一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，該裝置包括老化反應(yīng)器、通氣系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、控濕系統(tǒng)和二級(jí)吸收系統(tǒng)，該老化反應(yīng)器為一柱體，該柱體側(cè)壁中空，側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)液口和出液口，所述進(jìn)液口和出液口與所述控溫系統(tǒng)連接；所述老化反應(yīng)器的下部通過(guò)一個(gè)三通接頭分別與所述通氣系統(tǒng)和所述控濕系統(tǒng)連接，上部與二級(jí)吸收系統(tǒng)連接。本發(fā)明提供的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法，設(shè)計(jì)了一種可適用于顆粒物料，引入氣體、溫度、濕度等多因素耦合的實(shí)驗(yàn)方法，該方法不但大大縮短固廢物料穩(wěn)定化后評(píng)估的等待時(shí)間，而且可以對(duì)處理后物料可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。
【專利說(shuō)明】一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種固體廢物處理方法，具體涉及一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]固廢穩(wěn)定化技術(shù)在含重金屬等污染物的處理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。物料經(jīng)穩(wěn)定化處理后必然會(huì)經(jīng)歷老化的過(guò)程。老化通常會(huì)兩種極端現(xiàn)象:一是污染物在很短的時(shí)間內(nèi)全部釋放；另一種是在極漫長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)污染物緩慢釋放。如果在穩(wěn)定化處理后的任何一個(gè)階段，固廢污染物的釋放量都沒(méi)有達(dá)到明顯風(fēng)險(xiǎn)值，就說(shuō)明了穩(wěn)定化技術(shù)滿足了修復(fù)治理的目的。驗(yàn)證穩(wěn)定化技術(shù)效果最好的方法是得到在真實(shí)時(shí)間下，處理后樣品的長(zhǎng)期的理化特性數(shù)據(jù)，如污染物浸出性數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)變化數(shù)據(jù)、組成變化數(shù)據(jù)等等。盡管穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用如此之多，但是對(duì)于物料穩(wěn)定化處理后性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性驗(yàn)證數(shù)據(jù)依然十分缺乏，這部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)于評(píng)價(jià)穩(wěn)定化技術(shù)是十分必要的。
[0003]除了提供物料經(jīng)穩(wěn)定化處理后性能的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)，對(duì)其在特定各個(gè)階段的行為預(yù)測(cè)也是十分重要的，包括了某些污染物急劇變化過(guò)程，因此預(yù)測(cè)方法構(gòu)建也是十分必須的。從試驗(yàn)的角度，這就意味著要設(shè)計(jì)一種方法來(lái)預(yù)測(cè)穩(wěn)定化處理后物料的老化過(guò)程。在固廢穩(wěn)定化處理方面，目前對(duì)于此項(xiàng)工作的研究還十分有限，但有些類似報(bào)道:發(fā)明專利一種加速生活垃圾填埋穩(wěn)定化進(jìn)程的生物反應(yīng)裝置(申請(qǐng)?zhí)?201110052435.7)著眼于生活垃圾的加速穩(wěn)定化處理。國(guó)外一些學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了一些研究，主要是針對(duì)固廢水泥固化體的老化，對(duì)于經(jīng)穩(wěn)定化處理后顆粒物料的加速老化研究還十分有限。
