CN102557549A

CN102557549A - 一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法

Info

Publication number: CN102557549A
Application number: CN2012100622617A
Authority: CN
Inventors: 陈泉源; 袁正璞; 余阳; 李新颖; 谢学报
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: CN102557549B

Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，包括：将质量百分比85％-98％的垃圾焚烧飞灰和2％-15％的偏高岭土均匀混合，加入固体添加量占物料总重量1％～10％、水灰比为0.2～0.45的碱溶液，持续搅拌、成型，微波辐照1-5分钟，然后先自然养护2-3天后洒水自然养护3-5天至成品。本发明工艺流程简单、成本低、飞灰处理量大、可操作性强，成形砖块满足GB/T5101-1998中MU10标准强度、尺寸及耐久性要求，且满足浸出毒性标准，可以作为新型建筑材料使用。

Description

一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法

技术领域

本发明属于垃圾焚烧领域，特别涉及一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法。

背景技术

随着城市化进程的加快和人们物质生活的提高，我国城市生活垃圾的数量每年以8％-10％的数量递增，据统计，2011年排放量已经超过2.9亿吨，清运量约2亿吨。垃圾焚烧具有占地面积小、减量化效果显著(体积减小95％，重量减少75％)、无害化较彻底、垃圾资源化利用(回收电能和热能)等优点，是许多发达国家处理生活垃圾的主要方法。近年来，我国生活垃圾焚烧法所占比例逐年增加，至2011年在建和建成的垃圾焚烧厂100余座，占垃圾总处理量的16％左右，其中超过70％的生活垃圾焚烧厂集中在我国经济发达、用地紧张的东部地区。垃圾飞灰中含有重金属、可溶性盐及微量的二噁英(PCDD)、呋喃(PCDF)等有机污染物，被列为我国一类危险废物(GWKB3-2000)，必需经过无害化处理后才能填埋。

目前常用的飞灰处理途径主要有3类：1.水泥固化或化学药剂稳定化后填埋处理；2.提取重金属或经高温熔融处理后资源化利用；3.飞灰作为部分原料生产绿色水泥、混凝土、陶粒、玻璃等硅酸盐类材料。水泥固化法主要利用水化产物的物理包容、吸附作用固化重金属，价格低廉但增容率大。化学药剂稳定法是通过与化学药剂的反应，将可溶的重金属离子变成低溶解度的高分子络合物或者无机矿物质从而达到稳定化的效果。该法操作简便，但很难找到一种普遍适用且低廉的药剂，且稳定化效果受环境pH影响较大，存在安全隐患。高温处理法重金属稳定化效果好，残渣可以作为建材原料再利用，但能耗大，费用高，产生的尾气处理过程复杂。重金属提取法包括高温熔融法、化学药剂提取法、酸碱法、水处理法(如中国专利《一种垃圾焚烧飞灰处理及从中回收重金属的方法》公开号CN 101092665)等，主要目的在于提取出重金属再利用。该法弊端明显，如：二次污染、工艺复杂、效果不稳定等，目前主要处于实验室研究阶段。其它的资源化处理方法因经济技术方面的原因，目前尚不能大规模应用。目前，上海市垃圾焚烧飞灰掺入水泥、螯合剂进行稳定化处理后，作为危险废物填埋，据调查，填埋费用高达2400元/吨。因此，寻找一种处理成本低、处理量大、工艺简单，且可长期保持效果相对稳定的处理方法，非常有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以垃圾焚烧飞灰为原料，添加少量配料，在NaOH溶液作用下充分利用飞灰中的活性成分，生成稳定的地质聚合物材料，实现垃圾焚烧飞灰中的污染物的固化与化学稳定化。

本发明的一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，包括：

将质量百分比85％-98％的垃圾焚烧飞灰和2％-15％的偏高岭土均匀混合，加入固体添加量占物料总重量1％～10％、水灰比(添加水分的量与物料总重量的质量比值)为0.2～0.45的碱溶液，持续搅拌、成型，微波辐照1-5分钟，然后先自然养护2-3天后洒水自然养护3-5天至成品。

