CN113578937A - 一种垃圾焚烧发电飞灰处理方法及处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保领域，具体涉及一种垃圾焚烧发电飞灰处理方法及处理设备。处理方法包括球磨、水洗、电催化回收、污水净化以及蒸发结晶步骤。本发明提供的垃圾焚烧发电飞灰处理方法，通过将飞灰依次进行球磨、水洗步骤后，再分别对飞灰进行电催化回收步骤，使得飞灰可以直接作为建材原材料或建设用土地进行资源化利用，同时，通过对水洗步骤得到的洗水进行污水净化、蒸发结晶操作，使得飞灰中含有的盐可以被回收再利用，最终，有利于垃圾焚烧发电飞灰的资源化利用，且处理成本低。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，具体涉及一种垃圾焚烧发电飞灰处理方法及处理设备。
背景技术
随着我国经济的飞速发展以及城市化进程的不断加快，垃圾产量也逐年增加，目前，垃圾焚烧发电因其减容减量和能源回收的优势，成为了目前垃圾无害化处理的主要方式。
垃圾焚烧发电所产生的烟气中通常含有高浓度的酸性气体(HC1、CO、SOX、 NOX)、重金属、二噁英(PCDD/FS)等污染物，焚烧尾气在排放到大气环境中前，必须投加氧化钙和活性炭等净化剂进行尾气净化处理，净化剂与污染物反应后它们共同在除尘器(静电除尘器、布袋除尘器等)中被捕集，同时也有部分细小的颗粒物在烟道及烟囱的底部沉降下来，被捕获和沉降下来的细小颗粒物则称作垃圾焚烧发电飞灰，简称飞灰。
由于飞灰中含有较高浓度的氯盐、二噁英和多种高浸出浓度的重金属，因此，被我国明确规定为危险废弃物，目前，飞灰的主要处置方式是通过对飞灰进行水泥固化、化学药剂螯合固化、化学螯合配合水泥固化等预处理后再填埋。但是，这些固化填埋方式存在高浓度的盐固化不稳定，二噁英、重金属脱毒固化不彻底、处理成本高等问题，从而导致垃圾焚烧发电的发展受到限制。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的采用固化填埋法对飞灰进行处理存在固化不稳定、处理成本高，不利于垃圾焚烧发电的发展的缺陷，从而提供一种垃圾焚烧发电飞灰处理方法及处理设备。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种垃圾焚烧飞灰处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
预处理：对飞灰进行机械处理以缩小其粒径；
水洗：采用多级水洗将预处理步骤得到的飞灰水洗去除氯离子，得到清洗后的飞灰及洗水；
电催化回收：将水洗步骤得到的清洗后的飞灰与水混合后电解去除二噁英并过滤，再对过滤得到的固相进行烘干；
污水净化：采用化学沉淀法去除水洗步骤得到的洗水中的钙离子及重金属，得到滤液；
蒸发结晶：将污水净化步骤得到的滤液进行蒸发结晶，获得盐。
可选的，所述机械处理为球磨，所述球磨采用陶瓷球，球磨时飞灰与水的添加质量比为1：(1.2-1.5)。
可选的，经预处理后的飞灰粒径为0.07-0.9mm。
可选的，所述水洗步骤中，单级水洗的飞灰与水的添加质量比为1：(5-8)，水洗时间为至少1小时。
可选的，所述水洗步骤以氯离子浓度为氯离子浓度低于1％为清洗终点。
可选的，所述采用化学沉淀法去除洗水中的钙离子及重金属步骤包括：
往滤液中加入碳酸钠或硫酸钠，然后调节pH至7-8，加入PAC和PAM进行絮凝沉淀，将沉淀后的上清液流经树脂进行吸附。
