CN112410084B - 一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法 - Google Patents

一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，采用的处理系统包括预处理单元、混料单元、气化处理单元以及VOC处理单元；预处理单元包括原料煤、固态、半固态以及液态废弃物预处理单元；混料单元包括与预处理单元连接的磨机和与气化处理单元连接的封闭煤浆槽，磨机上设有集气罩；气化处理单元包括与封闭煤浆槽连接的气化炉；VOC处理单元包括光催化氧化装置、活性炭吸附装置及第一洗涤塔，光催化氧化装置与预处理单元以及混料单元中磨机上的集气罩连接，第一洗涤塔上的吸收液出口与磨机连接。本发明使各装置内挥发出的VOC进入VOC处理单元进行处理，避免了VOC排放对环境造成的危害。

Description

一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法
技术领域
本发明涉及废弃物处理技术领域，尤其是涉及一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展，我国各类废弃物产生量总体呈现不断增加的趋势。但是对废弃物的处理仍然存在很多问题，一方面处理能力不足，废弃物的产生量和处理量之间存在巨大缺口；另一方面处理方式仍以焚烧、清洁填埋等方式为主，无法真正实现无害化。
将废弃物与煤或兰炭制备成水煤浆后用水煤浆气化炉进行协同处置，可以将废弃物中的碳、氢元素变成CO和H2等有用气体，同时将废弃物中有害物质分解或固化到玻璃态熔渣之中，实现废弃物处置彻底清洁化和资源利用最大化，是一种环保、节能、变废为宝的全新废弃物处置方式。例如，在中国专利文献上公开的“一种气化煤掺混石化废弃物的水煤浆及其制浆工艺”，其公告号CN106433822B，其组分包括煤、石化废弃物、添加剂和水，其中所述石化废弃物占水煤浆总质量的0～6％但不为零，所述添加剂添加量为干煤总质量的0～1.5‰但不为零。
但现有的废弃物制水煤浆过程中，对废弃物释放的挥发性有机物(VOC)缺乏有效的收集和处理方式。VOC一般是指20℃下饱和蒸气压大于或等于0.01KPa的有机化合物，多为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环芳烃等。三废处理过程中通常会产生较多的VOC废气，而VOC废气如不加以合理处理会对环境及人体造成严重危害，例如：VOC碳氢化合物和氮氧化物在阳光和热的作用下会发生一系列复杂反应而形成光化学烟雾，破坏高空中的臭氧层；VOC中的有些物质会对人体造成直接损害，引起呼吸困难、肺气肿等呼吸系统伤害，严重的伤害到人的大脑和神经系统。因此，寻找一种低VOC排放的废弃物制水煤浆和气化处理方法，对废弃物的清洁处置和环境保护有重要意义。
发明内容
本发明的第一个发明目的是为了克服现有的利用废弃物制水煤浆过程中，对废弃物释放的挥发性有机物缺乏有效的收集和处理方式，导致挥发性有机物排放较多，对环境造成污染的问题，提供一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，将多形态废弃物与煤混合，利用不同废弃物之间的配伍作用制成水煤浆并进行气化处理，实现了废弃物的资源化利用和无害化处理，并且将预处理单元和混料单元与VOC处理单元连接，使预处理和混料时各装置中挥发出的VOC进入VOC处理单元进行处理，避免VOC排放对环境造成的危害。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理系统，包括依次连接的预处理单元、混料单元、气化处理单元以及与预处理单元连接和混料单元连接的VOC处理单元；所述预处理单元包括相互独立运行的原料煤预处理单元、固态废弃物预处理单元、半固态废弃物破碎预处理单元、半固态废弃物熔融预处理单元以及液态废弃物预处理单元；所述混料单元包括相连接的磨机和封闭煤浆槽，所述磨机上设有用于封闭磨机的集气罩，所述磨机与预处理单元连接，所述封闭煤浆槽与气化处理单元连接；所述气化处理单元包括与封闭煤浆槽连接的气化炉；所述VOC处理单元包括依次连接的光催化氧化装置、活性炭吸附装置及第一洗涤塔，所述光催化氧化装置与预处理单元以及混料单元中磨机上的集气罩连接，所述第一洗涤塔上设有进气口、出气口、吸收液进口和吸收液出口，所述吸收液出口与磨机连接。
本发明先通过预处理单元，将各种不同形态的废弃物和原料煤分别进行预处理，然后使预处理后的废弃物和煤粉一起进入混料单元，先进入磨机中混合粉碎，然后进入煤浆罐中搅拌混合均匀，利用多形态废弃物与原料煤之间的反应和配伍，制得固含量、分散性和流动性均较好的水煤浆，制得的水煤浆进入气化处理单元的气化炉中气化燃烧，得到含CO、H2等气体的合成气，合成气是合成氨、合成甲醇等化学合成工艺的重要原料，因此利用本发明中的系统，可以实现不同状态和来源的废弃物的资源化利用和无害化处理，无二次污染、经济实用，具有较好的经济效益和环保价值。