所述偏高岭土为高岭土在550～750℃煅烧250～300分钟所得。

所述偏高岭土含量为10％-15％时成品强度大于10MPa。

所述碱溶液为NaOH水溶液。

所述搅拌时间为15-45分钟。

所述成型时间为2-24小时。

本发明原理为：

城市生活垃圾焚烧飞灰主要成分为CaO(15％～40％)、SiO₂(10％～30％)、Al₂O₃(4％～6％)、Fe₂O₃(1％～3％)，在充分利用这些成分的基础上，添加适量偏高岭土及NaOH，在微波辐照和养护条件下进行如下过程：

(1)地质聚合物固化。SiO₂、Al₂O₃中Si-O键Al-O键断裂重组，形成一系列的低聚硅铝四面体(即非晶质、半晶质三维铝硅酸盐矿物聚合物、地质聚合物、geopolymer)，聚合后大部分水被排除，少量水以结构水的形式取代-O的位置，最终形成以硅铝氧链-Si-O-Al-O-、硅铝硅氧链-Si-O-Al-Si-O-和硅铝二硅氧链-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-等为基本结构，Si-O四面体和Al-O四面体为单元的不规则三维网状结构。该网状结构的地质聚合物因Al-O四面体的存在而产生电荷不平衡，带负电。飞灰中的碱金属、碱土金属以及重金属阳离子以平衡电荷或网络填充体参与反应过程。从而，以离子键或共价键被牢固的固化。

(2)C-S-H凝胶固化。垃圾焚烧飞灰中SiO₂与Ca(OH)₂发生火山灰反应生成硅酸钙聚合物(C-S-H凝胶)。飞灰中的碱金属、碱土金属以及重金属通过吸附、吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式发生反应，最终以氢氧化物或络合物的形式停留在C-S-H表面上，从而被固化。

在本发明中，需要有几个关键的参数选定，分别为水的添加量、碱的添加量、搅拌时间、养护条件等。水分添加不足时，反应不彻底，固化效果和材料的强度都会降低；水分过多时在固体物内部留下空隙，严重影响固体物的强度。随着碱添加量的增加，在某一范围内，固体物强度会有所上升，但并不是越多越好。碱量过高，一方面增大了处理成本，另一方面使pH升高不利于重金属的固化。本发明的反应是一个先快速后缓慢的较长过程，需要提供充足的搅拌时间，使大部分反应在搅拌槽内完成，以免在成型中发生膨胀现象。为了获得质量良好的固化体，成型后需在适宜的条件下养护。现选择水胶比0.2～0.45；NaOH质量百分比1％～10％；搅拌时间为15～45min；三段养护，第一段为微波辐照1～5分钟，第二阶段为空气自然养护，养护时间为1-3天，第二段为洒水自然养护，每隔5-10h洒一次水，养护时间为3-5天，然后自然养护28天。

在本发明中，微波辐照起着十分重要的作用，不仅加快地质聚合物固化和C-S-H凝胶固化，而且使飞灰中有机污染物分解。这是本发明最关键的创新点。

由于各焚烧飞灰性质不同，这几个参数也会相应的随之变化，可以对本发明中关键参数的选择做出一些适当的改变。

有益效果

本发明工艺流程简单、成本低、飞灰处理量大、可操作性强，成形砖块满足GB/T5101-1998中MU10标准强度、尺寸及耐久性要求，且满足浸出毒性标准，可以作为新型建筑材料使用。

附图说明

图1为本发明的焚烧飞灰稳定化处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

采用南方某炉排式生活垃圾焚烧炉布袋除尘器收集的飞灰，含水率3％，该飞灰及其配料偏高岭土的主要成分见表1。飞灰样品根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(GB5086.2-1997)、《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)、《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》(HJ/T300-2007)进行浸出毒性试验，采用火焰原子吸收法测定浸出液的重金属浓度，分析结果如表2。

