CN100445217C - 用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法 - Google Patents

Abstract

用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法，涉及一种垃圾焚烧飞灰和高浓度氨氮废水共处置技术。先测定废水中氨氮的浓度后，按照NH₄ ⁺∶Mg²⁺∶PO₄ ^3-＝1∶0.9～1.0∶1.0～1.2摩尔比将Mg²⁺和PO₄ ^3-投加到废水中，搅拌或者曝气20～200分钟，再静止沉淀20～60分钟；移去上清液后，剩下的沉淀污泥∶垃圾焚烧飞灰＝1∶1～9干基混合，调整两者的液固比为1∶3，搅拌混合均匀，常温养护1～2天，然后，取样测定重金属浸出浓度，达到国家标准限值后，或直接送填埋场填埋，或用作土壤改良剂或肥料。本发明不仅稳定了飞灰中重金属离子，还同时处理了高浓度氨氮废水，实现了废弃物的共处置，使各种优势得到整合，具有处理成本低、无二次污染的优点。具有一定的工程应用前景。

Description

用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法

技术领域

用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法，涉及一种垃圾焚烧飞灰和高浓度氨氮废水共处置技术，属于废弃物共处置与利用技术。

背景技术

垃圾焚烧过程产生的MSWI(Municipal Solid Waste Incineration)飞灰，主要由碱性氧化物组成，其水溶液呈强碱性(固液比1∶10，pH＞12.0)。飞灰因富集大量可溶性重金属、盐类和少量剧毒有机污染物，而被归类为危险废物，我国现行法规规定其必须经稳定化处理后方可填埋处置或利用。

MSWI飞灰的药剂稳定技术是采用化学药剂(如：磷酸盐类，铁氧化物，硫化物和高分子螯合剂等)与飞灰中的重金属等物质发生化学反应(溶解、沉淀、螯合等)，生成溶解度极低、化学性质高度稳定的物质，从而达到飞灰重金属稳定化处理目的的。药剂稳定技术具有增容比低、效果佳、成本低和操作简便等优势，而得到了广泛研究和应用，其中，采用可溶性磷酸盐稳定飞灰(“可溶性磷酸盐处理焚烧飞灰的稳定化技术”.***，张妍，许鑫，等.环境科学，2005，26(4)：191-194)仅加入占飞灰重量比3～7％的磷酸钠，就可使飞灰中重金属(Pb，Zn，Cd等)的浸出浓度低于我国危险废物鉴别标准。

另一方面，垃圾渗滤液、焦化厂剩余氨水等高浓度氨氮废水是一类难处理的高浓度复杂有机废水，其氨氮浓度每升可高达数千毫克，以垃圾渗滤液为例：其COD_cr＝12000～18000mg/L，BOD₅＝4000～8000mg/L，NH₃-N＝1200～1600mg/L。而NH₃-N浓度大于500mg/L就有可能会对好氧硝化细菌产生抑制作用；同时，渗滤液的BOD₅含量也难以达到，按BOD₅∶N∶P＝100∶5∶1提供反硝化脱氮碳源的要求。因此，该类废水通常在生化处理前须通过物理化学方法将NH₃-N去除。

磷酸铵镁(Magnesium Ammonium Phosphate，以下简称MAP)沉淀法是可有效去除废水中高浓度氨氮的物化方法。其原理是：向含高浓度氨氮的废水中加入含Mg²⁺(MgO，MgCl₂等)和PO₄ ^3-(Na₂HPO₄·12H₂O等)离子的药剂，与废水中的NH₄ ⁺反应生成磷酸铵镁结晶(MgNH₄PO₄·6H₂O，俗称鸟粪石)，沉淀分离，从而降低废水中氨氮的浓度。此外，若采用MgO还可调节pH值，混凝去除部分BOD，难降解有机物和对微生物生长有抑制作用的有毒有害物质，从而改善废水的可生化性(“垃圾渗滤液的磷酸铵镁沉淀法预处理技术研究”.尚爱安，赵庆祥，徐美燕，等.给水排水，2004，30(11)：22-25.)，形成磷酸铵镁的反应过程和反应平衡系数如下：

Mg²⁺+NH₄ ⁺+HPO₄ ^2-+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓+H⁺    (1)

Ks＝[Mg²⁺][NH₄ ⁺][PO₄ ^3-]＝2.5*10^-13    (2)

上述处理中所得的MAP结晶为碱性盐，在pH＞9.5的溶液环境中，结晶会溶解，其中的铵离子变成气态氨挥发，同时，Mg²⁺与OH^-生成Mg(OH)₂沉淀，可得到含PO₄ ^3-的溶液。因此，我们试图将废水处理后所得的MAP结晶沉淀污泥和飞灰进行混合，利用飞灰在水溶液中呈强碱性的特点，使废水处理后得到的污泥MAP结晶分解而释放磷酸根离子，从而与飞灰中重金属结合，使其稳定化。

在这一过程中，磷酸根可得到两次利用：先在高浓度氨氮废水处理中参与磷酸铵镁沉淀反应产生MAP沉淀，再与飞灰混合使得MAP沉淀溶解、释放出磷酸根来稳定重金属，达到有效处理废物，同时降低废水和飞灰处理成本的目的。

