CN1167897C - 废物的处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废物的处理方法，该方法包括：把废物原料与粘合剂混合；把混合物制粒；和在处理罐(10)内对颗粒进行焚化，使之陶瓷化，同时，对流动气体进行处理。废物混合物的pH值保持碱性。颗粒化的原料涂敷重量占10-20%的球土，然后，涂敷陶瓷粘土，然后，进行燃烧。从处理罐(10)内排出的高温流动气体、所含重金属或灰尘途经多阶段净化装置(34)和灭火塔(34)，多阶段净化装置(34)包括废热回收蒸发器(32)，该废热回收蒸发器(32)进行微粒回收和循环。在气体途经碱湿净化器(34)之前，挥发物被吸收，以分别除去氯化合物、重金属和硫化合物。来自酸净化器的沉淀物被中和，并进一步处理，以除去汞。碱净化器(34)保持碱性。硫被沉淀出来，并作为石膏被回收。处理过的沉淀返回至处理过程。

Description

废物的处理方法和装置

本发明涉及废物的处理方法和装置。

本发明特别是但不仅仅应用于对含有机物成份的废物，如城市垃圾，进行焚化处理的装置和方法，为了说明方便，还将介绍对比文献。然而，应当懂得，本发明也可用于其它方面，如处理工业废物。

废物处理，特别是较大废物的处理，是个现实问题，垃圾坑被迅速填满，有污染的沥滤物经常污染水源。城市和工业废物总含有或分解出有毒物质和污染气体。这种废物可能包括微小的液态和气态微粒，并可能含有对人或环境的巨毒物，如有毒的金属、合成有机化合物，以及非自然浓度的通常无毒的物质，如碳氢化合物、垃圾和污水。

目前，毒性高的有机废物，如多氯联苯这样的多氯联芳香碳氢化合物，用高温焚化方法进行处理。通常，这种废物要运往海外在外国的专门设备或海洋上进行销毁。在外国进行处理的费用要比在本国进行处理高得多。

其它的毒性较小的废物用费用较低和处理成本更有效的方法进行处理，如粘固(cementation)和掩埋、或倒掉固体废物。该处理方法存在的问题是，要处理粘固过程(cementation process)中的上层清液以及处理大量的通常可沥滤的固体废物。处理固体污物的方法通常甚至更简单，首先处理和蒸发淤浆，然后把部分脱水泥倒掉。

当销毁烃基废物，如废燃料和废润滑剂时，通常采用焚化方法。然而，该废物的能量价值通常就浪费了，因为污染的废物不能用作焚化燃料。

当废物焚化完毕时，还存在对可沥滤的渣和净化沉淀物进行处理的问题。

国际专利说明书WO 90/12251公开了改进的废物的处理方法和装置，包括：把来自各种来源的较大的废物弄碎；把废物与粘合剂混合；把混合物制粒；把颗粒涂以耐火材料；和在温度大约为1300℃的炉内燃烧混合物。已经发现，与现有技术的焚化方法相比，在氧化条件下把废物颗粒加热至大约1300℃所产生的炉渣，其沥滤物减少了，而化学和物理的稳定性增加了，并且流动气体中不含有非热解成份和高的氧化状态。

所公开的方法具有几个缺点。其中一个缺点是，涂敷工艺本质上是防止颗粒粘连，采用的是铝硅酸盐丰富的粘土，而这会导致在工艺和处理罐的条件下颗粒的涂层容易剥落。这导致了颗粒在处理罐内的粘连率高得不能接受。

相应地，本发明的目的是提供一种各种废物的处理装置和方法，其可减少现有技术的缺点，并且在使用中可靠、经济和有效。本发明的其它目的和优点将在下文一目了然。

根据上述的和其它的目的，一方面，本发明涉及处理废物的方法，包括下列步骤：

把废物原料与可燃烧的粘合剂混合；

把混合物制粒；

对颗粒进行涂敷，涂层包括耐火材料和所述耐火材料的基础材料，选定的耐火材料允许颗粒燃烧，使颗粒在本质上不产生粘连；和

在转动的处理罐内燃烧所述的具有涂层的颗粒。

已经惊奇地确认，本发明的工艺使燃烧前和燃烧过程中的与采用颗粒的耐火涂层相关的剥落问题大大减轻了，在处理罐和工艺的条件下，不论基础材料是否包括不粘连材料都是如此。

废物原料可包括任何固体的、液体的或混合的废物，包括污水沉淀物、油沉淀物、普通垃圾或液态的有毒金属废物，并且包括废物原料的混合物。特别是，废物原料具有固体成份，和/或把固体在燃烧之前加入混合物，以使具有粘合剂材料的废物混合物始终适合于制粒。

