CN115228875A - 一种稳定化固定脱氯飞灰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，包括将飞灰原料使用飞灰脱氯装置进行脱氯，收集阴极室强碱液，金属沉淀物与飞灰区浆体，烘干得到固体沉淀物；取稻壳，缺氧热解，得到稻壳灰；稻壳灰与强碱液混合，进行水浴反应，得到硅酸钠浆液；硅酸钠浆液中加入固体沉淀物，进行水解反应，离心过滤，得到稳定化的固体。本发明的稳定化固定脱氯飞灰的方法，首先在能够有效脱除飞灰中氯的同时，将重金属沉淀析出，减少水洗法造成的二次污染，无次生废弃物；其次，则提出利用农产品加工废弃物稻壳固定脱氯飞灰的新技术，以废治废，成本低，稳定化效果好。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，特别涉及一种以废治废，成本低，稳定化效果好的稳定化固定脱氯飞灰的方法。
背景技术
城市生活垃圾清扫量为2.42亿吨，无害率达到99.2％，其中焚烧量约为1.22亿吨，占无害化总量的50.7％。焚烧技术能够快速实现垃圾减容、减量以及无害化，且能够实现能量回收，因此得以快速推广。
焚烧飞灰是市政生活垃圾焚烧过程中产生的，在垃圾的焚烧的过程中，垃圾中有机物主要以气态物质的形式排放；而无机物质则主要形成固体颗粒物，其中颗粒较大固体沉积在焚烧炉底部及炉排上，被称为底灰，而那些细小的颗粒物则漂浮在烟气中，随烟气一同进入烟气净化***，这些颗粒物构成了焚烧飞灰50％的比例，剩余的焚烧飞灰则源自于烟气净化过程中投加的石灰石或活性炭，它们共同在除尘器(静电除尘器、布袋除尘器等)中被捕集，同时也有一部分细小的颗粒物在烟道及烟囱的底部沉降下来，这些被捕获和沉降下来的细小颗粒物则被称作焚烧飞灰。
焚烧飞灰含水率很低，呈浅灰色粉末状，飞灰颗粒大小不均、结构复杂、性质多变，多以无定型态和多晶聚合体结构形式存在，通常飞灰颗粒粒径小于100μm，且其表面粗糙，具有较大的比表面和较高的孔隙率。焚烧飞灰的化学成分包括Cl、Ca、K、Na、Si、Al、O等元素，主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。此外，焚烧飞灰常含有高浓度的重金属，如Hg、Pb、Cd、Cu、Cr及Zn等，这些重金属主要以气溶胶小颗粒和富集于飞灰颗粒表面的形式存在；同时在焚烧飞灰中还含有少量的二噁英和呋喃，因此焚烧飞灰其具有很强的潜在危害性。
根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定：“生活垃圾焚烧飞灰应按危险废物管理”。因此，飞灰必须单独收集，不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合，也不得与其他危险废物混合。目前，焚烧飞灰的处置主要是利用固定化技术或稳定化技术处理后，进入危险废物填埋场进行填埋处置；或者进行安全填埋处置，就是将焚烧飞灰在现场进行简单的处理后，送入安全填埋场进行安全填埋处置，但是安全填埋场的建设和运行费用极高，使垃圾焚烧厂难以承受，因此该方法使用的将逐渐减少。
目前，能够有效处置垃圾飞灰的方法有化学药剂稳定技术、高温熔融热处理技术与固化/稳定化技术。其中化学药剂稳定法是利用化学药剂将重金属离子变成不溶于水的高分子络合物或者是无机矿物质，但接触酸性物质后有再释放的风险。
高温热处理技术就是运用设备造成高温环境，在高温下，可以配合部分药品，实现垃圾飞灰的重金属稳固化及二噁英的降解。但需要较大的初期投资与持续的管理运营投资，且回报率较低。容易形成二次污染。
固化稳固化技术被认定为前景最好的垃圾飞灰处置技术，也是目前国际上常用处理垃圾飞灰的手段。固化/稳定化主要机理就是将易被浸出的重金属元素通过固化/稳固化处理，形成惰化产物，或通过形成惰化物质将重金属元素充分包裹起来。但飞灰中过量的氯会影响固定化反应的进行，同时也会导致飞灰中的重金属大量浸出。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有固化稳固化技术虽然对飞灰进行了处理，但是未处理脱氯后的飞灰的缺陷而提供了一种稳定化固定脱氯飞灰的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，包括以下步骤：
1)将飞灰原料使用飞灰脱氯装置进行脱氯，收集阴极室强碱液，金属沉淀物与飞灰区浆体，将金属沉淀物与飞灰区浆体烘干，得到固体沉淀物；
2)取固体沉淀物质量10-15倍的稻壳，缺氧热解，得到稻壳灰；
3)将步骤2)得到的稻壳灰与步骤1)得到的强碱液混合，进行水浴反应，得到硅酸钠浆液；
