專(zhuān)利名稱(chēng)：一種城市垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定及資源化利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物處理與資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到城市固體垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定化處理及資源化利用的方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)內(nèi)城市固體垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的廣泛推廣，焚燒爐產(chǎn)生的飛灰量日益增加。而這種飛灰不僅富集大量的汞、鎘、鉛等有毒重金屬，而且也富集了大量的二噁英類(lèi)物質(zhì)，從而被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 18485-2001)明文規(guī)定為危險(xiǎn)廢棄物，在最終處置前必須進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
國(guó)內(nèi)針對(duì)飛灰的穩(wěn)定化處理研究已經(jīng)是環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，目前在同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)和清華大學(xué)等高校及科研院所都有針對(duì)飛灰處理的研究工作。在飛灰的穩(wěn)定化處理上，主要采用的方法有熔融固化、水泥固化、化學(xué)穩(wěn)定以及酸和其他溶劑對(duì)重金屬的有效提取。水泥固化是國(guó)內(nèi)普遍采用的方法，但是用該法固化后的飛灰的質(zhì)量和體積都明顯增加，從而加重了垃圾填埋場(chǎng)的負(fù)擔(dān)。熔爐固化是在1200℃以上將飛灰等廢渣熔融，經(jīng)冷卻后淬火得到性質(zhì)與原來(lái)迥異的玻璃態(tài)物質(zhì)?；以廴诳梢詼p少容積，減少所占填埋場(chǎng)地；二惡英被分解破壞；重金屬物質(zhì)揮發(fā)或者熔于玻璃體中，再熔出的可能性大大減小。但是該法投資大、能耗高、熔融設(shè)施操作和運(yùn)行管理較復(fù)雜。酸和其他溶劑對(duì)重金屬的有效提取適用于重金屬濃度比較大的場(chǎng)合，而飛灰中重金屬的含量約為2％。由于重金屬是垃圾焚燒爐飛灰中的主要危害物，各種針對(duì)飛灰中重金屬進(jìn)行的化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)日益受到重視。尤其是化學(xué)藥劑穩(wěn)定化與其它穩(wěn)定化方法相比具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低、增容比小、費(fèi)用適中甚至低廉等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外都被認(rèn)為是飛灰穩(wěn)定化的一個(gè)發(fā)展方向。
用于飛灰穩(wěn)定化的藥劑主要有九水硫化鈉、磷酸鹽、綠礬以及有機(jī)鰲合劑等，權(quán)衡各穩(wěn)定化藥劑的穩(wěn)定化效果與經(jīng)濟(jì)適用性，九水硫化鈉較佳，但由于該化合物是一種非常重要的應(yīng)用于制革、造紙、印染、制藥、化工等方面的原料，市場(chǎng)需求大，不能完全保證飛灰處理的需求。此外，過(guò)多的硫化鈉對(duì)會(huì)使已經(jīng)生成的一些重金屬硫化物，如HgS，As2S3，Sb2S3，SnS2和MoS3轉(zhuǎn)化形成硫代硫酸鹽，從而造成重金屬的再次溶出，污染環(huán)境。因此，迫切需求一種安全、經(jīng)濟(jì)適用的化學(xué)穩(wěn)定劑以及一種有效的穩(wěn)定化方法能夠穩(wěn)定固化飛灰中的重金屬元素，并將其資源化利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有存在不足而提出一種化學(xué)穩(wěn)定化且資源化利用城市固體垃圾焚燒爐飛灰的方法。其特征在于飛灰經(jīng)過(guò)水化、碳酸化以及硫化的共同作用穩(wěn)定其中的重金屬元素后，替代混凝土或砂漿中一定比例(5～30％)的細(xì)骨料(砂子)做成混凝土或砌筑砂漿。
用于穩(wěn)定飛灰的化學(xué)試劑與飛灰的質(zhì)量配比如下碳酸氫銨∶飛灰＝0.01～0.2硫化銨∶飛灰＝0.005～0.02其具體步驟如下1)水化鐵、鎳、錳和鉻的氫氧化物均為不溶于水的難溶化合物(其溶度積在10-13-10-38之間)。因而，飛灰首先加水懸浮水化，將飛灰中鐵、鎳、錳、鉻等重金屬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒臍溲趸铮源藴p少后續(xù)化合物的消耗。
