NL9500479A

NL9500479A - Method of treating combustion residues

Info

Publication number: NL9500479A
Application number: NL9500479A
Authority: NL
Inventors: Christiaan Zevenbergen; Peter Leenders
Original assignee: Iwaco B V; Insulinde Recycling B V
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-10-01

Abstract

A method of treating combustion residues of waste- incineration installations (fly ash, bottom ash) is described, according to which the residues are treated in an autoclave at elevated pressure and elevated temperature for from 1 to 24 hours with a gas containing at least water vapour. The treatment results in a product in which heavy metals such as lead and molybdenum are immobilized to such an extent that they are no longer or virtually no longer leached.

Description

Werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduenProcess for the treatment of combustion residues

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen, in het bijzonder van residuen van afvalverbrandingsinstallaties (AVI) en van verbrandingsresiduen van chemisch afval, al dan niet in combinatie met andere thermische reststoffen.The invention relates to a method for the treatment of incineration residues, in particular residues from waste incineration plants (WIP) and incineration residues of chemical waste, whether or not in combination with other thermal residues.

De problematiek van verwerking en opwerking van AVI-residuen staat momenteel sterk in de belangstelling. Onder AVI-residuen wordt hier in het bijzonder verstaan AVI-bodemas en AVI-vliegas. Deze residuen bevatten ten opzichte van het onverbrande afval verhoogde concentraties aan potentieel schadelijke metalen, zoals koper, lood, cadmium en molybdeen. De chemische vorm waarin deze metalen in het onverbrande afval voorkomen wijkt af van die in AVI-residuen. Bovendien kunnen deze residuen ook organische verontreinigingen bevatten, zoals dioxinen. De bodemas en de vliegas hebben gemeen dat het merendeel van de matrix uit een glas bestaat, waaruit de metalen kunnen worden uitgeloogd. Als gevolg van de aanscherping van milieueisen, die zowel het storten als de nuttige toepassing van de verbrandingsresiduen bemoeilijken dreigt de afvalverbranding als methode voor het verwerken van afval bij het uitblijven van verbeterde verwerkingstechnieken te worden bemoeilijkt.The issue of processing and reprocessing of WIP residues is currently of great interest. AVI residues are here understood in particular to mean AVI bottom ash and AVI fly ash. These residues contain increased concentrations of potentially harmful metals, such as copper, lead, cadmium and molybdenum, relative to the unburnt waste. The chemical form in which these metals occur in the unburned waste differs from that in WIP residues. In addition, these residues can also contain organic impurities, such as dioxins. The bottom ash and the fly ash have in common that the majority of the matrix consists of a glass, from which the metals can be leached. As a result of the tightening of environmental requirements, which complicate both landfilling and recovery of combustion residues, incineration of waste as a method of processing waste is likely to be made more difficult in the absence of improved processing techniques.

De geproduceerde AVI-bodemas wordt vrijwel geheel toegepast in de grond-, weg- en water-bouw. Nu de kwaliteitseisen voor bouwmaterialen worden verscherpt, bijvoorbeeld in Nederland door het Bouwstoffenbesluit, zal een groot deel van de geproduceerde AVI-bodemas niet meer voldoen aan de eisen. Voor deze categorie is toepassing gewoonlijk alleen toegestaan, indien extra isolerende voorzieningen worden getroffen, hetgeen extra kosten met zich meebrengt.The AVI bottom ash produced is almost entirely used in earth, road and water construction. Now that the quality requirements for building materials have been tightened, for example in the Netherlands by the Building Materials Decree, a large part of the WIP bottom ash produced will no longer meet the requirements. For this category, application is usually only permitted if additional insulating provisions are made, which entails additional costs.

AVI-vliegas wordt voor een klein deel toegepast als vulstof in asfalt. Ook voor deze reststof geldt dat door verscherpte regelgeving de af zet van de huidige kwaliteit in gevaar komt. Ook het storten van AVI-vliegas zal worden bemoeilijkt. Omdat in Nederland in het Bouwstoffenbesluit eisen aan de samenstelling zijn komen te vervallen en alleen eisen worden gesteld aan de uitloging van schadelijke stoffen, is de weg vrij voor technieken die weliswaar de samenstelling niet beïnvloeden, maar wel een verlaging van de uitloging bewerkstelligen.AVI fly ash is used for a small part as filler in asphalt. Also for this residual material, stricter regulations jeopardize the sale of the current quality. The dumping of AVI fly ash will also be made more difficult. Because requirements in the Building Materials Decree have been dropped in the Netherlands and only requirements are set for the leaching of harmful substances, the way is open for techniques that, while not affecting the composition, do achieve a reduction in leaching.

