CN107999520A - 一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法与装置，涉及危险废物处理及资源化利用领域。垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法是将垃圾焚烧飞灰与熔盐混合，在400℃‑900℃的环境中低温熔融20‑120min；下层固态产物与矿物辅料混合，在1000‑5000℃的环境中高温熔融，得到玻璃固化体，该方法既实现永久固化重金属，也实现资源化利用，具有良好的市场前景与应用价值。垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置的低温熔融氯提取单元包括飞灰储仓、熔盐储仓、第一搅拌罐、加热装置，熔盐储仓、飞灰储仓分别与第一搅拌罐连接，第一搅拌罐与加热装置连接；高温熔融玻璃化单元包括进料器、反应器，进料器与反应器连接，设备简便，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及危险废物处理及资源化利用领域，且特别涉及一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法与装置。
背景技术
在垃圾处理领域，焚烧法能够最大限度的实现无害化、稳定化、减量化和资源化的总体目标，已经成为许多国家处理城市生活垃圾的主要方式。但是在生活垃圾焚烧过程中，经烟气净化装置收集所得到的细微颗粒物——垃圾焚烧飞灰因含有大量的重金属、溶解盐、有机污染物等，被归类为危险废物。
不同国家对垃圾焚烧飞灰处理处置的法规、标准与管理政策均存在差异。立足于本国国情，已形成了不同的垃圾焚烧飞灰无害化和资源化的策略，其中，固化稳定化技术由于其良好的效果、处理时间短、适用范围广等优点，是我国目前垃圾焚烧飞灰处理的主要方式。该方法主要是将经固化稳定化处理后的飞灰再送至填埋场予以填埋，该方法存在增容比高的缺陷，需要占用大量的土地资源，且对地下水和周围土壤构成潜在的环境风险。
因此，提供一种新型的，适用范围广、减量化明显、无害化程度高，且实现可资源回收利用的垃圾焚烧飞灰处理处置及资源化利用方法显得十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，该方法将低温熔融氯提取和高温熔融玻璃化相结合，既实现了永久固化重金属，无害化程度高，也实现了资源化利用，减量化明显，具有良好的市场前景与应用价值。
本发明的另一目的在于提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置，设备简便，易于推广。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其包括以下步骤：
将垃圾焚烧飞灰与熔盐混合，熔盐包括碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的至少一种，在400℃-900℃的环境中低温熔融20-120min，得到上层液态产物和下层固态产物；
将下层固态产物与矿物辅料混合，矿物辅料包括石英砂、钙长石、生石灰中的至少一种，在1000-5000℃的环境中高温熔融，得到玻璃固化体。
进一步地，在本发明较佳实施例中，采用上层液态产物可作为熔盐循环进行低温熔融。
进一步地，在本发明较佳实施例中，采用上层液态产物可制备熔盐、制备工业用盐或制备聚氯乙烯。
进一步地，在本发明较佳实施例中，将下层固态产物可作为路基材料，烧制玻璃陶瓷或制备聚合混凝土。
进一步地，在本发明较佳实施例中，在高温熔融前，还加入晶核剂或者助燃剂进行混合，晶核剂包括TiO2、ZnO中的至少一种，助燃剂包括煤粉、焦炭、燃油、燃气中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，在高温熔融过程中捕集反应产生的二次飞灰。
进一步地，在本发明较佳实施例中，将二次飞灰与固化剂、稳定剂混合搅拌、养护，最终填埋，固化剂包括水泥、矿渣、粉煤灰、流化床飞灰、矸石尾矿、热活化高岭土、偏高龄土、硅粉、钢渣以及赤泥中的至少一种；稳定剂包括硫化钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁、氨基二硫代甲酸型螯合树脂、二硫代甲酸盐衍生物、三聚硫氰酸三钠中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，将玻璃固化体可制作玻璃工艺品、玻璃拉丝保温棉或微晶玻璃。
一种基于上述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置，其包括低温熔融氯提取单元和高温熔融玻璃化单元，低温熔融氯提取单元包括用于储存垃圾焚烧飞灰的飞灰储仓、用于储存熔盐的熔盐储仓、第一搅拌罐、用于进行低温熔融的加热装置，熔盐储仓、飞灰储仓分别与第一搅拌罐连接，第一搅拌罐与加热装置连接；高温熔融玻璃化单元包括进料器、用于进行高温熔融的反应器，进料器与反应器连接。