同时，本发明的系统中各装置均采用全封闭系统，并在系统中设置了VOC处理单元，将预处理单元和混料单元中的装置与VOC处理单元连接，使预处理和混料过程中废弃物中挥发出的VOC可以进入VOC处理单元进行处理，避免废弃物处理过程中VOC的排放对环境造成的危害。预处理单元和混料单元中废弃物挥发出的VOC经过VOC处理单元中的光催化氧化装置后，VOC可以被光催化降解为CO2、H2O等无机小分子物质，再经活性炭吸附装置和第一洗涤塔对未分解的VOC进行进一步吸附和洗涤后，最终从第一洗涤塔的排气口排出的气体可以满足排放标准，避免了制浆时废弃物中的挥发性有机物直接排放对环境的污染和人体健康的危害，实现了废弃物的无害化处理。活性炭吸附装置和第一洗涤塔之间设有风机，可以保证VOC收集过程中系统中各点压力不高于-200Pa。
处理结束后，活性炭吸附装置中产生的废弃活性炭吸附剂可以作为固态废弃物进入预处理单元进行气化处理；第一洗涤塔中利用水作为吸收液来吸收VOC，吸收了VOC的吸收液从吸收液出口进入磨机与废弃物混合，参与水煤浆的制备，随水煤浆一起进行气化处理，避免了吸收了VOC的吸收液排放对环境造成污染的同时，吸收液中吸收的VOC可以作为表面活性剂提高水煤浆的分散性能，实现了废物的资源化利用。
作为优选，所述原料煤预处理单元、固态废弃物预处理单元及半固态废弃物破碎预处理单元分别包括依次连接的封闭储料仓、破碎装置和筛分装置，所述固态废弃物预处理单元和半固态废弃物破碎预处理单元中的破碎装置和筛分装置上分别设有用于封闭各装置的集气罩，所述各封闭储料仓以及各破碎装置和筛分装置上的集气罩分别与VOC处理单元中的光催化氧化装置连接。
作为优选，所述半固态废弃物熔融预处理单元包括依次连接的封闭加热装置、封闭过滤装置和封闭熔融罐，所述封闭加热装置、封闭过滤装置和封闭熔融罐分别与VOC处理单元中的光催化氧化装置连接。
作为优选，所述液态废弃物预处理单元包括封闭液态废弃物储罐，所述封闭液态废弃物储罐与VOC处理单元中的光催化氧化装置连接。
本发明先通过预处理单元，根据不同形态废弃物的理化特点，分别对废弃物和原料煤进行不同的预处理，在预处理单元中和混料单元中，所有输送装置均封闭，从而使各种形态废弃物在预处理过程中均使用封闭装置进行储存、处理和输送，并将各储存和处理装置与VOC处理单元连接，使各储存和处理装置内废弃物挥发出的VOC可以进入VOC处理单元进行处理，有效避免了处理过程中VOC排放对环境造成的危害。
可以进入固态废弃物预处理单元的废弃物包括固态的干化污泥、干馏油泥、废弃橡胶等；可以进入半固态废弃物破碎预处理单元的废弃物包括药渣、废弃生物质等；可以进入半固态废弃物熔融预处理单元的废弃物包括油罐污泥、精馏残液等；可以进入液态废弃物预处理单元的废弃物包括印染废水、COD废水等工业、生活污水等。将多形态废弃物与煤粉混合后，多形态废弃物中的含碳氢组分可以提供生成CO、H2等有效气的成分，提高水煤浆的浆体浓度，从而提高水煤浆气化后的有效气含量；而液态废弃物中含有多种可作为表面活性剂的有机物组分，添加在水煤浆中可作为分散剂使用；同时，可以根据多形态废弃物的组成成分，将不同固态、半固态(破碎/熔融)和液态废弃物进行合理复配，使废弃物中的组分发生反应生成具有良好分散效果的分散剂，通过废废搭配实现废弃物的有效利用，提高制得的水煤浆的分散性及稳定性，有利于水煤浆的运输和后续气化处理。
本发明的第二个发明目的是为了克服现有的废弃物制水煤浆技术中，废弃物加入水煤浆后会影响浆体的分散性和流动性，还可能降低水煤浆的浓度，影响水煤浆性能的问题，提供一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，利用不同废弃物之间的配伍作用，提高废弃物加入水煤浆后的分散性，同时可以保证浆体的流动性和浆体浓度，提高项目运行的稳定性，通过以废治废实现废弃物的资源化利用和无害化处理。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种使用上述系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、固态废弃物、半固态废弃物和液态废弃物在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内混合搅拌均匀后得到水煤浆，以重量份计，所述水煤浆的成分包括：50～55份原料煤，20～40份水，3～10份固态废弃物，1～5份半固态废弃物，10～20份液态废弃物及0.3～0.5份添加剂；
(3)将水煤浆送入气化处理单元中的气化炉内燃烧。
作为优选，所述固态废弃物为废弃活性炭吸附剂，半固态废弃物为废弃生物质，液态废弃物为印染废水。
作为优选，步骤(2)中所述的添加剂的制备方法为：将摩尔比为1：(1.5～2)：(0.4～0.6)：(1.5～2)的烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸依次加入去离子水中，搅拌30～40min得到混合液，所述烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸的总质量占混合液质量的35～45％；升温至75～85℃，搅拌状态下向混合液中滴加过硫酸铵溶液，加入的过硫酸铵溶液中过硫酸铵的质量为混合液质量的10～15％，搅拌保温反应5～6h，降温至50℃以下，用氢氧化钠溶液调节pH至6～7，得到所述添加剂。
