專利名稱：城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域；具體地說，屬于城市垃圾焚燒飛灰處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
垃圾焚燒是城市生活垃圾無害化處理的有效方法之一，但是垃圾焚燒后產(chǎn)生的大量飛灰，因其中的重金屬等有害物質(zhì)的含量較高，而被列為污染物質(zhì)。
國外近年來對焚燒飛灰和其它含重金屬無機固體廢棄物穩(wěn)定化的研究主要集中在研究高效穩(wěn)定劑。重金屬廢物藥劑穩(wěn)定化技術(shù)是近年來發(fā)展的一種新型重金屬廢物無害化處理技術(shù)。其主要優(yōu)點是添加少量化學藥劑就可達到相當高的穩(wěn)定化效果。
在目前的實際應(yīng)用中，只是將重金屬穩(wěn)定化藥劑按一定比例添加到垃圾焚燒飛灰中。為了加強兩者的混合效果，相繼開發(fā)出各種混合設(shè)備。雖然混合效果已有所改善，藥劑用量有一定降低，但尚不夠理想，仍然存在局部混合不均，處理成本偏高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在從垃圾焚燒飛灰自身特性著手，增加簡單的預處理工序，達到改善穩(wěn)定化藥劑與飛灰混合效果，進而提高飛灰中重金屬的捕集率，盡可能降低穩(wěn)定化藥劑的使用量的目的。
通過粒度分布實驗及重金屬浸出實驗得出結(jié)論，飛灰中大部分的重金屬集中在小顆粒粉體中。例如，重金屬Hg最高濃度(粒徑＜37μm)是最低濃度(粒徑177～250μm)的6.2倍；重金屬Pb最高濃度(粒徑＜37μm)是最低濃度(粒徑177～250μm)的2.5倍，其它幾種重金屬也有相同的分布規(guī)律。有害物質(zhì)向小尺寸顆粒富集的機理分析由于小顆粒上富集了更高濃度的未完全燃燒的碳成分，并且小尺寸顆粒有著較大的比表面積，對高溫煙氣中的重金屬微粒等成分的吸附能力更強。
有關(guān)實驗數(shù)據(jù)見圖2，圖3。
基于粒度分布實驗及重金屬浸出實驗結(jié)論，將飛灰顆粒進行分離，并對分離后的顆粒進行分別處理，可根據(jù)實際情況對兩部分飛灰使用不同品種的穩(wěn)定化藥劑，分別確定藥劑用量，減少穩(wěn)定化藥劑的使用量，達到同樣或更好的處理效果。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法將垃圾焚燒飛灰原料喂入選粉機中根據(jù)顆粒大小分選，分選得來的粗、細兩種飛灰粉分別進入兩臺規(guī)格不同的混合器中，按各自的重金屬含量及有關(guān)處理要求，確定重金屬穩(wěn)定劑的品種和用量。
分選出的細粉粒徑小于或等于37μm。
細粉采用重金屬螯合劑作為重金屬穩(wěn)定劑。
粗粉的重金屬穩(wěn)定劑用量低于細粉的穩(wěn)定劑用量。
細粉采用的重金屬穩(wěn)定劑量占飛灰量的重量百分比小于4％。
粗粉采用的重金屬穩(wěn)定劑量占飛灰量的重量百分比小于1％。
現(xiàn)有選粉機型號為TCX-900。通過調(diào)整選粉機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)對分選產(chǎn)品粒度的控制，即提高轉(zhuǎn)速則分選出的細顆粒的平均粒度下降，降低轉(zhuǎn)速則相反，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與分選粒徑間存在線性關(guān)系。粗粉在選粉機下部排出，可直接收集；細粉從選粉機上部隨氣流一起排出，需設(shè)高效袋式除塵設(shè)備，將細顆粒捕集下來。
預先通過浸出實驗，確定一批原料飛灰中Pb等四種主要重金屬的分布情況，確定出需要分選出的細顆粒粒徑(一般≤37μm)，將飛灰通過高效選粉機分選后，可以將這部分燒失量大且重金屬含量高的細粉，送交固廢處理中心作焚燒處理(所得熔渣可除掉焚燒灰中的二惡英之類的有機有害物，可作為水泥混合材)或作為水泥原料經(jīng)高溫煅燒制備水泥或作固化填埋處理。根據(jù)飛灰粒度分布實驗可知，雖然小尺寸顆粒重金屬富集濃度高，但該顆粒在整個飛灰中所占的質(zhì)量比卻很小，將這部分顆粒的去除，可以較小的代價(分選耗電量12kWh/t)使整個飛灰中的有害物質(zhì)含量顯著降低。影響飛灰作為水泥混合材的燒失量和重金屬問題得以解決，再用少量的螯合劑對剩下的較粗飛灰作穩(wěn)定化處理即可。