表1飞灰和偏高岭土主要成分，％

物料	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO
						偏高岭土	44.23	1.04	35.872	8.094	0.566
飞灰	18.625	2.309	5.356	34.044	2.549

表2飞灰浸出液中重金属浓度单位：mg/L

	Cu	Pb	Cd	Cr	Zn
						浸出毒性限值L	100	5	1	15	100
允许进入填埋L	40	0.25	0.15	4.5	100
						水平振荡法	0.06	11.07	0.03	0.4	1.53

硫酸硝酸法	0.04	13.83	0.03	0.42	1.03
						醋酸缓冲溶液法	2.2	12.13	1.07	0.38	19.2

原灰所含的重金属中只有Pb和Cd元素超标，其他重金属含量都很低，所以主要考察本方法对焚烧飞灰中Pb和Cd的稳定化效果。

称取生活垃圾焚烧飞灰850g和偏高岭土150g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入溶有90gNaOH的水溶液340ml，持续搅拌35min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；微波辐照1分钟，在空气中自然养护2天，每隔5小时洒一次水，洒水养护4天后自然养护至成品。强度及浸出试验结果见表3。

实施例2

称取生活垃圾焚烧飞灰850g和偏高岭土150g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入溶有30gNaOH的水溶液270ml，持续搅拌25min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；微波辐照3分钟，在空气中自然养护3天，洒水养护3天(每隔7小时洒一次水)后自然养护至成品。强度及浸出试验结果见表3。

实施例3

称取生活垃圾焚烧飞灰900g和偏高岭土100g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入溶有90gNaOH的水溶液285ml，持续搅拌40min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；微波辐照5分钟，在空气中自然养护2天，洒水养护4天(每隔6小时洒一次水)后自然养护至成品。强度及浸出试验结果见表3。

实施例4

称取生活垃圾焚烧飞灰950g和偏高岭土50g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入溶有70gNaOH的水溶液240ml，持续搅拌30min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；微波辐照3分钟，在空气中自然养护2天，洒水养护4天(每隔8小时洒一次水)后自然养护至成品。强度及浸出试验结果见表3。

实施例5

称取生活垃圾焚烧飞灰970g和偏高岭土30g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入溶有50gNaOH的水溶液300ml，持续搅拌20min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；微波辐照2分钟，在空气中自然养护3天，洒水养护3天(每隔10小时洒一次水)后自然养护至成品。强度及浸出试验结果见表3。

性能测试

将按实施例1-5制备的养护28天的样品进行抗压强度测试，并按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》、《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》、《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对养护7天后的样品进行浸出毒性试验。其中，抗压强度测试方法参照国家标准GB/T50081-2002，醋酸缓冲溶液法使用浸提剂2^#。从表3可以看出，采用三种不同测试方法检测的固化物重金属离子可浸出量远小于浸出毒性标准，固化/稳定化效果较好。

表3飞灰抗压强度浸出毒性测试结果

本发明针对大掺量飞灰的固化稳定化，减少飞灰掺量，固化效果和抗压强度会随之上升。熟悉本领域的人员可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在本发明的思想应用到其他实施例中而不必经过创造性劳动。因此，本发明不局限于这里的实施实例，对于本发明做出的参数调整都应在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，包括：

将质量百分比85％-98％的垃圾焚烧飞灰和2％-15％的偏高岭土均匀混合，加入固体添加量占物料总重量1％～10％、水灰比为0.2～0.45的碱溶液，持续搅拌、成型，微波辐照1-5分钟，然后先自然养护2-3天后洒水自然养护3-5天至成品。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，其特征在于：所述偏高岭土为高岭土在550～750℃煅烧250～300分钟所得。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，其特征在于：所述偏高岭土含量为10％-15％时成品强度大于10MPa。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，其特征在于：所述碱溶液为NaOH水溶液。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，其特征在于：所述搅拌时间为15-45分钟。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰稳定化处理的方法，其特征在于：所述成型时间为2-24小时。