发明内容

本发明的目的在于公开一种城市生活垃圾焚烧飞灰与高浓度氨氮废水共处置的方法。具体是利用废水处理衍生所得的MAP结晶沉淀污泥和飞灰进行混合，来稳定飞灰中的重金属。

为达上述目的，本发明通过对垃圾焚烧飞灰的特性研究发现，垃圾焚烧飞灰含有大量的碱金属盐类(CaO，K₂O和Na₂O等)，在固液比1∶10的水溶液中其pH值一般高于12.0。这为其与碱溶性的废水处理衍生MAP(磷酸铵镁)结晶沉淀混合，释放其中的磷酸根离子，再用于与飞灰中的重金属反应生成难溶性的化合物，提供了反应条件。我们经过长期实验找到了实施这一过程的2个基本的步骤：1)高浓度氨氮废水除氮处理与MAP沉淀污泥形成。操作方法是，首先，根据废水中氨氮的初始浓度，依据形成MAP的化学计量式，向废水中定量投加可离解产生Mg²⁺和PO₄ ^3-离子的化学药剂；再搅拌使药剂充分溶解并反应；然后，进行沉淀分离，排出处理后的废水并回收MAP沉淀污泥。其中，对产生Mg²⁺和PO₄ ^3-离子化学药剂的要求是能充分地溶于水，使所含的Mg²⁺和PO₄ ^3-能得到充分利用。2)MAP沉淀污泥与飞灰反应释放溶解性PO₄ ^3-离子，再与飞灰中的重金属生成难溶物质，完成飞灰稳定化。操作方法是，首先，按一定的比例将飞灰与MAP沉淀污泥充分混合；再对混合物进行一定周期的养护，使反应完全。其中，飞灰与MAP沉淀污泥的混合比例必须保证混合物pH大于10，同时MAP中PO₄ ^3-离子的摩尔数需对飞灰中的重金属保持10倍以上的过量；由于，飞灰中的重金属含量较小(小于0.5％w/w)、CaO含量则大于10％w/w，因此，MAP沉淀污泥与垃圾焚烧飞灰干基质量比大于等于1∶10时均可满足要求。

对上述处理步骤的验证，采用取至杭州天子岭垃圾处理场的垃圾渗滤液和上海市某生活垃圾焚烧厂的飞灰进行。实测渗滤液的氨氮初始浓度为1000～1400mg/L，按照Mg²⁺∶NH₄ ⁺∶PO₄ ^3-摩尔比0.9～1.0∶1∶1.0～1.2的比例投加药剂，加药后废水搅拌或曝气混合20～200分钟，再将处理后的废水静止沉淀20～60分钟。出水移去上清液后，剩下的污泥待用。

按照所得MAP沉淀污泥与垃圾焚烧飞灰1∶1～9的混合比例(干基)、以及液固比为1∶3左右的要求，调整2种物料的比例，均匀搅拌混合，在空气中常温养护1～2天，使得反应充分；然后，取其中污泥与飞灰混合比为1∶9、1∶4和1∶1.5各组的处理产物测定重金属离子的浸出浓度，结果(表1)表明垃圾焚烧飞灰中的重金属已被有效稳定，达到国家标准限值(GB 5086.1-1997)，可直接送填埋场填埋处置或资源化利用。

表1：不同比列混合灰样的重金属浸出浓度(mg/L)

本发明的具体技术方案和措施如下：

先测定高浓度氨氮废水中氨氮的初始浓度后，按照NH₄ ⁺∶Mg²⁺∶PO₄ ^3-＝0.9～1.0∶1∶1.0～1.2摩尔比，计量投加含Mg²⁺和PO₄ ^3-的化学药剂，其中Mg²⁺来源于无机强酸的镁盐和氧化镁(MgO)，PO₄ ^3-来源于磷酸或其钠、钾盐；将含Mg²⁺和PO₄ ^3-的化学药剂投加到高浓度氨氮废水中后，搅拌或者曝气混合20～200分钟，再静止沉淀20～60分钟；移去上清液后，将剩下的沉淀污泥按照沉淀污泥∶垃圾焚烧飞灰＝1∶1～9(干基)混合，调整两者的液固比为1∶3，搅拌混合均匀，在常温空气中养护1～2天，使得反应充分，然后，取样测定重金属浸出浓度，达到国家标准限值后，直接送填埋场填埋，或用作土壤改良剂或肥料。

所述的高浓度氨氮废水是氨氮浓度大于1000mg/L，BOD₅/COD_cr比值低于0.2，可生化处理性差的垃圾渗滤液、焦化厂污水。

本发明的垃圾焚烧飞灰与污泥按照高比例混合，所得产物可送至填埋场填埋处理，具有低成本的优势；按照低比例混合，所得产物不仅可调节土壤的酸碱度，更是一种高效的缓释肥料，缓慢释放的氮、磷等元素改善土壤的营养结构，

