CN113843255B - 一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法及系统。方法包括以下步骤：取烟气脱酸产生的焚烧飞灰，水洗后调节含水率低于50％，通入CO2进行矿化稳定；取布袋除尘产生的焚烧飞灰，调节含水率低于30％且pH值在6.5至8.5之间，添加螯合剂进行螯合稳定。系统包括：矿化稳定化装置和螯合稳定化装置；所述矿化稳定装置与烟气脱酸塔相连，用于收集烟气脱酸产生的焚烧飞灰进行矿化稳定；所述螯合稳定化装置与布袋除尘器相连，用于收集布袋除尘产生的焚烧飞灰进行螯合稳定。本发明针对飞灰的性质、重量调节药剂用量，针对性强、稳定化效果好，同时消耗的pH值调节剂和金属螯合剂大幅减小，经济成本降低。
Description
技术领域
本发明属于垃圾焚烧飞灰处理领域，更具体地，涉及一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法及系统。
背景技术
越来越多的城市选择焚烧处理方式，以解决填埋用地不足的问题。随着垃圾焚烧行业的蓬勃发展，采用焚烧处理的生活垃圾规模越来越大，随之而来也带来了一些环境方面的问题。
根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485-2014)，焚烧飞灰是指烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰。因其含有重金属和二噁英，因此在《国家危险废物名录》(2016版)中，明确将垃圾焚烧飞灰列为危险废物(编号HW18)。《国家危险废物名录》(2016版)指出，生活垃圾焚烧飞灰在处置过程中满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中第6.3条要求的，可以进入生活垃圾填埋场进行填埋处置，填埋过程不按危险废物管理。因此焚烧飞灰进行长期有效的稳定化处理是非常重要的。
常见的飞灰稳定化技术包括：水泥固化、药剂固化、水热处理、熔融固化、矿化稳定等等。但是目前最普遍应用的飞灰稳定化工艺是药剂固化，即通过螯合剂与垃圾焚烧飞灰中易渗滤的重金属反应，生成难溶、稳定、低毒性的物质，从而达到国家有关安全填埋的标准。该技术工艺由于技术简单、稳定效果好、处理成本低，因此在实际应用中越来越普遍。为满足国家相关规定，经过处理后的飞灰的含水率必须低于30％，因此稳定化过程中需要控制液态螯合剂和水的添加量，并且在后期进行充分的养护使得固化体充分干燥。
然而，目前无论用那种稳定化技术，都不能很好的降低含水率和重金属浸出毒性。即处理后的飞灰在含水率和重金属浸出毒性方面均难以满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中的相关要求，是经检测合格率很低。为了将焚烧飞灰处理到达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中的相关要求的程度，需要消耗大量的有机酸和金属螯合剂，处理成本高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法及系统，其目的在于通过分段式的取出不同焚烧阶段产生的焚烧飞灰，针对其不同的化学性质特点，分别进行矿化稳定化和熬合稳定化，提高稳定化效果的同时降低螯合剂、pH值调节剂的用量，从而降低经济成本，由此解决稳定化效果不佳或者稳定化成本过高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，包括以下步骤：
取烟气脱酸产生的焚烧飞灰，水洗后调节含水率低于50％，通入CO2进行矿化稳定；
取布袋除尘产生的焚烧飞灰，调节含水率低于30％且pH值在6.5至8.5之间，添加螯合剂进行螯合稳定。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其矿化稳定条件为：温度在50-150℃之间，压强在1-3MPa之间，液固比在0.1-0.5L/kg之间，反应气体氛围中维持CO2含量15(v/v)％以上，反应时间维持0.5-1.5h。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其螯合稳定条件为：含水率在10％-20％之间，螯合剂添加质量比例为布袋除尘产生的焚烧飞灰的2％-5％，反应时间3-5min。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其采用pH调节剂调节螯合反应pH值，所述pH调节剂的选自盐酸、柠檬酸、醋酸中的一种或多种组合。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其所述螯合剂选自二硫代氨基甲酸盐、磷酸盐、EDTA中的某一种或多种组合。