Een werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen, zoals AVI-slakken, is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 9202033· Volgens die werkwijze worden de residuen behandeld met lucht die verrijkt is aan C02 (0,1-100 vol.J», In het bijzonder ongeveer 8%). De behandeling vindt plaats door overleiden van de lucht, en de lucht kan tevens waterdamp bevatten. De toegepaste temperatuur en druk zijn in het algemeen die van de omgeving, maar een verhoogde temperatuur tot 100*C en een overdruk tot 1 atmosfeer worden ook tot de mogelijkheden gerekend.A method for the treatment of combustion residues, such as AVI slag, is known from Dutch patent application 9202033. According to this method, the residues are treated with air enriched in CO2 (0.1-100 vol.J », in particular about 8%). The treatment takes place by diverting the air, and the air can also contain water vapor. The temperature and pressure used are generally those of the environment, but an elevated temperature up to 100 ° C and an overpressure up to 1 atmosphere are also possible.

Nadeel van deze bekende werkwijze is dat het uitlooggedrag van de meeste metalen uit het behandelde residu weliswaar is verbeterd, maar wat betreft een aantal metalen, zoals molybdeen en cadmium, nog onbevredigend is. Wanneer de druk en de temperatuur worden verhoogd (respectievelijk 3,5 bar en 150*0) en de behandelingsduur' wordt verkort tot 1 uur neemt de uitloging van de belangrijke component molybdeen zelfs toe. Een ander nadeel van deze bekende werkwijze is dat voor een redelijk resultaat lange behandelingsduren nodig zijn (2 tot 10 weken).A drawback of this known method is that the leaching behavior of most metals from the treated residue has improved, but is still unsatisfactory with regard to a number of metals, such as molybdenum and cadmium. When the pressure and temperature are increased (3.5 bar and 150 * 0, respectively) and the treatment time is shortened to 1 hour, the leaching of the important molybdenum component even increases. Another drawback of this known method is that long treatment times (2 to 10 weeks) are required for a reasonable result.

Er is derhalve behoefte aan een werkwijze voor de behandeling van verbrandingsresiduen waarmee in een betrekkelijk korte tijd een beter resultaat wat betreft de uitloging van zware metalen, zoals koper, lood, molybdeen, cadmium en kwik, wordt bereikt.There is therefore a need for a process for the treatment of combustion residues that achieves a better leaching result for heavy metals, such as copper, lead, molybdenum, cadmium and mercury, in a relatively short time.

Gevonden is dat in deze behoefte kan worden voorzien door middel van een werkwijze waarbij verbrandingsresiduen in een autoclaaf worden behandeld met een gas dat ten minste waterdamp bevat. Deze behandeling wordt gedurende ten minste 1 uur tot ten hoogste enkele dagen, in het bijzonder van 2 tot 24 uur, meer in het bijzonder van 6 tot 18 uur uitgevoerd.It has been found that this need can be met by a method in which combustion residues are autoclaved with a gas containing at least water vapor. This treatment is carried out for at least 1 hour to a maximum of a few days, in particular from 2 to 24 hours, more in particular from 6 to 18 hours.

Bij de behandeling worden een verhoogde druk en een verhoogde temperatuur toegepast. De toegepaste druk bedraagt bij voorkeur 5 tot 20 bar, in het bijzonder 10 tot 16 bar. Bij voorkeur wordt een temperatuur boven 100*C, en in het bijzonder van 120-250*0, toegepast. Uit praktische overwegingen kan de toegepaste temperatuur de evenwichtstemperatuur van waterdamp bij de toegepaste druk zijn. De hierboven bedoelde behandeling betreft de totale duur van de nuttige verblijftijd in de autoclaaf, d.w.z. inclusief de tijd die nodig is om de temperatuur en druk op te bouwen resp. af te laten.An elevated pressure and elevated temperature are used in the treatment. The pressure used is preferably 5 to 20 bar, in particular 10 to 16 bar. Preferably a temperature above 100 ° C, and in particular of 120-250 * 0, is used. For practical reasons, the temperature used may be the equilibrium temperature of water vapor at the pressure used. The treatment referred to above concerns the total duration of the useful residence time in the autoclave, i.e. including the time required to build up the temperature and pressure, respectively. to let go.

