CN113953311A - 二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺，其包括如下步骤：一、将飞灰与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液，同时向浆液中通入二氧化碳气体调节pH值为6‑8；二、对浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；三、将前一步骤得到的固渣与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液；四、对步骤三制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；五、依次重复步骤三、四若一次，得到高浓度水洗液以及固渣；六、将步骤五得到固渣与水按照1：5~8的固液比混合制备浆液；七、对步骤六制得的浆液进行抽滤，得到低浓度水洗液以及固渣，并将低浓度水洗液用DTRO膜浓缩，得到浓水与淡水，其中，浓水回用到步骤一中用于制备浆液，淡水回用到步骤六中制备浆液。
Description
技术领域
本发明属于对垃圾焚烧产生的飞灰进行无害化处理的技术领域，具体涉及一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺。
背景技术
我国垃圾焚烧飞灰产量巨大，随着生活垃圾清运量的增加，焚烧处理比例的上升，垃圾焚烧产业将爆发式增长。到2020年底，垃圾总焚烧量达59.14万吨/日，在垃圾焚烧的过程中，会产生很多有害物质，如二噁英、酸性气体(如氯化氢、二氧化硫)、氮氧化物、重金属粉尘等，这些污染物在进行烟气净化时大部分会被除尘系统截留形成飞灰，年产生飞灰量约为1000万吨。大中型城市飞灰产生量大、土地资源紧张，以填埋为主的处置方式面临越来越大的压力，垃圾焚烧飞灰资源化、减量化及无害化处理是最终趋势。因此如何合理利用飞灰，实现废弃资源的再度利用已迫在眉睫。
2008年《国家危险废物名录》修订时明确“生活垃圾焚烧飞灰”属于危险废物，具有毒性，危废类别为HW18。垃圾焚烧飞灰的主要成分包括水溶性盐、钙质成分、重金属和二噁英等，飞灰一旦排放到环境中，将会对水，空气、土壤造成严重的污染和破坏，同时重金属和二噁英都会环境和对生物体产生极大危害，而水溶性钠盐、钾盐、钙盐，其本身虽然没有毒性，但是水溶性盐的存在，会对飞灰的无害化、资源化处理造成极大的危害。
大量的研究表明，采用水洗预处理的方法能够有效地去除飞灰中的可溶盐，南京师范大学发明了一种基于二氧化碳调质的飞灰水洗装置方法（公告号：CN112275782A），该发明提供了一种基于二氧化碳调质的飞灰水洗装置方法，通过二氧化碳对浆液的调质作用，解决现有的飞灰水洗装置后续蒸发水量高，能耗大的问题。但未对水洗后飞灰水洗液的处理给出合理方案且装置本身成本较高。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺，其主要解决的技术问题是现有的基于二氧化碳调质的飞灰水洗装置方法只能解决水洗后续蒸发水量高、能耗大的问题，而未能提出水洗液的后续处理方案，无法提高水资源的利用率，不能充分无害化、资源化水洗液。
为解决上述技术问题，本发明提供一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺，其包括如下步骤：
步骤一、将飞灰与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液，同时向浆液中通入二氧化碳气体调节pH值为6-8；
步骤二、用抽滤机对步骤一制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤三、将前一步骤得到的固渣与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液；
步骤四、用抽滤机对步骤三制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤五、依次重复步骤三、四1~2次，重复结束后得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤六、将步骤五得到固渣与水按照1：5~8的固液比混合制备浆液；
步骤七、用抽滤机对步骤六制得的浆液进行抽滤，得到低浓度水洗液以及固渣，并将低浓度水洗液用DTRO膜浓缩，得到浓水与淡水，其中，浓水回用到步骤一中用于与飞灰混合制备浆液，淡水回用到步骤六中用于与步骤五得到固渣混合制备浆液；
