专利名称：一种资源化处置垃圾焚烧飞灰的方法
技术领域：
本发明属于环保工程领域，特别涉及一种资源化处置垃圾焚烧飞灰的方法。
背景技术：
世界发达国家的城市生活垃圾多以焚烧的方式进行处置，中国则以填埋处置为主要方式。随着中国大城市居民生活水平的提高和城市现代化程度的提高，中国的城市垃圾处置正处在从以填埋为主向以焚烧为主的转型期。如果全国的城市垃圾有50％采用焚烧方法处置，则每年可以产生50～100万吨的垃圾焚烧飞灰。
由于垃圾焚烧过程中大量的二恶英和重金属会在飞灰中富集，因此国内外都把垃圾焚烧飞灰作为危险固体废弃物进行处置。垃圾焚烧飞灰中可溶性盐类一般占10％～25％，主要为氯化物、硫酸盐、碳酸盐等。飞灰中含有远远高于土壤背景值的重金属元素，主要有Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、As、Hg等目前认为对人体危害性较大的元素。目前还没有明确认识到危害性的Ba、Be、Co、Ni、Sb、Ag等元素也有明显的富集。其中Zn、Pb、Cr等元素的富集程度最高，一般可达500～5000mg/kg，最高可达50000mg/kg以上，相当于土壤一级环境质量标准的500倍以上。
垃圾焚烧飞灰中所富集的二恶英类物质是垃圾焚烧飞灰中毒性最强的物质。它的含量一般在0.98～4.5ngTEQ/g，最高可达10ngTEQ/g以上，是一般土壤背景值的100倍以上。
目前国内外处置垃圾焚烧飞灰的方法主要有集中密封填埋、玻璃态固化后再填埋、水泥固化后再填埋等技术。近几年中国的一些垃圾焚烧厂将垃圾焚烧飞灰进行一定的预处理后再加入一部分粘土烧制陶粒，用作节能建筑材料的原料。
上述处置方法中除了用于烧制陶粒外，都未能将垃圾焚烧飞灰进行资源化利用。而用于烧制陶粒则需要对垃圾焚烧飞灰进行初步除去易溶盐的处理，否则掺量受到很大限制或引起后序工艺不畅通。因为大量钾、钠离子会在陶粒的烧制过程中集中在窑炉的某些部位，腐蚀窑炉结构，并导致在陶粒煅烧的飞灰中二次富集。
发明内容
本发明目的是利用凝石技术体系，采用分散和固化相结合的原理来使垃圾焚烧飞灰中的有用组分最大限度地得到高值利用，从而实现垃圾焚烧飞灰的资源化。
目前凝石技术体系已趋于成熟。凝石的生产是利用具有火山灰活性的固体废弃物，包括粉煤灰、冶金渣、煤矸石、油页岩渣、预处理过的尾矿、黄河砂、城市建筑垃圾、以及天然火山灰等硅铝质物料，加入少量或不加水泥熟料，再配入1％～5％的成岩剂，经分别磨细再混均或一起混磨工艺制备而成的，能够在许多场合替代水泥来使用的硅铝基胶凝材料。凝石是基于仿地成岩原理制备而成的硅铝基胶凝材料。凝石仿地成岩理论的核心是“一个中心”，“两个效应”，即“硅中心稳定理论”，“硅的四配位同构化效应”和“复杂成岩流体多组份协同效应”。在凝石胶结硬化形成凝石混凝土的过程中，一方面由于成岩剂中含有多组份盐与初期溶解的主体硅铝物料共同构成具有多组份协同效应的复杂成岩流体，促进硅铝物料中的硅铝网络快速解聚；另一方面由于硅对铝以及其它三价和五价元素的四配位同构化效应，使成岩流体中的活泼一、二价离子逐步被固定在硅铝网络体的缺陷中以平衡电价。因此，凝石混凝土不但具有比普通硅酸盐水泥混凝土更强的固化一、二价离子的能力，还有着比普通硅酸盐水泥混凝土更好的化学稳定性和物理稳定性，其在自然界常见的酸、碱性环境和中性环境中的综合耐久性比水泥混凝土高10倍以上。
目前凝石在中国已经形成几十条生产线和数百万吨/年的生产规模。凝石的生产模式是成岩剂由专门的工厂相对集中生产，并运往凝石生产厂与主体硅铝物料混磨来生产凝石胶凝材料。这些凝石胶凝材料再出售给混凝土搅拌站制造混凝土或出售给其他建筑材料厂生产建筑材料(如砂浆、切块等)。
基于垃圾焚烧飞灰本身的物理化学特点和现有凝石胶凝材料及凝石混凝土生产的技术体系，本发明提出如下将垃圾焚烧飞灰进行资源化处置的方法 首先将垃圾焚烧飞灰运往凝石成岩剂的生产工厂作为生产凝石成岩剂的原料，然后对垃圾焚烧飞灰的成分进行化学分析，根据垃圾焚烧飞灰的成分，垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中配料重量百分比为1％～10％。这样垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中得到了10至100倍的稀释。
