CN113814207A

CN113814207A - 一种在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法

Info

Publication number: CN113814207A
Application number: CN202111075102.6A
Authority: CN
Inventors: 闫大海; 刘美佳; 崔长颢; 陈超; 李唯实; 卢盛鑫; 黄启飞; 李丽
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2041-09-14
Also published as: CN113814207B

Abstract

本发明属于垃圾焚烧飞灰无害化处置技术领域，涉及一种在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，该方法预处理仅需将生活垃圾焚烧飞灰充分混匀即可；然后将混匀后的飞灰直接投入到热解炉当中，在氮气气氛下低温降解垃圾焚烧飞灰中的二噁英，降解效率可达98.00％以上，飞灰中二噁英残留毒性可降至20ng‑TEQ/kg左右，热解炉中产生的烟气经过活性炭吸附进入喷淋塔内处理，直至符合国家排放标准后排放。该方法操作简便，设备要求低，无二次污染，不仅可以有效去除垃圾焚烧飞灰中的二噁英，还可为微晶玻璃、陶粒等建筑材料提供部分生产原料，实现了资源循环利用。

Description

一种在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法

技术领域

本发明属于垃圾焚烧飞灰无害化处置技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰的处理方法，特别涉及一种通过低温降解飞灰当中二噁英的方法，仅需将飞灰充分混匀后在热解炉当中低温降解。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着经济和城乡居民生活质量的提升，生活垃圾产生量迅速增长，而随着城镇土地资源的日益紧张，具有高减容、高减量，高温消毒以及热能利用等优点的垃圾焚烧技术在生活垃圾无害化处置中的应用占比越来越高。

飞灰是生活垃圾焚烧产生的固体废物，产生量约占垃圾焚烧量的3％～10％。飞灰中富含钙、硅、铝等有价组分，适合作为建筑材料原料可以回收利用，但同时飞灰当中还含有二噁英和重金属等有害物质使其被列为危险废物(HW18类)，而氯盐大约占比20％的特性也使得其易溶出对环境造成污染，所以飞灰必须进行无害化处理后以控制环境风险才可排放或再利用。

二噁英在常温下处于固态，无色无味，熔沸点较高，难以挥发并且化学性质极其稳定，由于具有持久难分解、生物体内易蓄积、长距离迁移沉淀以及高毒性的特性，被列为《POPs公约》中12种重点控制POPs之一。

目前飞灰最常见的处置方式是水泥固化后填埋，水泥窑协同处置和高温处理(高温烧结、玻璃化、等离子体等)，但是这几种技术的应用都有其局限性；固化填埋仅能固定飞灰中的重金属而无法降解二噁英，并且会明显增容增大处理负担；而水泥窑协同处置由于设施稳定运行对氯的质量分数严格限制，导致飞灰的添加量有限；高温处理则因为其高能耗和高成本使得工业化应用难度较大。此外，还有些新兴技术如电化学、生物法等还不够成熟，无法有效稳定降解飞灰中的二噁英。

综上，飞灰中二噁英的低成本、高效率降解是制约飞灰利用处置的关键环节，是环境风险控制领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对目前生活垃圾焚烧飞灰中二噁英难降解的现状以及高温处理垃圾焚烧飞灰种高能耗的问题，本发明的目的在于提供一种低温无害化处理生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法。该方法将生活垃圾焚烧发电厂焚烧过程产生的飞灰充分混匀后，投入到氮气气氛下的热解炉中，在无需额外添加剂的情况下，在较低的处理能耗和处理成本下，实现了飞灰中二噁英的降解，达到了“降污减碳”的目的，同时对飞灰中部分有价金属的回收提供了帮助，处理后的飞灰可以用作为建筑材料的原料，体现资源循环利用的特点。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，包括：