特别是，废物原料具有可燃烧成份，和/或把可燃烧物质在燃烧之前加入混合物，以使燃烧过程所需的能量减少。然而，某种情况下，来自废物在空气中高温氧化的能量很少，甚至根本没有，此时，可以设想，所需的全部能量可由外部的能源提供，如电、粉碎的煤、天然气和燃料油。

废物原料可泵送或输送至混合器，在此，它们可与吸收剂和土制的物质混合，如果需要，可进一步与水和其它物质混合，以产生坚固的可塑性材料(firm plastic type material)。例如，在制粒之前，典型的被处理的电沉淀物(galvanic sludge)和有毒液体废物的成份，按重量计分别是：

废物        46％  (电沉淀物和液体废物)

吸收剂      9％  (锯末)

粘土        1％

其它        4％  (石灰和碳酸钡)

特别是，在制粒之前，混合物的成份按重量计分别在下列范围内：

15-50％    接收的废物

5-12％     吸收剂    (锯末、报纸等)

40-60％    粘土

0-15％     其它材料  (石灰、旧玻璃、助熔剂)

0-15％     水        (如果需要)

可包括的废物的数量取决于废物的种类和最终的颗粒所需的强度。可用碱，如石灰，控制混合物的pH值，使之略呈碱性，并使制成的颗粒具有理想的陶瓷性。当混合物呈酸性时，可加入石灰、含石灰的废物流原料、其它碱性或基本原料，以在燃烧过程中至少部分地中和混合物，以控制除气，从而产生封闭表面的燃烧颗粒。除气趋于在颗粒中形成空腔，这可能使颗粒表面形成细孔。颗粒若在工艺中循环，该现象也许是理想的，例如，液态废物可吸入颗粒中。

在混合之后，可用任何工艺对原料进行制粒，如片状辊压和冲孔、挤压或类似的方法。特别是，混合物可通过模具进行挤压，该模具的模板包括数个直径通常为10mm的孔，挤出的原料通常被切断成大约15mm长，以形成颗粒。

在制粒之后，进行颗粒涂敷。特别是，耐火涂层选自耐火粘土、耐火化合物或其它适当的耐火的不粘连材料，例如，耐火粘土是那些铝硅酸盐含量高的瓷器粘土，耐火化合物为铝硅酸盐。本文的“耐火”是指这样的材料，它们在1200℃以下足以抵制熔化，在1200℃以上有足够的范围可对颗粒进行涂敷，以在转动处理罐的工艺条件下阻止粘连。

基础材料可选自与耐火材料相容的材料，如含水硅酸盐、树脂之类的有机粘合剂、球土之类的粘土。基础材料可敷设在颗粒上，以使颗粒涂上耐火材料；基础材料也可在颗粒进行涂敷之前与耐火材料化合在一起，该基础材料是耐火材料的粘合剂。

特别是，采用的是两个阶段的颗粒涂敷工艺，首先，采用粘性球土作为接触粘合剂涂敷在颗粒上，然后，把瓷器性粘土耐火材料涂敷在球土上。特别是，所有多余的涂料和散落的涂料都反馈至颗粒混合器，没有残留。

在涂敷之后，翻滚或滚动颗粒，使之产生光滑的表面，根据包括的材料的性质，可产生光滑表面的最终燃烧过的颗粒或无孔团。

当颗粒预涂球土时，通常是重量的大约10-20％，在涂敷滚筒内均匀地涂敷球土，使之略呈圆形，然后过筛，以除去多余粘土，然后，反馈至混合过程。通常，颗粒可途经第二涂敷阶段，涂上瓷器粘土，特别是5-10％的重量，然后进入干燥器，然后在转动的处理罐内进行燃烧。其优点是，预干燥器内释放的气体途经处理罐，任何有毒或有害的辐射物都在处理罐内被销毁。

