化还原装置中装有高活性催化剂以脱除烟气中的NOx；所述的臭氧+蓄热氧化装置在500～1050℃下，将烟气中的有机组分强氧化为CO2，H2O或HCl；所述的脱酸装置含有固含量2～30wt％的碱性溶液，通过化学反应将强氧化生成的酸性气体吸收；所述的除尘装置联合采用多孔材料烟气喷射和布袋捕集。
优选的，前述的处置固体废弃物的陶粒窑，其中所述的烘干窑包括前窑体和后窑体；所述的前窑体的内表面采用轻质高温耐火材料制成；所述的后窑体的内表面和焙烧回转窑的内表面采用三层夹心式新型耐火材料制成；所述的三层夹心式新型耐火材料由窑体壁起，由底层至表层依次包括耐火砖、支撑材料和轻质高温耐火材料。
陶粒窑一般都是大而沉的卧式窑体。本发明的烘干窑和焙烧回转窑的窑体的内表面采用新型轻质耐火材料，一方面可以减轻窑体的重量，另一方面可以增强窑体的保温效果，从而进一步降低能耗，节约能源。
下面通过具体的实施例做进一步的说明：
其中所用的检测方法均为本领域常规的检测方法。
实施例1
将页岩60％、垃圾焚烧飞灰30％、辅助原料10％，经预破碎，分别送入小料仓，料仓下设置螺旋计量装置，按照陶粒原料配制参数SiO2 53wt％，Al2O3 20wt％，Fe2O3 5wt％，CaO3wt％，MgO 1wt％，Na2O+K2O 2wt％，SO3 0.5％进行配料参数计量物料量，而后统一输送至陶粒原料混合球磨装置内，通过球磨介质的冲击、挤压和研磨，实现物料充分混合且细度为0.045mm方孔筛过筛通过率大于95％，而后混合物料从球磨装置出口下落到输送带，送至陶粒坯造粒装置。在陶粒坯造粒装置内，混合物料经与喷雾装置出口的水混合，形成具有含水量30wt％的混合物料，多次练泥，经由挤压辊的挤压成条状坯料，最后切割搓圆形成粒径为10mm的陶粒坯，而后从陶粒坯造粒装置出口下落到皮带机送入筛分装置，合格的进入烘干窑，不合格的返回到原料破碎球磨流程。合格陶粒坯从烘干窑的入料口加入，焙烧回转窑过来的烟尘尾气和焙烧回转窑窑头罩内的余热从烘干窑的入料口底部引入用于干燥和预烧陶粒料球，保持120min。将经过干燥和预烧后的陶粒坯进入带有斜度的焙烧回转窑进行煅烧，分别向焙烧回转窑中引入烘干窑出来的烟气和焙烧回转窑尾气，在1250℃下进行煅烧120min，随炉降温至900℃，保持30min，烧制完成的陶粒成品通过出口排出、冷却；将焙烧回转窑最终产生的烟气从引风机中排出后，依次进入装有负载有稀土金属的V2O5-WO3/TiO2催化剂的SCR装置、臭氧+蓄热氧化装置、含有10wt％石灰浆脱酸装置吸收后，最后进入窑尾镁铝水滑石材料烟气喷射搭配布袋式除尘装置(收集的二次飞灰按安全填埋的要求进行处理)处理后排放；脱酸产生的含盐水通过管道通入蒸发结晶器进行分盐。
经测试，陶粒重金属浸出值(单位mg/L)结果为，Cu 0.006、Ni 0.003、As 0.008、Pb0.001、Cr 0.001、Ge 0.0007、Hg含量低于仪器检出限；二恶英含量(0.015ng I-TEQ/Nm3)，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》和GB15618-2008《土壤环境质量标准》(征求意见稿)二级标准要求。陶粒物理性能如下：1h吸水率为13％，堆积密度为1100kg/m3，筒压强度为12.2MPa。
实施例2
同实施例1，其中变化点在于陶粒原料配制参数为SiO2 46wt％，Al2O3 25wt％，Fe2O3 5wt％，CaO 3wt％，MgO 1.5wt％，Na2O+K2O 4wt％，SO3 2.5％；SCR装置里的催化剂为负载贵金属Pd的V2O5-WO3/TiO2；窑尾烟气喷射的多孔材料为多孔γ-Al2O3；脱酸装置含有15wt％Ca(OH)2溶液。
经测试，陶粒的性能指标如下：