2)碳酸化向水化后的飛灰中添加碳酸氫銨進(jìn)行碳酸化，飛灰中游離的鉛、鎘、鋅、鋇、銀和錳等重金屬元素轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒奶妓峄衔?，銨離子在飛灰水化產(chǎn)物的施堿條件下便轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)氨而揮發(fā)，完全沒(méi)有殘留物質(zhì)存在。
3)硫化重金屬在自然界中大多以硫化物的形式存在，如硫鎘礦、閃鋅礦、方鉛礦等，性質(zhì)非常穩(wěn)定，靠自然的地球化學(xué)過(guò)程，很難離解，要提煉或釋放其中的金屬亦須靠電解等人為冶煉手段。因此，利用硫化銨處理飛灰中的重金屬使其成為金屬硫化物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響是極其微弱的。飛灰中的重金屬元素與硫化銨反應(yīng)后全部轉(zhuǎn)化為不溶于水的硫化物而得到穩(wěn)定。本發(fā)明中選擇最后添加硫化銨的目的在于避免硫化銨中負(fù)二價(jià)的硫離子與飛灰中的非重金屬類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)增加硫化銨的用量。
4)經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化的飛灰替代混凝土或砂漿中一定比例的細(xì)骨料(砂子)制成混凝土或砌筑砂漿。
經(jīng)過(guò)上述“水化—碳酸氫銨碳酸化—硫化銨硫化”穩(wěn)定化及水泥固定化處理，城市固體垃圾焚燒爐飛灰中的重金屬及有害離子通過(guò)物理固封、替代或吸附等形式固化進(jìn)水泥水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中，使飛灰中的重金屬變得更加穩(wěn)定，達(dá)到可安全利用的程度而實(shí)現(xiàn)廢物資源化。
由于飛灰自身具有的火山灰特性，本發(fā)明將城市固體垃圾焚燒爐飛灰作為建筑混合材料制成混凝土或砌筑砂漿，不僅可以增強(qiáng)混凝土或砂漿的物理強(qiáng)度，而且其各項(xiàng)浸出毒性指標(biāo)檢測(cè)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。從而徹底地解決了垃圾焚燒爐飛灰的處理難題，做到變廢為寶，是對(duì)城市固體垃圾焚燒爐飛灰處理利用的突破。
具體實(shí)施例方式應(yīng)用實(shí)例一1、將收集的垃圾焚燒爐飛灰按儲(chǔ)存水泥的方式保存(防吸潮板結(jié))；2、取1.2kg的飛灰替代混凝土中相應(yīng)質(zhì)量的砂子，并將飛灰置于混凝土攪拌機(jī)中，添加6.6kg的水，攪拌10min；3、添加0.012kg的碳酸氫銨，攪拌2分鐘后，添加0.024kg濃度為百分之二十五的硫化銨溶液，再攪拌5min；4、根據(jù)C20混凝土質(zhì)量配比，向上述溶液添加10.0kg水泥(P.032.5)、40.8kg石子、23.8kg砂子攪拌混合均勻。
5、制成150mm×150mm×150mm的試塊，一晝夜后脫模并用尺量取試塊的實(shí)際尺寸(精確至0.1mm)；6、在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天后，再量取試塊的實(shí)際尺寸，并按下式計(jì)算試塊的收縮率。
(試塊24小時(shí)的尺寸—試塊28天的尺寸)/試塊24小時(shí)尺寸×100％結(jié)果表明飛灰替代混凝土中5％的細(xì)骨料(砂子)做成的混凝土試塊在脫模后24小時(shí)和經(jīng)過(guò)28天養(yǎng)護(hù)后，其試塊尺寸非常穩(wěn)定無(wú)收縮現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加的飛灰不僅對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有影響，而且還能增加混凝土的抗壓強(qiáng)度。
將含有飛灰的混凝土試塊破碎成粒徑小于5mm的碎渣，進(jìn)行危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別后發(fā)現(xiàn)其重金屬含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)限定值。
應(yīng)用實(shí)例二1、將收集的垃圾焚燒爐飛灰按儲(chǔ)存水泥的方式保存(防吸潮板結(jié))；2、取19.5kg的飛灰置于混凝土攪拌機(jī)中，添加56.0kg的水，攪拌10min；3、添加1.95kg的碳酸氫銨，攪拌2min后，添加0.78kg濃度為百分之二十五的硫化銨溶液，再攪拌5min；4、按照C30混凝土質(zhì)量配比添加100.0kg水泥(P.C32.5)、305.0kg石子、163.0kg砂子攪拌混合均勻。
5、制成150mm×150mm×150mm的試塊，一晝夜后脫模并用尺量取試塊的實(shí)際尺寸(精確至0.1mm)；6、在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天后，再量取試塊的實(shí)際尺寸，并計(jì)算試塊的收縮率。
結(jié)果表明飛灰替代混凝土中10％的細(xì)骨料(砂子)做成的混凝土試塊在脫模后24小時(shí)和經(jīng)過(guò)28天養(yǎng)護(hù)后，其試塊尺寸非常穩(wěn)定，無(wú)收縮現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加的飛灰不僅對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有影響，而且還能增加混凝土的抗壓強(qiáng)度。