按照本发明的另一个方面提供了一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其包括：矿化稳定化装置和螯合稳定化装置；所述矿化稳定装置与烟气脱酸塔相连，用于收集烟气脱酸产生的焚烧飞灰进行矿化稳定；所述螯合稳定化装置与布袋除尘器相连，用于收集布袋除尘产生的焚烧飞灰进行螯合稳定。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其所述矿化稳定化装置，包括给料机、水洗器、干燥器、CO2供气管道、以及固化反应皿；所述给料机，与固化反应皿相连，用于取用脱酸塔产生的焚烧飞灰，所述水洗器、干燥器调节烟气脱酸产生的焚烧飞灰的含水率在预设范围之内；所述CO2供气管道与所述固化反应皿相连；所述固化反应皿，包括反应容器、以及用于提供反应体系压力的压力机、测定反应体系温度的热电偶。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其所述给料机，优选为螺旋给料机，优选所述给料机依次通过水洗器、干燥器、飞灰计量仓与所述固化反应皿相连；
所述CO2供气管道包括依次相连的CO2储存罐、以及气体流量计用于按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化反应皿中通入CO2气体；
所述水洗器包括水洗池与板框压滤机用于飞灰的水洗脱氯处理，并需配备相应的水洗用水回流设备以及废水收集与处理设备。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其所述螯合稳定化装置，包括给料机、分别用于进给pH调节剂和螯合剂的进给通道、水箱、以及固化混炼机；所述给料机，与固化混炼机相连，用于取用布袋除尘产生的焚烧飞灰；所述进给通道与固化混炼机相连，所述用于进给pH调节剂的进给通道，按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化混炼机中添加pH调节剂，所述用于进给螯合剂的进给通道，按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化混炼机中添加螯合剂；所述水箱与所述固化进给通道相连，用于定量给水。
优选地，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其所述给料机，优选为螺旋给料机，优选所述给料机通过飞灰计量仓与所述固化混炼机相连；
所述进给通道包括依次相连的存储罐、计量器、以及溶液计量罐；
所述水箱与进给通道的溶液计量罐相连。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的生活垃圾焚烧飞灰分段式处理方法及其稳定化系统，可实施性好，操作简单，且针对飞灰的性质、重量调节药剂用量，针对性强、稳定化效果好，同时消耗的pH值调节剂和金属螯合剂大幅减小，经济成本降低；且本发明种提供的两种稳定化系统均可在现有条件下进行加装、改装。
附图说明
图1是生活垃圾焚烧飞灰分段式处理方法流程示意图；
图中的标号说明：100为余热回收；200为烟气脱酸；201为收集运输；202为贮存；203为矿化稳定；300为布袋除尘；301为收集运输；302为贮存；303为螯合稳定；400为烟囱；500为处置/资源化。
图2是矿化稳定化系统结构示意图；
图中的标号说明：A10为飞灰池；A11为螺旋给料机；A12为水洗器；A13为干燥器；A14为飞灰计量仓；A20为CO2储存罐；A21为气体流量计；A30为固化反应皿；A40为控制器；A41为压力机；A42为热电偶。
图3是螯合稳定化系统结构示意图；
图中的标号说明：B10为飞灰池；B11为螺旋给料机；B12为飞灰计量仓；B20为pH剂储存罐；B21为电磁式计量器；B22为溶液计量罐；B23为泵；B30为螯合剂储存罐；B31为电磁式计量器；B32为溶液计量罐；B33为泵；B40为控制器；B41为水箱；B50为固化混炼机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
