CN110038872A - 处理焚化飞灰及废弃物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其以至少一添加物与一废弃物在800～1100℃的温度下进行熔融反应，以获得一熔融产物；其中，其特征在于：该添加物为含铁化合物、氟化钙、含有氟化钙的物质、氧化钙、钙化合物、玻璃或碱金属化合物。
Description
技术领域
本发明有关于一种废弃物处理再利用的方法，特别指一种处理焚化飞灰及其他废弃物的方法。
背景技术
中国台湾都市垃圾处理方式大多以焚化方式为主，而垃圾焚化处理后会产生底渣与飞灰，其中，底渣产生量约为垃圾焚化处理量的15～20％，飞灰产生量约为垃圾焚化处理量的3～8％。而目前底渣已有再利用技术可加以处理，但是飞灰则需要靠着固化掩埋法来处理。
依据中国台湾2016年环保署统计，国内每年大型焚化炉产生约29.6万吨的飞灰，该些飞灰中戴奥辛含量虽然未超出法规标准(<1.0ng I-TEQ/g)，但是仍含有超出环保法规标准(TCLP，重金属的毒性特性溶出程序)的有害物质，如铅、镉等重金属，因此各焚化厂必须要通过添加化学药剂、水泥等固化剂使飞灰固化，再加以掩埋。但，固化后的飞灰体积及重量增加，不仅运送成本增加，更造成掩埋场空间严重不足，并且，即使飞灰固化后，长期在掩埋场中，仍有可能会释放出重金属而污染土壤及地下水。
为解决飞灰处理的问题，有中国台湾的县市地方政府规划高温熔融法来处理飞灰，使飞灰经熔融后能够成为无害环境的物质，但是，该高温熔融法的操作温度须为1300℃以上，以致于硬体设备及操作成本过高，无法实际运行。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其能够以800～1100℃的熔融温度处理废弃物，以大幅降低处理废弃物的成本。
本发明的另一目的在于提供一种处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其能够稳定产出无害环境、可回收再利用的固状终产物，不仅能够减少后续处理所需的空间，也能避免对于环境造成二次污染。
缘是，为能达成上述目的，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其以至少一添加物与一废弃物在800～1100℃的温度下进行熔融反应，以获得一熔融产物；其中，该添加物为含铁化合物、氟化钙、含有氟化钙的物质、氧化钙、钙化合物、玻璃或碱金属化合物。
更进一步来说，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法包含下列步骤：
步骤a：取一废弃物，其中，该废弃物包含有氯化钙；
步骤b：取至少一添加物，与该废弃物以一预定比例进行混合，形成一混合物；
步骤c：将该混合物在800～1100℃的温度下进行熔融反应；
步骤d：获得一熔融产物。
为能使该步骤d的该熔融产物形成类似石头、碎石砾或矿物的固体，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法更包含一步骤c1，其设于该步骤c与该步骤d之间，用于冷却该步骤c产出的产物。
在本发明的实施例中，该废弃物为焚化飞灰或电镀污泥。
而依据该废弃物的组成成份及该添加物的组成成份不同，该熔融产物也会随的改变，例如氟氯化钙、氟化钙、氯化钙或/以及其他成份。
根据该混合物的量不同，在该步骤c中进行熔融反应的时间也会有所不同，一般来说，所需反应时间约为5～60分钟，又以反应时间为10分钟内为佳。
为使本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法所需熔融温度为800～1100℃，该废弃物与该添加物须以一预定比例混合，并且，熔融温度与添加物组成、添加物与该废弃物相关。举例来说，当该废弃物为焚化飞灰时，该废弃物与该添加物的比例约为1：5.67～1：0.4。
较佳地，当该废弃物为焚化飞灰，且该添加物为含有氟化钙的物质时，该废弃物与该添加物的比例为1：2.3～1：0.4，。
较佳地，当该废弃物为焚化飞灰，且该添加物为氟化钙时，该废弃物与该添加物的比例为1：1.5～1：0.4。
较佳地，当该废弃物为焚化飞灰，且该添加物包含有玻璃及含有氟化钙的物质时，该废弃物、含有氟化钙的物质及玻璃的比例为1：1：2～1：1：0.2。
较佳地，当该废弃物为焚化飞灰，且该添加物包含有氧化钙及含有氟化钙的物质时，该废弃物、含有氟化钙的物质及氧化钙的比例为1：2.4：0.6～1：1.7：0.6。
较佳地，当该添加物包含有玻璃、铁渣及钙化合物时，该废弃物、钙化合物、玻璃及铁渣的重量比例为1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33，熔融温度约为800～850℃。具体来说，铁渣源自高铁酸钾合成。
又，在本发明的另一实施例中，更包含一步骤c1，介于该步骤c及该步骤d之间；其中：