陶粒重金属浸出值(单位mg/L)结果为，Cu 0.009、Ni 0.006、As 0.008、Pb 0.004、Cr 0.002、Ge 0.0007、Hg含量低于仪器检出限；二恶英含量(0.016ngI-TEQ/Nm3)，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》和GB15618-2008《土壤环境质量标准》(征求意见稿)二级标准要求。陶粒物理性能如下：1h吸水率为14％，堆积密度为1000kg/m3，筒压强度为11.5MPa。
实施例3
同实施例1，其中变化点在于陶粒原料配制参数为SiO2 62wt％，Al2O316wt％，Fe2O38wt％，CaO 2wt％，MgO 1.5wt％，Na2O+K2O 3wt％，SO3 1.5％；SCR装置里的催化剂为负载双金属络合物的V2O5-WO3/TiO2；窑尾烟气喷射的多孔材料为活性氮化硼；脱酸装置含有20wt％Mg(OH)2溶液。
经测试，陶粒的性能指标如下：陶粒重金属浸出值(单位mg/L)结果为，Cu 0.005、Ni 0.001、As 0.008、Pb 0.001、Cr 0.001、Ge 0.0005、Hg含量低于仪器检出限；二恶英含量(0.012ng I-TEQ/Nm3)，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》和GB15618-2008《土壤环境质量标准》(征求意见稿)二级标准要求。陶粒物理性能如下：1h吸水率为12％，堆积密度为1100kg/m3，筒压强度为13.2MPa。
实施例4
同实施例1，其中变化点在于陶粒原料配制参数为SiO2 67wt％，Al2O3 12wt％，Fe2O3 9wt％，CaO 4wt％，MgO 1wt％，Na2O+K2O 5wt％，SO3 0.5％；SCR装置里的催化剂为负载Pt的V2O5-WO3/TiO2；脱酸装置含有20wt％电石渣溶液。
经测试，陶粒的性能指标如下：陶粒重金属浸出值(单位mg/L)结果为，Cu 0.004、Ni 0.001、As 0.002、Pb 0.001、Cr 0.001、Ge 0.0002、Hg含量低于仪器检出限；二恶英含量(0.010ng I-TEQ/Nm3)，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》和GB15618-2008《土壤环境质量标准》(征求意见稿)二级标准要求。陶粒物理性能如下：1h吸水率为15％，堆积密度为1300kg/m3，筒压强度为15.6MPa。
通过上述的实施例中陶粒性能测试数据可见，本发明的技术方案中添加了包含二噁英和重金属的固体废弃物，通过陶粒制造过程中的高温固化反应和烟气处置工艺，实现了PCDD/Fs、POPs的近零排放和重金属的挥发再富集填埋处置，实现固体废弃物处置和再利用的双重目的；同时，本发明的技术方案也进一步扩宽了陶粒制备原料可用范围，促进循环经济发展，克服了因为陶粒原料限制导致的成本高的缺陷。由本发明的技术方案所制备的陶粒，其性能优良，吸水率低，筒压强度高；且所制备的陶粒中的重金属浸出值的含量均符合相关标准的要求，充分地实现了固体废弃物处置消纳和陶粒制备同步进行，取得了很好的有益效果。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，所述的陶粒窑包括烘干窑和煅烧回转窑，其特征在于，其包括以下步骤：
1)配制陶粒原料并造粒，其中，所述的原料中包含固体废弃物；
2)陶粒烘干和煅烧，其中，产生的烟气沿烘干窑-煅烧回转窑-烘干窑循环流动；
3)陶粒降温，冷却排出；
4)烟气尾气处置。
2.根据权利要求1所述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其特征在于，
所述的固体废弃物包括飞灰或有机类固废的至少一种；
所述的飞灰选自生活垃圾、工业废物或医疗废物中至少一种的焚烧灰；
所述的有机类固废选自污染土、含油污泥、化工厂污水处理后污泥、医疗固废或工业废渣的至少一种。