[0004]普遍認(rèn)為，加速老化途徑主要是通過(guò)加速碳化、加速養(yǎng)護(hù)條件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如改變環(huán)境的溫度、濕度等條件。經(jīng)穩(wěn)定化處理后的固廢正常情況下采用堆積方式擱置，在自然條件下，各個(gè)固廢顆粒接受到的外界條件不同，如內(nèi)部顆粒濕度和溫度，以及二氧化碳濃度和壓力都與外部顆粒不相同，由此造成了固廢處理后經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間堆放后固廢各部分穩(wěn)定化效果的差異，這對(duì)于研究固廢的穩(wěn)定化機(jī)理十分困難。本發(fā)明基于此，從工業(yè)廢渣的整體均一角度出發(fā)，提供一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法，將多種影響因素進(jìn)行耦合，使穩(wěn)定化后的顆粒物料長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生的階段在短期內(nèi)發(fā)生，為工業(yè)廢渣的穩(wěn)定化效果和機(jī)理提供參考分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法，將多種影響因素進(jìn)行耦合，使穩(wěn)定化后的顆粒物料長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生的階段在短期內(nèi)發(fā)生，為固廢的穩(wěn)定化效果和機(jī)理提供參考分析。
[0006]上述目的是通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)的:
一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，該裝置包括老化反應(yīng)器、通氣系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、控濕系統(tǒng)和二級(jí)吸收系統(tǒng)，其特征在于，該老化反應(yīng)器為一柱體，該柱體側(cè)壁中空，側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)液口和出液口，所述進(jìn)液口和出液口與所述控溫系統(tǒng)連接；所述老化反應(yīng)器的下部通過(guò)一個(gè)三通接頭分別與所述通氣系統(tǒng)和所述控濕系統(tǒng)連接，上部與二級(jí)吸收系統(tǒng)連接。
[0007]根據(jù)上述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述老化反應(yīng)器內(nèi)部有托盤和多個(gè)曝氣管，該托盤通過(guò)所述三通接頭分別于所述通氣系統(tǒng)和所述控濕系統(tǒng)連接；所述托盤上設(shè)置有多個(gè)均勻分布的氣路接口，所述曝氣管通過(guò)該氣路接口與所述托盤螺紋連接；所述曝氣管上開(kāi)有多個(gè)孔。
[0008]根據(jù)上述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述通氣系統(tǒng)包括氣體鋼瓶和氣體流量控制器，二者依次連接。
[0009]根據(jù)上述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述控溫系統(tǒng)包括控溫箱和蠕動(dòng)泵，其中所述控溫箱的一端與所述出液口連接，另一端通過(guò)蠕動(dòng)泵與所述進(jìn)液口連接。
[0010]根據(jù)上述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述控濕系統(tǒng)包括相對(duì)濕度儀。
[0011]根據(jù)上述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述二級(jí)吸收系統(tǒng)包括CaO干燥劑和KOH液體吸收裝置。
[0012]一種使用上述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置的加速老化方法，其特征在于，所述加速老化方法包括以下步驟:
(1)將穩(wěn)定化處理后的工業(yè)廢渣放入所述老化反應(yīng)器中；
(2)調(diào)節(jié)所述通氣系統(tǒng)，使氣體從所述老化反應(yīng)器底部進(jìn)入，并緩慢流過(guò)整個(gè)老化反應(yīng)器，流出氣體進(jìn)入所述二級(jí)吸收系統(tǒng)進(jìn)行吸收；
(3)調(diào)節(jié)所述通氣系統(tǒng)、控濕系統(tǒng)和控溫系統(tǒng)，控制老化進(jìn)程。
[0013]根據(jù)上述的加速老化方法，其特征在于，所述通氣系統(tǒng)的氣體流量為20— 30L/h，所述氣體為二氧化碳、二氧化硫或空氣。
[0014]根據(jù)上述的加速老化方法，其特征在于，所述穩(wěn)定化處理后的固廢物料的水分含量為10—15%，粒度為2—20mm。
[0015]根據(jù)上述的加速老化方法，其特征在于，所述控溫系統(tǒng)中使用的流動(dòng)介質(zhì)為水或乙醇，溫度調(diào)節(jié)范圍為_(kāi)20°C—60°C。