常用的穩(wěn)定化藥劑見表1表1四種穩(wěn)定化藥劑處理飛灰的效果比較

將飛灰通過選粉機分選后，把飛灰中的粗、細粉分離開。對于重金屬含量高但質(zhì)量百分比較小(一般小于總灰量的15％)的細粉，可以加入較大劑量的重金屬穩(wěn)定劑，進行重點處理；對于在飛灰中占大部分的粗顆粒(一般小于總灰量的85％)，因為其中的重金屬含量較低，可用少量重金屬穩(wěn)定劑(或用成本較低的穩(wěn)定劑)處理后進行資源化利用，如作為水泥的混合材料等。
由于粗細飛灰的用途或處理方法不同，重金屬穩(wěn)定藥劑的品種也可不同，細粉的危害性大可用重金屬螯合劑作處理；粗灰的量大，而危害小，故也可利用無機穩(wěn)定劑與水泥的協(xié)同作用來達到重金屬穩(wěn)定化的作用。具體確定方法如圖4所示。
攪拌處理采用通用的螺旋攪拌器即可，其原理是用設(shè)備內(nèi)部的螺旋桿使固體物料翻滾混合，同時加入穩(wěn)定化藥劑，固體和液體之間在攪拌過程中完成傳質(zhì)。藥劑分散粘附與飛灰的表面，與顆粒表面及近表面的重金屬發(fā)生化學反應(yīng)，生成難溶解于水的化合物，起到重金屬減毒和去毒的作用。
效果的經(jīng)驗標準就是穩(wěn)定化藥劑的用量與重金屬的浸出量，藥劑用量少，而重金屬浸出量相對不變或減少，則說明混合效果好、捕集率高。處理過的飛灰需達到國家有關(guān)標準規(guī)定的浸出毒性限制值。用于水泥混合材的飛灰還要檢測水泥灰漿在不同齡期的重金屬浸出量。
按重金屬含量的高低，將焚燒飛灰分成兩部分進行穩(wěn)定化處理，由于細顆粒在整個飛灰中所占的質(zhì)量比很小，將這部分顆粒的去除，可以較小的代價(分選耗電量12kWh/t)使剩下的飛灰中有害物質(zhì)含量顯著降低。既減少了藥劑的用量，又可以提高處理效果，還可以針對兩部分飛灰的特點分別選用不同品種的穩(wěn)定劑。另外，將有害物質(zhì)含量較少的粗飛灰經(jīng)穩(wěn)定化處理后，可實現(xiàn)資源化利用，避免了以往將處理后的飛灰全部填埋的做法，進一步降低了城市固體廢物處理成本送，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。


圖1為城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化方法示意圖。其中，1-選粉機；2-收塵機；3-混合機；4-排風機。
圖2飛灰中Hg的分段分布。
圖3飛灰中Cd的分段分布。
圖4藥劑添加量與重金屬Pb浸出量關(guān)系圖。
實施例下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實施作進一步說明。
例1城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化示例一參見附圖1，具體步驟如下①對飛灰用激光粒度分布儀作粒度分布實驗，根據(jù)粒度分布情況用不同孔徑的氣力篩作篩分(一般取＜37μm，37μm～45μm，45μm～88μm，＞88μm四個粒徑段)，對各粒徑段的飛灰分別用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀作重金屬浸出實驗。根據(jù)重金屬隨粒徑的分布分布情況確定分選粒徑，一般應(yīng)在≤37μm的范圍內(nèi)，本例確定飛灰分選粒徑為37μm。
②將飛灰原料通過選粉機(選粉機型號為TCX-900)喂料口送入選粉機中。通過調(diào)整選粉機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速至420轉(zhuǎn)/分鐘，可以實現(xiàn)對分選產(chǎn)品粒度的控制在37±2μm，粒度＞37μm的粗粉受離心作用而在選粉機下部排出，可直接收集；粒度＜37μm的細粉從選粉機上部隨氣流一起排出，被后面的高效袋式除塵設(shè)備，將細顆粒捕集下來。