作为优选，所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1600～2400。
作为优选，步骤(2)中混合搅拌的转速为200～600rpm，温度35～45℃，搅拌时间为5～20min。
作为优选，步骤(3)中水煤浆在气化炉中的燃烧温度为1100～1500℃，压力0.8～4.0MPa，燃烧时间6～10s。
本发明根据固态、半固态和液态废弃物的理化性质和所含有的污染物成分，将原料煤与多形态废弃物以一定的比例复配，充分利用多形态废弃物中的有效组分，使废弃物之间形成配伍、耦合作用，在保证制得的气化水煤浆的浆体浓度的同时，提高了气化水煤浆的分散性和流动性，实现废废搭配，避免了废弃物的加入对水煤浆性能的影响，制得的气化水煤浆稳定性好、固含量高、流动性佳，有利于后续利用。
本发明选用废弃活性炭吸附剂作为固态废弃物，废弃生物质作为半固态废弃物，与作为液态废弃物的印染废水混合，废弃活性炭吸附剂可以来自VOC处理单元中的活性炭吸附装置，实现了对VOC处理过程中产生的废弃物的进一步无害化处理，有效避免了VOC处理单元产生的废弃物对环境造成二次污染。废弃生物质中含有丰富的木质素，而印染废水一般呈碱性，且含有较多的亚硫酸钠(印染过程中使用的保险粉)，将废弃生物质与印染废水复配后可以在碱性条件下提取废弃生物质中的木质素，并与印染废水中的亚硫酸钠反应生成木质素磺酸盐，木质素磺酸盐是一种表面活性剂，具有一定分散性能，可以作为水煤浆中的分散剂使用，提高水煤浆的分散性，减少了外源添加剂的添加量。但木质素磺酸盐的活性不高，且印染废水中的媒染剂、金属络合染料、染料氧化剂等成分中会向水煤浆中引入较多重金属离子，引入的重金属离子会压缩煤表面的双电层，减弱煤粒间的静电斥力，使煤粒容易团聚，故仅靠废弃生物质与印染废水复配产生的木质素磺酸盐对水煤浆分散性的改善效果不足。
因此本发明同时在水煤浆中添加了少量添加剂，以进一步提高水煤浆的分散性与稳定性。本发明通过烯丙基聚氧乙烯醚与丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸单体的共聚，制备了侧链带有咪唑基团和聚醚基团的聚羧酸添加剂，在水煤浆中添加本发明中制得的添加剂后，添加剂分子中的羧基可以与废弃生物质与印染废水复配产生的木质素磺酸盐中的羟基发生酯化反应，将木质素磺酸盐接枝在聚羧酸添加剂上，得到木质素改性的聚羧酸添加剂；木质素改性的聚羧酸添加剂通过疏水主链吸附在煤粒表面，通过接枝的木质素磺酸盐的长侧链的空间位阻效应，以及醚键与水分子形成的氢键，发挥分散稳定作用，避免煤粒间的团聚。同时，本发明中的添加剂侧链上的咪唑基团可以有效络合水煤浆中的重金属离子，避免金属离子导致的压缩双电层现象，进一步保证了体系的分散性能；并且金属离子与咪唑基团络合后形成的空间结构可以使煤粒之间相互交联，对颗粒的沉淀产生机械阻力，有效阻止颗粒沉淀的发生，提高了体系的分散稳定性，制得的水煤浆具有良好的分散性、稳定性和燃烧效率。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)在系统中设置了VOC处理单元，并将VOC处理单元与预处理单元和混料单元中的各装置连接，使预处理和混料过程中废弃物挥发出的VOC可以进入VOC处理单元，经过光催化氧化、活性炭吸附和洗涤后，最终从第一洗涤塔的排气口排出的气体可以满足排放标准，避免了制浆时废弃物中的挥发性有机物直接排放对环境的污染和人体健康的危害；
(2)VOC处理单元中活性炭吸附装置处理后产生的废弃活性炭吸附剂以及第一洗涤塔中吸收了VOC后的吸收液可以重新进入系统进行气化处理，有效避免了VOC处理单元产生的废弃物对环境造成二次污染；
(3)将原料煤与固态、半固态和液态废弃物以一定的比例复配，充分利用多形态废弃物中的有效组分，使废弃物之间形成配伍、耦合作用，得到稳定性好、固含量高、流动性佳的水煤浆；
(4)在水煤浆中添加侧链带有咪唑基团的聚羧酸添加剂，可以与废弃生物质和印染废水复配产生的木质素磺酸盐发生酯化反应得到木质素改性的聚羧酸添加剂，有效降低了外源添加剂的用量；并且添加剂中的咪唑基团可以有效络合水煤浆中的金属离子，进一步提高水煤浆的分散性和稳定性。
附图说明
图1是本发明的一种连接结构示意图。