如上所述的垃圾焚烧飞灰是用于取代凝石成岩剂中的化工原料。取代方法是以相同化学成分等量取代。例如，当垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中配料重量百分比为5％时，如果垃圾焚烧飞灰中含有30％的CaO，则取代原成岩剂中CaO的量为30％×5％＝1.5％；如果垃圾焚烧飞灰中含有9％的NaCl，则取代原成岩剂中的NaCl量为9％×5％＝0.45％；如果垃圾焚烧飞灰中含有6％的KCl，则取代原成岩剂中的KCl量为6％×5％＝0.30％；其他成分依此类推。
将配制好的成岩剂运往凝石胶凝材料生产厂。凝石成岩剂在凝石胶凝材料的生产配料中的重量百分比为1％～5％。这样垃圾焚烧飞灰在凝石胶凝材料中所占的比例为0.1‰～5‰，即得到了200至10000倍的稀释。
凝石胶凝材料生产厂将产品出售给混凝土搅拌站用于生产凝石混凝土。凝石胶凝材料在凝石混凝土中所占重量百分比为10％～25％，因此垃圾焚烧飞灰在凝石混凝土中的比例为0.01‰～1.25‰，即相当于被稀释了800倍至100000倍，由此而使得由垃圾焚烧飞灰所带来的二恶英和重金属等有毒物质的含量低于土壤的背景值，因此不会引起任何环境污染。本发明适用于二恶英含量低于10ngTEQ/g，重金属含量不高于中华人民共和国土壤中重金属环境质量控制一级标准800倍的垃圾焚烧飞灰的资源化处置。
优点或积极效果 由于垃圾焚烧飞灰中含有大量的包括重金属在内的离子，都是在凝石混凝土硬化过程中形成“复杂成岩流体多组份协同效应”的有效成分，因此使用垃圾焚烧飞灰代替部分昂贵的化工原料来生产凝石成岩剂，不但能够使凝石成岩剂的原料成本下降1％～10％，还能够保持甚至提高凝石混凝土的综合性能。又由于凝石混凝土的抗溶出性能和抗渗性能均优于水泥混凝土，其综合耐久性是水泥混凝土的10倍以上。因此，可以彻底消除垃圾焚烧飞灰所带来的危害。
具体实施例方式 实施例1 将含有如表1所示重金属及二恶英含量的垃圾焚烧飞灰运往凝石成岩剂的生产厂，按重量百分比5％的配比取代凝石成岩剂中的化工原料。取代方法是主要的化学成分以相同化学成分等量取代。例如，当垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中配料重量百分比为5％时，如果垃圾焚烧飞灰中含有30％的CaO，则取代原成岩剂中CaO的量为30％×5％＝1.5％；如果垃圾焚烧飞灰中含有9％的NaCl，则取代原成岩剂中的NaCl量为9％×5％＝0.45％；如果垃圾焚烧飞灰中含有6％的KCl，则取代原成岩剂中的KCl量为6％×5％＝0.30％；其他成分依此类推。
表1 实施例1中垃圾焚烧飞灰中的主要重金属元素及二恶英的含量 在所生产的凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表2。
表2实施例1中凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰带入的主要重金属元素及二恶英含量 将所生产的凝石成岩剂运往凝石胶凝材料生产厂，凝石成岩剂按重量百分比5％的加入量与主体硅铝物料进行混合磨细生产凝石胶凝材料，所得凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表3。
表3 实施例1中凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石胶凝材料按每立方米混凝土400公斤凝石胶凝材料配制成C50凝石混凝土。所配制的混凝土密度为2.23t/m3，因此该混凝土中的凝石胶凝材料所占的重量百分比为400÷2230×100％＝17.94％。该凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰所带入的主要重金属元素及二恶英含量见表4。
表4 实施例1中凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石混凝土中主要重金属元素和二恶英的含量与表5和表6进行比较可知，由垃圾焚烧飞灰带入凝石混凝土的各主要重金属元素和二恶英的含量均低于我国土壤环境质量一级标准和国外几个国家居住地土壤中二恶英的控制标准。
表5中华人民共和国土壤中重金属环境质量控制一级标准(mg/kg) 表6 几个典型国家居住地土壤中二恶英的控制标准 实施例2 将含有如表7所示重金属及二恶英含量的垃圾焚烧飞灰运往凝石成岩剂的生产厂，按重量百分比10％的配比取代凝石成岩剂中的化工原料。取代方法是以相同化学成分等量取代。例如，如果垃圾焚烧飞灰中含有40％的CaO，则取代原成岩剂中CaO的量为40％×10％＝4％；如果垃圾焚烧飞灰中含有10％的NaCl，则取代原成岩剂中的NaCl量为10％×10％＝1％；如果垃圾焚烧飞灰中含有5％的KCl，则取代原成岩剂中的KCl量为5％×10％＝0.5％；其他成分依此类推。
