專利名稱：：一種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置與方法
技術領域：
：本發明涉及環保工程領域，尤其涉及一種將垃圾焚燒飛灰資源化處理的裝置與方法。
背景技術：
：隨著城市化的不斷推進，每天產生的生活垃圾也越來越多。現在，世界各國處理垃圾的方法主要是進行垃圾焚燒。垃圾焚燒產生飛灰，焚燒飛灰的主要化學成分為氯化物、Ca0、Si02、Al必,和Fe203等，其中含有較大量的砷、鉛、鎘、鋅等重金屬，并且含有一定量的二噁英，法律明文規定垃圾焚燒飛灰為危險廢物。傳統的處理焚燒飛灰的方法是進行安全填埋，在填埋前先采用藥劑進行穩定化，因此，國際、國內環保界對于飛灰的穩定化藥劑、工藝和設各進行了大量的研究，取得了很多可喜的成果。但是安全填埋場是不可再生的資源，終有一天安全填埋場將使用完畢，面對如此大量的垃圾焚燒飛灰，資源化才是可持續的途徑。隨著GB16889—2008標準的實施，衛生填埋的標準大大提高，生活垃圾焚燒將更具有競爭力，生活垃圾焚燒產業的發展將更加迅速，垃圾焚燒飛灰的產量也將急速增長。如果應對措施不當，垃圾焚燒飛灰的處理將成為大都市發展中極為棘手的問題。因此，目前存在一個亟待解決的技術需求如何妥當的處理垃圾焚燒飛灰，既能達到無苦化，又能夠資源化。
發明內容本發明的目的是提供一種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置與方法，解決現有的技術缺陷，使垃圾焚燒飛灰無害化與資源化。本發明的技術方案如下本發明的一個實施例提供了一種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置，包含水洗沉淀罐，用來添加入水，攪拌并洗滌焚燒飛灰，使得焚燒飛灰中的氯離子溶解于水中，并在停止攪拌后使得混合物分層，產生上清液和飛灰沉淀并排出上清液；藥劑罐，用來將重金屬高溫穩定藥劑溶解于水，注入水洗沉淀權以與焚燒飛灰反應；干化場，用來干化飛灰沉淀，產生飛灰成品。在其中一個實施例中，本發明還包含水泥回轉窯，用來將飛灰成品摻合入水泥原料制備水泥，使得飛灰成品中所含有的二噁英在水泥回轉窯的高溫下燃燒分解。在其中一個實施例中，本發明還包含一次洗滌水處理水池，用來洗滌與處理從水洗沉淀罐中排出的一次水洗液，產生上清液與污泥。本發明的其中一個實施例中還包含二次洗滌水循環水池，用來儲存水洗沉淀罐中所排出的二次水洗液，以循環利用。本發明的另一個實施例提供了一種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的方法，包含-水洗、沉淀，向焚燒飛灰中加入空氣與水，焚燒飛灰與水混合，充分攪拌，使得焚燒飛灰中的可溶性成分進入水中，之后靜止沉淀，沉淀為飛灰沉淀；干化，排出飛灰沉淀中分離出的水，曬干飛灰沉淀至含水量達到30%以下，產生飛灰成品。在其中寸實施例中，上述水洗、沉淀步驟還包含向飛灰沉淀中加入重金屬高溫穩定劑。在其中一個實施例中，上述水洗、沉淀步驟還包含一次水洗、沉淀步驟向焚燒飛灰中加入空氣與水，焚燒飛灰與水以l:5'1:15的比例混合，充分攪拌，水洗焚燒飛灰，沉淀為沉淀物；一次洗滌水處理步驟將一次水洗、沉淀所產生的一次水洗液輸送至一次洗滌水處理水池，加入二氧化碳和絮凝劑，產生上清液和污泥；二次水洗、沉淀歩驟向沉淀物中加入空氣與水，焚燒飛灰與水以l:5~1:15的比例混合，充分攪拌，水洗沉淀物，沉淀，向沉淀物中加入重金屬高溫穩定劑，產生飛灰沉淀。本發明的優點是(1)由于進行丫濕法預處理，使得預處理后的飛灰成品中的氯含量降低至0.022%以下，在一定的攙合比例下，使得水泥成品符合了國家標準的強制要求。與此同時，由于飛灰成品的氯含量很低，避免了水泥窯的堵塞問題。