CN101920087A

CN101920087A - 一种利用污水厂污泥和焚烧高温烟气的铬渣还原脱毒方法

Info

Publication number: CN101920087A
Application number: CN 201010273385
Authority: CN
Inventors: 何品晶; 邵立明; 章骅; 吕凡
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2010-12-22

Abstract

本发明公开了一种利用污水厂污泥和焚烧高温烟气的铬渣还原脱毒方法，包括以下步骤：铬渣破碎至能通过振动筛；过筛的铬渣与污水厂脱水污泥均匀混合，铬渣与污泥的配比为1∶2至1∶5；铬渣与污泥混合物送入已预热的水平回转窑反应器，同时通入危险废物焚烧炉的出炉高温烟气，与混合物同向通过水平回转窑反应器，高温烟气中的氧气量应为同时进入水平回转窑反应器的混合物中污泥所含可燃物完全燃烧需氧量的80-90％，混合物在水平回转窑反应器中停留时间30-45min即可排出，出窑烟气经冷却后返回危险废物焚烧炉燃尽剩余的可燃气体。本发明方法可用于含六价铬废弃物的还原无害化处理。

Description

一种利用污水厂污泥和焚烧高温烟气的铬渣还原脱毒方法

技术领域

本发明属于危险废物处理技术领域，具体涉及一种利用污水厂污泥和焚烧高温烟气的铬渣还原脱毒方法，可用于含六价铬废弃物的还原无害化处理。

背景技术

铬渣是重铬酸盐生产中难以避免的副产物。其中含有的六价铬具有极大的生物毒性，因此，铬渣被我国和世界级大多数国家列为危险废物，必须经脱毒无害化处理才能进行进一步的处置或利用，铬渣无害化处理的基本途径是六价铬还原。

目前，铬渣还原的基本方法有两类：湿法和干法。

铬渣湿法还原是将铬渣与含还原剂的溶液混合，在酸性条件下进行反应，使六价铬还原达到脱毒的目的；湿法还原的主要问题是二次污染较为严重，由于是在酸性条件下反应，还原处理后的溶液中重金属含量高，必然带来附加的污染风险和处理成本。

铬渣干法还原是通过在650℃以上的高温环境中，铬渣与低氧并富含一氧化碳等还原气体的气氛接触，使六价铬还原达到脱毒的目的；这类处理方法的二次污染为尾气，相对容易控制，因此是目前铬渣脱毒的主要应用技术。

传统的铬渣干法还原脱毒技术为了形成高温环境和富含一氧化碳的还原气氛，必须投入大量的化石能源用于加热和产生热解气体(一氧化碳等)，增加了处理的成本，而且也不符合环境与资源效益协调的原则。

为了减少或替代化石能源的消耗，已经尝试了多种可能的途径。如：

以硫磺粉替代还原剂(中国发明专利，公开号CN1792481)，在铬渣还原的回转窑中喷入硫磺粉共焙烧，硫磺转化为SO₂用于还原铬渣中的六价铬(SO₂氧化为SO₃)。

以米糠替代还原剂(中国发明专利，公开号CN1827247)，把米糠与铬渣均匀混合后，置于微波场中加热进行氧化还原反应，利用米糠有机物部分氧化产生的一氧化碳等还原性气体将铬渣中的六价铬还原为三价铬。

以污泥替代还原剂(中国发明专利，专利号ZL 200710041125.9)，把污泥与铬渣均匀混合后，先在外热式回转炉中预热干燥，然后送入内热式热解炉，利用来自还原燃烧炉的高温热还原气体对铬渣进行还原，还原尾气用于外热式回转炉的热源；其中的还原燃烧炉以天然气为燃料，控制空气过剩系数小于1，以产生温度在500-650℃的高温热还原气体。

这些方法均在一定程度上减少了铬渣还原剂的用量，但没有能够全部替代化石能源的消耗，同时也没有提供还原过程尾气二次污染(剩余还原气体、污泥干燥产生的臭气等)控制的完整方法。

发明内容

本发明的目的是公开一种利用污水厂污泥和焚烧炉高温烟气的铬渣还原脱毒方法，其利用污水厂污泥作为产生铬渣还原所需的一氧化碳的碳源，同时利用危险废物焚烧炉的高温烟气(1100至1200℃)作为热源，以补充污水厂污泥的低位热值的不足。