现有的生活垃圾焚烧后的一般处理步骤依次为：余热回收、烟气脱酸、布袋除尘、烟囱排气，最后集中处理收集指烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰，即焚烧飞灰，进行稳定化处理。现有的稳定化效果并不理想，我们发现其不同来源、不同阶段产生的飞灰成分差异较大，采用分段式的收集处理过程，对不同阶段产生的焚烧飞灰分别进行矿化或螯合，能明显提高最终总体焚烧飞灰的稳定化效果，降低重金属的浸出率。
本发明提供的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，包括以下步骤：
取烟气脱酸产生的焚烧飞灰，水洗后调节含水率低于50％，通入CO2进行矿化稳定；矿化稳定条件优选为：温度在50-150℃之间，压强在1-3MPa之间，固液比在0.1-0.5L/kg之间，反应气体氛围中维持CO2含量15(v/v)％以上，反应时间维持0.5-1.5h。有利于矿化反应完全，对重金属进行稳定。
取布袋除尘产生的焚烧飞灰，调节含水率低于30％且pH值在6.5至8.5之间，添加螯合剂进行螯合稳定。优选的螯合稳定条件为：含水率在10％-20％之间，螯合剂添加质量比例为布袋除尘产生的焚烧飞灰的2％-5％，反应时间3-5min；有利于螯合剂与飞灰充分接触，对重金属进行稳定。pH调节剂的选自盐酸、柠檬酸、醋酸中的一种或多种组合，用于螯合反应pH的调节；螯合剂选自二硫代氨基甲酸盐、磷酸盐、EDTA中的某一种或多种组合。
我们发现在经过脱酸塔后，焚烧飞灰含有较高的钙含量，而pH值较高呈碱性，此时取出焚烧飞灰，不需要大量的pH值调节剂的添加，通入CO2即可良好的通过矿化稳定重金属。而布袋除尘后的飞灰，钙含量明显较烟气脱酸产生的飞灰为低，同时碱性小，适合采用金属螯合进行螯合稳定。总体而言，不同阶段产生的焚烧飞灰理化性质不同，针对烟气脱酸产生的高钙强碱的焚烧飞灰，采用矿化稳定；针对布袋除尘产生的低钙弱碱的焚烧飞灰，采用螯合稳定。这样不但降低了重金属的浸出率，满足污染控制标准的相关要求，另外大大减少了pH值调节剂和螯合稳定剂的用量，从而大幅削减焚烧飞灰的处理成本。这是由于，矿化稳定阶段无需调节pH值，同时避免了脱酸塔焚烧飞灰对综合焚烧飞灰的pH值提高，从而减少了pH值调节剂的总用量，而矿化稳定阶段不需要使用金属螯合剂，因此降低了金属螯合剂的使用量需求。
应用本发明提供的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法的系统，包括：矿化稳定化装置和螯合稳定化装置；所述矿化稳定装置与烟气脱酸塔相连，用于收集烟气脱酸产生的焚烧飞灰进行矿化稳定；所述螯合稳定化装置与布袋除尘器相连，用于收集布袋除尘产生的焚烧飞灰进行螯合稳定。
所述矿化稳定化装置，包括给料机、水洗器、干燥器、CO2供气管道、以及固化反应皿；所述给料机，优选为螺旋给料机，与固化反应皿相连，优选所述给料机依次通过水洗器、干燥器、飞灰计量仓与所述固化反应皿相连，用于取用脱酸塔产生的焚烧飞灰，所述水洗器、干燥器调节烟气脱酸产生的焚烧飞灰的含水率在预设范围之内；所述CO2供气管道与所述固化反应皿相连，包括依次相连的CO2储存罐、以及气体流量计用于按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化反应皿中通入CO2气体；所述固化反应皿，包括反应容器、以及用于提供反应体系压力的压力机、测定反应体系温度的热电偶。所述水洗器包括水洗池与板框压滤机用于飞灰的水洗脱氯处理，并需配备相应的水洗用水回流设备以及废水收集与处理设备。
所述螯合稳定化装置，包括给料机、分别用于进给pH调节剂和螯合剂的进给通道、水箱、以及固化混炼机；所述给料机，优选为螺旋给料机，与固化混炼机相连，优选所述给料机通过飞灰计量仓与所述固化混炼机相连，用于取用布袋除尘产生的焚烧飞灰；所述进给通道与固化混炼机相连，包括依次相连的存储罐、计量器、以及溶液计量罐，所述用于进给pH调节剂的进给通道，按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化混炼机中添加pH调节剂，所述用于进给螯合剂的进给通道，按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化混炼机中添加螯合剂；所述水箱与所述固化进给通道相连，优选与进给通道的溶液计量罐相连，用于定量给水。