(2)由于在濕法預處理中采用了重金屬高溫穩定劑，飛灰中的重金屬在高溫下的揮發性能發生很大改變，大大減少了飛灰資源化過程中向環境中所排放的重金屬，使得更具環境效益另外，可以使得預處理后的飛灰符合GB16889—2008標準中關于飛灰進入生活垃圾填埋場的規定，所以飛灰預處理也可以作為進入生活垃圾填埋場的穩定化工藝。(3)預處理后的飛灰成品含水量在30%以下，不會大量的消耗燃料，進入溫度高達1400'C的水泥轉窯后，含有二噁英等有機污染物的氣體經過堿性環境，停留時間超過10秒，使得二啜英得以完全分解。(4)飛灰預處理過程中產生的廢水得以妥善處理。本發明通過在濕法預處理中通入C02氣體進行碳化反應沉淀，再加入重金屬絮凝劑穩定處理后，其產生的上清液滿足《上海市污水綜合排放標準》(DB31/199-1997)中第一類污染物最高容許排放濃度要求，其他類符合三級排放標準。利用本發明可以妥善處理城市生活垃圾焚燒中產生的飛灰，具有良好的環境效益和一定的經濟效益，與傳統的填埋相比較，具有可持續的特點，符合循環經濟的思想；與現有工藝相比，在安全性、系統性、經濟性等方面有明顯的進步。下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式的洋細描述，將使本發明的技術方案及其他有益效果顯而易見。圖l為本發明濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置示意圖；圖2為本發明濕法預處理垃圾焚燒飛灰的方法流程圖；圖3為本發明濕法預處理垃圾焚燒飛灰的更為詳細的裝置示意圖；圖4為本發明濕法預處理垃圾焚燒飛灰的更為詳細的方法流程圖。具體實施例方式為了更進一步了解本發明的特征，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖示僅提供參考與說明之用，并非用來對本發明的保護范圍加以限制。如圖14所示，揭示了本發明濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置與方法。水泥是應用非常廣泛的建筑材料，目前我國的水泥產量已超過10億噸，以上海為例，水泥的年產量超過1000萬噸。制備水泥的原料是一類范圍廣、用量大的材料，通過分析我們發現(1)焚燒飛灰的成分與水泥熟料相近，因此可以考慮取代部分水泥原料，從而節約石灰石、黏土等原料。特別對于缺乏上述原料的省市，例如上海市，以焚燒飛灰取代部分水泥原料之后，需從外省購入的用于水泥生產的石灰石資源大大減少。(2)焚燒飛灰的成分與輔助性膠凝材料礦渣相近，因此可以考慮將焚燒飛灰可以用作新的輔助性膠凝材料取代水泥熟料，制備水泥熟料-焚燒飛灰系列水泥，可實現焚燒飛灰的資源化。但是，采用焚燒飛灰作為水泥原料尚具有幾方面的問題需要解決(1)在《通用硅酸鹽水泥》產品標準中，品質指標中的一項重要內容是氯離子含量不大于O.06%，這是條強制性條款，而焚燒飛灰中氯含量很高。現有工藝很難對成品飛灰中的氯含量進行穩定的控制。氯含量過高不但會損害水泥的品質，而且會在水泥燒化過程中形成堵塞。(2)飛灰中的重金屬在高溫下會氣化，隨尾氣排放至大氣中，易對大氣形成污染。(3)飛灰中的二噁英在高溫下易揮發，二噁英污染如何有效控制也是非常關鍵的技術問題。因此，若能夠將垃圾焚燒飛灰用于生產水泥，以水泥原料的特性來看，它可以大量吸納和處理垃圾焚5燒飛灰。如果以每噸水泥吸納和處理0.02噸(即2%的焚燒飛灰含量)飛灰來計算，上海市的水泥丁業每年可以處理焚燒飛灰20萬噸。20力'噸/年基本卜.是目前十.海市全年焚燒垃圾所產生的飛灰，也就是說，可以期望上海的水泥生產完全吸納垃圾焚燒過程產生的全部飛灰，從而實現垃圾焚燒飛灰的資源化安全處置。