进一步地，在本发明较佳实施例中，还包括固化稳定填埋单元，固化稳定填埋单元包括用于储存高温熔融玻璃化单元产生的二次飞灰的二次飞灰储仓、用于储存固化剂的固化剂储仓、用于储存稳定剂的稳定剂储仓、第二搅拌罐，二次飞灰储仓、固化剂储仓、稳定剂储仓分别和第二搅拌罐连接。
本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法与装置的有益效果是：本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法是将垃圾焚烧飞灰与熔盐混合，熔盐包括碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的至少一种，在400℃-900℃的环境中低温熔融20-120min，得到上层液态产物和下层固态产物；将下层固态产物与矿物辅料混合，矿物辅料包括石英砂、钙长石、生石灰中的至少一种，在1000-5000℃的环境中高温熔融，得到玻璃固化体，该方法将低温熔融氯提取和高温熔融玻璃化相结合，既实现了永久固化重金属，无害化程度高，也实现了资源化利用，减量化明显，具有良好的市场前景与应用价值。本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置包括低温熔融氯提取单元和高温熔融玻璃化单元，低温熔融氯提取单元包括飞灰储仓、熔盐储仓、第一搅拌罐、加热装置，熔盐储仓、飞灰储仓分别与第一搅拌罐连接，第一搅拌罐与加热装置连接；高温熔融玻璃化单元包括进料器、反应器，进料器与反应器连接，设备简便，易于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置的结构示意图。
图标：100-垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置；110-低温熔融氯提取单元；111-飞灰储仓；112-熔盐储仓；113-第一搅拌罐；114-加热装置；120-高温熔融玻璃化单元；121-进料器；122-反应器；130-固化稳定填埋单元；131-二次飞灰储仓；132-固化剂储仓；133-稳定剂储仓、134-第二搅拌罐。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法与装置进行具体说明。
本发明实施例提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其包括以下步骤：
S1、将待处理的垃圾焚烧飞灰与熔盐混合，所用熔盐是可与飞灰发生反应的熔盐萃取体系，具体包括碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的至少一种，在400℃-900℃的环境中低温熔融20-120min，得到上层液态产物和下层固态产物。
S2、上层液态产物为含氯熔融体，含氯熔融体的一部分可作为熔盐萃取体系循环利用，具体是采用上层液态产物作为熔盐循环进行低温熔融；含氯熔融体的另一部分可进行资源化利用，具体是采用上层液态产物制备熔盐、制备工业用盐或制备聚氯乙烯等氯盐资源化利用途径。
下层固态产物为热处理残渣，热处理残渣的一部分作为高温熔融玻璃化原料使用，具体是将下层固态产物与矿物辅料混合，矿物辅料包括石英砂、钙长石、生石灰中的至少一种，还可加入晶核剂进行混合，晶核剂包括TiO2、ZnO中的至少一种，在1000-5000℃的环境中高温熔融，若高温熔融在燃炉中进行的，则原料还添加有助燃剂，助燃剂包括煤粉、焦炭、燃油、燃气中的至少一种；若高温熔融在电炉中进行的，电炉中加入金属熔底。易挥发重金属随热烟气挥发，经捕集得到二次飞灰，其余部分下沉，经冷却得到玻璃固化体。热处理残渣的另一部分进行资源化利用，具体作为路基材料，烧制玻璃陶瓷或制备聚合混凝土等钙硅铝无机材料资源化利用途径。
S3、玻璃固化体可进行资源化利用，具体是将玻璃固化体作为基础玻璃制作玻璃工艺品、玻璃拉丝保温棉或微晶玻璃等资源化利用途径。
将二次飞灰与固化剂、稳定剂混合搅拌、养护，最终填埋，固化剂包括水泥(硅酸盐水泥、矾土水泥、铝酸盐水泥等)、矿渣、粉煤灰、流化床飞灰、矸石尾矿、热活化高岭土、偏高龄土、硅粉、钢渣以及赤泥中的至少一种，稳定剂包括无机稳定剂如硫化钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁等，有机稳定剂如氨基二硫代甲酸型螯合树脂DTCR、二硫代甲酸盐衍生物EP110、三聚硫氰酸三钠TMT等中的至少一种。填埋场地可以为生活垃圾填埋场、危险废物填埋场以及盐矿充填埋场地。
本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法将低温熔融氯提取和高温熔融玻璃化相结合，既实现了永久固化重金属，无害化程度高，也实现了资源化利用，减量化明显，具有良好的市场前景与应用价值。
参见图1所示，本发明实施例提供一种基于上述垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置100，其包括进行低温熔融的低温熔融氯提取单元110，进行高温熔融的高温熔融玻璃化单元120和固化稳定填埋单元130，以及控制整个装置运行的自动控制***。