Door de werkwijze volgens de uitvinding worden de hydrolyse en hydratatie van de verbrandingsresiduen versneld, waardoor reactieve glazen worden omgezet in kleien en kleiprecursors. Ook kunnen de oxidatie-en carbonatatie-reacties aanzienlijk worden versneld. In de bij de auto-claveringsbehandeling gevormde fasen is een breed spectrum aan zware metalen vastgelegd, waaronder lood, zink, koper, cadmium en kwik, maar ook oxyanionen zoals molybdeen, antimoon en seleen. Tevens worden bij de behandeling organische verontreinigingen zoals dioxinen ontleed in minder schadelijke stoffen.The process of the invention accelerates the hydrolysis and hydration of the combustion residues, converting reactive glasses into clays and clay precursors. Also, the oxidation and carbonation reactions can be accelerated considerably. A wide spectrum of heavy metals, including lead, zinc, copper, cadmium and mercury, as well as oxyanions such as molybdenum, antimony and selenium, have been recorded in the phases formed in the auto-clapping treatment. In addition, organic impurities such as dioxins are decomposed into less harmful substances during the treatment.

Als verbrandingsresiduen kunnen residuen van verbrandingsinstallaties voor huishoudelijk en/of industrieel afval worden verwerkt. Ook verbrandingsresiduen van chemisch afval kunnen worden verwerkt. Daarbij kan het soms van voordeel zijn deze te combineren met andere thermische reststoffen zoals vliegas, die glasachtige materialen bevatten, teneinde de verkleiing in het eindprodukt, en daarmee de opsluiting van zware metalen, te bevorderen.As incineration residues, residues from incineration plants for household and / or industrial waste can be processed. Incineration residues from chemical waste can also be processed. In addition, it may sometimes be advantageous to combine them with other thermal residues, such as fly ash, which contain glass-like materials, in order to promote the crushing in the end product, and thus the confinement of heavy metals.

De werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd in een verhardingsketel, waarin het verbrandingsresidu batchgewijs dan wel semi-continu wordt blootgesteld aan een stoom-bevattend gas. Het gehalte aan waterdamp in het behandelingsgas bedraagt bij voorkeur ten minste 20%, met meer voorkeur ten minste 50%. In het bijzonder kan men het autoclave-ren uitvoeren met uitsluitend stoom. Het behandelingsgas kan echter ook andere componenten, zoals zuurstof, stikstof en/of kooldioxide bevatten. De stoom kan worden opgewekt in een afzonderlijke ketel.The method according to the invention can be carried out in a hardening boiler, in which the combustion residue is exposed batchwise or semi-continuously to a steam-containing gas. The water vapor content in the treatment gas is preferably at least 20%, more preferably at least 50%. In particular, autoclaving can be performed using only steam. However, the treatment gas may also contain other components, such as oxygen, nitrogen and / or carbon dioxide. The steam can be generated in a separate boiler.

Nadat de behandeling is beëindigd, wordt het materiaal desgewenst gebroken en eventueel verder bewerkt zodat het geschikt is bijvoorbeeld voor toepassing in de grond-, water- en wegen-bouw.After the treatment has ended, the material is optionally broken and optionally further processed so that it is suitable, for example, for use in soil, water and road construction.

Voorbeeld IExample I

Een hoeveelheid AVI-bodemas van 5 kg werd in een autoclaaf behandeld met stoom gedurende in totaal 16 uur. Daarbij werd gedurende ongeveer k uur een druk van meer dan 14 bar en gedurende in totaal ongeveer 6 uur een druk van meer dan 12 bar toegepast. De temperatuur was de even-wichtstemperatuur, d.w.z. in de orde van 170*C. De autoclaveergegevens zijn weergegeven in figuur 1 (curve 1).A 5 kg amount of AVI bottom ash was autoclaved with steam for a total of 16 hours. A pressure of more than 14 bar was applied for about k hours and a pressure of more than 12 bar for a total of about 6 hours. The temperature was the equilibrium temperature, i.e. on the order of 170 ° C. The autoclave data are shown in Figure 1 (curve 1).