可选的，蒸发结晶为三效蒸发。
本发明还提供一种垃圾焚烧飞灰处理设备，包括：
预处理系统，用于对飞灰进行球磨；
水洗系统，与所述预处理系统接通，用于将球磨后的飞灰进行水洗；
电催化回收系统，与所述水洗系统接通，用于对水洗系统输出的清洗后的飞灰进行电解并烘干；
污水净化系统，与所述水洗系统接通，用于对水洗系统输出的洗水进行净化；
以及，蒸发结晶系统，与所述污水净化系统接通，用于对污水净化系统输出的滤液进行蒸发结晶。
可选的，所述预处理系统包括：
给料机，用于输送飞灰；
球磨机，与所述给料机相接，用于对飞灰进行球磨；
分级机，与所述球磨机相接，用于按粒径对球磨后的飞灰进行筛分；以及，
返料机，两端分别与所述分级机及球磨机相接，用于将筛分得到的不符规格的粒径输送回球磨机内。
可选的，所述水洗系统包括n组水洗程序组，每组所述水洗程序组均包括：
水洗反应釜，用于为飞灰水洗提供反应场所；
过滤器，与所述水洗反应釜相接，用于将清洗后的飞灰与洗水分离；
以及，第一洗水中转桶，与所述过滤器相接，用于盛装洗水；
第n组水洗程序组中的水洗反应釜同时还与第n-1组水洗程序组中的过滤器接通。
可选的，所述污水净化系统包括：
曝气池，与所述第一洗水中转桶相接，用于对洗水进行一级净化；
一体化污水设备，与所述曝气池接通，用于供洗水与外加试剂进行反应；
物理滤池，与所述一体化污水设备接通，铺设有过滤介质，用于对洗水进行一级过滤；
树脂吸附柱，与所述物理滤池接通，用于对洗水进行二级过滤；
以及，滤液中转桶，与所述树脂吸附柱接通，用于盛装树脂吸附柱输出的滤液。
可选的，所述电催化回收系统包括：
混合反应釜，与所述水洗系统接通，用于供水与清洗后的飞灰进行混合形成水灰混合物；
电解池，与所述混合反应釜接通，通电后对所述水灰混合物进行电解；
隔膜压滤机，与所述电解池接通，用于将电解后的水灰混合物进行过滤，得到固相；
以及，烘干机，与所述隔膜压滤机接通，用于对过滤得到的固相进行烘干。
可选的，所述蒸发系统包括为三效蒸发结晶器，所述蒸发结晶器与所述滤液中转桶接通。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的垃圾焚烧发电飞灰处理方法，通过将飞灰依次进行球磨、水洗步骤后，再分别对飞灰进行电催化、烘干回收步骤，使得飞灰可以直接作为建材原材料或建设用土地进行资源化利用，同时，通过对水洗步骤得到的洗水进行污水净化、蒸发结晶操作，使得飞灰中含有的盐可以被回收再利用，最终，有利于垃圾焚烧发电飞灰的资源化利用，且处理成本低。
2.本发明提供的垃圾焚烧发电飞灰处理方法，通过在水洗步骤前设置球磨步骤，一方面，可以使得飞灰颗粒的大小变得均匀，另一方面打破了氯离子在飞灰表面的包裹，从而可以促进水洗步骤时的氯离子溶出，提高了水洗步骤时的氯离子溶出率，且可提升二噁英降解效率。
3.本发明提供的垃圾焚烧发电飞灰处理方法，通过采用电催化方法对二噁英进行去除，其通过发生电极反应在阴极和阳极上分别析出氢气和氧气，产生直径很小分散度很高的气泡，这些微气泡粘附在吸附有二噁英的活性炭上，随着气泡的上升，这些胶体或絮体会随之上升至水面形成泡沫层，再利用机械方法去除泡沫层，即可达到分离活性炭二噁英的目的，具有处理简单、占地面积小、管理方便、处理费用低的特点。