以下为实施例：
如图1所示，本发明提供的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法的系统，可以直接在现有得垃圾焚烧系统上加装、改装。
在烟气脱酸塔进行烟气脱酸处理后，收集烟气脱酸产生的焚烧飞灰，进入矿化稳定装置。
所述矿化稳定化装置，包括给螺旋给料机、水洗器、干燥器、CO2供气管道、以及固化反应皿；螺旋给料机，依次通过水洗器、干燥器、飞灰计量仓与所述固化反应皿相连；所述CO2供气管道与所述固化反应皿相连，包括依次相连的CO2储存罐、以及气体流量计用于按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化反应皿中通入CO2气体；所述固化反应皿，包括反应容器、以及用于提供反应体系压力的压力机、测定反应体系温度的热电偶，所述压力机带有压力计，用于测定反应体系压力。压力计、热电偶等测量设备用于监控矿化反应的实时实验条件。所述水洗器包括水洗池与板框压滤机用于飞灰的水洗脱氯处理，并需配备相应的水洗用水回流设备以及废水收集与处理设备。所述固化反应皿，需要为耐高温高压反应皿。
脱酸塔产生的飞灰经收集后，由螺旋给料机输送至水洗器，经水洗后飞灰进入干燥器。在105℃下干燥至含水率低于50％后进入飞灰计量仓，飞灰计量仓将称重数据传输至控制器，飞灰则进入固化装置。CO2过气体流量计进入固化装置，同时有压力机与热量电偶接入固化装置，且与控制器相连。固化反应时，随时将压力、温度参数传输至控制器。
矿化反应在50-150℃、1-3MPa、固液比在0.1-0.5L/kg之间，反应气体氛围中维持CO2含量15(v/v)％以上，反应0.5-1.5h。
所述螯合稳定化装置，包括螺旋给料机、分别用于进给pH调节剂和螯合剂的进给通道、水箱、以及固化混炼机；所述螺旋给料机，通过飞灰计量仓与所述固化混炼机相连，用于取用布袋除尘产生的焚烧飞灰；所述进给通道与固化混炼机相连，包括依次相连的存储罐、计量器、溶液计量罐，所述用于进给pH调节剂的进给通道的存储罐中存储pH调节剂，所述用于进给螯合剂的进给通道的存储罐中存储螯合剂；所述水箱与所述固化进给通道的溶液计量罐相连，用于定量给水。
布袋除尘飞灰经收集后，由螺旋给料机输送至飞灰计量仓，飞灰计量仓称重后将数据传输至控制器，称重后飞灰则输送至固化混炼机。pH调节剂由pH储存罐流出经过电磁式计量器，电磁式计量器接收控制器信号，根据飞灰重量计量相应的调节剂，pH调节剂进入溶液计量罐与水箱水配置成溶液，经由泵输送至固化混炼机。螯合剂由螯合剂储存罐流出经过电磁式计量器，电磁式计量器接收控制器信号，根据飞灰重量计量相应的螯合剂，螯合剂进入溶液计量罐与水箱水配置成溶液，经由泵输送至固化混炼机。
固化混炼机反应3-5min，随后养护至含水率＜30％。pH值调节剂采用柠檬酸与醋酸质量比1:2的混合物，螯合剂采用二硫代氨基甲酸盐。
收集来自广东省广州市某垃圾焚烧发电厂的焚烧飞灰样品，分别进行集中稳定化和分段稳定化。
原本收集所有的垃圾焚烧飞灰进行集中处理，处理过程：每吨飞灰按质量的30％加入水，以0.4L/kg的比例加入pH调节剂，按飞灰质量的1.1％加入干螯合剂，固化混炼5分钟；测试显示，在进行多批样品的螯合稳定化后，Pb、Zn、Cd三种元素综合超限率在60％左右，Pb的稳定化率在97.6％，Zn的稳定化率在85％，Cd的稳定化率在98.6％。消耗pH调节剂400L、消耗螯合剂11kg。
采用本实施例提供的系统进行生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理，在采样的5批生活垃圾焚烧飞灰，均进行分段稳定化处理后，测试显示，Pb、Cd稳定化率均达到98％及以上，Zn稳定化率达到80％及以上，所有重金属元素浸出毒性含量均达到国家标准规定限值，稳定化效果好。
每吨生活垃圾焚烧飞灰，消耗20kg CO2、消耗280L pH调节剂、消耗7.7kg螯合剂。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，所述生活垃圾焚烧处理步骤依次为：余热回收、烟气脱酸、布袋除尘、烟囱排气；其特征在于，所述生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法依次包括以下步骤：