将生活垃圾焚烧飞灰混合均匀，得到混匀后的飞灰；

将所述混匀后的飞灰进行低温降解，即得。

与现有的低温热解方法相比，本发明的优势在于方法简单，技术门槛低，经济实惠，在工业应用当中适用范围广，对炉型要求低，仅需将飞灰充分混匀，无需水洗和其他预处理，也不需要加入额外的添加剂即可做到对生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的有效降解，实现“减污降碳”的目标。本发明无需反复加入飞灰，仅需加入1次，在氮气环境下进行低温处理，即可降至20ng-TEQ/kg左右，降解效率可达98.00％以上，优于国家标准中资源化利用的限值要求；同时，本发明成功在低温条件下(350℃～400℃)降解了飞灰当中的二噁英并运用到了实际工艺当中，烟气中的二噁英含量也很少证明二噁英并没有脱附到烟气当中，烟气仅通过活性炭吸附以及湿法喷淋将尾气处理至符合国家排放标准后排放，说明了本发明在实际运用当中是切实可行的，处理后的飞灰经过水洗可以用作为建筑材料的原料，实现了资源循环利用。

本发明的第二个方面，提供了低温降解在去除生活垃圾焚烧飞灰中二噁英中的应用。

本发明研发了一种能够实现资源化利用、成本低、简便易行、环境安全的方法来解决了焚烧飞灰中的二噁英降解的问题。

本发明的第三个方面，提供了低温降解在去除垃圾焚烧飞灰中二噁英及生产建筑材料原材料中的应用。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明对不同的垃圾焚烧飞灰适用范围广，预处理仅需将飞灰充分混匀，无需额外添加剂的条件下，直接将飞灰投入到热解炉当中进行低温处理即可。简便易行，降低了处理门槛，减少了处理能耗，节约了处理成本。

(2)本发明直接将飞灰投入到热解炉中，烟气利用喷淋塔处理，避免二次污染的产生，实现了减污降碳，处理后的飞灰经过水洗蒸发结晶后可作为建筑材料的原料，体现了绿色循环经济的特性，同时也降低了建筑材料的制备成本。

(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

一种低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其包括以下步骤：

首先将生活垃圾焚烧飞灰充分混匀。

研究发现：飞灰混合的均匀度对低温降解的温度和时间有一定影响，为了在400℃下实现垃圾焚烧飞灰中二噁英高效降解，因此，在一些实施例中，混匀后的飞灰应至少可以分成小于1μm，1μm～10μm，10μm～100μm，100μm～700μm四个粒级，以使飞灰间的空隙足够小，在400℃下实现对二噁英的高效降解。其中，10μm～100μm粒径的飞灰适合用作微晶玻璃和陶粒等建筑材料的原料。

研究发现：飞灰的组成成分会对低温降解的温度和时间有一定影响，因此，在一些实施例中，所述飞灰的主要化学组成以CaO为主，占了25.17～47.52％；Cl元素含量为11.22～17.67％；其次是钠盐和钾盐占了8.75～18.50％；不同垃圾焚烧飞灰中Si含量差异较大为4.14～39.14％之间。相对现有技术可以明显降低垃圾焚烧飞灰的处理门槛和能耗，在400℃下实现生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的高效降解。

在一些实施例中，所述飞灰低温处理的温度在350℃～400℃之间，炉内停留时间为60min～120min，在氮气气氛的热解炉内对生活垃圾焚烧飞灰进行处理。

在一些实施例中，所述飞灰低温处理所得产物中二噁英的降解率可达到98.0％以上，二噁英残留毒性可降至20ng-TEQ/kg左右。

在一些实施例中，所述飞灰低温处理所得产物以间接水冷换热设备进行快速冷却，可以有效避免二噁英的二次生成。

在一些实施例中，所述飞灰低温处理所得烟气产物利用活性炭吸附然后湿法喷淋处理，直至符合国家排放标准后排放，可以有效避免二次污染。

在一些实施例中，所述飞灰低温处理所得产物经过水洗蒸发结晶后可得到可适用于制备建筑材料的原料。

在一些实施例中，生活垃圾焚烧飞灰来自炉排炉焚烧炉或流化床焚烧炉产生的飞灰。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

以下实施例中，飞灰经过充分的机械混合后分为1μm(5.96％)，1μm～10μm(29.94％)，10μm～100μm(46.94％)，100μm～700μm(17.16％)四个粒度等级，测定飞灰中初始的二噁英毒性含量是750.45ng-TEQ/kg，然后将飞灰分为四份(分别对应实施例1-4)，分别测定其各主要成分含量，具体如下：