转动的处理罐可以是任何满足把颗粒翻滚加热至理想处理温度的形状。特别是，处理罐的选定的工作温度在1200℃以上。特别是，处理罐是转动的倒风窑。

颗粒在转动的处理罐内的加热可通过改变颗粒在处理罐内的滞留时间来控制。例如，滞留时间可通过改变处理罐的长度、处理罐的斜度和转动速度中的一个或几个参数来改变。

当然，上述的转动处理罐的处理是高耗能过程，需要大量的可燃物质，可燃物质或者存在于废物内，或者以炉内燃油或煤粉的形式加入。相应地，为了减小工艺中的能量负担，最好采用来自燃烧颗粒和/或工艺中的流动气体的回收热量。特别是，在燃烧之前，采用部分循环热对涂敷的颗粒进行预热。

燃烧之前的对颗粒的预热可除去颗粒中的某些水分和可燃的挥发性成份。充满可燃的挥发性成份的空气流最好直接进给至处理罐，可燃物的热量可立即用于维持处理罐的温度。

可在处理罐内直接燃烧的具有热量值的材料途经注入口直接泵送至处理罐，在高温气体内，通常大约1200℃，燃烧和分解。

一旦颗粒涂敷完毕，就进入转动的处理罐，特别是，要承受1200℃或更高的温度。有机蒸馏物和pyrosylates在高温气体中被消灭，而没有包括在颗粒的陶瓷母材(ceramic matrix)内的任何重金属以初始流动气体排出处理罐。

颗粒途经处理罐的速度由处理罐的转动速度进行控制，该速度是这样设定的，即允许颗粒有正确烧结的时间，并形成陶瓷内材料(ceramic innermaterial)，大多数重金属被包在其中。颗粒的涂层使得它们不相互粘连，也防止它们粘在处理罐的壁上。

颗粒在大约20分钟后排出处理罐，和燃烧空气一起冷却，并被挤出，以除去粉末。粉末反馈给颗粒混合器，而良好的颗粒到达贮存器，等待最后的检测，然后，作为惰性的轻质料出售。

现有技术的工艺在国际专利说明书WO 90/12251中有所公开，其另外一个缺点是，流动气体和沉淀物不能直接进行处理。另外，为了获得理想的流动气体输出，处理罐的操作温度需要大量的能量来维持。

相应地，另外一方面，本发明涉及处理废物的方法，包括下列步骤：

把废物原料与粘合剂混合；

把混合物制粒；

对颗粒用不粘连材料进行涂敷，选定的不粘连材料允许燃烧而不粘连；

在转动的处理罐内至少在1200℃下燃烧所述的涂敷过的颗粒；

冷却来自所述处理罐内的流动气体，并回收热量值；

从所述的冷却的流动气体中除去微粒；

依次用湿酸和湿碱净化所述的冷却的流动气体；和

把净化器的沉淀物反馈给所述的混合步骤。

排出处理罐的流动气体可以冷却，热值可由任何适当的方法回收。例如，流动气体可由至空气热交换器的气体进行冷却，在热交换器中，被加热的空气可通过处理罐。另外，热量也可回收至蒸发器。一般地，蒸发器的出口温度大约为400℃，通向废热蒸发器的流动气体在进一步处理之前可灭火。如果需要，途经蒸发器阶段的微粒可在进一步冷却之前被分离。

可用任何适当的方法进行进一步的冷却，如水灭火。可加入少量固体吸收剂，如活性碳，以选择性地吸收顺从的成份，可对气流进行过滤，以在该阶段除去冷凝物和微粒，然后，返回至混合阶段。

如果需要，气流可进一步冷却，然后，气流通过含水的酸性湿净化器，在此，卤素，主要是氯，和重金属通过溶解或沉淀被除去，然后，气流通过含水的碱性湿净化器，以类似地溶解或沉淀顺从的化合物，如酸性氧化物和阴氧离子化合物，特别是硫的含氧酸。

