CN114321939A - 一种垃圾焚烧处理工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及垃圾焚烧领域，具体公开了一种垃圾焚烧处理工艺，包括以下步骤：垃圾焚烧：垃圾焚烧，焚烧过程中通入氧气；焚烧烟气经过活性炭吸附以及石灰浆喷淋脱酸后得到外排烟气和焚烧飞灰；将焚烧飞灰与处理药剂在汞灯或紫外光条件下混合搅拌，然后加入胶凝材料，最后加水搅拌后砌块成型得到固化体；其中处理药剂由包括以下重量份原料混合制得：15‑25份螯合剂、6‑15份水滑石和5‑12份纳米二氧化钛以及28‑35份负载有氧化石墨烯的生物炭。本申请具有对于垃圾焚烧产生的飞灰中的重金属和二噁英进行更加有效处理的特点。

Description

一种垃圾焚烧处理工艺

技术领域

本申请涉及垃圾焚烧处理领域，更具体地说，它涉及一种垃圾焚烧处理工艺。

背景技术

随着城市的初步发展，城市居住人口大量增加，城市垃圾产生量也随之越来越多，焚烧垃圾是一种大部分城市处理的垃圾的方式，因此各地相继建造焚烧炉。将垃圾用焚烧法进行处理之后，其垃圾就可以减量化，同时还具有节省用地的作用，在这样的一个过程中还可以消除病原体，把有毒有害物质转化为无毒害物质。

但是焚烧垃圾必然会产生烟气，而烟气中含有二噁英等有害气体，还含有重金属颗粒，因此需要对垃圾焚烧的烟气进行处理，虽然现在通过烟气净化***对烟气进行过滤，利用活性炭吸附二噁英等有害气体，利用氢氧化钙进行脱酸处理，但是经过上述烟气处理后得到的飞灰中还是仍然含有各种较高浸出浓度的重金属元素，以及二噁英，必须经过有效处理才能进行填埋或资源化利用。而传统采用的水泥固化剂对于上述飞灰处理效果有限，因此需要提供一种新的垃圾焚烧处理工艺，对于垃圾飞灰中的重金属和二噁英进行更加有效的处理，更有利于后续的填埋或资源化利用。

发明内容

为了对于垃圾焚烧产生的飞灰中的重金属和二噁英进行更加有效的处理，本申请提供一种垃圾焚烧处理工艺。

本申请提供的一种垃圾焚烧处理工艺采用如下的技术方案：

一种垃圾焚烧处理工艺，包括以下步骤：

垃圾焚烧：垃圾焚烧，焚烧过程中通入氧气；

焚烧烟气经过活性炭吸附以及石灰浆喷淋脱酸后得到外排烟气和焚烧飞灰；

将焚烧飞灰与处理药剂在汞灯或紫外光条件下混合搅拌，然后加入胶凝材料，最后加水搅拌后砌块成型得到固化体；

其中处理药剂由包括以下重量份原料混合制得：15-25份螯合剂、6-15份水滑石和5-12份纳米二氧化钛以及28-35份负载有氧化石墨烯的生物炭。

通过采用上述技术方案，本申请中处理药剂螯合剂的添加可以对重金属进行螯合固化，而且先将焚烧飞灰与处理药剂进行混合，使得处理药剂中的螯合剂对于重金属进行螯合固化，然后再加入胶凝材料，防止重金属对于水泥水化的影响，解决由于重金属抑制水泥材料的水化反应使固化效果降低且重金属溶出量激增；纳米二氧化钛在汞灯或紫外光条件下可以起到催化的作用，对于焚烧飞灰中的二噁英具有一定的催化降解作用，从而可以降低二噁英的含量，而水滑石的添加可能是由于其作用层状双金属氢氧化物具有一定的阴离子交换性能，也可能是由于其与纳米二氧化钛共同添加时具有一定的催化性，申请人发现本申请中的处理药剂对于焚烧飞灰不仅可以实现重金属的固化，最终得到固化体的重金属浸出率低，而且大大降低了其二噁英含量，减少对于环境的影响。

另外，本申请中的处理药剂添加的负载有氧化石墨烯的生物炭，生物炭是由生物质原料(木材、作物秸秆或城市生活生物废弃物等)在限氧或厌氧条件下高温热解而成的一种含碳的多孔固型材料，生物炭通过表面吸附、表面含氧官能团的络合作用等形式实现对重金属离子的络合，而氧化石墨烯负载填充于生物炭孔洞中，增大与焚烧飞灰的接触面积，其自身的吸附性能与生物炭协同作用，可以起到更好的吸附固化作用，进一步增强重金属固化效果。