且，所述步骤二、四、五中得到的高浓度水洗液混合后进行无害化、资源化，先除去混合后的所述高浓度水洗液中的重金属元素，再除去所述高浓度水洗液中的钙、镁离子，以降低所述高浓度水洗液的硬度，最后对剩余的所述高浓度水洗液进行蒸发结晶，可得到钾盐与钠盐。
优选于：所述步骤五、依次重复步骤三、四一次，具体为：（一）将前一步骤四得到的固渣与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液；（二）用抽滤机对步骤（一）制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣。
优选于：所述步骤七还包括将得到的所述固渣资源化，先提取所述固渣中的有价金属，然后煅烧得到石灰，石灰回用于焚烧发电厂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明的水洗工艺采用二氧化碳气体对飞灰浆液进行调节pH值，加大重金属和钙离子沉淀，有利于后续资源化，即水洗液回收钾钠盐和固渣煅烧回收石灰，而且飞灰进行多级水洗，可提高水洗效率，使飞灰中所含的95%以上的可溶盐能够被洗脱；
2、采用二氧化碳调节pH值相比于其它试剂更加方便，垃圾焚烧发电本身环节就会产生二氧化碳，能使整个垃圾焚烧以及后续的飞灰水洗反应体系形成闭环，可有效的节约成本；
3、在多级水洗后增设一级增大固液比的水洗，能够洗脱收集飞灰渣中剩余的少量可溶盐，最后的水洗液经过DTRO膜浓缩，排出的浓水和淡水能够分别回用到多级水洗以及等大固液比的水洗中去，有效的节约了飞灰水洗过程中的用水量，使本发明的多级水洗工艺既可实现飞灰高效脱盐，达到盐水资源化利用，又可实现飞灰水洗渣除氯以及钙渣资源化利用；
4、本发明的多级水洗工艺运行条件温和，成本较低，回收率高。
附图说明
图1为飞灰处理整体工艺流程图。
图2为飞灰的水洗工艺流程图。
具体实施方式
以下结合较佳实施例以及说明书附图1-2对本发明提供一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺作进一步的描述。
如图1所示，本发明采用的二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺是一种将飞灰进行多次水洗制备浆液，飞灰中主要成分有可溶盐、钙质成分、重金属、二噁英等，一般为碱性，在飞灰水洗浆液中通入二氧化碳气体调节pH值至6-8，有利于重金属和钙离子沉淀，然后将每次水洗后抽滤得到的高浓度水洗液进行混合，并依次进行除重金属，除钙、镁，并蒸发结晶提取钾盐及钠盐，实现水洗液全资源化；而在对飞灰进行多次水洗后，增加一次大固液比（固液比为1：5-8）的水洗，获得的低浓度水洗液，将低浓度水洗液采用DTRO膜浓缩，得到浓水与淡水，其中的浓水回用到第一次水洗，通过逆向的浓水回用进而提升制浆浓度，进一步回收浓水中的可溶盐资源，而淡水则逆向回用到大固液比的水洗制浆步骤中，以节约水资源；同时对飞灰多级逆向水洗后产生的滤饼即固渣依次进行回收重金属、煅烧成石灰，达到将飞灰减量化、无害化处理，最后还能将生成的石灰回用于垃圾焚烧厂中烟气净化，而垃圾焚烧的环节中产生的二氧化碳也能用于通入到飞灰水洗浆液中调节pH值，实现垃圾焚烧发电、烟气净化、飞灰水洗的整个系统形成闭环。
如上所述，本发明可实现水洗的全资源化，飞灰水洗的水洗液脱盐率可达到95%以上，脱盐得到的水洗液为碱性的氯化钠及氯化钾水溶液可进行盐水资源化利用。飞灰水洗另一部分为滤饼，滤饼能够得到充分脱氯，后续可直接进窑焚烧也可考虑其他利用。
实施例1，如图2所示，其包括如下步骤：
步骤一、将飞灰与水按照1：3的固液比混合制备浆液，同时向浆液中通入二氧化碳气体调节pH值为6；
步骤二、用抽滤机对步骤一制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤三、将前一步骤得到的固渣与水按照1：3的固液比混合制备浆液；
步骤四、用抽滤机对步骤三制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤五、将前一步骤得到的固渣与水按照1：3的固液比混合制备浆液；
步骤六、用抽滤机对步骤五制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤七、将步骤六得到固渣与水按照1：5的固液比混合制备浆液；
步骤八、用抽滤机对步骤七制得的浆液进行抽滤，得到低浓度水洗液以及固渣，将得到的所述固渣资源化，先提取所述固渣中的有价金属，然后煅烧得到石灰，石灰回用于焚烧发电厂的尾气净化；并将低浓度水洗液用DTRO膜浓缩，得到浓水与淡水，其中，浓水回用到步骤一中用于与飞灰混合制备浆液，通过逆向的浓水回用进而提升制浆浓度，最大化的提升水洗液中的含盐量，进一步回收浓水中的可溶盐资源，淡水逆向回用到步骤七中用于与步骤六得到的固渣混合制备浆液，使水资源能够重复利用；