来自酸性净化器的沉淀物最好进行中和，然后可进一步处理，以除去可冷凝的金属，如汞，处理过的沉淀物最好在脱水后返回至混合过程，或返回至灭火过程，以保持酸的数值(acid values)。

如果流动气体中没有足够的氯维持酸净化器内的酸性条件，可在酸净化器内加入适当的酸化剂，如盐酸。

碱净化器可通过加入适当的矿物碱，如碱金属或碱土金属氢氧化物，而维持碱性。其优点是，在该净化器内，由沉淀产生的沉淀物可作为废物再次被处理。如果需要，累积的成份，如硫酸盐，可在把沉淀物返回至过程的前端之前要作为石膏被沉淀或除去，硫酸盐可以苛性钠净化器中的可溶解性硫酸钠的形式存在，或以在石灰净化器中的不溶性石膏的形式存在。

清洁的气流可途经热交换器输送给烟囱，再排放至大气内。

如果经济的话，其它的高值元素(high value elements)也可从沉淀物中除去。这在过去是严格禁止的，因为不能安全地处理在提取这些物质的过程中所产生的被综合污染的沉淀物。在这里所述的方法中，没有有害的残留物需要安全地坑埋或掩埋。

在另外一方面，本发明涉及废物处理装置，该装置包括：

转动的处理罐装置，其适合于燃烧颗粒，该颗粒包括废物原料和粘合剂，涂敷了不粘材料，选定的不粘材料允许燃烧，至少在1200℃的条件下不粘连；

热交换装置，其适合于冷却来自所述处理罐的流动气体，同时回收热值；

所述流动气体的微粒除去装置；和

顺序的温酸和温碱流动气体净化装置。

为了使本发明更易理解，并产生实际效果，下面结合附图对本发明进行说明，附图包括：

图1示出了适用于本发明的方法的处理罐装置；

图2是根据本发明的废物处理的流程图；和

图3是在本发明的方法中采用的流动气体净化过程的流程图。

如图所示，本发明包括处理罐10，该处理罐10具有上部的扩径部11和下部的圆筒部12。处理罐10可转动地进行安装，支承在轴承14，包括止推轴承15上。轴承把处理罐的载荷传递至支架16上。处理罐10的上端设有封闭板17，封闭板17设有注入口18和输入槽20，注入口18用于注入液态/气态可燃物，而输入槽20用于容纳颗粒废物。输入槽20容纳来自颗粒预热器21的颗粒，颗粒预热器21包括预热筛22和颗粒箱23。预热器21由颗粒贮存箱24进给颗粒。注入口18通过燃料管26从燃料罐25接收液态/气态的废物和/或燃料，通过空气管27提供预热空气。

处理罐10的下端具有排空板30，排空板30上有流动气体管31，流动气体管31把热流动气体输送给蒸发器32。流动气体离开蒸发器32途经烟囱33，再输送至灭火、净化和除尘装置34，然后通过出口排入大气。热焚化废料在36处排放在有孔的金属传送带37上。

鼓风机40从金属传送带37上吸取空气和热废料。来自鼓风机40的压力热空气通过管44输送至预热器21，一部分热空气通过热空气管27输送给燃烧器18。

在预热筛22上挤压出的来自颗粒的挥发物由鼓风机45通过管46直接输送给处理罐。流动气体鼓风机47在流动气体的出口处提供了附加的推动力。

图2示出了本发明实施例的全过程，首先，从废物产生处取得废物样本，比照过去分析的样本进行分析和检验，以保证其真实性。然后，把废物放入指定的贮存罐或贮存箱。

可在处理罐内直接燃烧的有热量值的废物通过注入口直接泵送至处理罐，在高温气体中燃烧和销毁，通常，燃烧温度大约为1200℃。其它的废物泵送或输送给混合器，与吸收剂和土制物质相混合，如果需要，进一步与水和其它物质相混合，以产生坚固的可塑性材料(firm plastic typematerial)，在该实施例中，废物中的成份的重量范围是：废物占15-50％，吸收剂占5-12％(通常为锯末和旧报纸)，其它材料占0-15％(通常为石灰和旧玻璃)，粘土占15-50％。