這一方面解決了飛灰的處理問題，另一方面又節約了水泥原料。而要將垃圾焚燒飛灰用作水泥原料，則必須解決如上提出的技術問題。如圖1和圖2所示，在生活垃圾焚燒廠IOIA和垃圾焚燒發電廠101B中，執行步驟201，焚燒生活垃圾，產生焚燒飛灰105。焚燒飛灰105自各個垃圾焚燒廠101A、101B等輸送至濕法預處理中心106。在其中由水洗沉淀罐102和干化廠103執行濕法預處理。首先在水洗沉淀罐102中執行水洗、沉淀處理202:由119藥劑罐添加入重金屬高溫穩定劑，與所產生的飛灰沉淀107攪拌，之后輸送至干化廠103，在干化廠103執行干化步驟203;干化后所產生的飛灰成品108輸送至水泥廠104，在這里，執行步驟204，飛灰成品以1%~10%的比例添加進水泥原料，以飛灰成品108為部分水泥原料在水泥回轉窯中制備水泥。水洗、沉淀處理202和干化步驟203統稱為濕法預處理。垃圾焚燒廠101可以有一個或多個。水洗、沉淀處理202是將焚燒飛灰105中加入空氣和水，焚燒飛灰105與水混合的比例為h5~1:15，最佳比例為l:8,充分攪拌，之后沉淀，產生飛灰沉淀107。干化步驟203是在干化場103中將飛灰沉淀107鋪開、自然干化或曬T，使水分離。在飛灰沉淀107含水量達到合格標準之后，形成飛灰成品108。飛灰成品108的含水量較佳的范圍是30%以下。經濕法預處理后的飛灰成品中，氯含量可大大降低。在本發明送檢的兩份樣品巾，氯含量均降至0.022%以下。在制備水泥的歩驟204中，飛灰成品108被水泥回轉窯加熱到100(TC145(TC的高溫，分解了其中的二噁英，而且在水泥回轉窯的高溫氧化堿性環境中，有效抑制了高溫分解二噁英的低溫重新生成。圖3為本發明圖1所示濕法預處理中心106的更為詳細的裝置示意圖；圖4為圖3所示裝置中所執行的濕法預處理垃圾焚燒飛灰的流程圖。焚燒飛灰105經飛灰提升器301輸送至水洗沉淀罐302;執行一次水洗、沉淀處理402A的過程中，加入自來水312，和空氣311，充分攪拌，水洗所產生的一次水洗液313A經提升泵304輸送至一次洗滌水處理水池305,在這里執行一次洗滌水處理405，所產生的上清液314經歩驟414排放到公共環境，而所產生的污泥315經步驟415進行安全填埋。水洗沉淀處理402A所產生的沉淀物進行二次水洗、沉淀處理402B,加入自來水312和空氣311，充分攪拌、水洗所產生的二次水洗液313B經提升泵304輸送至二次洗滌循環水池306，再經由提升循環泵309執行409步驟，將二次水洗液313B運輸至水洗沉淀罐302中循環利用。二次水洗、沉淀402B所產生的沉淀物執行步驟402C，由藥劑罐319將重金屬高溫穩定藥劑310溶解于水，之后注入水洗沉淀罐302，充分攪拌，以與焚燒飛灰反應，產生的飛灰沉淀307輸送至干化場303，在這里進行干化處理，所分離出的水流入地坑，飛灰沉淀307鋪開、自然千化或曬干至含水量達到合格標準之后，形成飛灰成品308。含水量的合格標準為30%以下。在執行一次洗滌水處理405的過程中，向一次洗滌水處理水池305中充入CO2317和絮凝劑318，CCb317和一次水洗液313A中的重金屬離子產生反應，生成化合物，沉淀到污泥315中，使得上清液314中的重金屬含量大大降低，使其達到排放標準。污泥315中含有較多的重金屬，本發明將其填埋處理。另外,CCb317使得PH值高達11-12的強堿性的一次水洗液313A中性化處理，使得—卜清液314的PH值調至6.0~8.5的中性水質。絮凝劑318有助于捕集微小顆粒，增強了沉淀的能力，加速了沉淀過程。由上述可見，焚燒飛灰的濕法預處理過程中產生的廢水已經得以妥善處理。本發明通入co2氣體進行碳化反應沉淀，再加入重金屬絮凝劑穩定處理后，其產生的上清液滿足《上海市污水綜合排放標準》(DB31/199-1997)中第一類污染物最高容許排放濃度要求，其他類符合三級排放標準，做到了廢水無害化處理。