專利名稱：以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與廢棄物處理有關(guān)，特別是關(guān)于一種以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)，瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法。
背景技術(shù)：
公知危害性廢棄物(hazardous waste)處理方法，包含有化學(xué)穩(wěn)定及固化(chemical Stabilization/Fixation)、匣限法(Encapsulation)、祛毒法(Detoxification)等；但上述處理法均有其缺陷存在，且大多不易通過(guò)或僅免強(qiáng)通過(guò)“毒性特性溶出試驗(yàn)”(Toxicity Characteristics LeachablityProcedure，TCLP)的檢測(cè)；而處理后的廢棄物大多無(wú)法再利用，需要經(jīng)過(guò)掩埋的動(dòng)作，而這些廢棄物所造成的長(zhǎng)期性滲出(leaching)或去固化勢(shì)(defixation potentials)等現(xiàn)象，此等二次污染問(wèn)題對(duì)環(huán)境的所造成影響是無(wú)法估計(jì)的。
以往對(duì)于含重金屬?gòu)U棄物的處理方式大多是采用固化法，其方式為將前述廢棄物混合水泥與螯合劑等化學(xué)固化劑，使其固化成固體，最后再經(jīng)過(guò)掩埋的處理步驟。
但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后，該處理后的固體會(huì)逐漸崩解，而令包含在其中的毒性物質(zhì)逸出。亦即，公知的用固化法處理含重金屬?gòu)U棄物，無(wú)法避免長(zhǎng)期滲出以及去固化勢(shì)等會(huì)造成二次污染的問(wèn)題。日前臺(tái)塑的汞污泥事件即為一最佳事證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，可有效降低危害性廢棄物的毒性。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后的廢棄物，可再利用于其他用途。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，包含有下列步驟a.將含重金屬的廢棄物，加入預(yù)定比例的黏土，并使二者充分混合；b.將步驟a的混合物送入一烘烤爐中加熱，使該混合物中的各成分可分別進(jìn)行瓷化反應(yīng)與高溫氧化；以及c.待該烘烤爐加熱完畢，將冷卻后的該混合物取出。
其中步驟a中還包含有研磨與攪拌步驟。
其中步驟a還加入一預(yù)定劑量的安定劑，與該重金屬?gòu)U棄物與黏土充分混合。
其中步驟b的加熱方式是采階段式加熱法。
其中該階段式加熱方式包含有至少三加熱階段，第一階段的加熱溫度為100-110℃，第二階段的加熱溫度為280-320℃，第三階段的加熱溫度為580-620℃，各階段的加熱時(shí)間至少維持20分鐘。
其中該階段式加熱法還包含有第四加熱階段，其加熱溫度為780-820℃，加熱時(shí)間至少維持20分鐘。
其中加熱溫度至1300℃。
依據(jù)本發(fā)明所提供的含重金屬?gòu)U棄物處理法，是利用含重金屬污泥充分混合黏土，再經(jīng)過(guò)高溫烘烤，使混合物在高溫環(huán)境下，各種物質(zhì)重新鍵結(jié)或部分?jǐn)噫I，以改變重金屬或氰化物等有毒物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，而達(dá)到無(wú)害化，甚至資源化。
瓷化反應(yīng)為本發(fā)明的重要原理，在高溫下，污泥中的重金屬將與黏土中的氧化硅及氧化鋁等成分結(jié)合，進(jìn)行重新鍵結(jié)，或使重金屬原子拘限于黏土的硅化物(silicate)與鋁化物(aluminate)等分子結(jié)構(gòu)中。而經(jīng)瓷化反應(yīng)后的產(chǎn)物，其強(qiáng)度類似巖石，比市售磚高，可供建材或環(huán)境工程中廢水處理的生物接觸濾材等用途使用。