石灰用于控制混合物的pH值，使其通常略呈碱性，并使制成的颗粒有理想的陶瓷性能。

混合后，通过具有约10mm孔径的模具挤压混合物，并把挤出的混合物切成约15mm的长度，以制成颗粒。颗粒要粘上粘土，在涂敷滚筒内均匀地粘上约10-20％的粘土，使其略呈圆形，然后挤出，以去除多余的粘土。然后，途经第二涂敷阶段，以涂上瓷器粘土。

把经过涂敷的颗粒输送至预干燥器，来自预干燥器的气体途经处理罐，任何有毒或有害的辐射都在处理罐内被销毁。

采用两个阶段进行颗粒涂敷的方法是因为，在涂敷过程中耐火陶瓷粘土有与颗粒相分离的趋势。首先，采用粘性球土作为陶瓷粘土的粘合剂对颗粒涂敷。对某些废物来说，这是不必要的，因为此时颗粒可与陶瓷粘土直接粘接。所有的多余涂层和散落的涂层都反馈至颗粒混合器，而没有残留。

一旦颗粒涂敷完毕，就进入处理罐，涂敷过的颗粒在处理罐内要承受1200℃或更高的温度。这使可挥发成份挥发掉。有机物在高温气体内被销毁，而任何没被销毁的重金属或灰尘则排出在处理罐的尾气中。颗粒途经处理罐的速度由处理罐的转速进行控制，其大小使颗粒恰好烧结，并形成陶瓷内材料(the ceramic inner material)，大多数重金属被包在其中。颗粒的涂层使得它们不相互粘连，也防止它们粘在处理罐的壁上。

颗粒在大约20分钟后排出处理罐，和燃烧空气一起冷却，并被挤出，以除去粉末。粉末反馈给颗粒混合器，而良好的颗粒到达贮存器，等待最后的检测，然后，作为惰性的轻质料出售。

在本实施例中，排出处理罐的流动气体输送给废热蒸发器，之前要在如图3所示的多阶段净化装置中进行处理。应当注意，尽管这是第一推荐的商业机组，但也可采用任何满足当地政府要求的传统的高温流动气体净化装置。

在所示的装置中，来自废热蒸发器的大约400℃的流动气体首先途经离心机，以除去较大的微粒。尾气在灭火塔内由水和残留的湿净化物进一步冷却至大约160℃。加入少量活性碳，以除去某些挥发性重金属、dioxins和类似物质，并且流动气体还途经纤维品过滤器，以除去小微粒物质。所有的除尘过的气流作为废气循环进行处理。

来自过滤器的流动气体途经气体热交换器，然后途经酸湿和碱湿净化装置。前者除去氯和重金属，后者除去硫。来自酸净化器的沉淀物由石灰中和，并进行进一步处理，以在返回灭火塔之前除去汞。如果流动气体中没有足够的氯维持第一净化器内的酸性条件，就加入盐酸。第二净化器通过加入石灰而维持碱性，沉淀物作为废物再次被处理，除非处理过程中的硫的含量过多，此时，在返回沉淀物之前要除去石膏。

最后，清洁的气流途经热交换器输送给烟囱。

本实施例的装置和方法具有几个优点。首先，原始废物不必分别进行处理。在进行处理之前，它们通常可与其它废物相互混合。其优点是废物性质不同的影响减小了，大大减小了贮存区和贮存罐的复杂性，而这通常与有毒和有害的废物处理设备相关。在大多数传统的工厂中，混合是不理想的，这是因为，任何反应，特别是聚合反应，都会产生浆糊状或固体的沉淀物，这对进一步的处理会带来很大困难。

然而，该方法的最大优点是，所有的进一步在设备中产生的废物流都可再利用。在传统的高温焚化中，几乎所有的可挥发的重金属和相当数量所被重金属污染的灰尘都可在净化装置内从流动气体中除去。在传统的设备中，这些高度可沥滤的和有毒的物质均无处可去，因此，就用粘固法(cement)进行稳定化处理，并保证埋放地点的安全，也可以使之密封在筒内，并埋在地理构造稳定的旧矿井中。在很多情况下，甚至处理罐的残留物也是有毒和可沥滤的，必须进行类似处理。这两种方法对环境都是有害的，因为用机械的和化学的方法对污染物进行销毁都会释放出有毒物质。所产生的物质是高度可沥滤的。因此，这些物质埋放的地方必须处于始终的监视之下，需要的费用很高，危险也很大。