图中：1原料煤预处理单元、101封闭储料仓、102破碎装置、103筛分装置、2固态废弃物预处理单元、3半固态废弃物破碎预处理单元、4半固态废弃物熔融预处理单元、401封闭加热装置、402封闭过滤装置、403封闭熔融罐、5封闭液态废弃物储罐、6磨机、7封闭煤浆槽、8集气罩、9气化炉、901燃烧室、902激冷室、903锁斗、904进料口、905激冷水进口、906合成气出口、10光催化氧化装置、11活性炭吸附装置、12第一洗涤塔、1201进气口、1202出气口、1203吸收液进口、1204吸收液出口、13第二洗涤塔、1301合成气进口、1302灰水出口、1303洗涤水进口、1304清洁气出口、1305激冷水出口、14分离器、1401分离器进料口、1402分离器出水口、1403分离器出气口、15旋风除尘器、1501旋风除尘器进料口、1502旋风除尘器出水口、1503旋风除尘器出气口、16添加剂储罐、17储水罐、18搅拌装置、19煤浆泵。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。本发明实施例中使用的原料煤为神木煤；使用的固态废弃物为来自VOC处理单元中的活性炭吸附装置中的废弃活性炭吸附剂；半固态废弃物为玉米秸秆残渣，液态废弃物为印染废水。
如图1所示，本发明使用的一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理系统，包括依次连接的预处理单元、混料单元、气化处理单元以及与预处理单元和混料单元通过如图1虚线所示气路连接的VOC处理单元。
预处理单元包括相互独立运行的原料煤预处理单元1、固态废弃物预处理单元2、半固态废弃物破碎预处理单元3、半固态废弃物熔融预处理单元4以及液态废弃物预处理单元。原料煤预处理单元、固态废弃物预处理单元及半固态废弃物破碎预处理单元分别包括依次连接的封闭储料仓101、破碎装置102和筛分装置103，固态废弃物预处理单元和半固态废弃物破碎预处理单元中的破碎装置和筛分装置上分别设有用于封闭各装置的集气罩8，各封闭储料仓以及各破碎装置和筛分装置上的集气罩分别与VOC处理单元通过气路连接。半固态废弃物熔融预处理单元包括依次连接的封闭加热装置401、封闭过滤装置402和封闭熔融罐403，封闭加热装置、封闭过滤装置和封闭熔融罐分别与VOC处理单元通过气路连接。液态废弃物预处理单元包括封闭液态废弃物储罐5，封闭液态废弃物储罐与VOC处理单元通过气路连接。
混料单元包括通过管路连接的磨机6和封闭煤浆槽7，以及分别与磨机连接的添加剂储罐16和储水罐17。磨机采用棒磨机，棒磨机分别与原料煤预处理单元、固态废弃物预处理单元、半固态废弃物破碎预处理单元中的筛分装置以及半固态废弃物熔融预处理单元中的熔融罐和液态废弃物储槽连接，棒磨机上设有用于封闭棒磨机的集气罩8。煤浆槽内设有搅拌装置18，煤浆槽与气化处理单元连接。
气化处理单元包括依次连接的气化炉9、分离器14、旋风除尘器15和第二洗涤塔13。气化炉从上至下包括依次连通的燃烧室901、激冷室902和锁斗903，燃烧室顶部设有与煤浆槽通过管路连接的进料口904，进料口与煤浆槽之间的管路上设有煤浆泵19，激冷室上方设有激冷水进口905，激冷室下方设有合成气出口906；分离器上设有分离器进料口1401、位于分离器底部的分离器出水口1402以及位于分离器顶部的分离器出气口1403；旋风除尘器上设有旋风除尘器进料口1501、位于旋风除尘器底部的旋风除尘器出水口1502以及位于旋风除尘器顶部的旋风除尘器出气口1503；第二洗涤塔底部设有合成气进口1301、灰水出口1302和激冷水出口1305，第二洗涤塔顶部设有洗涤水进口1303和清洁气出口1304；气化炉激冷室上的合成气出口与分离器进料口通过管路连接，分离器出气口与旋风除尘器进料口通过管路连接，旋风除尘器出气口与第二洗涤塔上的合成气进口通过管路连接，第二洗涤塔上的激冷水出口与气化炉激冷室上的激冷水进口通过管路连接。
VOC处理单元包括依次连接的光催化氧化装置10、活性炭吸附装置11及第一洗涤塔12，光催化氧化装置分别与预处理单元中的各封闭装置、各装置上的集气罩以及混料单元棒磨机上的集气罩通过气路连接，第一洗涤塔上设有进气口1201、出气口1202、吸收液进口1203和吸收液出口1204，吸收液出口与棒磨机连接，进气口与活性炭吸附装置连接。
本发明中的系统运行时，原料煤经破碎和筛分装置后得到所需粒径的煤粉；固态和需破碎处理的半固态废弃物经破碎和筛分装置后成为固态和半固态废弃物粉末；需熔融处理的半固态废弃物经封闭加热器和封闭过滤器后得到熔融态废弃物进入封闭熔融罐储存；液态废弃物通过封闭液态废弃物储罐进行均质；然后使预处理后的煤粉、固态和半固态废弃物粉末、熔融态废弃物和液态废弃物一起进入混料单元，先进入棒磨机中混合粉碎，然后进入封闭煤浆罐中搅拌混合均匀，得到水煤浆，在棒磨机中粉碎时可以根据废弃物性质加入适量添加剂和水；制得的水煤浆在煤浆泵的作用下进入气化炉的燃烧室中进行气化燃烧，燃烧后的炉渣进入激冷室，猝冷后得到玻璃态炉渣，玻璃态炉渣经锁斗冷却并粉碎后最终进入渣池收集并排放，浸出毒性满足排放标准；气化炉中产生的合成气经分离器进行气液分离后，得到的气体进入旋风除尘器进一步除去颗粒物，经旋风除尘器除尘后的气体进入第二洗涤塔，在洗涤液的作用下进一步净化除尘后，得到洁净的合成气，收集后可进行后续利用；第二洗涤塔中洗涤后的洗涤液部分作为激冷水进入气化炉的激冷室中，对液态熔渣进行激冷；分离器、旋风除尘器和第二洗涤塔中分离得到的灰水一部分可重新进入预处理单元回用，一部分进入污水处理厂处理后排放。