步骤c1：将该步骤c的产物塑形为一预定形状。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其能够以800～1100℃的熔融温度处理废弃物，以大幅降低处理废弃物的成本。
附图说明
图1为依据本发明的一实施例所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法得到的熔融产物。
图2A为表二中编号1的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为100X。
图2B为表二中编号1的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为10000X。
图3A为表二中编号2的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为1000X。
图3B为表二中编号2的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为10000X。
图4A为表二中编号3的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为50X。
图4B为表二中编号3的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为10000X。
图5A为表二中编号4的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为50X。
图5B为表二中编号4的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为100X。
图5C为表二中编号4的熔融产物以电子显微镜观察的结果，倍率为10000X。
图6为编号H-1～H-3的熔融产物以重金属的毒性特性溶出程序方法进行分析的结果，其中，图中各直条上的数值为熔融产物中的各重金属经分析后所占的比例。
图7为编号W-1及W-2的熔融产物以重金属的毒性特性溶出程序方法进行分析的结果，其中，图中各直条上的数值为熔融产物中的各重金属经分析后所占的比例。
图8为编号S-1～S-3的熔融产物以重金属的毒性特性溶出程序方法进行分析的结果，其中，图中各直条上的数值为熔融产物中的各重金属经分析后所占的比例。
图9为编号H-11～H-12的熔融产物以重金属的毒性特性溶出程序方法进行分析的结果，其中，图中各直条上的数值为熔融产物中的各重金属经分析后所占的比例。
具体实施方式
本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，为通过将焚化飞灰与至少一添加物以一预定比例混合后，能在约800～1100℃的温度下进行熔融反应，得到固体状的熔融产物，而该熔融产物能够被回收再利用，达到有效减少污染的功效。
其中，本发明所谓焚化飞灰，其垃圾通过焚化处理后的废弃物，而根据过去文献指出，焚化飞灰的组成主要包含有如氯化钙、氧化钙、氢氧化钙等氯化物，以及如碱金属或碱土金属的其他化合物。
在本发明的一实施例中所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法包含有下列步骤：
步骤a：取一焚化飞灰。
步骤b：取至少一添加剂，与该焚化飞灰以0.4：1～3：1的比例混合，形成一飞灰混合物。
当该添加物为含有氟化钙的物质时，该废弃物与该添加物的比例为1：2.3～1：0.4；
当该添加物为氟化钙时，该废弃物与该添加物的比例为1：1.5～1：0.4；
当该添加物包含有玻璃及含有氟化钙的物质时，该废弃物、含有氟化钙的物质及玻璃的比例为1：1：2～1：1：0.2；
当该添加物包含有氧化钙及含有氟化钙的物质时，该废弃物、含有氟化钙的物质及氧化钙的比例为1：2.4：0.6～1：1.7：0.6。
步骤c：将该飞灰混合物进行熔融处理，熔融操作温度为800～1100℃，处理时间约为5～60分钟。
步骤d：冷却该步骤c所产出的产物。
步骤e：获得一熔融产物。
通过上述步骤，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法能将含有重金属或有害物质的废弃物，如焚化飞灰、电镀污泥等物质，与至少一添加物混合，在温度1000～1100℃下进行低温共熔反应，产出符合环保法规且无害环境的该熔融产物。具体来说，降温后的该熔融产物为固体状物质，如图1所示，可以直接掩埋处理或是回收再利用。
更进一步来说，在本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法中，步骤b为通过本发明所属技术领域技术人员所周知的方式进行混合，例如旋转混合、搅拌混合，或是通过机器辅助达到均匀混合的功效，例如旋转窑、螺旋混合机、可上下翻滚的容器等。