另一原理為高溫氧化，例如在高溫下，劇毒性的氰化物(CN)會(huì)分解為無(wú)毒的二氧化碳(CO2)以及氮?dú)?N2)。而高毒性的六價(jià)鉻(Cr6+)也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)鉻(Cr3+)。
具體實(shí)施例方式
以下舉一較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明實(shí)施例所處理的廢棄物，為某電鍍廠所產(chǎn)出的污泥，該污泥經(jīng)脫水機(jī)脫水后其含水量為78％，其中所包含主要的重金屬成分，如表一所示表一處理前的廢棄物的各成分含量

原污泥中各類重金屬以及氰化物的TCLP檢測(cè)值均遠(yuǎn)高于臺(tái)灣所公告的“溶出毒性事業(yè)廢棄物溶出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)“。
本發(fā)明的處理步驟為，首先將該污泥先經(jīng)預(yù)定時(shí)間烘烤，以除去該污泥中的水分；再加入約1.5倍重的黏土以及約5％的安定劑(如含二價(jià)鐵(Fe2+)的無(wú)機(jī)化合物)，其作用在于助熔以及加速拘限污泥中的重金屬成分；為了使其充分混合，因此必須再經(jīng)過(guò)研磨、攪拌等動(dòng)作；之后加入預(yù)定比例的水，加壓以制成預(yù)定形狀的混合物，以使處理后的產(chǎn)物可直接再利用。
接著將上述混合物送入一烘烤爐中加熱，其加熱時(shí)間當(dāng)視污泥混合物的總量及所含重金屬成份及濃度而定；而加熱的方式則采階段式加熱法，其中第一階段的加熱溫度約為105℃左右，其目的在于去除水分；第二階段的加熱溫度約為300℃左右，目的在于除去混合物中的結(jié)晶水；第三階段的加熱溫度約為600℃左右，目的在于除去有機(jī)物，并使混合物中各分子的鍵結(jié)初步重新組合；而第四階段的加熱溫度約為800℃左右，目的在于使混合物中各分子的鍵結(jié)再次重新組合，以達(dá)再利用的目的；各加熱階段大約需維持20分鐘以上。最后加熱至1300℃，使混合物內(nèi)的各成分在加熱的過(guò)程中充分進(jìn)行瓷化以及高溫氧化等燒結(jié)反應(yīng)。
各加熱階段中的反應(yīng)詳述如后1.第一階段加熱至105℃，亦即為超過(guò)水的沸點(diǎn)，其目的在于去除污泥中大部分的水分。
2.第二階段加熱至300℃左右，是為去除混合物中的結(jié)晶水、附著水、吸附水等；重金屬化合物則會(huì)隨著分于鍵結(jié)開(kāi)始重新組合，而開(kāi)始物種轉(zhuǎn)化，使逐漸安定化。
3.第三階段加熱至600℃左右，是為去除大部分有機(jī)物，增加重金屬物種轉(zhuǎn)化速率，使之不易溶出，并減少氣化傾向。
4.第四階段加熱至800℃左右，可使1)重金屬繼續(xù)進(jìn)行物種轉(zhuǎn)化；2)轉(zhuǎn)化后的重金屬與污泥、土壤、廢棄物等基質(zhì)、添加劑、黏土逐漸反應(yīng)瓷化反應(yīng)，使重金屬不易氣化與不易溶出，以及3)污泥、土壤、廢棄物等基質(zhì)、添加劑、黏土等亦同時(shí)進(jìn)行燒結(jié)反應(yīng)，以形成細(xì)致化結(jié)構(gòu)，圍阻重金屬。
5.最后再加熱至1300-1400℃左右，使燒結(jié)、瓷化反應(yīng)更為徹底，甚或進(jìn)行融熔反應(yīng)。此階段的加熱溫度，當(dāng)視基質(zhì)各成分比例而定，原則上大概需超過(guò)1000℃，而加熱時(shí)間亦是因成分不同而有所差異。
待加熱完畢，將冷卻后的混合物取出，燒結(jié)后產(chǎn)物的強(qiáng)度類似巖石，可作為人行道磚或其他種類的建材，或環(huán)境工程中廢水處理的生物接觸濾材。