同时，预处理单元和混料单元中各封闭的储存和处理装置以及通过集气罩封闭的破碎装置、筛分装置、棒磨机中的物料挥发出的VOC可以通过气路进入VOC处理单元，经过光催化氧化装置后，VOC可以被光催化降解为CO2、H2O等无机小分子物质，再经活性炭吸附装置和第一洗涤塔分别用活性炭和吸收液对未分解的VOC进行进一步吸附和洗涤后，最终从洗涤塔的排气口排出的气体可以满足排放标准，避免了制浆时废弃物中的挥发性有机物直接排放对环境的污染和人体健康的危害；第一洗涤塔中吸收了的VOC的吸收液进入棒磨机与废弃物混合，参与水煤浆的制备，随水煤浆一起进行气化处理。
本发明充分利用多形态废弃物的理化特点，将多形态废弃物与原料煤混合后制成使用性能良好的水煤浆，最终废弃物可以随制得的水煤浆进入气化炉处理，将废弃物中的碳、氢元素变成CO和H2等有用气体，同时将废弃物中有害物质分解或固化到玻璃态熔渣之中，实现了多形态废弃物的清洁化处置和资源化利用；并且在各种形态废弃物在预处理和混料过程中均使用封闭的储存和处理装置进行储存和处理，并将各储存和处理装置与VOC处理单元连接，使各储存和处理装置内废弃物挥发出的VOC可以进入VOC处理单元进行处理，有效避免了处理过程中VOC排放对环境造成的危害。
实施例1：
一种使用上述系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂、玉米秸秆残渣和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以500rpm的速度在40℃下搅拌5min后得到水煤浆，以重量份计，水煤浆的成分包括：53份原料煤，30份水，4份玉米秸秆残渣，10份废弃活性炭吸附剂，15份印染废水及0.4份添加剂；
添加剂的制备方法为：将摩尔比为1：1.8：0.5：1.8的烯丙基聚氧乙烯醚(分子量2000)、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸依次加入去离子水中，搅拌35min得到混合液，烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸的总质量占混合液质量的40％；升温至80℃，搅拌状态下向混合液中滴加过硫酸铵溶液后搅拌保温反应5.5h，加入的过硫酸铵溶液中，过硫酸铵的质量为混合液质量的12％；降温至50℃以下，用氢氧化钠溶液调节pH至6.5，得到所述添加剂；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1300℃的温度和2.0MPa的压力下气化反应8s，得到合成气。
实施例2：
一种使用上述系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂、玉米秸秆残渣和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以200rpm的速度在35℃下搅拌20min后得到水煤浆；以重量份计，所述水煤浆的成分包括：50份原料煤，20份水，1份玉米秸秆残渣，3份废弃活性炭吸附剂，10份印染废水及0.3份添加剂；
添加剂的制备方法为：将摩尔比为1：1.5：0.4：2的烯丙基聚氧乙烯醚(分子量1600)、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸依次加入去离子水中，搅拌30min得到混合液，烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸的总质量占混合液质量的35％；升温至75℃，搅拌状态下向混合液中滴加过硫酸铵溶液后搅拌保温反应6h，加入的过硫酸铵溶液中，过硫酸铵的质量为混合液质量的10％；降温至50℃以下，用氢氧化钠溶液调节pH至6，得到所述添加剂；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1100℃的温度和4.0MPa的压力下气化反应10s，得到合成气。
实施例3：
一种使用上述系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂、玉米秸秆残渣和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以500rpm的速度在45℃下搅拌10min后得到水煤浆；以重量份计，所述水煤浆的成分包括：55份原料煤，40份水，5份玉米秸秆残渣，10份废弃活性炭吸附剂，20份印染废水及0.5份添加剂；
添加剂的制备方法为：将摩尔比为1：2：0.6：1.5的烯丙基聚氧乙烯醚(分子量2400)、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸依次加入去离子水中，搅拌30min得到混合液，烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸的总质量占混合液质量的45％；升温至85℃，搅拌状态下向混合液中滴加过硫酸铵溶液后搅拌保温反应5h，加入的过硫酸铵溶液中，过硫酸铵的质量为混合液质量的15％；降温至50℃以下，用氢氧化钠溶液调节pH至7，得到所述添加剂；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1500℃的温度和0.8MPa的压力下气化反应6s，得到合成气。