当然，应当认识到，尽管上文为了说明上的方便对实施例进行了说明，很明显的是，本领域的技术人员作出种种修改和改变都是很自然的，但这些都被视为落入了本发明的精神和范围，本发明的精神和范围由所附的权利要求书进行限定。

Claims (15)

1.一种废物原料的处理方法，包括下列步骤：

把废物原料与可燃烧的粘合剂混合；

把混合物制粒；

用接触粘合剂涂层和耐火涂层对颗粒进行涂敷，接触粘合剂涂层选自含水硅酸盐、有机树脂粘合剂和球土，而耐火涂层选自铝硅酸盐含量高的耐火粘土、瓷器粘土和铝硅酸盐；和

在转动的处理罐内燃烧所述的具有涂层的颗粒。

2.如权利要求1所述的处理方法，其中，废物原料包括任何固体的、液体的或混合的废物，该废物取自污水沉淀物、油沉淀物、普通垃圾或液态的有毒金属废物，并且包括废物原料的混合物。

3.如权利要求2所述的处理方法，其中，所述废物原料具有足够的固体成分，或加入的固体成份，以使具有粘合剂材料的废物混合物始终适合于制粒。

4.如权利要求3所述的处理方法，其中，废物原料具有可燃烧成份，或把可燃烧物质在燃烧之前加入混合物，以使燃烧过程所需的能量减少。

5.如权利要求1所述的处理方法，其中，颗粒混合物的pH值被调节至碱性范围。

6.如权利要求5所述的处理方法，其中，废物包括电镀沉淀物和有毒液体废物的混合物，该混合物被制成可制粒的原料，混合物的成份按重量计分别在下列范围内：

15-50％   废物；

5-12％    由锯末和报纸构成的吸收剂；

40-60％   粘土；

0-15％    由石灰、旧玻璃和助熔剂中的一种或几种构成的碱化剂；和

0-15％   水。

7.如权利要求6所述的处理方法，其中，废物被制成可制粒的原料，原料的成份按重量计分别是：

废物             46％

锯末             9％

粘土             1％

Ca(OH)₂/BaSO₄  4％

8.如权利要求1所述的处理方法，其中，在涂敷之后，翻滚或滚动颗粒，使之产生光滑的表面。

9.如权利要求1所述的处理方法，其中，

在转动的处理罐内至少在1200℃下燃烧所述涂敷过的颗粒；另外，

冷却来自所述处理罐内的废气，并回收热量值；

从所述的冷却的废气中除去微粒；

依次用湿酸和湿碱净化所述冷却的废气；和

把净化器的沉淀物再循环到所述的混合步骤。

10.如权利要求9所述的处理方法，其中，所述的流动气体由至空气热交换器的气体进行冷却；在热交换器中，被加热的空气通向处理罐。

11.如权利要求9所述的处理方法，其中，对所述的废气进行冷却，方式是把热量回收至蒸发器，然后进行淬冷。

12.如权利要求9所述的处理方法，其中，对来自所述酸净化步骤的沉淀物进行中和，然后进一步处理，以除去可冷凝的金属，处理过的沉淀物返回至一个或另外一个混合过程，或返回至淬冷过程。

13.如权利要求9所述的处理方法，其中，所述的碱净化步骤通过加入矿物碱而维持碱性，该矿物碱选自碱或碱土金属氢氧化物。

14.如权利要求13所述的处理方法，其中，对碱净化器进行处理，除去累积的硫酸盐，在把沉淀物返回至混合步骤之前作为石膏除去。

15.一种废物处理装置，该装置包括：

转动的处理罐装置，其适合于燃烧颗粒，该颗粒包括废物原料和粘合剂，涂敷有不粘材料，选定的不粘材料允许燃烧，至少在1200℃的条件下不粘连；

热交换装置，其适合于冷却来自所述处理罐的废气，同时回收热值；

所述废气的微粒除去装置；和

顺序的湿酸和湿碱废气净化装置。

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