可选的，胶凝材料包括质量比为1：(0.3-0.5)的是水泥和水玻璃。

通过采用上述技术方案，本申请中的胶凝材料选用水玻璃替换部分的水泥，水玻璃作为矿黏合剂，不仅可以起到胶凝材料，而且其进一步降低由于重金属对于水泥水化影响导致的飞灰固化效果差的问题，而且申请人发现其作为矿黏合剂对于二噁英也具有一定的稳定化效果。而且选用水玻璃固化还起到一定的体积收缩作用，降低增容比。

可选的，所述螯合剂选用氨基三亚甲基叉膦酸、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸和有机硫螯合剂中的一种或多种。

可选的，所述螯合剂选用质量比为1：(3-5)的氨基三亚甲基叉膦酸与有机硫螯合剂。

通过采用上述技术方案，螯合剂选用上述两种物质的时候，尤其是氨基三亚甲基叉膦酸的添加不仅可以起到良好的络合作用，而且可能是由于其与氧化石墨烯的含氧官能团共同作用，可以对重金属以及二噁英具有更好的稳定化效果。

可选的，负载有氧化石墨烯的生物炭由以下步骤制得：

将氧化石墨烯溶解于2-3体积倍数的水中，然后将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液中，烘干，得到负载氧化石墨烯的生物炭。

通过采用上述技术方案，将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液，实现多孔结构的生物炭对于氧化石墨烯的负载。

可选的，将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液烘干后在120-150℃下加热30-50min。

通过采用上述技术方案，在上述温度下的加热处理使得负载在生物炭中的氧化石墨烯处于氧化石墨烯与还原氧化石墨烯的过渡转化状态，得到的改性生物炭处理效果更好。

可选的，所述生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液之前还进行预处理操作，预处理具体操作为：将生物炭浸泡于碳酸氢铵溶液中，然后在60-75℃下烘干20-40min。

通过采用上述技术方案，将生物炭在碳酸氢铵造孔剂溶液中浸泡后，再烘干，碳酸氢铵分解起到造孔剂的作用，从而增大生物炭的比表面积和孔隙率，更加有利于氧化石墨烯的负载，从而提高对于垃圾飞灰的处理效果。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请中螯合剂、水滑石以及负载有氧化石墨烯的生物炭的添加对于焚烧飞灰不仅可以实现重金属的固化，最终得到固化体的重金属浸出率低，而且大大降低了其二噁英含量，减少对于环境的影响；

2、本申请中的处理药剂添加的负载有氧化石墨烯的生物炭，生物炭通过表面吸附、表面含氧官能团的络合作用等形式实现对重金属离子的络合，而氧化石墨烯负载填充于生物炭孔洞中，增大与焚烧飞灰的接触面积，其自身的吸附性能与生物炭协同作用，可以起到更好的吸附固化作用，进一步增强对焚烧飞灰的处理效果；

3、本申请中先将焚烧飞灰与处理药剂进行混合，使得处理药剂中的螯合剂对于重金属进行螯合固化，然后再加入胶凝材料，防止重金属对于水泥水化的影响，解决由于重金属抑制水泥材料的水化反应使固化效果降低且重金属溶出量激增；

4、本申请中的胶凝材料选用水玻璃替换部分的水泥，水玻璃作为矿黏合剂，不仅可以起到胶凝材料，而且其进一步降低由于重金属对于水泥水化影响导致的飞灰固化效果差的问题，而且申请人发现其作为矿黏合剂对于二噁英也具有一定的稳定化效果。而且选用水玻璃固化还起到一定的体积收缩作用，降低增容比；

5本申请螯合剂中添加有氨基三亚甲基叉膦酸的添加不仅可以起到良好的络合作用，而且可能是由于其与氧化石墨烯的含氧官能团共同作用，可以对重金属以及二噁英具有更好的稳定化效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下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，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

以下实施例中有机硫螯合剂选用有机硫TMT-15。

水泥选用P.O 42.5硅酸盐水泥。

实施例1

一种垃圾焚烧处理工艺，包括以下步骤：

焚烧：将垃圾池中的垃圾通过垃圾吊送入焚烧炉内进行焚烧，垃圾吊吊送过程中进行除臭处理，同时焚烧炉内通入氧气；

烟气处理：烟气进入半干式喷淋反应塔，塔内喷淋石灰浆进行除酸操作后得到飞灰残渣，焚烧后的焚烧烟气经过活性炭吸附以及石灰后进入布袋除尘器，分别得到待排放的烟气和焚烧飞灰；