对比例1：
对比例1中的多形态废弃物气化协同处理系统中不设置VOC处理单元，原料煤预处理单元、固态废弃物预处理单元及半固态废弃物破碎预处理单元中的破碎装置和筛分装置，以及混料单元中的棒磨机上不设置集气罩，系统中的其余装置及处理方法均与实施例1中相同。
对比例2：
对比例2中的多形态废弃物气化协同处理系统中，VOC处理单元包括相连接的活性炭吸附装置和第一洗涤塔，活性炭吸附装置与预处理单元以及混料单元中棒磨机上的集气罩连接，系统中的其余装置及处理方法均与实施例1中相同。
对比例3：
对比例3中的多形态废弃物气化协同处理系统中，VOC处理单元包括相连接的光催化氧化装置和第一洗涤塔，系统中的其余装置及处理方法均与实施例1中相同。
对比例4：
对比例3中的多形态废弃物气化协同处理系统中，VOC处理单元包括相连接的光催化氧化装置和活性炭吸附装置，系统中的其余装置及处理方法均与实施例1中相同。
对比例5：
一种使用本发明中系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂、玉米秸秆残渣和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以500rpm的速度在40℃下搅拌5min后得到水煤浆；以重量份计，所述水煤浆的成分包括：53份原料煤，30份水，4份玉米秸秆残渣，10份废弃活性炭吸附剂，15份印染废水及0.4份添加剂；添加剂采用淮南化工厂生产的萘系分散剂；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1300℃的温度和2.0MPa的压力下气化反应8s，得到合成气、灰水及炉渣。
对比例6：
一种使用本发明中系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以500rpm的速度在40℃下搅拌5min后得到水煤浆；以重量份计，所述水煤浆的成分包括：53份原料煤，30份水，14份废弃活性炭吸附剂，15份印染废水及0.4份添加剂；添加剂的制备方法与实施例1中相同；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1300℃的温度和2.0MPa的压力下气化反应8s，得到合成气、灰水及炉渣。
对比例7：
一种使用本发明中系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂、玉米秸秆残渣和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以500rpm的速度在40℃下搅拌5min后得到水煤浆；以重量份计，所述水煤浆的成分包括：53份原料煤，30份水，4份玉米秸秆残渣，10份废弃活性炭吸附剂，15份印染废水及0.7份添加剂；添加剂的制备方法与实施例1中相同；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1300℃的温度和2.0MPa的压力下气化反应8s，得到合成气、灰水及炉渣。
对比例8：
一种使用本发明中系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂、玉米秸秆残渣和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以500rpm的速度在40℃下搅拌5min后得到水煤浆；以重量份计，所述水煤浆的成分包括：53份原料煤，30份水，4份玉米秸秆残渣，10份废弃活性炭吸附剂，15份印染废水及0.4份添加剂；
添加剂的制备方法为：将摩尔比为1：1.8：0.5的烯丙基聚氧乙烯醚(分子量2000)、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠依次加入去离子水中，搅拌35min得到混合液，烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠的总质量占混合液质量的40％；升温至80℃，搅拌状态下向混合液中滴加过硫酸铵溶液后搅拌保温反应5.5h，加入的过硫酸铵溶液中，过硫酸铵的质量为混合液质量的12％；降温至50℃以下，用氢氧化钠溶液调节pH至6.5，得到所述添加剂；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1300℃的温度和2.0MPa的压力下气化反应8s，得到合成气、灰水及炉渣。
对比例9：
一种使用本发明中系统进行多形态废弃物协同处理的方法，包括如下步骤：
(1)原料煤、废弃活性炭吸附剂、玉米秸秆残渣和印染废水在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的棒磨机中混合制浆，得到浆料；
