一种飞灰和渗滤液协同处理捕集烟气中二氧化碳并资源化的方法和资源化产品与流程

1.本发明属于环保领域，尤其涉及一种飞灰和渗滤液协同处理捕集烟气中二氧化碳并资源化的方法和资源化产品。


背景技术：

2.近年来，生活垃圾焚烧发电行业进入了快速发展期，但随之而来的生活垃圾焚烧飞灰处理成为行业一大难题。特别是随着城市化不断发展，城镇用地成本升高，填埋场库容越来越少，甚至多地出现填埋场库容已满的情况，因此飞灰处理急需另谋出路。
3.渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于压实、发酵等生物化学降解作用，同时在降水和地下水的渗流作用下产生的一种高浓度的有机和无机成份的液体。渗滤液的成分复杂，再利用难度大，如何实现渗滤液的再利用，是环保领域亟待解决的问题。
4.目前，全球有80％的能源来自煤炭、石油和天然气等化石能源。化石能源的使用会排放大量的二氧化碳，近年来全球气候变暖已经越来越严重，而二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因。当前，碳捕集的成本很高，经济性差，如何更佳经济性的实现碳捕集，是环保领域亟待解决的另一问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种飞灰和渗滤液协同处理捕集烟气中二氧化碳并资源化的方法和资源化产品，本发明提供的方法实现多种工业废弃物和污染物的综合处理，获得了具有较好再利用价值的改性飞灰，该方法兼顾良好的环境效益和经济效益，市场前景广阔。
6.本发明提供了一种飞灰和渗滤液协同处理捕集烟气中二氧化碳并资源化的方法，包括以下步骤：
7.a)将飞灰、渗滤液、重金属固化剂、乳化剂和减水剂混合，得到浆液；
8.步骤a)中，所述重金属固化剂的成分包括膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶；
9.b)使用所述浆液捕集烟气中的co2，得到富碳浆液；
10.c)对所述富碳浆液进行脱水，得到改性飞灰。
11.优选的，步骤a)中，所述膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶的质量比为1：(0.5～2)：(0.3～1.5)：(2～3)：(3～7)。
12.优选的，步骤a)中，所述飞灰、渗滤液、重金属固化剂、乳化剂和减水剂的质量比为100：(50～100)：(5～20)：(0.5～2)：(0.1～0.5)。
13.优选的，步骤a)具体包括：
14.a1)将飞灰和重金属固化剂在部分渗滤液中混合，得到中间浆料；
15.a2)将所述中间浆料、乳化剂、减水剂与余量的渗滤液混合，得到浆液。
16.优选的，步骤a1)中，所述飞灰与部分渗滤液的质量比为100：(20～40)。
17.优选的，步骤b)中，所述捕集在超重力旋转填料床中进行。
18.优选的，步骤b)中，所述捕集的过程中烟气体积与浆液质量的比为(10～40)m3：1t。
19.本发明提供了一种改性飞灰，由上述技术方案所述的方法制备得到。
20.本发明提供了一种水泥组合物，包括：水泥和上述技术方案所述的改性飞灰。
21.优选的，所述改性飞灰在水泥组合物中的含量为40～60wt％。
22.与现有技术相比，本发明提供了一种飞灰和渗滤液协同处理捕集烟气中二氧化碳并资源化的方法和资源化产品。本发明提供的方法包括以下步骤：a)将飞灰、渗滤液、重金属固化剂、乳化剂和减水剂混合，得到浆液；步骤a)中，所述重金属固化剂的成分包括膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶；b)使用所述浆液捕集烟气中的co2，得到富碳浆液；c)对所述富碳浆液进行脱水，得到改性飞灰。本发明提供的技术方案先利用飞灰与渗滤液制成的混合浆液对烟气中的co2进行捕集，再对捕集co2后的富碳浆液进行脱水获得改性飞灰。该方法一方面降低了烟气中的co2含量，减少了碳排放；另一方面，通过co2与浆液的混合反应，能够固定飞灰中的部分重金属和渗滤液中的部分微量元素，降低了脱水后得到的改性飞灰的重金属溶出量；另外，在飞灰、渗滤液与co2混合反应的过程中，飞灰的性状还能得到一定程度的改善，从而使得到的改性飞灰后续在掺入水泥砂浆中时可以表现出更好的使用效果。在此基础上，本发明提供的技术方案还在浆液的制备过程中添加了重金属固化剂、乳化剂和减水剂，其中，重金属固化剂的添加能够进一步固定飞灰中的重金属以及改善飞灰性状，使得到的改性飞灰在掺入水泥砂浆后可以明显提高水泥砂浆的固化强度；而乳化剂的添加可以提高浆液稳定性，液体均匀分布在固体表面，提高碳捕集能力；减水剂的添加则可以进一步改善飞灰的性状，从而进一步强化改性飞灰掺入水泥砂浆后对水泥砂浆固化强度的提高效果。本发明提供的方法实现多种工业废弃物和污染物的综合处理，获得了具有较好再利用价值的改性飞灰，该方法兼顾良好的环境效益和经济效益，市场前景广阔。