4)向步骤3)得到的硅酸钠浆液中加入步骤1)得到的固体沉淀物，进行水解反应，离心过滤，得到稳定化的固体。
作为本发明的一种优选方案，步骤1)中所述的飞灰脱氯装置包括电源，飞灰区，水洗区，阴极室与阳极室，所述水洗区设置于所述飞灰区上方，所述阴极室和所述阳极室分别与所述电源相连接；所述水洗区与所述阴极室之间设置有阳膜，所述水洗区与所述阳极室之间设置有阴膜，所述飞灰区的底部为锥状。
作为本发明的一种优选方案，所述飞灰区与所述水洗区的体积比为1:1。
作为本发明的一种优选方案，所述阴膜为卡槽式板框阴膜，所述阳膜为卡槽式板框阳膜。
作为本发明的一种优选方案，所述阴极室与所述电源之间通过阴极连接，所述阴极为不锈钢电极。
作为本发明的一种优选方案，所述阳极室与所述电源之间通过阳极连接，所述阳极为钌铱钛电极。
作为本发明的一种优选方案，所述飞灰区设有搅拌器。
作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，缺氧热解的温度为600℃-700℃，缺氧热解的时间为2h-3h。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，水浴反应的温度为90℃-100℃，水浴反应时间为1h-1.5h。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，水解反应的温度为120℃-150℃，水解反应的时间为6h-9h。
在本发明中，稻壳中含有20％的SiO2，经过缺氧热解之后，稻壳表皮细胞被破坏，降低其组织内部与SiO2的联结程度。同时热解得到的稻壳灰具有较高的比表面积，便于SiO2从中分离。
飞灰电解脱氯的阴极室中主要发生(1)2H2O+2e→2OH-+H2↑。
(2)M++OH-→MOH↓。
有毒金属离子沉淀下来，而电解副产物与Na+反应生成NaOH。阴极室强碱液与稻壳中的SiO2在90-100℃水浴中反应生成硅酸钠。硅酸钠再与飞灰中的Ca、A1反应将有毒重金属离子固定下来。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的稳定化固定脱氯飞灰的方法，首先在能够有效脱除飞灰中氯的同时，将重金属沉淀析出，减少水洗法造成的二次污染，无次生废弃物；其次，则提出利用农产品加工废弃物稻壳固定脱氯飞灰的新技术，以废治废，成本低，稳定化效果好。
附图说明
图1是本发明飞灰脱氯装置的示意图。
图2是本发明的工艺流程图。
图中，1.飞灰区；2.水洗区；3.阴极室；4.阳极室；5.电源；6.阳膜；7.阴膜；8.搅拌器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
参见图1与图2，本发明提供了稳定化固定脱氯飞灰的方法，包括以下步骤：
1)将飞灰原料使用飞灰脱氯装置进行脱氯，收集阴极室强碱液，金属沉淀物与飞灰区浆体，将金属沉淀物与飞灰区浆体烘干，得到固体沉淀物；
2)取固体沉淀物质量10-15倍的稻壳，缺氧热解，得到稻壳灰；
3)将步骤2)得到的稻壳灰与步骤1)得到的强碱液混合，进行水浴反应，得到硅酸钠浆液；
4)向步骤3)得到的硅酸钠浆液中加入步骤1)得到的固体沉淀物，进行水解反应，离心过滤，得到稳定化的固体。
其中，飞灰脱氯装置包括电源5，飞灰区1，水洗区2，阴极室3与阳极室4，水洗区2设置于飞灰区1的上方，电源5与阴极室3之间通过导线与不锈钢电极相连，电源5和阳极室4通过导线与钌铱钛电极相连；水洗区2与阴极室3之间设置有阳膜6，水洗区2与阳极室4之间设置有阴膜7，阴极室3与阳极室4分别位于水洗区2的两侧，飞灰区1的底部为锥状，水洗区2位圆柱状。
飞灰区1与水洗区2的体积比为1:1。
阴膜7为卡槽式板框阴膜，阳膜6为卡槽式板框阳膜。
飞灰区1还设有穿过水洗区2的搅拌器8。
飞灰脱氯装置采用二次水洗-扩散渗析-电解的方法进行脱氯，包括以下步骤：
1)向飞灰区加入到飞灰原料，加入飞灰原料的2-2.5倍体积的水，搅拌后静置，搅拌速度为150rpm-200rpm，搅拌时间15min-20min，静置时间10min；
2)分别向阳极室与阴极室加入水，液面与水洗区液面平齐，静置；
3)接通电源，控制阳极和阴极的电流密度，阳极的电流密度为30-50A/dm2，阴极的电流密度为30-50A/dm2，第一次电解的时间为1.5h-2h，收集H2和Cl2；第一次电解结束后，向水洗区内加入硫酸或硝酸，pH调节至4.5-5.0，搅拌后静置，二次电解，收集H2和Cl2；其中，搅拌时间15min-20min，静置时间30min；第二次电解的时间为1.5h-2h；
4)脱氯结束后，收集飞灰浆体与阴极室的金属氢氧化物沉淀，烘干。
实施例1