本发明的技术方案如下，包括以下步骤：

第一步，铬渣破碎至能通过振动筛；

第二步，过筛的铬渣与污水厂脱水污泥均匀混合，铬渣与污泥的配比为1∶2至1∶5(干基质量比)；

第三步，铬渣与污泥混合物送入已预热的水平回转窑反应器，同时通入危险废物焚烧炉的出炉高温烟气，与混合物同向通过水平回转窑反应器，高温烟气中的氧气量应为同时进入水平回转窑反应器的混合物中污泥所含可燃物完全燃烧需氧量的80-90％，混合物在水平回转窑反应器中停留时间30-45min即可排出，出窑烟气经冷却后返回危险废物焚烧炉燃尽剩余的可燃气体。

所述的振动筛是孔径为3mm的振动筛。

所述的脱水污泥的含水率为70％至80％，其固体中的可燃分含量为65％至85％。

所述的铬渣与污水厂脱水污泥均匀混合的要求是采用双螺杆式搅拌机，在其中混合30min至均匀。

所述的已预热的水平回转窑反应器，预热方式为水平回转窑反应器先通危险废物焚烧炉烟气30-60min，预热至700℃以上。

本发明的技术关键是焚烧炉烟气与脱水污泥及铬渣的配比，以及这一配比既需要保证脱水污泥的水分气化并达到热解温度，又不至于引入过多的氧而破坏反应器内的还原气氛。其可行性的分析过程如下：

假设脱水污泥处于含水率高而有机物含量低的不利条件下，即含水率80％，干物质有机物含量65％，则每100g脱水污泥的有机物含量为13g，每克有机物完全燃烧的理论需氧量2.7g，焚烧炉烟气含氧质量比8％(按照有关标准要求)，则使100g脱水污泥中有机物完全燃烧的烟气量为440g；烟气温度1200℃(有关标准规定的危险废物焚烧处理温度)降温至550℃(保证污泥热解和铬渣还原的温度)可释放显热(比热容1.4J/g)400kJ；100g脱水污泥中含水80g，全部蒸发所需的潜热为170kJ(以150℃下，水分汽化潜热2120J/g计)，100g脱水污泥升温至550℃所需的显热(比热容3.7J/g)196kJ，两者合计占上述烟气降温至550℃可释放显热的91％。因此，只要将焚烧炉烟气，按其含氧量为脱水污泥完全燃烧的90％与脱水污泥和铬渣混合，即可保证脱水污泥的水分气化并达到热解温度(550℃)，同时由于烟气含氧量并未达到脱水污泥完全燃烧的需氧量，仍可满足反应器内保持还原气氛的要求。

而在脱水污泥含水率更低而有机物含量更高的条件下，焚烧炉烟气可按低于90％脱水污泥完全燃烧需氧量的比例供给，热解温度更可以得到保证；同时，在部分供氧的条件下，脱水污泥有机物部分燃烧放热，不仅可以满足有机物部分热解的需热量，也可以进一步地使反应物的温度上升至600℃以上，满足铬渣中六价铬完全还原的需要。

本发明具有如下有益之处：

1.通过利用危险废物焚烧炉的高温烟气的热能，本发明与现有铬渣热还原脱毒方法的最大不同在于，无需补充化石能源用于过程的能量消耗；同时，还原后的尾气返回焚烧炉燃烧，其中的致臭物质等未燃烬有机物及粉尘等，均可以在焚烧炉高温环境中得到处理，二次污染可以有效控制。

2.危险废物焚烧炉高温烟气一般难以进行热能利用，烟气必须进行冷却处理(通常为水冷)，因此，本发明不仅有效利用了这部分废热，还具有节水的作用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的铬渣处理量1t/d；脱水污泥含水率75％，干物质中有机物质量分率为70％。

铬渣破碎至能通过孔径3mm的振动筛；即：铬渣采用锤式破碎机处理，破碎机出料经孔径3mm的振动筛筛选，筛下物直接用于后续处理，筛上物返回锤式破碎机再次处理。

破碎过筛的铬渣与脱水污泥按1∶3的比例(干基质量比)，即湿基1∶12，在双螺杆式搅拌机中混合30min至均匀，然后，混合物以约10kg/min的投加速率，加入直径1.2m，长度6m的水平回转窑反应器中。

投料前水平回转窑反应器先通危险废物焚烧炉烟气40min，预热至700℃以上，投料开始后，焚烧炉烟气以65kg/min的流量(其含氧量为混合物中污泥有机物完全燃烧需氧量的85％)与铬渣和脱水污泥混合物同端通入水平回转窑反应器，同向流过水平回转窑反应器。