(2)向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内以500rpm的速度在40℃下搅拌5min后得到水煤浆；以重量份计，所述水煤浆的成分包括：53份原料煤，30份水，4份玉米秸秆残渣，10份废弃活性炭吸附剂，15份印染废水及0.4份添加剂；
添加剂的制备方法为：将摩尔比为1：1.8：0.5：2.5的烯丙基聚氧乙烯醚(分子量2000)、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸依次加入去离子水中，搅拌35min得到混合液，烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸的总质量占混合液质量的40％；升温至80℃，搅拌状态下向混合液中滴加过硫酸铵溶液后搅拌保温反应5.5h，加入的过硫酸铵溶液中，过硫酸铵的质量为混合液质量的12％；降温至50℃以下，用氢氧化钠溶液调节pH至6.5，得到所述添加剂；
(3)将水煤浆送入气化炉中，在1300℃的温度和2.0MPa的压力下气化反应8s，得到合成气、灰水及炉渣。
对上述实施例和对比例处理过程中系统中各装置的VOC排放量进行测试，并对制得的水煤浆性能指标及得到的合成气中的有效气含量进行测试，结果如表1所示。
其中，VOC的排放量测试方法参照GB 37822-2019。
固含量使用快水仪测定，即称取2克左右的样品，在105℃下烘干30分钟，剩余重量即为固含量；浆体的表观黏度采用Brookfield R/S-CC+型流变仪(C40转子)测定剪切速率为100s-1下的黏度。
浆体的流动性和稳定性(24小时稳定性)均采用观察法，其中流动性等级规定为：连续流动为A；间断流动为B；在外力作用下流动为C；完全不流动为D。浆体稳定性等级规定为：静置24小时后(下同)浆体保持初始状态，固液分布均匀，无析水和沉淀现象，为A；比A级稍差，有少量析水和软沉淀，为B；存在较多的析水和软沉淀，但通过搅拌能重新恢复到初始状态，为C；产生硬沉淀，通过搅拌浆体无法恢复到初始状态，为D。
表1：系统VOC排放量及水煤浆性能测试结果。
Figure GDA0003809586700000131
从表1中可以看出，实施例1～3中采用本发明中的系统和方法对多形态废弃物进行协同处理，处理过程中VOC的排放量低，满足GB 37822-2019中的排放标准(＜10mg/m3)不会对环境造成二次污染，且制得的水煤浆流动性和分散稳定性好、固含量高、燃烧后的有效气含量高。
而对比例1中不在系统中设置VOC处理单元，处理过程中VOC的释放量高，容易对环境造成二次污染；对比例2中的VOC处理单元中不设置光催化氧化装置，对比例3中的VOC处理单元中不设置活性炭吸附装置，对比例4中的VOC处理单元中不设置第一洗涤塔，处理过程中VOC的释放量与实施例1中相比均有明显提高，不满足VOC排放标准。证明采用本发明中的系统，可以有效降低处理过程中VOC的释放量，避免二次污染。
对比例2中制备水煤浆时采用市售萘系分散剂，水煤浆的稳定性和燃烧效率均明显降低；对比例3中将废弃活性炭吸附剂和印染废水复配时不加入玉米秸秆残渣，水煤浆的分散性与实施例1中相比明显下降，证明玉米秸秆残渣可以与印染废水及添加剂配伍，有效减少外源添加剂的用量；对比例4中改变添加剂的用量，使其超出本发明的范围，水煤浆的黏度显著增大，流动性下降；对比例5和对比例6中的添加剂中不引入咪唑基团或改变共聚时4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸单体的添加量，使其落在本发明的范围外，水煤浆的分散稳定性均有所下降。证明使用本发明的方法，可以使多形态废弃物有效配伍，使水煤浆具有良好的流动性、分散稳定性和燃烧效率，提高水煤浆的使用性能。
对上述实施例中得到的合成气的微量元素进行分析，结果如表2所示。
表2：合成气微量元素分析结果。
项目 单位 GB18484-2001 实施例1 实施例2 实施例3
H<sub>2</sub>S(SO<sub>2</sub>) mg/Nm<sup>3</sup> (400) 32.3(57.8) 30.1(56.9) 33.2(58.1)
HCl mg/Nm<sup>3</sup> 100 14.8 13.4 15.7
HF mg/Nm<sup>3</sup> 9 ND ND ND
氮氧化物 mg/Nm<sup>3</sup> 500 221 205 337
汞及其化合物 mg/Nm<sup>3</sup> 0.1 0.021×10<sup>-3</sup> 0.016×10<sup>-3</sup> 0.044×10<sup>-3</sup>
镉及其化合物 mg/Nm<sup>3</sup> 0.1 0.267×10<sup>-3</sup> 0.161×10<sup>-3</sup> 0.442×10<sup>-3</sup>
砷及其化合物 mg/Nm<sup>3</sup> 1 0.107×10<sup>-3</sup> 0.096×10<sup>-3</sup> 0.113×10<sup>-3</sup>
镍及其化合物 mg/Nm<sup>3</sup> 1 ND ND ND