实施例1：

所选飞灰为生活垃圾炉排炉焚烧炉产生的飞灰，其中CaO含量为28.96％，Cl含量为16.57％，钾盐含量为7.88％，钠盐含量为3.89％，SO₃含量为7.13％。将所选飞灰充分混匀，然后热解炉中通入氮气预热。

热解炉温度设定为350℃，停留时间120min，所得产物以间接水冷换热设备进行快速冷却。

处理后的飞灰二噁英降解率为98.40％，二噁英残留量为20.56ng-TEQ/kg。

处理后的烟气利用活性炭吸附然后湿法喷淋处理，直至符合国家排放标准后排放。

实施例2：

所选飞灰为生活垃圾炉排炉焚烧炉产生的飞灰，其中CaO含量为30.17％，Cl含量为17.03％，中国环境科学研究院钾盐含量为8.19％，钠盐含量为4.10％，SO₃含量为7.25％。将所选飞灰充分混匀，然后热解炉中通入氮气预热。

热解炉温度设定为400℃，停留时间60min，所得产物以间接水冷换热设备进行快速冷却。

处理后的飞灰二噁英降解率为98.52％，二噁英残留量为19.57ng-TEQ/kg。

实施例3：

所选飞灰为生活垃圾炉排炉焚烧炉产生的飞灰，其中CaO含量为28.64％，Cl含量为16.25％，钾盐含量为7.85％，钠盐含量为3.85％，SO₃含量为6.98％。将所选飞灰充分混匀，然后热解炉中通入氮气预热。

热解炉温度设定为400℃，停留时间90min，所得产物以间接水冷换热设备进行快速冷却。

处理后的飞灰二噁英降解率为98.91％，二噁英残留量为15.47ng-TEQ/kg。

实施例4：

实施例4为较优选方案。所选飞灰为生活垃圾炉排炉焚烧炉产生的飞灰，其中CaO含量为29.24％，Cl含量为18.14％，钾盐含量为7.38％，钠盐含量为4.26％，SO₃含量为7.07％。将所选飞灰充分混匀，然后热解炉中通入氮气预热。

热解炉温度设定为400℃，停留时间120min，所得产物以间接水冷换热设备进行快速冷却。

处理后的飞灰二噁英降解率为96.58％，二噁英残留量为50.42ng-TEQ/kg。降解效率低于其他三个实例，残留量明显高于其他三个实例。

处理后的烟气利用活性炭吸附然后湿法喷淋处理，直至符合国家排放标准后排放。该较优选方案说明并不是温度越高、停留时间越长，二噁英降解率就会越高、残留量就越低。具体的工艺参数还是要根据实际情况决定。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。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

1.一种在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，包括：

将生活垃圾焚烧飞灰混合均匀，得到混匀后的飞灰；

将所述混匀后的飞灰进行低温降解，即得。

2.如权利要求1所述的在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，所述混匀后的飞灰分为至少4个粒级，优选地，为小于1μm，1μm～10μm，10μm～100μm，100μm～700μm。

3.如权利要求1所述的在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，混合的方式采用机械混合，优选地，为机械搅拌。

4.如权利要求1所述的在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，所述混匀后的飞灰的化学组成以CaO为主，占了25.17～47.52％；Cl元素含量为11.22～17.67％；其次是钠盐和钾盐占了8.75～18.50％。

5.如权利要求1所述的在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，所述低温降解的条件为于350℃～400℃下，处理60min～120min。

6.如权利要求1所述的在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，所述方法还包括：对低温降解后的产物进行冷却处理，优选地，采用间接水冷换热设备进行冷却。

7.如权利要求1所述的在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，所述方法还包括：对低温降解后的产生的烟气采用吸附剂或湿法喷淋处理，优选地，吸附剂为活性炭。

8.如权利要求1所述的在热解炉中低温降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，低温降解后的产物进行水洗蒸发结晶处理后，用于制备建筑材料的原料。

9.低温降解在去除垃圾焚烧飞灰中二噁英中的应用。

10.低温降解在去除垃圾焚烧飞灰中二噁英及生产建筑材料原材料中的应用。