Na de autoclaveringsbehandeling werd het materiaal uit de autoclaaf genomen en verkleind. Vervolgens werd een uitloogproef uitgevoerd door behandeling met synthetisch regenwater met een pH van 4 (kolomproef o-NEN 73*13)· De verhouding tussen percolatievloeistof en vaste stof in de kolom (L/S) was 0,1, 0,5 resp. 1,0. De uitgeloogde hoeveelheid molybdeen resp. lood werd in de percolaten behorende bij deze L/S-waarden gemeten. De waarden, uitgedrukt in pg/kg, zijn voor molybdeen weergegeven in figuur 2 en voor lood in figuur 3 (onderste kromme). Ter vergelijking werd het uitlooggedrag van verse, d.w.z. niet volgens de uitvinding behandelde, AVI-bodemas in dezelfde test in duplo bepaald; de resultaten hiervan zijn eveneens weergegeven in figuren 2 en 3 (bovenste twee krommen). Het blijkt dat door de behandeling volgens de uitvinding de uitloging van molybdeen uit AVI-bodemas met een factor 3*4 wordt verlaagd en die van lood met een factor van 100-300 wordt verlaagd.After the autoclaving treatment, the material was taken out of the autoclave and comminuted. A leaching test was then carried out by treatment with synthetic rainwater with a pH of 4 (column test o-NEN 73 * 13). The ratio between percolation liquid and solid in the column (L / S) was 0.1, 0.5 and respectively. 1.0. The amount of leached molybdenum resp. lead was measured in the leachates associated with these L / S values. The values, expressed in pg / kg, are shown in figure 2 for molybdenum and in figure 3 (bottom curve) for lead. For comparison, the leaching behavior of fresh AVI bottom ash, i.e., not treated according to the invention, was determined in duplicate in the same test; the results of this are also shown in figures 2 and 3 (top two curves). It appears that the treatment according to the invention reduces the leaching of molybdenum from incinerator bottom ash by a factor of 3 * 4 and that of lead is reduced by a factor of 100-300.

Voorbeeld IIExample II

De werkwijze volgens voorbeeld I werd herhaald, waarbij echter de totale behandelingsduur in de autoclaaf 9 uur bedroeg. Gedurende ongeveer 2 uur werd een druk van 16 bar gehandhaafd en gedurende ongeveer 5 uur een druk van meer dan 13 bar. De autoclaveergegevens zijn weergegeven in figuur 1 (curve 2). Het uitlooggedrag van molybdeen en lood is weergegeven in respectievelijk figuur 2 en figuur 3· waarbij de resultaten samenvielen met die van voorbeeld I (onderste krommen).The procedure of Example I was repeated, however, the total autoclave treatment time was 9 hours. A pressure of 16 bar was maintained for about 2 hours and a pressure of more than 13 bar for about 5 hours. The autoclave data are presented in Figure 1 (curve 2). The leaching behavior of molybdenum and lead is shown in Figure 2 and Figure 3, respectively, the results coinciding with those of Example I (bottom curves).

Voorbeeld IIIExample III

Op dezelfde wijze als vermeld in voorbeeld 1 werd AVl-vliegas behandeld (totale behandelingsduur 8 uur, maximale druk 16 bar). Het uitlooggedrag van koper, lood, molybdeen, cadmium en sulfaat in synthetisch regenwater (pH is 4) bij een verhouding vloeistof/vaste stof L/S) van 1 werd bepaald. De resultaten zijn als relatieve uitloging ten opzichte van een standaardwaarde (UI) weergegeven in figuur 4 (linker balken). Ter vergelijking zijn de uitloogwaarden van niet volgens de uitvinding behandelde AVI-vliegas (gemiddelde kwaliteit) bepaald en eveneens weergegeven in figuur 4 (rechter balken). Uit de figuur blijkt dat de werkwijze volgens de uitvinding tot een verbetering met een factor van ongeveer 50 voor molybdeen, een factor van ongeveer 200 voor cadmium en een factor van ongeveer 5000 voor lood leidt.AV1 fly ash was treated in the same manner as in Example 1 (total treatment time 8 hours, maximum pressure 16 bar). The leaching behavior of copper, lead, molybdenum, cadmium and sulfate in synthetic rainwater (pH is 4) at a liquid / solid L / S ratio of 1 was determined. The results are shown as a relative leaching to a standard value (UI) in Figure 4 (left bars). For comparison, the leaching values of AVI fly ash (average quality) not treated according to the invention have been determined and are also shown in figure 4 (right bars). The figure shows that the process according to the invention leads to an improvement of about 50 for molybdenum, about 200 for cadmium and about 5000 for lead.

Claims

1. Process for the treatment of combustion residues, which is characterized in that the combustion residues are treated in an autoclave with a gas containing water vapor.

A method according to claim 1, wherein the gas contains at least 20%, preferably at least 50%, water vapor.

Method according to claim 1 or 2, wherein a pressure of 5 to 20 bar, preferably of 10 to 16 bar, is applied.

4. Process according to any one of claims 1-3, wherein a temperature of 120-250 ° C is used.

The method according to any one of claims 1-4, wherein the treatment is continued for 1 to 24 hours.