一种垃圾焚烧飞灰与印染废液的协同处理方法与流程

本发明涉及工业污染物处置及资源化利用
技术领域：
，尤其涉及一种垃圾焚烧飞灰与印染废液的协同处理方法。
背景技术：
：纺织、化妆、食品等领域在生产过程中易产生大量的有机印染废液。通常印染废液排放量大且含有多种有毒有害的、降解难度较大的有机染料，会对周边生态环境造成不可逆的破坏且危害居民健康，印染废水还可通过地表着色的方式阻挡光合细菌和水生植物进行光合作用，干扰生态平衡。目前处理印染废液的技术主要包括吸附法、生物法、光催化法和化学高级氧化法。吸附法易产生大量的危险固体废弃物，不仅会造成二次污染且危险固体废弃物还需深度处理。生物法工艺占地面积较大且存在处置周期长、有机物降解效率低、活性污泥更替频次高等问题。光催化法不适用于高浓度有机印染废液且存在对光源依赖度高、催化剂流失量大、催化剂易中毒等问题。化学高级氧化法需向印染废液中投掷多种化学试剂，过量的化学试剂易残留在印染废液中从而将新的污染物引入印染废液中。随着城市垃圾产量的显著增加，垃圾焚烧飞灰的堆存量和待处理量也急剧扩增。垃圾焚烧飞灰中含有大量的氯和钙，具有一定的氧化特性和胶凝特性，因此常被用于制备烧结陶粒，但在制备烧结陶粒过程中，飞灰中的氯易挥发造成尾气污染且造成水泥窑或烧结窑腐蚀。另外，利用焚烧飞灰制备的烧结陶粒强度较低，飞灰陶粒烧结过程中较难出孔，堆积密度较高。目前印染废液和垃圾焚烧飞灰的无害化处理得到广大研究人员的关注，且进行了大量的试验研究。但现有的处理工艺除了存在上述描述的问题外，印染废液和垃圾焚烧飞灰都是单独进行无害化处理的，没有同时一起处理的方法，导致单独处理成本高，耗费耗时。技术实现要素：发明目的：针对以上问题，本发明提出一种可以同步实现垃圾焚烧飞灰与印染废液处理的方法，在高效去除印染废液中有机物的同时，还能够解决回收飞灰所制备的烧结陶粒强度低和堆积密度较高的问题。技术方案：本发明所述的一种垃圾焚烧飞灰与印染废液的协同处理方法，包括以下步骤：(1)将水和垃圾焚烧飞灰混合搅拌，倒入电动装置样品区进行通电处置；(2)收集步骤(1)中电动阳极室气体，将其通入低温等离子体照射装置中作为作用气氛，对印染废液进行低温等离子体照射处置，随后关闭电动装置和低温等离子照射装置，获得初级印染废液处置液；(3)将步骤(1)中电动装置近阴极样品区的飞灰挖出，得近阴极飞灰浆，将磷酸钠、氢氧化铝和近阴极飞灰浆混合搅拌，进行低温等离子体照射，烘干、研磨、过筛，得阴极飞灰吸附剂；(4)将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合搅拌，固液分离，得到印染废液净化液和有机飞灰浆，将有机飞灰浆制粒，烘干，烧结，冷却后得飞灰基烧结陶粒。其中，述步骤(1)中水和垃圾焚烧飞灰的液固比为0.5～1.5:1，混合后搅拌0.5～1.5h；通电处置的电压梯度为0.5～3.0v/cm，进一步优选为0.5～2.5v/cm。所述步骤(2)中低温等离子体照射的作用时间为2～6h，作用电压为5～55kv。所述步骤(3)中磷酸钠、氢氧化钠和近阴极飞灰浆的质量比为3～15:5～17.5:100，进一步优选为3～12:5～15:100；低温等离子体照射的作用时间为2～4h，作用电压为5～55kv，作用气氛为空气；低温等离子体照射后在50～150℃下烘干，研磨后过200～400目筛。所述步骤(4)中阴极飞灰吸附剂与初级印染废液的固液比为10～50:1；有机飞灰制粒后，在50～150℃下烘干，在800～1200℃下烧结12～24min。步骤(1)电动启动后，水分子在阳极分解，形成氧气和氢离子。氢离子可促使飞灰中的钙离子和氯离子高效地转移到电动样品槽的孔隙液中。在电迁移作用下，氯离子向阳极方向迁移，而钙离子向阴极方向迁移。氯离子到达阳极表面后失去电子氧化形成氯气。因此，电动阳极室产生的气体为氯气和氧气混合气体，电动结束后近阴极样品区飞灰的钙含量有所提升。步骤(2)在低温等离子体放电通道中，氯气和氧气发生电离和解离，生成氯自由基、氧自由基、臭氧。同时，部分氯气溶解到印染废液中生成次氯酸。氯自由基、氧自由基、臭氧和次氯酸通过协同强氧化作用高效降解印染废液中的有机物。