③細粉中的重金屬含量較高，其中重金屬Hg的濃度為粗粉中濃度的4.2倍；重金屬Pb為粗粉中濃度的3.1倍，其它幾種重金屬也有相同的分布規(guī)律?？捎?％的穩(wěn)定化藥劑進行穩(wěn)定化處理，然后用水泥固化填埋；粗粉中加入1％的穩(wěn)定化藥劑處理后，可作為水泥混合材或混凝土積料加以資源化利用。
穩(wěn)定化處理過程分別在兩臺不同規(guī)格的攪拌器中進行，本例日處理飛灰量為40噸，分選出的細粉量占11％，選用型號為WZ-0.25的無重力粒子混合機一臺，處理能力為0.2t/h。液體的TH-OPM重金屬螯合劑由裝在頂部的噴嘴霧化噴入，噴入量為6.0kg/h。飛灰在機內(nèi)受機械作用而處于瞬間失重狀態(tài)、廣泛交錯產(chǎn)生對流、擴散混合，從而達到均勻混合，混合精度高，標準偏差為0.005％，含量波動誤差＜2，混合時間1分鐘，裝機功率4kW。飛灰和螯合劑之間在混合過程中完成傳質(zhì)，藥劑分散粘附于飛灰的表面，與顆粒表面及近表面的重金屬發(fā)生化學反應(yīng)，生成難溶解于水的化合物，起到重金屬減毒和去毒的作用，經(jīng)上述工藝處理的細飛灰中有代表性的重金屬Pb的浸出量由21mg/kg-day降至0.5mg/kg-day，其它重金屬的浸出量也可滿足浸出毒性限制要求。分選出的粗粉量占89％，選用型號為WZ-2的無重力粒子混合機一臺，處理能力為1.5t/h，裝機功率15kW，混合時間1分鐘，混合精度高，標準偏差為0.008％。TH-OPM重金屬螯合劑由裝在頂部的噴嘴霧化噴入，噴入量為15kg/h。經(jīng)處理的粗飛灰中有代表性的重金屬Pb的浸出量由4.0mg/kg-day降至0.6mg/kg-day，其它重金屬的浸出量也可滿足浸出毒性限制要求。
④效益分析如采用常規(guī)處理方法，直接用穩(wěn)定化藥劑與未經(jīng)分選的飛灰混合，則僅需選用型號為WZ-2的無重力粒子混合機一臺，處理能力為2.0t/h，裝機功率15kW。欲到達相同的處理效果，TH-OPM重金屬螯合劑的用量為58kg/h。本技術(shù)增加選粉機、風機和混合機各一臺，總計增加電耗約17kwh/t。本例中穩(wěn)定化藥劑的用量比現(xiàn)有方法藥劑用量減少37kg/h，則處理每噸飛灰藥劑用量減少約18kg/t(TH-OPM重金屬螯合劑當前市價約15元/kg)，經(jīng)計算可知本例可節(jié)約綜合處理成本約240元/t。
例2城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化示例二參見附圖1，具體步驟如下①對飛灰用激光粒度分布儀作粒度分布實驗，根據(jù)粒度分布情況用不同孔徑的氣力篩作篩分(一般取＜37μm，37μm～45μm，45μm～88μm，＞88μm四個粒徑段)，對各粒徑段的飛灰分別用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀作重金屬浸出實驗。根據(jù)重金屬隨粒徑的分布分布情況確定分選粒徑，一般應(yīng)在＜37μm的范圍內(nèi)，根據(jù)實驗結(jié)果本例確定飛灰分選粒徑為25μm。
②將飛灰原料通過選粉機(選粉機型號為TCX-900)喂料口送入選粉機中。通過調(diào)整選粉機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速至520轉(zhuǎn)/分鐘，可以實現(xiàn)對分選產(chǎn)品粒度的控制在25±2μm，粒度＞25μm的粗粉受離心作用而在選粉機下部排出，可直接收集；粒度＜25μm的細粉從選粉機上部隨氣流一起排出，被后面的高效袋式除塵設(shè)備，將細顆粒捕集下來。
③細粉中的重金屬含量較高，其中重金屬Hg的濃度為粗粉中濃度的5.8倍；重金屬Pb為粗粉中濃度的3.6倍，其它幾種重金屬也有相同的分布規(guī)律?？捎?％的穩(wěn)定化藥劑進行穩(wěn)定化處理，然后用水泥固化填埋；粗粉中加入1％的穩(wěn)定化藥劑處理后，可作為水泥混合材或混凝土積料加以資源化利用。