水平回转窑反应器中污泥首先被焚烧炉烟气热量干燥并升温，然后自发地发生部分燃烧和热解反应放出一氧化碳、氢气等还原气体，还原气体在高温环境中与铬渣中的六价铬反应，使其还原为三价铬。

混合物在水平回转窑反应器中停留时间30min(控制水平回转窑反应器与水平面的倾角为2.5度)，排出时即已完成还原脱毒；水平回转窑反应器尾气(约700℃)通过烟道与2.5倍左右的空气混合冷却至150℃，再经焚烧炉的供风风机加压送入焚烧炉燃烧并供给燃烧空气。

实测结果表明：水平回转窑反应器排出的固体渣与原始铬渣比较，六价铬残留率小于0.01％，满足脱毒要求；固体渣采用国家标准GB5086.2浸出毒性检测，浸取液总铬浓度1.1mg/L，低于国家标准GB5085.3危险废物浸出毒性的限值总铬浓度1.5mg/L，可以直接进入危险废物安全填埋场处置。

实施例2

本实施例的铬渣处理量1.5t/d；脱水污泥含水率70％，干物质中有机物质量分率为80％。

铬渣与脱水污泥按1∶2.1的比例(干基质量比)，即湿基1∶7，在双螺杆式搅拌机中混合30min至均匀，然后，混合物以约8.5kg/min的投加速率，加入直径1.1m，长度5.5m的水平回转窑反应器中。

投料前水平回转窑反应器先通危险废物焚烧炉烟气30min，预热至700℃以上，投料开始后，焚烧炉烟气以73kg/min的流量(其含氧量为混合物中污泥有机物完全燃烧需氧量的80％)与铬渣和脱水污泥混合物同端通入水平回转窑反应器，同向流过水平回转窑反应器。

实测结果表明：水平回转窑反应器排出的固体渣与原始铬渣比较，六价铬残留率小于0.01％，满足脱毒要求；固体渣采用国家标准GB5086.2浸出毒性检测，浸取液总铬浓度1.2mg/L，低于国家标准GB5085.3危险废物浸出毒性的限值总铬浓度1.5mg/L，可以直接进入危险废物安全填埋场处置。

实施例3

本实施例的铬渣处理量2.5t/d；脱水污泥含水率80％，干物质中有机物质量分率为66％。

铬渣与脱水污泥按1∶5的比例(干基质量比)，即湿基1∶20，在双螺杆式搅拌机中混合30min至均匀，然后，混合物以约36.5kg/min的投加速率，加入直径1.5m，长度9.0m的水平回转窑反应器中。

投料前水平回转窑反应器先通危险废物焚烧炉烟气60min，预热至700℃以上，投料开始后，焚烧炉烟气以140kg/min的流量(其含氧量为混合物中污泥有机物完全燃烧需氧量的90％)与铬渣和脱水污泥混合物同端通入水平回转窑反应器，同向流过水平回转窑反应器。

混合物在水平回转窑反应器中停留时间30min(控制水平回转窑反应器与水平面的倾角为2.0度)，排出时即已完成还原脱毒；水平回转窑反应器尾气(约700℃)通过烟道与2.5倍左右的空气混合冷却至150℃，再经焚烧炉的供风风机加压送入焚烧炉燃烧并供给燃烧空气。

实测结果表明：水平回转窑反应器排出的固体渣与原始铬渣比较，六价铬残留率小于0.01％，满足脱毒要求；固体渣采用国家标准GB5086.2浸出毒性检测，浸取液总铬浓度1.3mg/L，低于国家标准GB5085.3危险废物浸出毒性的限值总铬浓度1.5mg/L，可以直接进入危险废物安全填埋场处置。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用污水厂污泥和焚烧高温烟气的铬渣还原脱毒方法，包括以下步骤：

第一步，铬渣破碎至能通过振动筛；

第二步，过筛的铬渣与污水厂脱水污泥均匀混合，铬渣与污泥的干基质量配比为1∶2至1∶5；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的振动筛是孔径为3mm的振动筛。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱水污泥的含水率为70％至80％，其固体中的可燃分含量为65％至85％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的铬渣与污水厂脱水污泥均匀混合的要求是采用双螺杆式搅拌机，在其中混合30min至均匀。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的已预热的水平回转窑反应器，预热方式为水平回转窑反应器先通危险废物焚烧炉烟气30-60min，预热至700℃以上。