[0016]根據(jù)上述的加速老化方法，其特征在于，所述控濕系統(tǒng)的濕度調(diào)節(jié)范圍為20—90%。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明提供的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法，設(shè)計(jì)了一種可適用于顆粒物料，引入氣體、溫度、濕度等多因素耦合的實(shí)驗(yàn)方法，該方法不但大大縮短固廢物料穩(wěn)定化后評(píng)估的等待時(shí)間，而且可以對(duì)處理后物料可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明裝置老化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為穩(wěn)定化處理后的工業(yè)廢渣在經(jīng)過(guò)老化處理前后的礦物組成變化； 圖4為穩(wěn)定化處理后的工業(yè)廢渣在老化處理前的能譜分析；
圖5為穩(wěn)定化處理后的工業(yè)廢渣在經(jīng)過(guò)老化處理后的能譜分析。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)如下:
1.經(jīng)穩(wěn)定化處理后的固廢一般采用堆積方式放置，在自然條件下，固廢的內(nèi)部顆粒濕度、溫度、二氧化碳濃度、壓力等條件與外部顆粒不盡相同，因此處理后的固廢經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間堆放各部分穩(wěn)定化效果會(huì)有差異，在此基礎(chǔ)上研究固廢的穩(wěn)定化機(jī)理十分困難。
[0020]2.自然條件下，堆放的固廢會(huì)經(jīng)歷溫度、濕度、氣體介質(zhì)和濃度的變化，但是該變化過(guò)程進(jìn)行的十分緩慢，在固廢堆內(nèi)部的顆粒經(jīng)歷這些變化可能會(huì)更漫長(zhǎng)，保證實(shí)地驗(yàn)證結(jié)果(field validat1n)的全面性和可靠性變得十分困難，需花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。
[0021]從以上兩個(gè)問(wèn)題出發(fā)，將各個(gè)影響因素(溫度、濕度、氣體介質(zhì)等)進(jìn)行耦合，同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)條件的均一性，設(shè)計(jì)了本發(fā)明的廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置及方法。
[0022]在對(duì)穩(wěn)定后的固廢的浸出液長(zhǎng)期觀察后發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，浸出液的pH逐漸降低。固廢物料在堿性條件下穩(wěn)定性效果最好，在酸性條件下，穩(wěn)定化機(jī)理極有可能遭到破壞，形成酸性條件的主要原因之一是空氣中存在的酸性氣體，如二氧化碳等。加速碳化對(duì)加速老化的作用已經(jīng)得到了很多學(xué)者的認(rèn)同。因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)引入不同的酸性氣體，加速破壞固廢物料的穩(wěn)定化。
[0023]溫度和濕度也是加速老化的重要因素，改變溫度可以改變反應(yīng)發(fā)生的速率，改變反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間。如果不存在水分，碳化過(guò)程、氣體酸化過(guò)程不可能發(fā)生。因此，溫度和濕度也是本發(fā)明中重要的參考內(nèi)容。
[0024]結(jié)合以上說(shuō)明，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如下:
如圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置包括老化反應(yīng)器
1、通氣系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、控濕系統(tǒng)和二級(jí)吸收系統(tǒng)。老化反應(yīng)器為一柱體，直徑約50 _，高度約450 mm，該柱體側(cè)壁中空，工作時(shí)充滿液體介質(zhì)，用于提供老化反應(yīng)器內(nèi)廢渣的溫度環(huán)境，側(cè)壁外層上設(shè)置有與控溫系統(tǒng)連接的進(jìn)液口 2和出液口 3。老化反應(yīng)器I的下部通過(guò)一個(gè)三通接頭4分別與通氣系統(tǒng)和控濕系統(tǒng)連接，上部與二級(jí)吸收系統(tǒng)連接。