本領域普通技術人員應可以理解，該水洗沉淀過程可進行一次或多次，例如可以水洗3次，直到飛灰中的氯含量達到預定的目的。水洗水可以進行處理達標排放或進行回用。因為在二次水洗、沉淀步驟402B中加入了重金屬高溫穩定劑310，所以，當飛灰成品308在制備水泥的步驟204中被水泥回轉窯加熱到100(TC1450'C的高溫時，利用作用基團對飛灰中重金屬進行穩定化礦物化作用，即可實現重金屬在煅燒過程中的晶格穩定化，與其它物質形成穩定的化合物，提高了重金屬的沸點，鈍化了揮發性能，使其在高溫下不易揮發，大大減少了焚燒飛灰資源化過程中向環境中所排放的重金屬。我們對本發明進行實驗，本發明所制備的水泥兩份樣本浸出毒性現場取樣分析監測數據，如下表l:表1水泥浸出毒性數據單位ppm""-^^^^樣品編號1#2#檢出限危廢鑒別標準項目汞(浸出液)ND0.0000100.0000050.05砷(浸出液)NDND0扁1,5六價鉻(浸出液)0.3050.448■0.0041.50總鉻(浸出液)0.3580.4690.00410鉛(浸出液)NDND0.0105鎘(浸出液)NDND0扁0.30鎳(浸出液)NDND0扁10氯化物(浸出液)NDND10—苯并(a)芘(浸出液)NDND0.0000060扁03注危險廢物鑒別標準GB5085.3—1996由此可見，使用本發明制備的水泥經過浸出試驗，存在丁水泥中的汞、砷、六價鉻、總鉻、鉛、鎘、鎳、氯化物、苯并(a)芘等污染物，其浸出濃度遠低于危險廢物鑒別標準，甚至于大部分不能檢出(表中ND所標出的為不能檢出)。這驗證了前述本發明的濕法預處理焚燒飛灰的方法對重金屬污染物能有效穩定、固化，并降低了氯含量。表2為本發明方法制備水泥過程中，在水泥回轉窯排氣口檢測的二噁英含量表2水泥制備過程中二噁英含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由上表數據可見，本發明產生的2份飛灰樣品通過水泥回轉窯高溫煅燒，在工業實驗現場取樣煙氣中二噁英濃度為0.021~0.041ngTEQ/tn3，不僅低于參考標準限制0.1,更低于未添加本發明飛灰成品時的排放值0.052,這說明，水泥問轉窯高溫煅燒不僅能有效分解飛灰中的殘存二噁英，而且在水泥窯的高溫氧化堿性環境中，也具有有效抑制高溫分解二噁英重新低溫生成的機制與工況環境。表3為本發明制備的水泥樣本A和B的氯離了含量、3天抗折強度、28天抗折強度、3天抗壓強度、28天抗壓強度實驗結果表3送檢水泥熟料A，B的強度<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥標準GB175—1999根據表3數據，本發明方法所制備的水泥樣品A的3天抗折強度為7.1MPa，水泥樣品B的3天抗折強度為7.3MPa，均高于標準值2.5;水泥樣品A和水泥樣品B的28天抗折強度為9.3MPa,均高于標準值5.5;水泥樣品A的3天抗壓強度為36.2MPa，水泥樣品B的3天抗壓強度為36.5MPa，均高于標準值11.0;水泥樣品A的28天抗壓強度為63.8MPa，水泥樣品B的28天抗壓強度為65.5MPa，均高于標準值32.5。同時，水泥樣品A的氯離子濃度為0.016%,水泥樣品B的氯離子濃度為0.018%，遠低于標準中氯離子濃度必須￡0.06%的要求。應當理解的是，上述對實施例的詳細說明僅為了理解本發明，對本領域普通技術人員而言，可以根據上述說明加以改進或變換，例如水洗沉淀過程可進行一次或多次，例如可以水洗3次，直到飛灰中的氯含量達到預定的目的；所產生的飛灰成品可以不作為水泥原料的一部分進入水泥回轉窯中燒制水泥，也可以直接作為骨料摻合入水泥的熟料來制備水泥，或者也可以作為骨料制作混凝土，所有達到此目的的改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。