將含有飛灰的混凝土試塊破碎成粒徑小于5mm的碎渣，進(jìn)行危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別后發(fā)現(xiàn)其重金屬含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)限定值。
應(yīng)用實(shí)例三1、將收集的垃圾焚燒爐飛灰按儲(chǔ)存水泥的方式保存(防吸潮板結(jié))；2、取3.05kg的飛灰置于混凝土攪拌機(jī)中，添加4.5kg的水，攪拌10min；
3、添加0.61kg的碳酸氫銨，攪拌2min后，添加0.244kg濃度為百分之二十五的硫化銨溶液，再攪拌5min；4、按照C50混凝土質(zhì)量配比添加10kg水泥(P.042.5R)、26.1kg石子、9.15kg砂子攪拌混合均勻。
5、制成150mm×150mm×150mm的試塊，一晝夜后脫模并用尺量取試塊的實(shí)際尺寸(精確至0.1mm)；6、在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天后，再量取試塊的實(shí)際尺寸，并計(jì)算試塊的收縮率。
結(jié)果表明飛灰替代混凝土中25％的細(xì)骨料(砂子)做成的混凝土試塊在脫模后24小時(shí)和經(jīng)過(guò)28天養(yǎng)護(hù)后，其試塊尺寸非常穩(wěn)定無(wú)收縮現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加的飛灰不僅對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有影響，而且還能增加混凝土的抗壓強(qiáng)度。
將含有飛灰的混凝土試塊破碎成粒徑小于5mm的碎渣，進(jìn)行危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別后發(fā)現(xiàn)其重金屬含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)限定值。
應(yīng)用實(shí)例四1、將收集的垃圾焚燒爐飛灰按儲(chǔ)存水泥的方式保存(防吸潮板結(jié))；2、取2.85kg的飛灰替代砂漿中相應(yīng)質(zhì)量的砂子，并將飛灰置于砂漿攪拌機(jī)中，添加10.0kg的水，攪拌10min；3、添加0.0285kg的碳酸氫銨，攪拌2分鐘后，添加0.056kg濃度為百分之二十五的硫化銨溶液，再攪拌5min；
4、根據(jù)砂漿等級(jí)M5的質(zhì)量配比，向上述溶液添加10.0kg水泥(P.O32.5)與54.15kg河砂攪拌混合均勻。
5、制成70.5mm×70.5mm×70.5mm的試塊，一晝夜后脫模并用尺量取試塊的實(shí)際尺寸(精確至0.1mm)；6、在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天后，再量取試塊的實(shí)際尺寸，并計(jì)算試塊的收縮率。
結(jié)果表明飛灰替代砂漿中5％的細(xì)骨料(砂子)做成的砂漿試塊在脫模后24小時(shí)和經(jīng)過(guò)28天養(yǎng)護(hù)后，其試塊尺寸非常穩(wěn)定，無(wú)收縮現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加的飛灰不僅對(duì)砂漿的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有影響，而且還能增加砂漿的抗壓強(qiáng)度。
將含有飛灰的砂漿試塊破碎成粒徑小于5mm的碎渣，進(jìn)行危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別后發(fā)現(xiàn)其重金屬含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-1996)限定值。
應(yīng)用實(shí)例五1、將收集的垃圾焚燒爐飛灰按儲(chǔ)存水泥的方式保存(防吸潮板結(jié))；2、取4.7kg的飛灰置于砂漿攪拌機(jī)中，添加8.8kg的水，攪拌10min；3、添加0.47kg的碳酸氫銨，攪拌2min后，添加0.188kg濃度為百分之二十五的硫化銨溶液，再攪拌5min；4、按照砂漿等級(jí)M7.5的質(zhì)量配比添加10.0kg水泥(325號(hào)硅酸鹽水泥)、42.3kg河砂攪拌混合均勻。
5、制成70.5mm×70.5mm×70.5mm的試塊，一晝夜后脫模并用尺量取試塊的實(shí)際尺寸(精確至0.1mm)；6、在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天后，再量取試塊的實(shí)際尺寸，并計(jì)算試塊的收縮率。
結(jié)果表明飛灰替代砂漿中10％的細(xì)骨料(砂子)做成的砂漿試塊在脫模后24小時(shí)和經(jīng)過(guò)28天養(yǎng)護(hù)后，其試塊尺寸非常穩(wěn)定，無(wú)收縮現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加的飛灰不僅對(duì)砂漿的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有影響，而且還能增加砂漿的抗壓強(qiáng)度。