[0025]特別的，老化反應(yīng)器I內(nèi)部有托盤5和多個(gè)曝氣管6，該托盤5通過(guò)三通接頭4分別于通氣系統(tǒng)和控濕系統(tǒng)連接。托盤5上設(shè)置有多個(gè)均勻分布的氣路接口 7，曝氣管6通過(guò)該氣路接口 7與托盤5螺紋連接。曝氣管上開(kāi)有許多小孔，氣體通過(guò)這些小孔進(jìn)入老化反應(yīng)器I中。
[0026]本發(fā)明的通氣系統(tǒng)包括氣體鋼瓶8和氣體流量控制器9，二者依次連接，氣體流量控制器9用于控制氣體的流速。
[0027]控溫系統(tǒng)包括控溫箱10和蠕動(dòng)泵11。控溫箱10的一端與出液口 3連接，另一端通過(guò)蠕動(dòng)泵11與進(jìn)液口 2連接?？販叵?0內(nèi)盛裝液體介質(zhì)，在蠕動(dòng)泵11的作用下，不同溫度的液體介質(zhì)被緩慢注入老化反應(yīng)器I的側(cè)壁中，保證液體循環(huán)和恒溫。
[0028]控濕系統(tǒng)包括相對(duì)濕度儀12，調(diào)節(jié)通入氣體的濕度。
[0029]二級(jí)吸收系統(tǒng)包括CaO干燥劑13和KOH液體吸收裝置14，用于溫室氣體或者酸性氣體的吸收，防止氣體排空污染環(huán)境。
[0030]本發(fā)明的廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化方法包括以下步驟:將穩(wěn)定化處理后的工業(yè)廢渣放入老化反應(yīng)器中；根據(jù)需要，選擇合適的氣體，調(diào)節(jié)氣體流量控制器，使氣體從老化反應(yīng)器底部進(jìn)入，并緩慢流過(guò)整個(gè)老化反應(yīng)器，流出氣體進(jìn)入二級(jí)吸收系統(tǒng)進(jìn)行吸收；通過(guò)相對(duì)濕度儀調(diào)節(jié)通入氣體的濕度；調(diào)節(jié)控溫系統(tǒng)，根據(jù)需要選擇合適的液體介質(zhì)及老化溫度，在蠕動(dòng)泵的作用下，將液體介質(zhì)送入老化反應(yīng)器的側(cè)壁中，提供老化過(guò)程所需要的環(huán)境溫度，保證液體循環(huán)和恒溫。從老化柱流出的氣體先經(jīng)過(guò)氧化鈣干燥劑吸收后，再通入Imo I/L的KOH溶液中。
[0031]總的來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)通氣系統(tǒng)、控濕系統(tǒng)和控溫系統(tǒng)，控制裝置內(nèi)廢渣的老化進(jìn)程。
[0032]通過(guò)對(duì)比老化前后固體廢料的礦物物相和微觀成分變化，據(jù)此判斷穩(wěn)定化處理后廢料的穩(wěn)定性，并可根據(jù)老化產(chǎn)物對(duì)穩(wěn)定化處理后廢料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)。圖3可看出，老化后錳渣中CaC03衍射峰減弱，Cau1Mna89(CO3)2衍射峰增強(qiáng)。圖4和圖5的微區(qū)能譜也顯示渣中的碳含量有所增加。這一方面顯示，在碳化過(guò)程渣中物相發(fā)生變化，說(shuō)明本裝置和方法有加速老化的效果，可為渣的長(zhǎng)期穩(wěn)定性預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)；另一方面，上述老化產(chǎn)物顯不，在碳化過(guò)程由于CahllMna89(CO3)2相增強(qiáng),表明其碳化穩(wěn)定性好。
[0033]進(jìn)入老化反應(yīng)器中的氣體先通入水中的目的是潤(rùn)濕氣體，并使氣體的溫度與室溫相同。
[0034]穩(wěn)定化處理后的固廢物料的水分含量為10 —15%，粒度為2 — 20mm。
[0035]通入的氣體可以為二氧化碳、二氧化硫或空氣，氣體流量為20— 30L/h。
[0036]控濕系統(tǒng)的濕度調(diào)節(jié)范圍為20— 90%。
[0037]控溫系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)范圍為_(kāi)20°C—60°C，根據(jù)不同的溫度需要選擇流動(dòng)介質(zhì)，其中流動(dòng)介質(zhì)可以為水或乙醇。蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為50 rpm。
[0038]實(shí)施例1
老化方式一:冷熱循環(huán)
固定濕度和氣體條件，調(diào)節(jié)控溫系統(tǒng)，使老化反應(yīng)器中的廢料在冷熱循環(huán)的條件下進(jìn)行老化，具體條件為:-20°C下老化24 h，再在20°C下老化24 h，再在60°C下老化24 h，以此為一個(gè)周期，循環(huán)50個(gè)周期。
[0039]實(shí)施例2
老化方式二:干濕循環(huán)