4.本发明提供的垃圾焚烧发电飞灰处理设备，通过设置相互连通的预处理系统、水洗系统、电催化系统、污水净化系统以及蒸发结晶系统，使得飞灰通入处理设备后，可以接收球磨、水洗、电催化、烘干回收、污水净化、蒸发结晶的处理，最终使得飞灰中的有害物质得以去除，使得飞灰可以直接作为建材原材料或建设用土地进行使用，飞灰中的盐可以被回收再利用，提供飞灰的资源化利用效率，降低处理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例3中的垃圾焚烧飞灰处理设备的结构示意图；
图2为本发明的实施例3中的预处理系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、预处理系统；2、水洗系统；3、电催化回收系统；4、污水净化系统；5、蒸发结晶系统；6、给料机；7、球磨机；8、分级机；9、返料机；10、水洗反应釜；11、过滤器；12、第一洗中转桶；13、混合反应釜；14、电解池；15、隔膜压滤机；16、烘干机；17、第二洗水中转桶；18、曝气池；19、一体化污水设备；20、物理滤池；21、树脂吸附柱；22、滤液中转桶。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例涉及一种垃圾焚烧发电飞灰处理方法，包括以下步骤：
S1、预处理：取1公斤飞灰放入球磨机中球磨50分钟，球磨时飞灰与水的比例为1：1.5。
S2、水洗：将预处理得到的水灰混合物转入三级水洗系统的搅拌桶中进行水洗，单级水洗的飞灰与水的添加质量比为1:8，水洗时间为1h，使得飞灰中的盐溶解到洗水中，得到清洗后的飞灰与洗水；
S3、电催化回收：将S2步骤得到的清洗后的飞灰与水进行混合，然后进入电催化设备，在电流密度为50A/m2的条件下电解10分钟将，然后过滤其水分，对飞灰进行干燥，测定飞灰中的参数；
S4、污水净化：化验S2步骤得到的洗水中的钙离子含量，在洗水中加入计算好量的碳酸钠，然后调节PH值在7，再加入PAC和PAM搅拌5分钟后过滤除沉淀物，滤液经过树脂吸附重金属进入蒸发设备，使洗水中的盐全部结晶。
最后水洗完的飞灰氯离子剩余含量只有0.05％，蒸发结晶得到的盐为493g。本实施例的处理成本为500元左右，采用固化填埋的成本为1500元左右，本实施例大大降低了处理成本。
实施例2
本实施例涉及一种垃圾焚烧发电飞灰处理方法，包括以下步骤：
S1、预处理：取0.5公斤飞灰放入球磨机中球磨60分钟，球磨时飞灰与水的比例为1：1.2。
S2、水洗：将预处理得到的水灰混合物转入三级水洗系统的搅拌桶中进行水洗，单级水洗的飞灰与水的添加质量比为1:5，水洗时间为1h，使得飞灰中的盐溶解到洗水中，得到清洗后的飞灰与洗水；
S3、电催化回收：将S2步骤得到的清洗后的飞灰与水进行混合，然后进入电催化设备，在电流密度为100A/m2的条件下电解8分钟将，然后过滤其水分，对飞灰进行干燥，测定飞灰中的参数；
S4、污水净化：化验S2步骤得到的洗水中的钙离子含量，在洗水中加入计算好量的碳酸钠，然后调节PH值在8，再加入PAC和PAM搅拌5分钟后过滤除沉淀物，滤液经过树脂吸附重金属进入蒸发设备，使洗水中的盐全部结晶。
最后水洗完的飞灰氯离子剩余含量只有0.06％，蒸发结晶得到的盐为235g。本实施例的处理成本为250元左右，采用固化填埋的成本为780元左右，本实施例大大降低了处理成本。
实施例3
本实施例涉及一种垃圾焚烧飞灰处理设备，包括预处理系统、水洗系统、电催化回收系统、污水净化系统以及蒸发结晶系统。
其中，预处理系统用于对飞灰进行球磨；水洗系统与预处理系统接通，水洗系统用于将球磨后的飞灰进行水洗；电催化回收系统与水洗系统接通，电催化回收系统用于对水洗系统输出的清洗后的飞灰进行电解并烘干；污水净化系统与水洗系统接通，污水净化系统用于对水洗系统输出的洗水进行净化；蒸发结晶系统与污水净化系统接通，蒸发结晶系统用于对污水净化系统输出的滤液进行蒸发结晶。