穩(wěn)定化處理過程分別在兩臺不同規(guī)格的攪拌器中進行，本例日處理飛灰量為40噸，分選出的細粉量占5％，選用型號為WZ-0.1的無重力粒子混合機一臺，處理能力為0.1t/h。液體的TH-OPM重金屬螯合劑由裝在頂部的噴嘴霧化噴入，噴入量為3kg/h。飛灰在機內(nèi)受機械作用而處于瞬間失重狀態(tài)、廣泛交錯產(chǎn)生對流、擴散混合，從而達到均勻混合，混合精度高，標準偏差為0.005％，含量波動誤差＜2，混合時間1分鐘，裝機功率3kW。飛灰和螯合劑之間在混合過程中完成傳質(zhì)，藥劑分散粘附于飛灰的表面，與顆粒表面及近表面的重金屬發(fā)生化學反應(yīng)，生成難溶解于水的化合物，起到重金屬減毒和去毒的作用，經(jīng)上述工藝處理的細飛灰中有代表性的重金屬Pb的浸出量由23mg/kg-day降至0.6mg/kg-day，其它重金屬的浸出量也可滿足浸出毒性限制要求。分選出的粗粉量占95％，選用型號為WZ-2的無重力粒子混合機一臺，處理能力為2.0t/h，裝機功率15kW，混合時間1分鐘，混合精度高，標準偏差為0.008％。TH-OPM重金屬螯合劑由裝在頂部的噴嘴霧化噴入，噴入量為20kg/h。經(jīng)處理的粗飛灰中有代表性的重金屬Pb的浸出量由4.0mg/kg-day降至0.5mg/kg-day，其它重金屬的浸出量也可滿足浸出毒性限制要求。
④效益分析如采用常規(guī)處理方法，直接用穩(wěn)定化藥劑與未經(jīng)分選的飛灰混合，則僅需選用型號為WZ-2的無重力粒子混合機一臺，處理能力為2.0t/h，裝機功率15kW。欲到達相同的處理效果，TH-OPM重金屬螯合劑的用量為60kg/h。本技術(shù)增加選粉機、風機和混合機各一臺，總計增加電耗約16kwh/t。在本例中穩(wěn)定化藥劑的用量比現(xiàn)有方法藥劑用量減少37kg/h，則處理每噸飛灰藥劑用量減少約19kg/t(TH-OPM重金屬螯合劑當前市價約15元/kg)，經(jīng)計算可知本例可節(jié)約綜合處理成本約270元/t。
例3城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化示例三參見附圖1，具體步驟如下①對飛灰用激光粒度分布儀作粒度分布實驗，根據(jù)粒度分布情況用不同孔徑的氣力篩作篩分(一般取＜37μm，37μm～45μm，45μm～88μm，＞88μm四個粒徑段)，對各粒徑段的飛灰分別用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀作重金屬浸出實驗。根據(jù)重金屬隨粒徑的分布分布情況確定分選粒徑，一般應(yīng)在＜37μm的范圍內(nèi)，本例確定飛灰分選粒徑為15μm。
②將飛灰原料通過選粉機(選粉機型號為TCX-900)喂料口送入選粉機中。通過調(diào)整選粉機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速至600轉(zhuǎn)/分鐘，可以實現(xiàn)對分選產(chǎn)品粒度的控制在15±2μm，粒度＞15μm的粗粉受離心作用而在選粉機下部排出，可直接收集；粒度＜15μm的細粉從選粉機上部隨氣流一起排出，被后面的高效袋式除塵設(shè)備，將細顆粒捕集下來。
③細粉中的重金屬含量較高，其中重金屬Hg的濃度為粗粉中濃度的8.2倍；重金屬Pb為粗粉中濃度的4.5倍，其它幾種重金屬也有相同的分布規(guī)律?？捎?％的穩(wěn)定化藥劑進行穩(wěn)定化處理，然后用水泥固化填埋；粗粉中加入1％的穩(wěn)定化藥劑處理后，可作為水泥混合材或混凝土積料加以資源化利用。
穩(wěn)定化處理過程分別在兩臺不同規(guī)格的攪拌器中進行，本例日處理飛灰量為40噸，分選出的細粉量占3.6％，選用型號為WZ-0.1的無重力粒子混合機一臺，處理能力為0.1t/h。液體的TH-OPM重金屬螯合劑由裝在頂部的噴嘴霧化噴入，噴入量為4kg/h。飛灰在機內(nèi)受機械作用而處于瞬間失重狀態(tài)、廣泛交錯產(chǎn)生對流、擴散混合，從而達到均勻混合，混合精度高，標準偏差為0.005％，含量波動誤差＜2，混合時間1分鐘，裝機功率3kW。飛灰和螯合劑之間在混合過程中完成傳質(zhì)，藥劑分散粘附于飛灰的表面，與顆粒表面及近表面的重金屬發(fā)生化學反應(yīng)，生成難溶解于水的化合物，起到重金屬減毒和去毒的作用，經(jīng)上述工藝處理的細飛灰中有代表性的重金屬Pb的浸出量由32mg/kg-day降至0.7mg/kg-day，其它重金屬的浸出量也可滿足浸出毒性限制要求。分選出的粗粉量占96.4％，選用型號為WZ-2的無重力粒子混合機一臺，處理能力為2.0t/h，裝機功率15kW，混合時間1分鐘，混合精度高，標準偏差為0.008％。TH-OPM重金屬螯合劑由裝在頂部的噴嘴霧化噴入，噴入量為20kg/h。經(jīng)處理的粗飛灰中有代表性的重金屬Pb的浸出量由5.2mg/kg-day降至0.7mg/kg-day，其它重金屬的浸出量也可滿足浸出毒性限制要求。