權利要求1.種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置，其特征在于，包含水洗沉淀罐，用來添加入水，攪拌并洗滌該焚燒飛灰，使得該焚燒飛灰中的氯離子溶解于水中，并在停止攪拌后使得混合物分層，產生上清液和飛灰沉淀并排出該上清液；藥劑罐，用來將重金屬高溫穩定藥劑溶解于水，注入該水洗沉淀罐以與該焚燒飛灰反應；干化場，用來干化該飛灰沉淀，產生飛灰成品。2.根據權利要求所述的濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置，其特征在于，還包含水泥回轉窯，用來將該飛灰成品摻合入水泥原料制備水泥，使得該飛灰成品中所含有的二噁英在該水泥[Hl轉窯的高溫下燃燒分解。3.報據權利要求1或2所述的濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置，其特征在于，還包含一次洗滌水處理水池，用來洗滌與處理從該水洗沉淀罐中排出的一次水洗液，產生上清液與污泥。4.根據權利要求1所述的濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置，其特征在于，還包含二次洗滌水循環水池，用來儲存該水洗沉淀罐中所排出的二次水洗液，以循環利用。5.—種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的方法，其特征在于，包含如下步驟水洗、沉淀，向該焚燒飛灰中加入空氣與水，該焚燒飛灰與水混合，充分攪拌，使得該焚燒飛灰中的可溶性成分進入水中，之后靜止沉淀，沉淀為飛灰沉淀；干化，排出該飛灰沉淀中分離出的水，曬干該飛灰沉淀至含水量達到30%以下，產生飛灰成品。6.根據權利要求5所述的濕法預處理垃圾焚燒飛灰的方法，其特征在于，該水洗、沉淀步驟還包含向該飛灰沉淀中加入重金屬高溫穩定劑。7.根據權利要求5所述的濕法預處理垃圾焚燒飛灰的方法，其特征在于，該水洗、沉淀歩驟包含一次水洗、沉淀，向該焚燒飛灰中加入空氣與水，該焚燒飛灰與水以l:5~1:25的比例混合，充分攪拌，水洗該焚燒飛灰，沉淀為沉淀物；一次洗滌水處理，將一次水洗液輸送至一次洗滌水處理水池，加入二氧化碳和絮凝劑，產生上清液和污泥；二次水洗、沉淀，向該沉淀物中加入空氣與水，該焚燒飛灰與水以l:5~1:25的比例混合，充分攪拌，水洗該沉淀物，沉淀，向該沉淀物中加入該重金屬高溫穩定劑，產生該飛灰沉淀。全文摘要本發明提出一種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的方法，包含向焚燒飛灰中加入空氣與水，焚燒飛灰與水混合，充分攪拌，使得焚燒飛灰中的可溶性成分進入水中，之后靜止沉淀，沉淀為飛灰沉淀；排出飛灰沉淀中分離出的水，曬干飛灰沉淀至含水量達到30％以下，產生飛灰成品。本發明還提出了一種濕法預處理垃圾焚燒飛灰的裝置，包含水洗沉淀罐，用來添加入水，攪拌并洗滌焚燒飛灰，使得焚燒飛灰中的氯離子溶解于水中，并在停止攪拌后使得混合物分層，產生上清液和飛灰沉淀；藥劑罐，用來將重金屬高溫穩定藥劑溶解于水，注入水洗沉淀罐以與焚燒飛灰反應；干化場，用來干化飛灰沉淀，產生飛灰成品。文檔編號A62D3/33GK101461991SQ20081004060公開日2009年6月24日申請日期2008年7月16日優先權日2008年7月16日發明者吳奇方,唐正飛,燦肖,敏蒲,鄒廬泉,錢光人申請人:上海市固體廢物處置中心;上海大學;上海城投環境投資有限公司