取烟气脱酸产生的焚烧飞灰，水洗后调节含水率低于50%，通入CO2进行矿化稳定；
取布袋除尘产生的焚烧飞灰，调节含水率低于30%且pH值在6.5至8.5之间，添加螯合剂进行螯合稳定。
2.如权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其特征在于，矿化稳定条件为：温度在50-150℃之间，压强在1-3MPa之间，固液比在0.1-0.5L/kg之间，反应气体氛围中维持CO2含量15(v/v)%以上，反应时间维持0.5-1.5h。
3.如权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其特征在于，螯合稳定条件为：含水率在10%-20%之间，螯合剂添加质量比例为布袋除尘产生的焚烧飞灰的2%-5%，反应时间3-5min。
4.如权利要求3所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其特征在于，采用pH调节剂调节螯合反应pH值，所述pH调节剂选自盐酸、柠檬酸、醋酸中的一种或多种组合。
5.如权利要求3所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，其特征在于，所述螯合剂选自二硫代氨基甲酸盐、磷酸盐、EDTA中的某一种或多种组合。
6.一种生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其特征在于，应用于实现如权利要求1至5任意一项所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理方法，包括：矿化稳定化装置和螯合稳定化装置；所述矿化稳定化装置与烟气脱酸塔相连，用于收集烟气脱酸产生的焚烧飞灰进行矿化稳定；所述螯合稳定化装置与布袋除尘器相连，用于收集布袋除尘产生的焚烧飞灰进行螯合稳定。
7.如权利要求6所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其特征在于，所述矿化稳定化装置，包括给料机一、水洗器、干燥器、CO2供气管道、以及固化反应皿；所述给料机一与固化反应皿相连，用于取用脱酸塔产生的焚烧飞灰，所述水洗器、干燥器调节烟气脱酸产生的焚烧飞灰的含水率在预设范围之内；所述CO2供气管道与所述固化反应皿相连；所述固化反应皿，包括反应容器、以及用于提供反应体系压力的压力机、测定反应体系温度的热电偶。
8.如权利要求7所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其特征在于，所述给料机一，为螺旋给料机，所述给料机一依次通过水洗器、干燥器、飞灰计量仓一与所述固化反应皿相连；
所述CO2供气管道包括依次相连的CO2储存罐、以及气体流量计,用于按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化反应皿中通入CO2气体；
所述水洗器包括水洗池与板框压滤机，用于飞灰的水洗脱氯处理，并需配备相应的水洗用水回流设备以及废水收集与处理设备。
9.如权利要求6所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其特征在于，所述螯合稳定化装置，包括给料机二、分别用于进给pH调节剂和螯合剂的进给通道、水箱、以及固化混炼机；所述给料机二与固化混炼机相连，用于取用布袋除尘产生的焚烧飞灰；所述进给通道与固化混炼机相连，所述用于进给pH调节剂的进给通道，按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化混炼机中添加pH调节剂，所述用于进给螯合剂的进给通道，按照根据飞灰质量确定的控制信号定量的向所述固化混炼机中添加螯合剂；所述水箱与所述进给通道相连，用于定量给水。
10.如权利要求9所述的生活垃圾焚烧飞灰的分段式稳定化处理系统，其特征在于，所述给料机二，为螺旋给料机，所述给料机二通过飞灰计量仓二与所述固化混炼机相连；
所述进给通道包括依次相连的存储罐、计量器、以及溶液计量罐；
所述水箱与进给通道的溶液计量罐相连。
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