3.根据权利要求1所述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其特征在于，
所述的陶粒原料还包括粘土质原料和辅助原料；
所述的粘土质原料选自页岩、黄土、粘土、粉砂岩、河泥、泥灰岩等的一种或多种；
所述的辅助原料选自硫铁渣、铁尾矿、碳化硅、活性炭、四氧化三铁、高岭石、环氧树脂、萤石、硼砂、氟化钙、活性氧化铝、活性氧化铁、碳酸钾、碳酸钠、硅酸钠或二氧化钛的至少一种；
以氧化物的质量百分含量计，所述的原料包括以下组分：
4.根据权利要求1所述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其特征在于，
所述的烘干窑和焙烧回转窑之间设置有物料连接通道和烟气回流通道，其中，所述的烘干窑、物料连接通道、焙烧回转窑和烟气回流通道依次连接形成烟气循环系统；
处置过程中产生的烟气在所述的烟气循环系统内多次循环复烧。
5.根据权利要求1所述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其特征在于，
所述的陶粒降温包括预降温过程，所述的预降温过程的降温速度为200～400℃/h。
6.根据权利要求1所述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其特征在于，
所述的陶粒窑还包括烟气处置系统；
所述的烟气处置系统包括依次串联设置的选择性催化还原装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置和除尘装置；
所述的选择性催化还原装置中装有高活性催化剂以脱除烟气中的NOx；
所述的臭氧+蓄热氧化装置在500～1050℃下，将烟气中的有机组分强氧化为CO2，H2O或HCl；
所述的脱酸装置含有固含量2～30wt％的碱性溶液，通过化学反应将强氧化生成的酸性气体吸收；
所述的除尘装置联合采用多孔材料烟气喷射和布袋捕集。
7.根据权利要求6所述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其特征在于，
所述的高活性催化剂是在V2O5-WO3/TiO2催化剂上负载活性组分；
所述的活性组分选自Pd、Pt、双金属络合物或稀土金属中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的利用陶粒窑处置固体废弃物的方法，其特征在于，
所述的碱性溶液选自电石渣、石灰浆、Ca(OH)2溶液或Mg(OH)2溶液的至少一种；或者，
所述的多孔材料选自镁铝水滑石材料、多孔γ-Al2O3或活性氮化硼中的至少一种。
9.一种处置固体废弃物的陶粒窑，包括烘干窑和煅烧回转窑，其特征在于，其包括：
烟气循环系统，所述的烘干窑和焙烧回转窑之间设置有物料连接通道和烟气回流通道，其中，所述的烘干窑、物料连接通道、焙烧回转窑和烟气回流通道依次连接形成烟气循环系统；处置过程中产生的烟气在所述的烟气循环系统内多次循环复烧；
烟气处置系统，其包括依次串联设置的选择性催化还原装置、臭氧+蓄热氧化装置、脱酸装置和除尘装置；所述的选择性催化还原装置中装有高活性催化剂以脱除烟气中的NOx；所述的臭氧+蓄热氧化装置在500～1050℃下，将烟气中的有机组分强氧化为CO2，H2O或HCl；所述的脱酸装置含有固含量2～30wt％的碱性溶液，通过化学反应将强氧化生成的酸性气体吸收；所述的除尘装置联合采用多孔材料烟气喷射和布袋捕集。
10.根据权利要求9所述的处置固体废弃物的陶粒窑，其特征在于，
所述的烘干窑包括前窑体和后窑体；
所述的前窑体的内表面采用轻质高温耐火材料制成；
所述的后窑体的内表面和焙烧回转窑的内表面采用三层夹心式新型耐火材料制成；
所述的三层夹心式新型耐火材料由窑体壁起，由底层至表层依次包括耐火砖、支撑材料和轻质高温耐火材料。
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