焚烧飞灰处理：将焚烧飞灰与处理药剂在汞灯照射条件下混合搅拌，加入胶凝材料，最后加水搅拌后砌块成型得到固化体，然后进行填埋后处理；

其中，处理药剂的添加量为焚烧飞灰质量的5wt％，胶凝材料的添加量为焚烧飞灰质量的15wt％，水的添加量为焚烧飞灰质量的30wt％；

胶凝材料选用质量比为1:0.3的水泥和水玻璃；

按照以下步骤制得负载有氧化石墨烯的生物炭：

取20kg氧化石墨烯溶解于2体积倍数的水中，然后将20kg生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液中，浸泡20min，在45℃下烘干40min，得到负载氧化石墨烯的生物炭。

处理药剂由以下步骤制得：

取28kg上述步骤制得的负载有氧化石墨烯的生物炭、15kg螯合剂、6kg水滑石和5kg纳米二氧化钛混合搅拌得到处理药剂，螯合剂选用氨基三亚甲基叉膦酸；实施例2

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，处理药剂的添加量为焚烧飞灰质量的8wt％，胶凝材料的添加量为焚烧飞灰质量的18wt％，水的添加量为焚烧飞灰质量的32wt％；

胶凝材料选用质量比为1:0.4的水泥和水玻璃；

按照以下步骤制得负载有氧化石墨烯的生物炭：

取30kg氧化石墨烯溶解于2体积倍数的水中，然后将30kg生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液中，浸泡30min，在50℃下烘干30min，得到负载氧化石墨烯的生物炭。

处理药剂由以下步骤制得：

取30kg上述步骤制得的负载有氧化石墨烯的生物炭、20kg螯合剂、10kg水滑石和8kg纳米二氧化钛混合搅拌得到处理药剂，螯合剂选用有机硫螯合剂；

实施例3

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，处理药剂的添加量为焚烧飞灰质量的12wt％，胶凝材料的添加量为焚烧飞灰质量的22wt％，水的添加量为焚烧飞灰质量的35wt％；

胶凝材料选用质量比为1:0.5的水泥和水玻璃；

按照以下步骤制得负载有氧化石墨烯的生物炭：

将35kg氧化石墨烯溶解于3体积倍数的水中，然后将35kg生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液中，浸泡40min，在60℃下烘干20min，得到负载氧化石墨烯的生物炭。

处理药剂由以下步骤制得：

取35kg上述步骤制得的负载有氧化石墨烯的生物炭、25kg螯合剂、15kg水滑石和12kg纳米二氧化钛混合搅拌得到处理药剂，螯合剂选用2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸。

实施例4

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，螯合剂选用质量比为1：3的氨基三亚甲基叉膦酸与有机硫螯合剂。

实施例5

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，螯合剂选用质量比为1：5的氨基三亚甲基叉膦酸与有机硫螯合剂。

实施例6

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，螯合剂选用氨基三亚甲基叉膦酸。

实施例7

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，胶凝材料选用水泥。

实施例8

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，负载有氧化石墨烯的生物炭制备过程中，将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液并烘干后，还在120℃下加热50min，得到负载有氧化石墨烯的生物炭。

实施例9

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，负载有氧化石墨烯的生物炭制备过程中，将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液并烘干后，还在150℃下加热30min，得到负载有氧化石墨烯的生物炭。

实施例10

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，负载有氧化石墨烯的生物炭制备过程中，将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液并烘干后，还在135℃下加热40min，得到负载有氧化石墨烯的生物炭。

实施例11

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例10中的方法进行，不同之处在于，生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液之前还进行预处理操作，预处理具体操作为：将生物炭浸泡于碳酸氢铵溶液中，然后在75℃下烘干20min。

实施例12

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例10中的方法进行，不同之处在于，生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液之前还进行预处理操作，预处理具体操作为：将生物炭浸泡于碳酸氢铵溶液中，然后在60℃下烘干40min。

对比例

对比例1

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，处理药剂中未添加水滑石。

对比例2

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，处理药剂中将负载有氧化石墨烯的生物炭等量替换为生物炭。

对比例3

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，处理药剂中将负载有氧化石墨烯的生物炭等量替换为负载有氧化石墨烯的活性炭。

对比例4

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，处理药剂中将负载有氧化石墨烯的生物炭等量替换为负载有氧化石墨烯的硅藻土。

对比例5

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，将焚烧飞灰与处理药剂和胶凝材料共同添加，最后加水搅拌砌块成型得到固化体。