本发明具有如下的优点和效果：

1.采用的磷酸铵镁沉淀与飞灰混合处理，使得磷酸盐一剂双用，较大程度降低了药剂费用。此外，在重量为100克的混合物中，磷酸铵镁沉淀只需要加入10克左右就可以达标(见表1)，其增重比仅略高于10％，相对水泥固化方法的40～50％，具有填埋成本较低的优势。

2.磷酸铵镁沉淀污泥本身含水率高，若单独填埋处理或利用，运输前的污泥脱水是难点；而与垃圾焚烧飞灰混合，可省去这一过程：飞灰吸湿容量大，可以通过与污泥混合吸收一部分渗滤液，不仅减少了渗滤液的处理量，而且节约了水资源，相对单纯药剂稳定垃圾焚烧飞灰而言，具有多重优势。

3.国内外均报道了关于利用垃圾焚烧飞灰或磷酸铵镁沉淀污泥作为肥料或土壤改良剂的研究成果。垃圾焚烧飞灰可以调节土壤的酸碱度，其含有的钙、镁等可溶性盐类对植物成长具有积极作用，但存在重金属污染的隐患；磷酸铵镁沉淀污泥作为一种很好的缓释性肥料，其富含的氮、磷等元素可增强土壤的营养成分。将上述二种物质进行混合使用，使得上述各种优势得到整合，同时磷酸盐对重金属离子的稳定化，完善了垃圾焚烧飞灰应用于土壤改良剂和肥料方面所存在的缺陷，具有强化优势、弥补劣势的功效。

具体实施方式

实施例1

首先测定高浓度氨氮废水中氨氮的初始浓度，按照Mg²⁺∶NH₄ ⁺∶PO₄ ^3-摩尔比1∶1∶1.1的比例投加药剂(MgSO₄，NaH₂PO₄·2H₂O)，加药后废水搅拌或曝气混合40分钟，再将处理后的废水静止沉淀30分钟。出水移去上清液后，剩下的沉淀污泥待用。

按照沉淀污泥与垃圾焚烧飞灰1∶9的比例(干基)、液固比为1∶3左右的要求调整2种物料的比例，均匀搅拌混合，在常温空气中养护1天，使反应充分，测定重金属离子的浸出浓度，达标后可直接送填埋场填埋。

实施例2

首先测定高浓度氨氮废水中氨氮的初始浓度，按照Mg²⁺∶NH₄ ⁺∶PO₄ ^3-摩尔比0.9∶1∶1的比例投加药剂(MgO，Na₂HPO₄·12H₂O)，加药后废水搅拌或者曝气混合100分钟，再将处理后的废水静止沉淀40分钟。出水移去上清液后，剩下的沉淀污泥待用。

按照沉淀污泥与垃圾焚烧飞灰1∶8的比例(干基)、液固比为1∶3左右的要求，调整2种物料的比例，均匀搅拌混合，在常温空气中养护1天，使反应充分，测定重金属离子的浸出浓度，达标后可直接送填埋场填埋。

实施例3

首先测定高浓度氨氮废水中氨氮的初始浓度，按照Mg²⁺∶NH₄ ⁺∶PO₄ ^3-摩尔比1∶1∶1.2的比例投加药剂(MgO，K₂HPO₄·3H₂O)，加药后废水搅拌或者曝气混合150分钟，再将处理后的废水静止沉淀60分钟。出水移去上清液后，剩下的污泥待用。

按照沉淀污泥与垃圾焚烧飞灰1∶1的比例(干基)、液固比为1∶3左右的要求，调整2种物料的比例，搅拌混合，在常温空气中养护2天，使反应充分，测定重金属离子的浸出浓度，达标后可作为土壤改良剂或肥料。

Claims (4)

1.用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：先测定高浓度氨氮废水中氨氮的初始浓度后，按照NH₄ ⁺∶Mg²⁺∶PO₄ ^3-＝1∶0.9～1.0∶1.0～1.2摩尔比计量投加含Mg²⁺和PO₄ ^3-的化学药剂；将含Mg²⁺和PO₄ ^3-的化学药剂投加到高浓度氨氮废水中后，搅拌或者曝气混合20～200分钟，再静止沉淀20～60分钟；移去上清液后，将剩下的沉淀污泥按照干基质量比为沉淀污泥∶垃圾焚烧飞灰＝1∶1～9混合，调整两者的液固比为1∶3，搅拌混合均匀，在常温空气中养护1～2天，使得反应充分，然后，取样测定重金属浸出浓度，达到国家标准限值后，直接送填埋场填埋，或用作土壤改良剂或肥料。

2.根据权利要求1所述的用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述的高浓度氨氮废水是氨氮浓度大于1000mg/L，BOD₅/COD_cr比值低于0.2，可生化处理性差的垃圾渗滤液、焦化厂污水。

3.根据权利要求1所述的用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述的含Mg²⁺化学药剂来源于无机强酸的镁盐或氧化镁。

4.根据权利要求1所述的用磷酸铵镁沉淀污泥处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述的含PO₄ ^3-化学药剂来源于磷酸或其钠、钾盐。