步骤c的熔融反应为在一熔融炉内进行，该熔融炉的能源来自于电力、生质燃料、石化燃料(fossil fuel,又可称为化石燃料)、可燃性废弃物等。而进行熔融反应的方式可视该飞灰混合物的量采取连续式进出料反应或是批次熔融。
而在本发明的另一实施例中，其步骤大致相同于上述实施例，不同在于，该焚化飞灰与包含有钙泥、玻璃及铁渣的添加物混合为飞灰混合物，其中，钙泥可为含氟化钙的污泥；焚化飞灰、钙泥、玻璃与铁渣重量比约为1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33，而该飞灰混合物在温度约为800～850℃下能进行熔融反应，并经降温冷却后，能够形成坚硬极难溶的固体熔融产物。
而本发明所属技术领域技术人员，可根据本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法分别选用适合的设备或是设计出适合的设备，举例来说，可将如旋转窑的搅拌设备及熔融炉组装成为单一机台，达到自动化且连续式处理废弃物的功效。
此外，在步骤c的熔融反应时，会产出挥发性产物及极少量的二次飞灰，而该二次飞灰能再次通过已知空气污染防治用的捕捉装置收集，可作为下次熔融反应的废弃物来源，不过，根据实际操作本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，仅有2～8％的原料会挥发或是形成二次飞灰，换言之，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法能够处理高于92％以上的废弃物，意即本发明所揭方法能达到废弃物减量的效果
在步骤d中，为采取本发明所属技术领域常规技术进行冷却，例如暴露于大气中自然冷却、水萃加速或强制送风冷却或置于熔融炉中自然降温。
又，在本发明的另一实施例所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其步骤大致如同上述实施例，惟，不同在于，更包含一步骤c1，介于该步骤c及该步骤d之间；其中：
步骤c1：将该步骤c的产物塑形为一预定形状。
举例来说，该步骤c1能通过造粒机构将来自该步骤c的产物制成为颗粒。
以下，为能验证本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法的功效，搭配图表做更进一步说明如后。
实例一：不同配比飞灰混合物的熔融操作温度
依据下表一所列配比进行熔融试验，得到不同配比的飞灰混合物的可熔融温度分别如下表一所示。
表一：以不同组成的飞灰混合物进行熔融反应的结果
由上表一的结果可知，当焚化飞灰与添加物以1：3～1：0.4的重量比例混合时，能够有效降低熔融操作温度至1000～1100℃，并且，当添加物中包含具有氟化钙的物质与玻璃时，能够使熔融温度较未包含玻璃时低，其中，又以焚化飞灰、具有氟化钙的物质及玻璃的混合比例为1：1：0.86～1：1：1.33为佳。
实例二：检测不同来源飞灰组合物的熔融温度
由于不同来源的飞灰具有不同组成，为能确认本发明所揭方法对于不同来源的飞灰皆有降低熔融操作温度的功效，分别取来自后里、文山、新店焚化厂的飞灰与钙泥及/或玻璃及/或铁渣进行于一预定温度下烧结10分钟，分别测得不同来源飞灰组合物的熔融操作温度如下表二至表四所示。
表二：后里飞灰组合物的熔融操作温度
表三：文山飞灰组合物的熔融操作温度
表四：新店飞灰组合物的熔融操作温度
由上表二至表四可知，不同来源的飞灰与含有钙泥的添加物混合后，能够有效地降低其熔点，并且，当添加物中含有铁渣时，飞灰混合物的熔融操作温度能够被大幅降低至约800℃，意即当飞灰与添加物的重量比例为1：5.67，并该混合物中含有铁渣，飞灰、钙泥、玻璃与铁渣重量比约为1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33时，飞灰混合物的熔融操作温度会被降低至1000℃以下。
由此可知，通过本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法处理不同来源的飞灰皆能有效降低其熔融操作温度，以达到降低处理废弃物成本的功效。
实例三：分析熔融后产物的结构
取后里飞灰分别与添加物依据下表五的重量比例配置为飞灰组合物，并以其熔融操作温度进熔融反应后，再分别以电子显微镜观察其结构，结果如图2至图5所示。
表五：飞灰组合物的组成及熔融操作温度
| 编号 | 飞灰比例(wt％) | 钙泥(wt％) | 玻璃(wt％) | 熔融操作温度(℃) |
| 1 | 30 | 70 | - | 1100 |
| 2 | 25 | 25 | 50 | 1000 |
| 3 | 25 | 25 | 50 | 1050 |
| 4 | 25 | 25 | 50 | 1100 |
由图2至图5的结果可知熔融产物为固体状，并且结构非为松散的粉末，由此可知，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法能够使飞灰混合物以低耗能的方式转变为固体产物，不仅能够降低飞灰对于环境的污染，更能有效减少废弃物的体积。