具体实施方式
23.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明提供了一种飞灰和渗滤液协同处理捕集烟气中二氧化碳并资源化的方法，包括以下步骤：
25.a)将飞灰、渗滤液、重金属固化剂、乳化剂和减水剂混合，得到浆液；
26.b)使用所述浆液捕集烟气中的co2，得到富碳浆液；
27.c)对所述富碳浆液进行脱水，得到改性飞灰。
28.在本发明提供的方法中，步骤a)中，所述飞灰优选为垃圾焚烧产生的飞灰；所述飞灰的平均粒径优选为70～90μm，具体可为70μm、71μm、72μm、73μm、74μm、75μm、76μm、77μm、78μm、79μm、80μm、81μm、82μm、83μm、84μm、85μm、86μm、87μm、88μm、89μm或90μm；所述飞灰的密度优选为0.05～0.5g/cm3，具体可为0.05g/cm3、0.1g/cm3、0.15g/cm3、0.2g/cm3、0.25g/cm3、
0.3g/cm3、0.35g/cm3、0.4g/cm3、0.45g/cm3或0.5g/cm3。
29.在本发明提供的方法中，步骤a)中，所述渗滤液为垃圾渗滤液；所述渗滤液的ph值优选为6～7，具体可为6、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9或7；所述渗滤液的cod优选为7000～10000mg/l，具体可为7000mg/l、7500mg/l、8000mg/l、8500mg/l、8520mg/l、9000mg/l、9500mg/l或10000mg/l。
30.在本发明提供的方法中，步骤a)中，所述重金属固化剂的成分包括膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶。在本发明中，所述膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶的质量比优选为1：(0.5～2)：(0.3～1.5)：(2～3)：(3～7)；其中，所述膨润土与锂辉石粉的质量比具有可以为1:0.5、1:0.7、1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.7或1:2，最优选为1:1；所述膨润土与氧化镁的质量比具体可为1:0.3、1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.2或1:1.5，最优选为1:0.8；所述膨润土与粘土的质量比具体可为1:2、1:2.3、1:2.5、1:2.7或1:3，最优选为1:2.5；所述膨润土与硅铝胶的质量比具体可为1:3、1:4、1:5、1:6或1:7，最优选为1:5。
31.在本发明提供的方法中，步骤a)中，所述乳化剂包括但不限于三乙烯二胺、烷基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；其中，所述三乙烯二胺优选为山东鑫诚化工有限公司生产的工业级固胺；所述烷基酚聚氧乙烯醚的牌号优选为op-10，上述牌号的烷基酚聚氧乙烯醚由济南宇涛化工有限公司提供；所述壬基酚聚氧乙烯醚的牌号优选为np-10，上述牌号的壬基酚聚氧乙烯醚由沈阳兴和侨商贸有限公司提供。
32.在本发明提供的方法中，步骤a)中，所述减水剂包括但不限于聚羧酸系减水剂、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和萘系减水剂中的一种或多种；其中，所述聚羧酸系减水剂的型号优选为gh，上述型号的聚羧酸系减水剂由广西南宁高鸿和润建材科技有限责任公司提供；所述木质素磺酸钙和木质素磺酸钠优选由济南龙杰化工有限公司提供。