表7 实施例2中垃圾焚烧飞灰中的主要重金属元素及二恶英的含量 在所生产的凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表8。
表8实施例2中凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰带入的主要重金属元素及二恶英含量 将所生产的凝石成岩剂运往凝石胶凝材料生产厂，凝石成岩剂按重量百分比5％的加入量与主体硅铝物料进行混合磨细生产凝石胶凝材料，所得凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表9。
表9实施例2中凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石胶凝材料按每立方米混凝土370公斤凝石胶凝材料配制成C40凝石混凝土。所配制的混凝土密度为2.18t/m3，因此该混凝土中的凝石胶凝材料所占的重量百分比为370÷2180×100％＝16.97％。该凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰所带入的主要重金属元素及二恶英含量见表10。
表10 实施例2中凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石混凝土中主要重金属元素和二恶英的含量与表5和表6进行比较可知，由垃圾焚烧飞灰带入凝石混凝土的各主要重金属元素和二恶英的含量均低中华人民共和国土壤环境质量控制一级标准和国外几个国家居住地土壤中二恶英的控制标准。
实施例3 将含有如表11所示重金属及二恶英含量的垃圾焚烧飞灰运往凝石成岩剂的生产厂，按重量百分比1％的配比取代凝石成岩剂中的化工原料，取代方法以相同化学成分等量取代。例如，如果垃圾焚烧飞灰中含有50％的CaO，则取代原成岩剂中CaO的量为50％×1％＝0.5％；如果垃圾焚烧飞灰中含有12％的NaCl，则取代原成岩剂中的NaCl量为12％×1％＝0.12％；如果垃圾焚烧飞灰中含有7％的KCl，则取代原成岩剂中的KCl量为7％×1％＝0.07％；其他成分依此类推。
表11实施例3中垃圾焚烧飞灰中的主要重金属元素及二恶英的含量 在所生产的凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表12。
表12实施例3中凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰带入的主要重金属元素及二恶英含量 将所生产的凝石成岩剂运往凝石胶凝材料生产厂，凝石成岩剂按重量百分比5％的加入量与主体硅铝物料进行混合磨细生产凝石胶凝材料，所得凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表13。
表13实施例3中凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石胶凝材料按每立方米混凝土480公斤凝石胶凝材料配制成C80凝石混凝土。所配制的混凝土密度为2.28t/m3，因此该混凝土中的凝石胶凝材料所占的重量百分比为480÷2280×100％＝21.1％。该凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰所带入的主要重金属元素及二恶英含量见表14。
表14实施例3中凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石混凝土中主要重金属元素和二恶英的含量与表5和表6进行比较可知，由垃圾焚烧飞灰带入凝石混凝土的各主要重金属元素和二恶英的含量均低中华人民共和国土壤环境质量控制一级标准和国外几个国家居住地土壤中二恶英的控制标准。
实施例4 将含有如表15所示重金属及二恶英含量的垃圾焚烧飞灰运往凝石成岩剂的生产厂，按重量百分比5％的配比取代凝石成岩剂中的化工原料，取代方法是以相同化学成分等量取代。例如，如果垃圾焚烧飞灰中含有37％的CaO，则取代原成岩剂中CaO的量为37％×5％＝1.85％；如果垃圾焚烧飞灰中含有14％的NaCl，则取代原成岩剂中的NaCl量为14％×5％＝0.70％；如果垃圾焚烧飞灰中含有3％的KCl，则取代原成岩剂中的KCl量为3％×5％＝0.15％；其他成分依此类推。