在本实施例中，预处理系统包括给料机、球磨机、分级机以及返料机。给料机用于输送飞灰，球磨机与给料机相接，球磨机用于对飞灰进行球磨；分级机与所述球磨机相接，分级机用于按粒径对球磨后的飞灰进行筛分；返料机的两端分别与所述分级机及球磨机相接，返料机用于将筛分得到的不符规格的粒径输送回球磨机内。
飞灰由给料机输送至球磨机内，在球磨机内进行球磨，之后被输送至分级机内，通过筛网对飞灰按粒径进行分离，不符合要求的飞灰被输送至返料机再由返料机重新输送至球磨机内进行重新球磨，符合要求的飞灰则被输送至下一道工序。通过球磨工序，一方面，可以使得飞灰颗粒的大小变得均匀，另一方面打破了氯离子在飞灰表面的包裹，从而可以促进水洗步骤时的氯离子溶出，提高了水洗步骤时的氯离子溶出率，且可提升二噁英降解效率。
水洗系统包括n组水洗程序组。每组水洗程序组均包括水洗反应釜、过滤器以及第一洗水中转桶。水洗反应釜用于为飞灰水洗提供反应场所；过滤器与所述水洗反应釜相接，过滤器用于将清洗后的飞灰与洗水分离；第一洗水中转桶与过滤器相接，第一洗水中转桶用于盛装洗水；其中，第n组水洗程序组中的水洗反应釜同时还与第n-1组水洗程序组中的过滤器接通。
在本实施例中，水洗系统包括两组水洗程序组。第一组水洗程序组中的水洗反应釜与预处理系统连通，第二组水洗程序组中的水洗反应釜与第一组水洗程序中的过滤器接通，经球磨后的飞灰率先被输送至第一组水洗程序组中的水洗反应釜内，通过往水洗反应釜内加水搅拌实现对飞灰的清洗，然后第一组水洗程序组中的水洗反应釜内的水灰混合物被输送至第一组水洗程序组中的过滤器内，经过滤器分离得到一级清洗后的飞灰与洗水，一级清洗后的飞灰被输送至第二组水洗程序组中的水洗反应釜内进行二级清洗，洗水则被输送至第一洗水中转桶内进行暂时存储。在本实施例中，为节约水资源同时方便对洗水中的盐进行回收，将第二组水洗程序组中的第一洗水转接桶与第一组水洗程序组中的水洗反应釜接通，经二级清洗后得到的洗水可以被重新输送至第一组水洗程序组中作为清洗介质使用。经两级水洗后，最终得到清洗后的飞灰与洗水。
为清除清洗后的飞灰中所含有的二噁英并对飞灰进行回收再利用，在本实施例中，电催化回收系统包括混合反应釜、电解池、隔膜压滤机以及烘干机。其中，混合反应釜与所述水洗系统接通，混合反应釜用于供水与清洗后的飞灰进行混合形成水灰混合物；电解池，与混合反应釜接通，电解池通电后对水灰混进行电解；隔膜压滤机与电解池接通，隔膜压滤机用于将电解后的水灰混合物进行过滤，得到固相；烘干机与隔膜压滤机接通，烘干机用于对过滤得到的固相进行烘干。
清洗后的飞灰被输送至混合反应釜内，然后加水混合形成水灰混合物，再将水灰混合物输送至电解池中，电解池通电，发生电极反应，在阴极和阳极上分别析出氢气和氧气，产生直径很小分散度很高的气泡，这些微气泡粘附在活性炭二噁英本体上，随着气泡的上升，这些胶体或絮体会随之上升至水面形成泡沫层，将泡沫层去除，即可达到分离活性炭二噁英的目的，具有处理简单、占地面积小、管理方便、处理费用低的特点。完成电解后的水灰混合物被输送至隔膜压滤机内进行过滤分离，得到固相与液相，再将固相输送至烘干机内烘干，即可得到可以直接作为建材原材料进行使用的飞灰，实现飞灰的回收资源化利用。