固定溫度和氣體條件，調(diào)節(jié)控濕系統(tǒng)，使老化反應(yīng)器中的廢料在干濕循環(huán)的條件下進(jìn)行老化，具體條件為:調(diào)節(jié)控溫系統(tǒng)，溫度固定在0°c以上，先在20%濕度下老化24 h，再在90%濕度下老化24 h，以此為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)20-50個(gè)周期。
[0040]實(shí)施例3
老化方式三:不同氣體循環(huán)
固定溫度和濕度條件，調(diào)節(jié)通氣系統(tǒng)，使老化反應(yīng)器中的廢料在不同氣體循環(huán)的條件下進(jìn)行老化，具體條件為:先通入空氣老化8 h，再通入二氧化碳?xì)怏w老化8 h，最后通入二氧化硫氣體老化8 h，以此為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)20-50個(gè)周期。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，該裝置包括老化反應(yīng)器、通氣系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、控濕系統(tǒng)和二級(jí)吸收系統(tǒng)，該老化反應(yīng)器為一柱體，該柱體側(cè)壁中空，側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)液口和出液口，所述進(jìn)液口和出液口與所述控溫系統(tǒng)連接；所述老化反應(yīng)器的下部通過(guò)一個(gè)三通接頭分別與所述通氣系統(tǒng)和所述控濕系統(tǒng)連接，上部與二級(jí)吸收系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述老化反應(yīng)器內(nèi)部有托盤和多個(gè)曝氣管，該托盤通過(guò)所述三通接頭分別于所述通氣系統(tǒng)和所述控濕系統(tǒng)連接；所述托盤上設(shè)置有多個(gè)均勻分布的氣路接口，所述曝氣管通過(guò)該氣路接口與所述托盤螺紋連接；所述曝氣管上開(kāi)有多個(gè)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述通氣系統(tǒng)包括氣體鋼瓶和氣體流量控制器，二者依次連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述控溫系統(tǒng)包括控溫箱和蠕動(dòng)泵，其中所述控溫箱的一端與所述出液口連接，另一端通過(guò)蠕動(dòng)泵與所述進(jìn)液口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述控濕系統(tǒng)包括相對(duì)濕度儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置，其特征在于，所述二級(jí)吸收系統(tǒng)包括CaO干燥劑和KOH液體吸收裝置。
7.一種使用權(quán)利要求1-6之一所述的工業(yè)廢渣穩(wěn)定化處理后的加速老化裝置的加速老化方法，其特征在于，所述加速老化方法包括以下步驟: (1)將穩(wěn)定化處理后的工業(yè)廢渣放入所述老化反應(yīng)器中； (2)調(diào)節(jié)所述通氣系統(tǒng)，使氣體從所述老化反應(yīng)器底部進(jìn)入，并緩慢流過(guò)整個(gè)老化反應(yīng)器，流出氣體進(jìn)入所述二級(jí)吸收系統(tǒng)進(jìn)行吸收； (3)調(diào)節(jié)所述通氣系統(tǒng)、控濕系統(tǒng)和控溫系統(tǒng)，控制老化進(jìn)程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述通氣系統(tǒng)的氣體流量為20— 30L/h，所述氣體為二氧化碳、二氧化硫或空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述穩(wěn)定化處理后的工業(yè)廢渣的水分含量為10 —15%，粒度為2 — 20mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述控溫系統(tǒng)中使用的流動(dòng)介質(zhì)為水或乙醇，溫度調(diào)節(jié)范圍為-20°C—60°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述控濕系統(tǒng)的濕度調(diào)節(jié)范圍為 20— 90%。
【文檔編號(hào)】G01N17/00GK104338733SQ201410536751
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】但智鋼, 段寧, 杜兵, 高武斌, 王志增, 王輝峰, 張海燕, 史菲菲 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院