表15实施例4中垃圾焚烧飞灰中的重金属元素及二恶英的含量 在所生产的凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表16。
表16实施例4中凝石成岩剂中由垃圾焚烧飞灰带入的主要重金属元素及二恶英含量 将所生产的凝石成岩剂运往凝石胶凝材料生产厂，凝石成岩剂按重量百分比5％的加入量与主体硅铝物料进行混合磨细生产凝石胶凝材料，所得凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰所带来的重金属元素及二恶英的含量见表17。
表17实施例4中凝石胶凝材料中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石胶凝材料按每立方米混凝土350公斤凝石胶凝材料配制成C30凝石混凝土。所配制的混凝土密度为2.13t/m3，因此该混凝土中的凝石胶凝材料所占的重量百分比为350÷2130×100％＝16.43％。该凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰所带入的主要重金属元素及二恶英含量见表18。
表18实施例4中凝石混凝土中由垃圾焚烧飞灰带入的的主要重金属元素及二恶英含量 将上述凝石混凝土中主要重金属元素和二恶英的含量与表5和表6进行比较可知，由垃圾焚烧飞灰带入凝石混凝土的各主要重金属元素和二恶英的含量均低中华人民共和国土壤环境质量控制一级标准和国外几个国家居住地土壤中二恶英的控制标准。
权利要求
1.一种资源化处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征是将垃圾焚烧飞灰运往凝石成岩剂的生产工厂作为生产凝石成岩剂的原料，先对垃圾焚烧飞灰的成分进行化学分析，根据垃圾焚烧飞灰的成分，垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中配料重量百分比为1％～10％；垃圾焚烧飞灰是用于取代凝石成岩剂中的化工原料；取代方法是以相同化学成分等量取代。
2.如权利要求1所述资源化处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征是将配制好的成岩剂运往凝石胶凝材料生产厂，用于凝石胶凝材料的生产，凝石成岩剂在凝石胶凝材料的生产配料中的重量百分比为1％～5％。
3.如权利要求2资源化处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征是凝石胶凝材料用于生产凝石混凝土；凝石胶凝材料在凝石混凝土中所占重量百分比为10％～25％，因此垃圾焚烧飞灰在凝石混凝土中的比例为0.01‰～1.25‰，即相当于被稀释了800倍至100000倍，由此而使得由垃圾焚烧飞灰所带来的二恶英和重金属等有毒物质的含量低于土壤的背景值，因此不会引起任何环境污染。
4.如权利要求1所述的资源化处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征是适用于二恶英含量低于10ngTEQ/g，重金属含量不高于中华人民共和国土壤中重金属环境质量控制一级标准800倍的垃圾焚烧飞灰的资源化处置。
全文摘要
本发明涉及一种资源化处置垃圾焚烧飞灰的方法。其特征是将垃圾焚烧飞灰作为生产凝石成岩剂的原料，根据垃圾焚烧飞灰的成分，垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中配料重量百分比为1％～10％。将配制好的成岩剂用于生产凝石胶凝材料，凝石成岩剂在凝石胶凝材料的生产配料中的重量百分比为1％～5％。凝石胶凝材料又用于生产凝石混凝土。凝石胶凝材料在凝石混凝土中所占重量百分比为10％～25％。层层稀释下来，垃圾焚烧飞灰在凝石混凝土中的比例为0.01‰～1.25‰，即相当于被稀释了800倍至100000倍。最终凝石混凝土中的重金属和二恶英的含量均低于土壤的背景值，不会引起任何的环境污染，可以彻底消除垃圾焚烧飞灰所带来的危害，从而使垃圾飞灰得到资源化处置。
文档编号B09B3/00GK101121578SQ20071011871
公开日2008年2月13日 申请日期2007年7月12日 优先权日2007年7月12日
发明者文 倪, 张玉燕, 谭园园, 刘凤梅, 曼 丁, 真 张 申请人:北京科技大学