33.在本发明提供的方法中，步骤a)中，所述飞灰、渗滤液、重金属固化剂、乳化剂和减水剂的质量比优选为100：(50～100)：(5～20)：(0.5～2)：(0.1～0.5)；其中，所述飞灰与渗滤液的质量比具体可为100:50、100:55、100:60、100:65、100:70、100:75、100:80、100:85、100:90、100:95或100:100，最优选为100:80；所述飞灰与重金属固化剂的质量比更优选为100：(5～10)，具体可为100:5、100:6、100:7、100:8、100:9、100:10、100:11、100:12、100:13、100:14、100:15、100:16、100:17、100:18、100:19或100:20；所述飞灰与乳化剂的质量比具体可为100:0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2，最优选为100:0.8；所述飞灰与减水剂的质量比具体可为100:0.1、100:0.15、100:0.2、100:0.25、100:0.3、100:0.35、100:0.4、100:0.45或100:0.5，最优选为100:0.2。
34.在本发明提供的方法中，步骤a)中，所述混合的具体过程优选包括：
35.a1)将飞灰和重金属固化剂在部分渗滤液中混合，得到中间浆料；
36.a2)将所述中间浆料、乳化剂、减水剂与余量的渗滤液混合，得到浆液。
37.在本发明提供的上述具体过程中，步骤a1)中，所述飞灰与部分渗滤液的质量比优选为100：(20～40)，具体可为100:20、100:23、100:25、100:27、100:30、100:32、100:35、100:37或100:40，最优选为100:30。
38.在本发明提供的上述具体过程中，步骤a1)中，所述混合优选在搅拌条件下进行；所述混合的温度优选为15～35℃，具体可为15℃、20℃、25℃(室温)、30℃或35℃；所述混合的时间优选为3～5min，具体可为3min、3.5min、4min、4.5min或5min。
39.在本发明提供的上述具体过程中，步骤a2)中，所述混合优选在搅拌条件下进行；所述混合的温度优选为15～35℃，具体可为15℃、20℃、25℃(室温)、30℃或35℃；所述混合的时间优选为2～3min，具体可为2min、2.5min或3min。
40.在本发明提供的方法中，步骤b)中，所述捕集优选在超重力旋转填料床中进行，捕集过程中，浆液从超重力旋转填料床顶部泵入床芯并通过喷嘴均布在填料网上，烟气从超重力旋转填料床外壳侧面入口处通入，烟气与浆液在超重力旋转填料床内部充分接触并反应；所述超重力旋转填料床的转速优选设置为40～80r/min，具体可为40r/min、45r/min、50r/min、55r/min、60r/min、65r/min、70r/min、75r/min或80r/min。
41.在本发明提供的方法中，步骤b)中，捕集的过程中，所述烟气的温度优选为100～160℃，具体可为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃或160℃；所述浆液的温度优选为10～40℃，具体可为10℃、12℃、15℃、17℃、20℃、23℃、25℃、27℃、30℃、32℃、35℃、37℃或40℃；所述烟气体积与浆液质量的比(l/s)优选为(10～40)：1，具体可为10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1或40:1。
42.在本发明提供的方法中，步骤c)中，所述脱水的方式优选为离心脱水。
43.本发明提供的技术方案先利用飞灰与渗滤液制成的混合浆液对烟气中的co2进行捕集，再对捕集co2后的富碳浆液进行脱水获得改性飞灰。该方法一方面降低了烟气中的co2含量，减少了碳排放；另一方面，通过co2与浆液的混合反应，能够固定飞灰中的部分重金属和渗滤液中的部分微量元素，降低了脱水后得到的改性飞灰的重金属溶出量；另外，在飞灰、渗滤液与co2混合反应的过程中，飞灰的性状还能得到一定程度的改善，从而使得到的改性飞灰后续在掺入水泥砂浆中时可以表现出更好的使用效果。在此基础上，本发明提供的技术方案还在浆液的制备过程中添加了重金属固化剂、乳化剂和减水剂，其中，重金属固化剂的添加能够进一步固定飞灰中的重金属以及改善飞灰性状，使得到的改性飞灰在掺入水泥砂浆后可以明显提高水泥砂浆的固化强度；而乳化剂的添加可以提高浆液稳定性，液体均匀分布在固体表面，提高碳捕集能力；减水剂的添加则可以进一步强化改性飞灰掺入水泥砂浆后对水泥砂浆固化强度的提高效果。本发明提供的方法实现多种工业废弃物和污染物的综合处理，获得了具有较好再利用价值的改性飞灰，该方法兼顾良好的环境效益和经济效益，市场前景广阔。