本实施例公开了稳定化固定脱氯飞灰的方法，选取某生活垃圾焚烧发电厂的焚烧炉中的飞灰，其浸出液中重金属如表1所示。
表1.浸出液重金属含量
1)称取600g飞灰，利用飞灰脱氯装置，进行二次水洗-扩散渗析-电解方法脱氯后得到414g脱氯飞灰，在阴极室得到11.4g金属氢氧化物沉淀与574mL强碱液；
2)称取1kg稻壳，于600℃缺氧热解2h，得到约0.52kg稻壳灰。
3)稀释阴极室强碱液至5L(控制pH>11)，与稻壳灰完全混合，90-100℃水域反应1.5h，得到硅酸钠浆液；
4)向硅酸钠浆液中加入金属沉淀物和飞灰，混合均匀后，置于水解釜中，150℃加热8h，离心过滤，烘干得到0.91kg稳定化的固体，其浸出液中重金属含量如下表2所示。
表2.稳定化后浸出液重金属含量
实施例2
本实施例公开了稳定化固定脱氯飞灰的方法，选取某生活垃圾焚烧发电厂的焚烧炉中的飞灰，其浸出液中重金属如表3所示。
表3.浸出液重金属含量
1)称取632g飞灰，利用飞灰脱氯装置，进行二次水洗-扩散渗析-电解方法脱氯后得到424.4g脱氯飞灰，在阴极室得到12.3g金属氢氧化物沉淀与569mL强碱液。
2)称取1kg稻壳，于700℃缺氧热解3h，得到约0.46kg稻壳灰。
3)稀释阴极室强碱液至5L(控制pH>11)，与稻壳灰完全混合，90-100℃水域反应1.5h，得到硅酸钠浆液。
4)向硅酸钠浆液中加入金属沉淀物和飞灰，混合均匀后，置于水解釜中，120℃加热9h，离心过滤，烘干得到0.94kg稳定化的固体，其浸出液中重金属含量如下表4所示。
表4.稳定化后浸出液重金属含量
由表2与表4可见，本发明的稳定化固定脱氯飞灰的方法，首先在能够有效脱除飞灰中氯的同时，将重金属沉淀析出，减少水洗法造成的二次污染，无次生废弃物；其次，则提出利用农产品加工废弃物稻壳固定脱氯飞灰的新技术，以废治废，成本低，稳定化效果好。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将飞灰原料使用飞灰脱氯装置进行脱氯，收集阴极室强碱液，金属沉淀物与飞灰区浆体，将金属沉淀物与飞灰区浆体烘干，得到固体沉淀物；
2)取固体沉淀物质量10-15倍的稻壳，缺氧热解，得到稻壳灰；
3)将步骤2)得到的稻壳灰与步骤1)得到的强碱液混合，进行水浴反应，得到硅酸钠浆液；
4)向步骤3)得到的硅酸钠浆液中加入步骤1)得到的固体沉淀物，进行水解反应，离心过滤，得到稳定化的固体。
2.根据权利要求1所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，步骤1)中所述的飞灰脱氯装置包括电源，飞灰区，水洗区，阴极室与阳极室，所述水洗区设置于所述飞灰区上方，所述阴极室和所述阳极室分别与所述电源相连接；所述水洗区与所述阴极室之间设置有阳膜，所述水洗区与所述阳极室之间设置有阴膜，所述飞灰区的底部为锥状。
3.根据权利要求2所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，所述飞灰区与所述水洗区的体积比为1:1。
4.根据权利要求2所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，所述阴膜为卡槽式板框阴膜，所述阳膜为卡槽式板框阳膜。
5.根据权利要求2所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，所述阴极室与所述电源之间通过阴极连接，所述阴极为不锈钢电极。
6.根据权利要求2所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，所述阳极室与所述电源之间通过阳极连接，所述阳极为钌铱钛电极。
7.根据权利要求2所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，所述飞灰区设有搅拌器。
8.根据权利要求1所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，步骤2)中，缺氧热解的温度为600℃-700℃，缺氧热解的时间为2h-3h。
9.根据权利要求1所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，步骤3)中，水浴反应的温度为90℃-100℃，水浴反应时间为1h-1.5h。
10.根据权利要求1所述的一种稳定化固定脱氯飞灰的方法，其特征在于，步骤4)中，水解反应的温度为120℃-150℃，水解反应的时间为6h-9h。
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