且，所述步骤二、四、六中得到的高浓度水洗液混合后进行无害化、资源化，先除去混合后的所述高浓度水洗液中的重金属元素，再除去所述高浓度水洗液中的钙、镁离子，以降低所述高浓度水洗液的硬度，最后对剩余的所述高浓度水洗液进行蒸发结晶，可得到钾盐与钠盐，经过水洗三次以及一次加大固液比水洗后的脱盐率可达95%左右。
实施例2，如图2所示，其包括如下步骤：
步骤一、将飞灰与水按照1：4的固液比混合制备浆液，同时向浆液中通入二氧化碳气体调节pH值为7；
步骤二、用抽滤机对步骤一制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤三、将前一步骤得到的固渣与水按照1：4的固液比混合制备浆液；
步骤四、用抽滤机对步骤三制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤五、将前一步骤得到的固渣与水按照1：4的固液比混合制备浆液；
步骤六、用抽滤机对步骤五制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤七、将步骤六得到固渣与水按照1：6.5的固液比混合制备浆液；
步骤八、用抽滤机对步骤七制得的浆液进行抽滤，得到低浓度水洗液以及固渣，将得到的所述固渣资源化，先提取所述固渣中的有价金属，然后煅烧得到石灰，石灰回用于焚烧发电厂的尾气净化；并将低浓度水洗液用DTRO膜浓缩，得到浓水与淡水，其中，浓水回用到步骤一中用于与飞灰混合制备浆液，通过逆向的浓水回用进而提升制浆浓度，最大化的提升水洗液中的含盐量，进一步回收浓水中的可溶盐资源，淡水逆向回用到步骤七中用于与步骤六得到的固渣混合制备浆液，使水资源能够重复利用；
且，所述步骤二、四、六中得到的高浓度水洗液混合后进行无害化、资源化，先除去混合后的所述高浓度水洗液中的重金属元素，再除去所述高浓度水洗液中的钙、镁离子，以降低所述高浓度水洗液的硬度，最后对剩余的所述高浓度水洗液进行蒸发结晶，可得到钾盐与钠盐。
实施例3，其包括如下步骤：
步骤一、将飞灰与水按照1：5的固液比混合制备浆液，同时向浆液中通入二氧化碳气体调节pH值为8；
步骤二、用抽滤机对步骤一制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤三、将前一步骤得到的固渣与水按照1：5的固液比混合制备浆液；
步骤四、用抽滤机对步骤三制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤五、将前一步骤得到的固渣与水按照1：5的固液比混合制备浆液；
步骤六、用抽滤机对步骤五制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤七、将前一步骤得到的固渣与水按照1：5的固液比混合制备浆液；
步骤八、用抽滤机对步骤七制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤九、将步骤八得到固渣与水按照1：8的固液比混合制备浆液；
步骤十、用抽滤机对步骤九制得的浆液进行抽滤，得到低浓度水洗液以及固渣，将得到的所述固渣资源化，先提取所述固渣中的有价金属，然后煅烧得到石灰，石灰回用于焚烧发电厂的尾气净化；并将低浓度水洗液用DTRO膜浓缩，得到浓水与淡水，其中，浓水回用到步骤一中用于与飞灰混合制备浆液，通过逆向的浓水回用进而提升制浆浓度，最大化的提升水洗液中的含盐量，进一步回收浓水中的可溶盐资源，淡水逆向回用到步骤九中用于与步骤八得到的固渣混合制备浆液，使水资源能够重复利用；
且，所述步骤二、四、六、八中得到的高浓度水洗液混合后进行无害化、资源化，先除去混合后的所述高浓度水洗液中的重金属元素，再除去所述高浓度水洗液中的钙、镁离子，以降低所述高浓度水洗液的硬度，最后对剩余的所述高浓度水洗液进行蒸发结晶，可得到钾盐与钠盐。
对比例1：专利公告号CN112275782A提出一种基于二氧化碳调质的飞灰水洗装置及方法，该发明的装置包括包括：空心搅拌杆和空心搅拌桨叶，所述空心搅拌杆为空心轴体，其底端和所述空心搅拌桨叶相连通，所述空心搅拌桨叶的数量为多个，围绕所述空心搅拌杆的底端沿着所述空心搅拌杆的周向均匀设置，所述空心搅拌桨叶的叶片上开设有气孔、排水管和喷射管，所述搅拌罐本体的外部还设置有二氧化碳循环管路。该基于二氧化碳调质的飞灰水洗装置及方法，利用二氧化碳降低水的pH，促进水溶性低的氯盐溶出的同时降低重金属和钙的溶出，达到了节约能耗和强化组分分离的效果。