表二為經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例各處理步驟處理后，其產(chǎn)物的TCLP溶出液中各類重金屬及毒性物質(zhì)含量的檢測(cè)報(bào)告。其檢測(cè)結(jié)果顯示各類重金屬以及氰化物的TCLP檢測(cè)值均遠(yuǎn)低于臺(tái)灣所公告的“溶出毒性事業(yè)廢棄物溶出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)”；尤其如鉛、銅、鉻以及氰化物的檢測(cè)值更是低于方法偵測(cè)極限，顯示本發(fā)明的含重金屬?gòu)U棄物處理法具有卓越的處理效果；此外，經(jīng)本處理法處理后的產(chǎn)物可直接再利用，可避免因掩埋所造成二次污染的可能，實(shí)具有環(huán)保的功效。
表二廢棄物輕本發(fā)明的方法處理后的各成分含量

以下二點(diǎn)為發(fā)明人提出，以本發(fā)明的方法處理重金屬?gòu)U棄物應(yīng)注意的事項(xiàng)1.對(duì)于某些高揮發(fā)性的重金屬，例如汞或砷，由于其可能在階段加熱時(shí)，混合物產(chǎn)生燒結(jié)、瓷化反應(yīng)前即揮發(fā)。因此，對(duì)于具有高含量汞或砷的重金屬污泥，可能不適用于本發(fā)明的處理方法，或是必須先用其他方式，預(yù)先去除污泥內(nèi)的汞或砷。
2.階段加熱的過(guò)程中，大部分的重金屬均因燒結(jié)或瓷化而形成十分安定與不易揮發(fā)的狀態(tài)，其氣化逸出者十分有限，縱然有少部分的重金屬因氣化而逸出，此時(shí)可以濾袋或是洗滌的方式捕集，并將其送反至污泥混合處，再次與黏土、安定劑等混合，而再次燒結(jié)、瓷化。
權(quán)利要求
1.一種以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，包含有下列步驟a.將含重金屬的廢棄物，加入預(yù)定比例的黏土，并使二者充分混合；b.將步驟a的混合物送入一烘烤爐中加熱，使該混合物中的各成分可分別進(jìn)行瓷化反應(yīng)與高溫氧化；以及c.待該烘烤爐加熱完畢，將冷卻后的該混合物取出。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，其特征在于，其中步驟a中還包含有研磨與攪拌步驟。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，其特征在于，其中步驟a還加入一預(yù)定劑量的安定劑，與該重金屬?gòu)U棄物與黏土充分混合。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，其特征在于，其中步驟b的加熱方式是采階段式加熱法。
5.依據(jù)權(quán)利要求4所述的以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，其特征在于，其中該階段式加熱方式包含有至少三加熱階段，第一階段的加熱溫度為100-110℃，第二階段的加熱溫度為280-320℃，第三階段的加熱溫度為580-620℃，各階段的加熱時(shí)間至少維持20分鐘。
6，依據(jù)權(quán)利要求5所述的以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，其特征在于，其中該階段式加熱法還包含有第四加熱階段，其加熱溫度為780-820℃，加熱時(shí)間至少維持20分鐘。
7.依據(jù)權(quán)利要求6所述的以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，其特征在于，其中加熱溫度至1300℃。
全文摘要
一種以重金屬物種轉(zhuǎn)化、燒結(jié)、瓷化合并處理含重金屬?gòu)U棄物的方法，取一含重金屬?gòu)U棄物與一預(yù)定比例的黏土充分混合，再將混合物送入一烘烤爐內(nèi)加熱，在高溫下，該混合物內(nèi)的各成分進(jìn)行瓷化以及高溫氧化等反應(yīng)，使經(jīng)燒結(jié)后的產(chǎn)物具有低溶出量的重金屬或低毒性物質(zhì)，以符合相關(guān)法令規(guī)定。
文檔編號(hào)B09B3/00GK1714954SQ20041006192
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者魏玉麟, 李王永泉 申請(qǐng)人:德鎮(zhèn)盛工程股份有限公司