44.本发明还提供了一种上述技术方案所述方法制备得到的改性飞灰。本发明提供的改性飞灰由本发明提供的上述方法制备获得，该改性飞灰的重金属溶出量低，掺入水泥砂浆中可以明显提高水泥砂浆的固化强度，具有环境效益和经济效益，市场前景广阔。
45.本发明还提供了水泥组合物，包括：水泥和上述技术方案所述的改性飞灰。其中，所述水泥包括但不限于硅酸盐水泥；所述改性飞灰在水泥组合物中的含量优选为40～60wt％，具体可为40wt％、45wt％、50wt％、55wt％或60wt％。本发明提供的水泥组合物掺入了本发明提供的改性飞灰，具有较高的固化强度，市场前景广阔。
46.为更清楚起见，下面通过以下实施例和对比例进行详细说明。
47.在本发明的下述实施例和对比例中，所采用的飞灰为生活垃圾焚烧产生的飞灰，粒径均值为79μm，密度为0.3g/cm3；
48.所采用的渗滤液焚烧厂内垃圾池产生的渗滤液，其ph值为6.7，cod为8520mg/l；
49.所采用的乳化剂为三乙烯二胺(山东鑫诚化工有限公司，工业级固胺)；
50.所采用的减水剂为聚羧酸系减水剂(广西南宁高鸿和润建材科技有限责任公司，gh型号)；
51.所采用的烟气中co2含量为11％，烟气温度为150℃。
52.实施例1
53.1)取100质量份的飞灰，5质量份重金属固化剂(成分包括膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶，质量比为1:1:0.8:2.5:5)，30质量份渗滤液混合，在室温下搅拌3～5min，得到中间浆料；
54.2)将所述中间浆料、50质量份渗滤液、0.8质量份乳化剂和0.2质量份减水剂混合，在室温下搅拌2～3min，得到浆液；
55.3)利用柱塞泵将浆液从超重力旋转填料床顶部泵入床芯，并通过喷嘴均布在填料网上；将烟气从超重力旋转填料床外壳侧面入口处通入，烟气与浆液的l/s(m3/t)设置为30；将超重力旋转填料床的转速设置为60r/min，在超重力旋转填料床内部，烟气与浆液之间充分接触并反应，得到富碳浆液；
56.4)富碳浆液经管道进入离心脱水设备，经过离心机脱水后，得到改性飞灰a。
57.实施例2
58.参照实施例1，其区别仅在于，将重金属固化剂的用量由5质量份调整为10质量份，得到改性飞灰b。
59.对比例1
60.参照实施例1，其区别仅在于，不添加重金属固化剂、乳化剂和减水剂，得到改性飞灰c。
61.对比例2
62.参照实施例1，其区别仅在于，将重金属固化剂由膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶的混合物替换为仅使用膨润土，用量为5质量份，得到改性飞灰d1。
63.对比例3
64.参照实施例1，其区别仅在于，将重金属固化剂由膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶的混合物替换为仅使用锂辉石粉，用量为5质量份，得到改性飞灰d2。
65.对比例4
66.参照实施例1，其区别仅在于，将重金属固化剂由膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶的混合物替换为仅使用氧化镁，用量为5质量份，得到改性飞灰d3。
67.对比例5
68.参照实施例1，其区别仅在于，将重金属固化剂由膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶的混合物替换为仅使用粘土，用量为5质量份，得到改性飞灰d4。
69.对比例6
70.参照实施例1，其区别仅在于，将重金属固化剂由膨润土、锂辉石粉、氧化镁、粘土和硅铝胶的混合物替换为仅使用硅铝胶，用量为5质量份，得到改性飞灰d5。
71.检测分析
72.1)将实施例1～2以及对比例1～6制备的改性飞灰进行检测，结果如表1所示：
73.表1改性飞灰的检测结果
[0074][0075][0076]
2)分别将实施例1～2以及对比例1～6制备的改性飞灰200kg、硅酸盐水泥(po42.5)200kg和水215kg混合，搅拌均匀，养护成型后进行强度检测，结果分别为：31.3mpa、37.8mpa、12.4mpa、23.2mpa、25.4mpa、28.1mpa、22.7mpa、24.1mpa。
[0077]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。