该发明实施例中液固比为2-6 L/kg，处理后氯含量低于原飞灰中氯含量的5%，但整体装置结构较复杂，成本较高，脱氯效果也低于本发明，且本发明二氧化碳水洗后，固体渣中保留了大量的钙质成分，有利于后续资源化回收。
与该发明的工艺对比，本发明具有以下优点：
①对氯的去除率高，水洗两次可达99.48%，有利于后续资源化利用；
②多级逆向制浆后的水洗液盐浓度高，可减少水洗液蒸发结晶能耗，回收钾盐和钠盐；
③本工艺水洗后资源化阶段采用湿法工艺，对水洗渣的水分无要求，相比于火法工艺成本低，对设备要求低。
设计实验：
研究固液比、水洗次数、搅拌速率及pH值对水洗效果的影响。
将飞灰与水分别按照1:3~5的固液比混合搅拌制浆，向水洗液中通入二氧化碳，调节pH至6-8，搅拌速率设置300~500r/min，搅拌时间设置10~40min，用抽滤机对步骤一中的制浆产物进行抽滤，实现固液分离，得到水洗液以及固渣，水洗次数试验1~2次，最后抽滤后检测固体样中的氯离子浓度，最后固液为1:4，水洗两次脱氯效率即可达到95%以上。
统计学差异：表1为统计的实施例1-3以及对比例。
| 除氯率（%） | 每吨飞灰用水量 | |
| 实施例1 | 95.62 | 3吨 |
| 实施例2 | 96.04 | 4吨 |
| 实施例3 | 99.48 | 5吨 |
| 对比例1 | 95 | 2~6吨 |
从表1可以看出，本发明所提供的一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺与传统的飞灰水洗工艺相比，脱盐率更高，水洗液近乎全资源化，并且水资源能够逆向回用，大大的节约了飞灰水洗过程中的用水量。
表2为飞灰水洗前后钙含量对比。
| 钙含量% | |
| 飞灰水洗前 | 27.57 |
| 飞灰水洗后 | 26.87 |
从表2可以看出，本发明所提供的一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺与传统的飞灰水洗工艺相比，具有高效的保钙效果，有利于回收氧化钙，氧化钙可回用于垃圾焚烧发电厂内部工艺中，实现有效的资源化循环。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效工艺变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、将飞灰与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液，同时向浆液中通入二氧化碳气体调节pH值为6-8；
步骤二、用抽滤机对步骤一制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤三、将前一步骤得到的固渣与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液；
步骤四、用抽滤机对步骤三制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤五、依次重复步骤三、四1~2次，重复结束后得到高浓度水洗液以及固渣；
步骤六、将步骤五得到固渣与水按照1：5~8的固液比混合制备浆液；
步骤七、用抽滤机对步骤六制得的浆液进行抽滤，得到低浓度水洗液以及固渣，并将低浓度水洗液用DTRO膜浓缩，得到浓水与淡水，其中，浓水回用到步骤一中用于与飞灰混合制备浆液，淡水回用到步骤六中用于与步骤五得到固渣混合制备浆液；
且，所述步骤二、四、五中得到的高浓度水洗液混合后进行无害化、资源化，先除去混合后的所述高浓度水洗液中的重金属元素，再除去所述高浓度水洗液中的钙、镁离子，以降低所述高浓度水洗液的硬度，最后对剩余的所述高浓度水洗液进行蒸发结晶，可得到钾盐与钠盐。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺，其特征在于：所述步骤五、依次重复步骤三、四一次，具体为：（一）将前一步骤四得到的固渣与水按照1：3~5的固液比混合制备浆液；（二）用抽滤机对步骤（一）制得的浆液进行抽滤，得到高浓度水洗液以及固渣。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳调质的多级逆向制浆的飞灰水洗工艺，其特征在于：所述步骤七还包括将得到的所述固渣资源化，先提取所述固渣中的有价金属，然后煅烧得到石灰，石灰回用于焚烧发电厂。
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