將含有飛灰的砂漿試塊破碎成粒徑小于5mm的碎渣，進(jìn)行危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別后發(fā)現(xiàn)其重金屬含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-1996)限定值。
應(yīng)用實(shí)例六1、將收集的垃圾焚燒爐飛灰按儲(chǔ)存水泥的方式保存(防吸潮板結(jié))；2、取10.5kg的飛灰置于砂漿攪拌機(jī)中，添加7.0kg的水，攪拌10min；3、添加2.1kg的碳酸氫銨，攪拌2min后，添加0.84kg濃度為百分之二十五的硫化銨溶液，再攪拌5min；4、按照砂漿等級(jí)M10的質(zhì)量配比添加10.0kg水泥(礦渣硅酸巖水泥325號(hào))、31.5kg河砂攪拌混合均勻。
5、制成70.5mm×70.5mm×70.5mm的試塊，一晝夜后脫模并用尺量取試塊的實(shí)際尺寸(精確至0.1mm)；6、在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天后，再量取試塊的實(shí)際尺寸，并計(jì)算試塊的收縮率。
結(jié)果表明飛灰替代砂漿中25％的細(xì)骨料(砂子)做成的砂漿試塊在脫模后24小時(shí)和經(jīng)過(guò)28天養(yǎng)護(hù)后，其試塊尺寸非常穩(wěn)定，無(wú)收縮現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)其力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加的飛灰不僅對(duì)砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有影響，而且還增加了砂漿的抗壓強(qiáng)度。
將含有飛灰的砂漿試塊破碎成粒徑小于5mm的碎渣，進(jìn)行危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別后發(fā)現(xiàn)其重金屬含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)限定值。
權(quán)利要求
1.一種城市垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定及資源化利用的方法，其特征在于飛灰經(jīng)過(guò)水化、碳酸化以及硫化的共同作用穩(wěn)定其中的重金屬元素后，替代混凝土或砂漿中5～25％的細(xì)骨料(砂子)制成混凝土砌塊或砌筑砂漿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定及資源化利用的方法，其特征在于垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定及資源化利用的步驟為飛灰首先加水懸浮水化，將飛灰中鐵、鎳、錳、鉻等重金屬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒臍溲趸?；然后向水化后的飛灰中添加碳酸氫銨進(jìn)行碳酸化；接著向飛灰中投加硫化銨穩(wěn)定飛灰中的重金屬元素，最后用穩(wěn)定化后的飛灰替代混凝土或砂漿中5～25％的細(xì)骨料(砂子)制作混凝土砌塊或砌筑砂漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定及資源化利用的方法，其特征在于飛灰碳酸化所用的化合物為碳酸氫銨，硫化所用化合物為硫化銨，飛灰替代混凝土或砂漿中細(xì)骨料(砂子)的質(zhì)量比為5～25％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定及資源化利用的方法，其特征在于碳酸氫銨、硫化銨與飛灰的質(zhì)量比分別為碳酸氫銨飛灰＝0.01～0.2硫化銨飛灰＝0.005～0.02。
全文摘要
一種城市垃圾焚燒爐飛灰穩(wěn)定及資源化利用的方法。該方法利用城市固體垃圾焚燒爐飛灰替代混凝土或砂漿中5～25％的細(xì)骨料(沙子)制成混凝土砌塊或砌筑砂漿。通過(guò)“水化—碳酸氫銨碳酸化—硫化銨硫化”穩(wěn)定飛灰中重金屬元素的處理方法，在不額外引入任何金屬離子的條件下，使飛灰中重金屬元素以不溶于水的形式得到穩(wěn)定。經(jīng)穩(wěn)定化處理后的飛灰替代混凝土或砂漿中的細(xì)骨料(砂子)，不僅對(duì)混凝土與砂漿的物理特性沒(méi)有任何不利的影響，而且因其具有的水凝性增強(qiáng)了混凝土的物理強(qiáng)度。且混凝土或砂漿試塊破碎后其浸出液中重金屬溶出濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3－1996)的限定值。
文檔編號(hào)F23J15/02GK101050076SQ20071007381
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者張涉, 馬輝文, 孫立兵 申請(qǐng)人:張涉