为进一步节约水资源，在本实施例中，在电催化回收系统中还设置有第二洗水中转桶，第二洗水中转桶一端与隔膜压滤机接通，另一端与第二组水洗程序组中的水洗反应釜接通，第二洗水中转桶用于盛装隔膜压滤机分离出的液相。该液相可由水泵再次输送回第二组水洗程序组中的水系反应釜中以作为清洗介质使用。
经两级水洗得到的洗水中，包含大量的盐分，为将盐分回收再利用，在本实施例中，污水净化系统包括曝气池、一体化污水设备、物理滤池、树脂吸附柱以及滤液中转桶。曝气池与第一洗水中转桶相接，曝气池用于对洗水进行一级净化；一体化污水设备与曝气池接通，一体化污水设备用于供洗水与外加试剂进行反应；物理滤池与一体化污水设备接通，物理滤池内铺设有过滤介质，物理滤池用于对洗水进行一级过滤；树脂吸附柱与物理滤池接通，树脂吸附柱用于对洗水进行二级过滤；滤液中转桶与树脂吸附柱接通，滤液中转桶用于盛装树脂吸附柱输出的滤液。其中，树脂吸附柱设置有两个，其中一个内填充有除钙镁树脂，另一个填充有除重金属树脂。
经两级水洗后得到的洗水被输送至曝气池内，在曝气池由微生物进行生化反应从而实现一级净化，然后再被输送至一体化污水设备内，通过往一体化污水设备内添加对应的外加试剂如碳酸钠、PAC、PAM，使得一体化污水设备内发生化学沉淀反应，从而将洗水中的钙、铝成分沉淀析出，然后将洗水通入至物理滤池内进行一级过滤，通过物理滤池内的过滤介质对沉淀进行拦截，然后再将洗水输入至树枝吸附柱中，通过树脂吸附进一步去除洗水中的钙镁及重金属成分等影响蒸发结晶的污染物质，最后再将洗水输送至蒸发系统内进行蒸发结晶，得到盐。
在本实施例中，蒸发系统为三效蒸发结晶器。
本发明提供的垃圾焚烧发电飞灰处理设备，通过设置相互连通的预处理系统、水洗系统、电催化系统、污水净化系统以及蒸发结晶系统，使得飞灰通入处理设备后，可以接收球磨、水洗、电催化、烘干回收、污水净化、蒸发结晶的处理，最终使得飞灰中的有害物质得以去除，使得飞灰可以直接作为建材原材料或建设用土地进行使用，飞灰中的盐可以被回收再利用，提供飞灰的资源化利用效率，降低处理成本。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种垃圾焚烧飞灰处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
预处理：对飞灰进行机械处理以缩小其粒径；
水洗：采用多级水洗将预处理步骤得到的飞灰水洗去除氯离子，得到清洗后的飞灰及洗水；
电催化回收：将水洗步骤得到的清洗后的飞灰与水混合后电解去除二噁英并过滤，再对过滤得到的固相进行烘干；
污水净化：采用化学沉淀法去除水洗步骤得到的洗水中的钙离子及重金属，得到滤液；
蒸发结晶：将污水净化步骤得到的滤液进行蒸发结晶，获得盐。
2.根据权利要求1或2所述的垃圾焚烧飞灰处理方法，其特征在于，所述机械处理为球磨，所述球磨采用陶瓷球，球磨时飞灰与水的添加质量比为1：(1.2-1.5)。
3.根据权利要求1或2所述的垃圾焚烧飞灰处理方法，其特征在于，所述水洗步骤中，单级水洗的飞灰与水的添加质量比为1：(5-8)，水洗时间为至少1小时。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾焚烧飞灰处理方法，其特征在于，所述采用化学沉淀法去除洗水中的钙离子及重金属步骤包括：
往滤液中加入碳酸钠或硫酸钠，然后调节pH至7-8，加入PAC和PAM进行絮凝沉淀，将沉淀后的上清液流经树脂进行吸附。
5.一种垃圾焚烧飞灰处理设备，其特征在于，包括：
预处理系统，用于对飞灰进行机械处理以降低其粒径；