对比例6

一种垃圾焚烧处理工艺，按照实施例2中的方法进行，不同之处在于，将负载有氧化石墨烯的生物炭直接替换为质量比为1:1的氧化石墨烯和生物炭，处理药剂由螯合剂、水滑石、纳米二氧化钛、氧化石墨烯和生物炭直接混合得到。

性能检测

对本申请实施例1中焚烧飞灰固废中重金属的浸出浓度(mg/L)进行检测，检测结果如下表1所示。

表1：

将经过实施例1中提供方法处理后得到的固化体也进行重金属浸出浓度(mg/L)的检测，检测结果如下表2所示，同时，对经过实施例1处理后的二噁英降解率进行检测，二噁英降解率＝((焚烧飞灰二噁英初始浓度×飞灰质量)-(固化体中二噁英浓度×固化体质量))/(焚烧飞灰二噁英初始浓度×飞灰质量)×100％，二噁英降解率结果如下表2所示。

表2：

对其它实施例和对比例中得到的固化体也进行总铅、总铬、六价铬、氟化物、总铜、总镍、总锌以及二噁英降解率进行检测，检测结果如下表3所示：

表3：

由上表1和表2可以看出，采用本申请中提供的方法，对于焚烧飞灰固废处理后的固化体浸出浓度满足要求，对于重金属和二噁英具有良好的固化效果。

再参照上表3的检测结合，参照实施例2与实施例4-5和实施例6的检测结果，可以看出，螯合剂选用氨基三亚甲基叉膦酸与有机硫螯合剂复配的时候，对于焚烧飞灰尤其是重金属的处理效果更好；再参照实施例3与实施例7的检测结果，可以看出，胶凝材料选用水泥与水玻璃复配的时候，相较于传统仅采用水玻璃的时候，其对于重金属的螯合作用更好；

再参照实施例2与实施例8-10的检测结果，可以看出，生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液烘干并进行高温加热的时候，其对于重金属的处理效果更好；再结合实施例11-12的检测结果，可以看出，生物炭进行造孔前处理的操作可以进一步提高负载有氧化石墨烯的生物炭对于重金属的处理效果；

参照实施例2与对比例1的检测结果，可以看出，处理药剂中水滑石的添加可以显著增强对于焚烧飞灰固废的处理效果；再结合对比例2-对比例4的检测而结果，可以看出，对比例2中直接仅添加有活性炭的时候，其处理效果大幅度降低，而对比例3与对比例4中将生物炭替换为常见的活性炭以及硅藻土进行负载氧化石墨烯的时候，其处理效果差；再参照对比例5中的检测结果，可以看出处理药剂与胶凝材料同时添加的时候其处理效果差。再参照实施例2与对比例6的检测结果，可以看出，处理药剂中直接将氧化石墨烯与生物炭混合搅拌而未进行负载操作的时候，其处理效果有所降低。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

垃圾焚烧：垃圾焚烧，焚烧过程中通入氧气；

焚烧烟气经过活性炭吸附以及石灰浆喷淋脱酸后得到外排烟气和焚烧飞灰；

将焚烧飞灰与处理药剂在汞灯或紫外光条件下混合搅拌，然后加入胶凝材料，最后加水搅拌后砌块成型得到固化体；

其中处理药剂由包括以下重量份原料混合制得：

15-25份螯合剂、6-15份水滑石和5-12份纳米二氧化钛以及28-35份负载有氧化石墨烯的生物炭。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于：胶凝材料包括质量比为1：（0.3-0.5）的是水泥和水玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于：所述螯合剂选用氨基三亚甲基叉膦酸、2-膦酸丁烷-1, 2, 4-三羧酸和有机硫螯合剂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于：所述螯合剂选用质量比为1：（3-5）的氨基三亚甲基叉膦酸与有机硫螯合剂。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于：负载有氧化石墨烯的生物炭由以下步骤制得：

将氧化石墨烯溶解于2-3体积倍数的水中，然后将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液中，烘干，得到负载氧化石墨烯的生物炭。

6.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于：将生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液烘干后在120-150℃下加热30-50min。

7.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于：所述生物炭浸泡于氧化石墨烯溶液之前还进行预处理操作，预处理具体操作为：将生物炭浸泡于碳酸氢铵溶液中，然后在60-75℃下烘干20-40min。

8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧处理工艺，其特征在于：处理药剂的添加量为焚烧飞灰的5-12%；

胶凝材料的添加量为焚烧飞灰的15-22%；

水的添加量为焚烧飞灰质量的30-35%。