其中，低温熔融氯提取单元110包括用于储存垃圾焚烧飞灰的飞灰储仓111、用于储存熔盐的熔盐储仓112、第一搅拌罐113、用于进行低温熔融的加热装置114，熔盐储仓112、飞灰储仓111分别与第一搅拌罐113连接，第一搅拌罐113与加热装置114连接。飞灰储仓111和熔盐储仓112的出料口还可装设螺旋计量秤，用于控制出料量；第一搅拌罐113内安装有桨叶式搅拌机，用于对其中的物料进行搅拌；加热装置114安装有配套的冷凝器，使低温熔融生产的产物冷凝成为上层液态产物和下层固态产物。
高温熔融玻璃化单元120包括进料器121、用于进行高温熔融的反应器122，进料器121与反应器122连接。进料器121用于将加热装置114产生的热处理残渣、助燃剂、矿物辅料混合并加入反应器122内；反应器122可以为等离子体炉、燃炉或电炉，反应器122安装有配套的用于收集高温熔融产生的玻璃固化体的熔渣收集***，以及用于捕集高温熔融产生的二次飞灰的尾气净化处理***。
固化稳定填埋单元130包括用于储存高温熔融玻璃化单元120产生的二次飞灰的二次飞灰储仓131、用于储存固化剂的固化剂储仓132、用于储存稳定剂的稳定剂储仓133、第二搅拌罐134，固化剂储仓132、稳定剂储仓133、二次飞灰储仓131分别和搅拌罐连接。二次飞灰储仓131与尾气净化处理***连接，用于使尾气净化处理***捕集到的二次飞灰进入二次飞灰储仓131储存，二次飞灰储仓131、固化剂储仓132和稳定剂储仓133的出料口还可装设螺旋计量秤，用于控制出料量；第二搅拌罐134内安装有桨叶式搅拌机，用于对其中的物料进行搅拌。
本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置100设备简便，易于推广，利用该装置实现上述垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其按以下过程进行：
取5000g武汉某垃圾焚烧发电厂正常运行期间不同时段的飞灰混合物(垃圾焚烧飞灰)，加入飞灰混合物质量80％的碱土金属的卤化物作为熔盐，电炉加热600℃，低温熔融60min，得到上层液态产物和下层固态产物。
将上层液态产物的一部分作为熔盐循环利用，一部分冷却作为工业用盐原料制备工业用盐；下层固态产物与煤粉、石英砂、钙长石混合一起送入燃炉，1400℃下高温熔融，捕集挥发的二次飞灰，底渣冷却后作为玻璃原料制作玻璃工艺品。
将二次飞灰用硅酸盐水泥和三聚硫氰酸三钠固化稳定，测试达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)污染浓度限值，最终填埋。
实施例2
本实施例提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其按以下过程进行：
取5000g武汉某垃圾焚烧发电厂正常运行期间不同时段的飞灰混合物(垃圾焚烧飞灰)，加入飞灰混合物质量75％的碱金属的硝酸盐作为熔盐，电炉加热550℃，低温熔融80min，得到上层液态产物和下层固态产物。
将上层液态产物的一部分作为熔盐循环利用，一部分冷却制备聚氯乙烯；下层固态产物与焦炭、钙长石、生石灰混合一起送入燃炉，2000℃下高温熔融，捕集挥发的二次飞灰，底渣冷却后作为玻璃原料制作玻璃拉丝保温棉。
将二次飞灰用粉煤灰、流化床飞灰和二硫代甲酸盐衍生物固化稳定，测试达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)污染浓度限值，最终填埋。
实施例3
本实施例提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其按以下过程进行：
取5000g武汉某垃圾焚烧发电厂正常运行期间不同时段的飞灰混合物(垃圾焚烧飞灰)，加入飞灰混合物质量85％的碱土金属的硫酸盐作为熔盐，电炉加热700℃，低温熔融50min，得到上层液态产物和下层固态产物。
将上层液态产物的一部分作为熔盐循环利用，一部分冷却制备熔盐；下层固态产物与燃油、石英砂、生石灰混合一起送入燃炉，3000℃下高温熔融，捕集挥发的二次飞灰，底渣冷却后作为玻璃原料制作微晶玻璃。
将二次飞灰用矸石尾矿和氨基二硫代甲酸型螯合树脂固化稳定，测试达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)污染浓度限值，最终填埋。
实施例4
本实施例提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其按以下过程进行：
取5000g武汉某垃圾焚烧发电厂正常运行期间不同时段的飞灰混合物(垃圾焚烧飞灰)，加入飞灰混合物质量80％的碱金属的卤化物作为熔盐，电炉加热750℃，低温熔融40min，得到上层液态产物和下层固态产物。
将上层液态产物的一部分作为熔盐循环利用，一部分冷却制备工业用盐；下层固态产物的一部分与石英砂、钙长石、TiO2混合一起送入金属熔底的电炉，1500℃下高温熔融，捕集挥发的二次飞灰，底渣冷却后作为玻璃原料制作玻璃工艺品。下层固态产物的另一部分用来烧制玻璃陶瓷。