实例四：检测熔融产物的毒性
分别依据表二至表四中编号H-1～H-3、H-11、H-12、S-1～S-3、W-1～W-2的配比制备飞灰混合物后，并分别以的熔融操作温度进行熔融反应约10分钟，再分别将各飞灰混合物的熔融产物进行以重金属的毒性特性溶出程序(TCLP)方法进行分析。将各该熔融产物所得到的重金属浓度与目前中国台湾地区法规所规定的标准值相比，结果如图6至图9所示，其中，中国台湾地区环保法规规定废弃物中重金属标准如下：铜为15mg/L；铅为5mg/L；镉为1mg/L；铬为5mg/L；钡为100mg/L；砷为5mg/L；汞为0.2mg/L；锌、镍无规范。
由图6至图9的结果可知，不同配比的飞灰混合物通过熔融反应在低温下所产生的熔融产物中重金属的含量皆低于中国台湾地区环保法规的标准，并整理图6至图9的结果如下表六。由上述结果可知，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法确实能在低温环境下在短时间内进行熔融反应，以化学转化、矿化或无害化废弃物中重金属，并除去有机污染物，产出符合环保法规(TCIP标准)的熔融产物，进而能够供资源回收再利用，例如取代砂石。
表六：各熔融产物经TCLP分析后所得其内重金属除以法规上限值后的结果
综上所述，本发明所揭处理焚化飞灰及其他废弃物的方法能够在800～1100℃的熔融操作温度下进行共熔及环熔反应，产出无害环境的熔融产物，因而具有以下优点：
其一、能够大幅降低熔融温度，以节省处理废弃物所需的能源及成本。
其二、降低能源使用，可减少温室气体排放量。
其三、熔融产物的体积小且具取代砂石再利用性，不仅能够减少或去除掩埋成本，也可创造经济效益。
其四、熔融产物不具环境污染性，不会造成环境的二次污染。
Claims (10)
1.一种处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其以至少一添加物与一废弃物在800～1100℃的温度下进行熔融反应，以获得一熔融产物；
其中，其特征在于：
该添加物选自由含铁化合物、钙化合物、氟化钙、含有氟化钙的物质、氧化钙、碱金属化合物及玻璃所组成之群；以及
该废弃物包含有氯化钙，并与该添加物的重量比例约为1：5.67～1：0.4。
2.如权利要求1所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其特征在于，包含下列步骤：
步骤a：取该废弃物；
步骤b：取至少一添加物，与该废弃物以一预定比例进行混合，形成一混合物；
步骤c：将该混合物在800～1100℃的温度下进行熔融反应；
步骤d：获得该熔融产物，其中，该熔融产物选自由氟氯化钙、氟化钙及氯化钙所组成之群。
3.如权利要求2所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其特征在于，更包含一步骤c1，设于该步骤c与该步骤d之间，其中：
步骤c1：冷却该步骤c产出的产物。
4.如权利要求2所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其特征在于，该步骤c的反应时间为5～60分钟。
5.如权利要求1或2所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其特征在于，该废弃物为焚化飞灰。
6.如权利要求5所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其中，当该添加物为含有氟化钙的物质时，该废弃物与该添加物的重量比例为1：2.3～1：0.4。
7.如权利要求5所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其中，当该添加物为氟化钙时，该废弃物与该添加物的重量比例为1：1.5～1：0.4。
8.如权利要求5所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其中，当该添加物包含有玻璃及含有氟化钙的物质时，该废弃物、含有氟化钙的物质及玻璃的重量比例为1：1：2～1：1：0.2。
9.如权利要求5所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其中，当该添加物包含有氧化钙及含有氟化钙的物质时，该废弃物、含有氟化钙的物质及氧化钙的重量比例为1：2.4：0.6～1：1.7：0.6。
10.如权利要求5所述处理焚化飞灰及其他废弃物的方法，其中，当该添加物包含有玻璃、铁渣及钙化合物时，该废弃物、钙化合物、玻璃及铁渣的重量比例为1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33。
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