④效益分析如采用常規(guī)處理方法，直接用穩(wěn)定化藥劑與未經(jīng)分選的飛灰混合，則僅需選用型號為WZ-2的無重力粒子混合機一臺，處理能力為2.0t/h，裝機功率15kW。欲到達相同的處理效果，TH-OPM重金屬螯合劑的用量為58kg/h。本技術(shù)增加選粉機、風機和混合機各一臺，總計增加電耗約52kwh/t。本例中穩(wěn)定化藥劑的用量比現(xiàn)有方法藥劑用量減少34kg/h，則處理每噸飛灰藥劑用量減少約18kg/t(TH-OPM重金屬螯合劑當前市價約15元/kg)，經(jīng)計算可知本例可節(jié)約綜合處理成本約218元/t。
總結(jié)以上三例，例1的分選粒徑較大，使細粉量顯著增加，穩(wěn)定化藥劑用量略有增加，但穩(wěn)定化處理后的細灰需作填埋處理，該費用的增加影響了該實施例的經(jīng)濟效益；例3的分選粒徑較小，選粉機的功率上升明顯，單位電耗成倍增加，且對選粉機的性能要求較高；例2的分選粒徑較為適中，基本克服了例1和例3中的不足之處，對于目前實驗用飛灰樣品來說為最佳分選粒徑。
權(quán)利要求
1.一種城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法，其特征是將垃圾焚燒飛灰原料送入選粉機中根據(jù)顆粒大小分選，分選得來的粗、細兩種飛灰粉分別進入兩臺規(guī)格不同的混合器中，按各自的重金屬含量及有關(guān)處理要求，確定重金屬穩(wěn)定劑的品種和用量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法，其特征是分選出的細粉粒徑小于或等于37μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法，其特征是細粉采用重金屬螯合劑作為重金屬穩(wěn)定劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法，其特征是粗粉的重金屬穩(wěn)定劑用量低于細粉的穩(wěn)定劑用量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法，其特征是細粉采用的重金屬穩(wěn)定劑量占飛灰量的重量百分比小于4％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法，其特征是粗粉采用的重金屬穩(wěn)定劑量占飛灰量的重量百分比小于1％。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域；具體地說，屬于城市垃圾焚燒飛灰處理領(lǐng)域。目前的城市垃圾焚燒飛灰處理存在著局部混合不均，處理成本偏高的問題。本發(fā)明旨在提高飛灰中重金屬的捕集率，盡可能降低穩(wěn)定化藥劑的使用量。城市垃圾焚燒飛灰中重金屬穩(wěn)定化處理方法，通過將垃圾焚燒飛灰原料喂入選粉機中根據(jù)顆粒大小分選，分選得來的粗、細兩種飛灰粉分別進入兩臺規(guī)格不同的混合器中，再按各自的重金屬含量及有關(guān)處理要求，確定重金屬穩(wěn)定劑的品種和用量。這樣做可將每噸飛灰處理費用降低幾百元。
文檔編號B09B3/00GK1600459SQ20041002023
公開日2005年3月30日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者王樹芬, 張曙光 申請人:天津市福隆環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司