铅及其化合物 mg/Nm<sup>3</sup> 1 ND ND 0.01
从表2中可以看出，经本发明的方法处理后，多形态废弃物中的有害元素及污染物经气化协同处置后，废气中的各项污染物数值均满足排放标准。即危险废弃物中有机污染物经气化后转化成CO、H2、CO2、N2、硫化物、氨氮等小分子物质，不再具有危险性质，本发明中的方法可以实现废弃物的无害化处理。

Claims (7)

1.一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，其特征是，采用的处理系统包括依次连接的预处理单元、混料单元、气化处理单元以及与预处理单元连接和混料单元连接的VOC处理单元；所述预处理单元包括相互独立运行的原料煤预处理单元（1）、固态废弃物预处理单元（2）、半固态废弃物破碎预处理单元（3）、半固态废弃物熔融预处理单元（4）以及液态废弃物预处理单元；所述混料单元包括相连接的磨机（6）和封闭煤浆槽（7），所述磨机上设有用于封闭磨机的集气罩（8），所述磨机与预处理单元连接，所述封闭煤浆槽与气化处理单元连接；所述气化处理单元包括与封闭煤浆槽连接的气化炉（9）；所述VOC处理单元包括依次连接的光催化氧化装置（10）、活性炭吸附装置（11）及第一洗涤塔（12），所述光催化氧化装置与预处理单元以及混料单元中磨机上的集气罩连接，所述第一洗涤塔上设有进气口（1201）、出气口（1202）、吸收液进口（1203）和吸收液出口（1204），所述吸收液出口与磨机连接；
处理方法包括如下步骤：
（1）原料煤、固态废弃物、半固态废弃物和液态废弃物在预处理单元中进行预处理后进入混料单元内的磨机中混合制浆，得到浆料；所述固态废弃物为废弃活性炭吸附剂，半固态废弃物为废弃生物质，液态废弃物为印染废水；
（2）向浆料中加入水和添加剂，进入封闭煤浆槽内混合搅拌均匀后得到水煤浆，以重量份计，所述水煤浆的成分包括：50~55份原料煤，20~40份水，3~10份固态废弃物，1~5份半固态废弃物，10~20份液态废弃物及0.3~0.5份添加剂；
所述的添加剂的制备方法为：将摩尔比为1：（1.5~2）：（0.4~0.6）：（1.5~2）的烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸依次加入去离子水中，搅拌30~40min得到混合液，所述烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸钠及4-(1H-咪唑-1-基)-2-丁烯酸的总质量占混合液质量的35~45%；升温至75~85℃，搅拌状态下向混合液中滴加过硫酸铵溶液，加入的过硫酸铵溶液中过硫酸铵的质量为混合液质量的10~15%，搅拌保温反应5~6h，降温至50℃以下，用氢氧化钠溶液调节pH至6~7，得到所述添加剂；
（3）将水煤浆送入气化处理单元中的气化炉内燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，其特征是，所述原料煤预处理单元、固态废弃物预处理单元及半固态废弃物破碎预处理单元分别包括依次连接的封闭储料仓（101）、破碎装置（102）和筛分装置（103），所述固态废弃物预处理单元和半固态废弃物破碎预处理单元中的破碎装置和筛分装置上分别设有用于封闭各装置的集气罩，所述各封闭储料仓以及各破碎装置和筛分装置上的集气罩分别与VOC处理单元中的光催化氧化装置连接。
3.根据权利要求1所述的一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，其特征是，所述半固态废弃物熔融预处理单元包括依次连接的封闭加热装置（401）、封闭过滤装置（402）和封闭熔融罐（403），所述封闭加热装置、封闭过滤装置和封闭熔融罐分别与VOC处理单元中的光催化氧化装置连接。
4.根据权利要求1所述的一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，其特征是，所述液态废弃物预处理单元包括封闭液态废弃物储罐（5），所述封闭液态废弃物储罐与VOC处理单元中的光催化氧化装置连接。
5.根据权利要求1所述的一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，其特征是，所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1600~2400。
6.根据权利要求1所述的一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，其特征是，步骤（2）中混合搅拌的转速为200~600rpm，温度35~45℃，搅拌时间为5~20min。
7.根据权利要求1所述的一种低挥发性有机物排放的多形态废弃物协同处理方法，其特征是，步骤（3）中水煤浆在气化炉中的燃烧温度为1100~1500℃，压力0.8~4.0MPa，燃烧时间6~10s。
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