水洗系统，与所述预处理系统接通，用于将球磨后的飞灰进行水洗；
电催化回收系统，与所述水洗系统接通，用于对水洗系统输出的清洗后的飞灰进行电解并烘干；
污水净化系统，与所述水洗系统接通，用于对水洗系统输出的洗水进行净化；
以及，蒸发结晶系统，与所述污水净化系统接通，用于对污水净化系统输出的滤液进行蒸发结晶。
6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧飞灰处理设备，其特征在于，所述预处理系统包括：
给料机，用于输送飞灰；
球磨机，与所述给料机相接，用于对飞灰进行球磨；
分级机，与所述球磨机相接，用于按粒径对球磨后的飞灰进行筛分；以及，
返料机，两端分别与所述分级机及球磨机相接，用于将筛分得到的不符规格的粒径输送回球磨机内。
7.根据权利要求5所述的垃圾焚烧飞灰处理设备，其特征在于，所述水洗系统包括n组水洗程序组，每组所述水洗程序组均包括：
水洗反应釜，用于为飞灰水洗提供反应场所；
过滤器，与所述水洗反应釜相接，用于将清洗后的飞灰与洗水分离；
以及，第一洗水中转桶，与所述过滤器相接，用于盛装洗水；
第n组水洗程序组中的水洗反应釜同时还与第n-1组水洗程序组中的过滤器接通。
8.根据权利要求7所述的垃圾焚烧飞灰处理设备，其特征在于，所述污水净化系统包括：
曝气池，与所述第一洗水中转桶相接，用于对洗水进行一级净化；
一体化污水设备，与所述曝气池接通，用于供洗水与外加试剂进行反应；
物理滤池，与所述一体化污水设备接通，铺设有过滤介质，用于对洗水进行一级过滤；
树脂吸附柱，与所述物理滤池接通，用于对洗水进行二级过滤；
以及，滤液中转桶，与所述树脂吸附柱接通，用于盛装树脂吸附柱输出的滤液。
9.根据权利要求7所述的垃圾焚烧飞灰处理设备，其特征在于，所述电催化回收系统包括：
混合反应釜，与所述水洗系统接通，用于供水与清洗后的飞灰进行混合形成水灰混合物；
电解池，与所述混合反应釜接通，通电后对所述水灰混合物进行电解；
隔膜压滤机，与所述电解池接通，用于将电解后的水灰混合物进行过滤，得到固相；
以及，烘干机，与所述隔膜压滤机接通，用于对过滤得到的固相进行烘干。
10.根据权利要求8所述的垃圾焚烧飞灰处理设备，其特征在于，所述蒸发系统包括为三效蒸发结晶器，所述蒸发结晶器与所述滤液中转桶接通。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114405969A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-04-29 | 生态环境部华南环境科学研究所 | 飞灰水洗脱盐工艺及其应用 |
| CN114682615A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-01 | 蒋永富 | 一种垃圾焚烧飞灰处理系统 |
| CN114918236A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-08-19 | 山东大学 | 一种垃圾焚烧飞灰水洗反应装置、处理系统及方法 |
| CN116425508A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-14 | 常熟理工学院 | 一种利用垃圾焚烧飞灰和铝灰制备高强度砖的方法及其产品 |
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