将二次飞灰用热活化高岭土和三聚硫氰酸三钠固化稳定，测试达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)污染浓度限值，最终填埋。
实施例5
本实施例提供一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其按以下过程进行：
取5000g武汉某垃圾焚烧发电厂正常运行期间不同时段的飞灰混合物(垃圾焚烧飞灰)，加入飞灰混合物质量90％的碱土金属的卤化物作为熔盐，电炉加热800℃，低温熔融30min，得到上层液态产物和下层固态产物。
将上层液态产物的一部分作为熔盐循环利用，一部分冷却作为工业用盐原料制备工业用盐；下层固态产物与石英砂、生石灰、ZnO混合一起送入金属熔底的电炉，3500℃下高温熔融，捕集挥发的二次飞灰，底渣冷却后作为玻璃原料制作玻璃工艺品。
将二次飞灰用钢渣、赤泥和氨基二硫代甲酸型螯合树脂固化稳定，测试达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)污染浓度限值，最终填埋。
综上所述，本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法将低温熔融氯提取和高温熔融玻璃化相结合，既实现了永久固化重金属，无害化程度高，也实现了资源化利用，减量化明显，具有良好的市场前景与应用价值。本发明实施例的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置的设备简便，易于推广。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将垃圾焚烧飞灰与熔盐混合，熔盐包括碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的至少一种，在400℃-900℃的环境中低温熔融20-120min，得到上层液态产物和下层固态产物；
将下层固态产物与矿物辅料混合，所述矿物辅料包括石英砂、钙长石、生石灰中的至少一种，在1000-5000℃的环境中高温熔融，得到玻璃固化体。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，采用所述上层液态产物可作为熔盐循环进行低温熔融。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，采用所述上层液态产物可制备熔盐、制备工业用盐或制备聚氯乙烯。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，将所述下层固态产物可作为路基材料，烧制玻璃陶瓷或制备聚合混凝土。
5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，在高温熔融前，还加入晶核剂或者助燃剂进行混合，所述晶核剂包括TiO2、ZnO中的至少一种，所述助燃剂包括煤粉、焦炭、燃油、燃气中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，在高温熔融过程中捕集反应产生的二次飞灰。
7.根据权利要求6所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，将二次飞灰与固化剂、稳定剂混合搅拌、养护，最终填埋，所述固化剂包括水泥、矿渣、粉煤灰、流化床飞灰、矸石尾矿、热活化高岭土、偏高龄土、硅粉、钢渣以及赤泥中的至少一种；所述稳定剂包括硫化钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁、氨基二硫代甲酸型螯合树脂、二硫代甲酸盐衍生物、三聚硫氰酸三钠中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法，其特征在于，将所述玻璃固化体可制作玻璃工艺品、玻璃拉丝保温棉或微晶玻璃。
9.一种基于如权利要求1至8中任一项所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用方法的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置，其特征在于，其包括低温熔融氯提取单元和高温熔融玻璃化单元，所述低温熔融氯提取单元包括用于储存垃圾焚烧飞灰的飞灰储仓、用于储存熔盐的熔盐储仓、第一搅拌罐、用于进行低温熔融的加热装置，所述熔盐储仓、飞灰储仓分别与第一搅拌罐连接，第一搅拌罐与加热装置连接；所述高温熔融玻璃化单元包括进料器、用于进行高温熔融的反应器，所述进料器与反应器连接。
10.根据权利要求9所述的垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用装置，其特征在于，还包括固化稳定填埋单元，所述固化稳定填埋单元包括用于储存高温熔融玻璃化单元产生的二次飞灰的二次飞灰储仓、用于储存固化剂的固化剂储仓、用于储存稳定剂的稳定剂储仓、第二搅拌罐，所述二次飞灰储仓、所述固化剂储仓、所述稳定剂储仓分别和第二搅拌罐连接。
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