步骤(3)将磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆混合后，磷酸钠可与飞灰中的重金属反应生成磷酸盐沉，氢氧化铝吸附在飞灰颗粒表面。在低温等离子体放电通道中，空气中的氧气发生电离和解离，生成氧自由基和臭氧。氧自由基和臭氧可诱发磷酸钠和飞灰中的钙离子反应生成羟基磷灰岩并且可通过强氧化作用促进氢氧化铝水解聚合，生成聚合氯化铝盐。步骤(4)将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合后，通过聚合氯化铝的网捕卷扫和羟基磷灰岩的交换作用，初级印染废液中残余的有机物被快速吸附到飞灰颗粒中。在高温烧结过程中，飞灰颗粒中吸附的有机物发生氧化分解从而产生汽化作用，使得制备的烧结陶粒密度降低。有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点是：(1)本发明通过电动技术将飞灰中的氯离子转化为氯气，并通过低温等离子体技术将氯气转化为氯自由基，从而实现飞灰中氯离子的转移、转化与应用，可以同时实现印染废液的净化和垃圾焚烧飞灰的资源化利用；(2)本发明可高效去除印染废液中99％cod；(3)所制备的飞灰烧结陶粒堆积密度相比常规飞灰烧结陶粒降低79％，桶压强度最高可提高61％。附图说明图1是本发明的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。印染废液说明：印染废液取自绍兴上虞某经编印染企业的废液收集池，主要含有1789mg/lcod的罗丹明b和1542mg/lcod的孔雀绿。垃圾焚烧飞灰来源及成分说明：垃圾焚烧飞灰取自重庆某垃圾焚烧发电厂，为布袋除尘器收集。垃圾焚烧飞灰样中含有64.31％cao、8.02％so3、7.22％na2o、5.23％k2o、5.05％sio2、2.67％mgo、2.33％fe2o3、2.26％al2o3、0.91％zno、0.85％tio2、0.63％pbo、0.52％p2o5。实施例1电压梯度对印染废液净化和所制备陶粒性能的影响垃圾焚烧飞灰与印染废液的协同处理：按照水和垃圾焚烧飞灰液固比0.5:1(ml:mg)将水和垃圾焚烧飞灰混合，搅拌0.5小时，随后倒入电动装置样品区，接通电源进行通电处置，其中电源为直流恒压电源，通电电压梯度分别设置为0.25v/cm、0.35v/cm、0.45v/cm、0.5v/cm、1.5v/cm、2.5v/cm、2.6v/cm、2.8v/cm、3.0v/cm；收集电动阳极室气体并通入低温等离子体照射装置作为作用气氛，开启低温等离子体照射装置对印染废液进行处置2小时，随后关闭电动装置和低温等离子体照射装置，获得初级印染废液处置液，其中低温等离子体照射作用电压为5kv；将电动装置近阴极样品区的飞灰挖出，得到近阴极飞灰浆，按照磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比3:5:100将磷酸钠、氢氧化铝和近阴极飞灰浆混合，搅拌均匀，进行低温等离子体照射2小时，在50℃条件下烘干，研磨成粉并过200目筛，得到阴极飞灰吸附剂，其中低温等离子体照射的作用气氛为空气，作用电压为5kv；按照固液比10:1(g:l)将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合，搅拌0.5小时，离心进行固液分离，得到印染废液净化液和有机飞灰浆，将有机飞灰浆制粒，50℃条件下烘干，随后在800℃条件下烧结12分钟，冷却后获得飞灰基烧结陶粒。cod浓度检测及cod去除率的计算：印染废液中化学需氧量cod浓度按照国家标准《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(gb11914-1989)进行测定。cod去除率按照公式(1)计算，其中rcod为cod去除率，c0和ct分别为印染废液处置前和处置后的cod浓度(mg/l)。对比烧结陶粒的制备：取未处置的垃圾焚烧飞灰制粒，随后在800℃条件下烧结12分钟，冷却后获得对比烧结陶粒。桶压强度和堆积密度测试：烧结陶粒的桶压强度和堆积密度按照《轻集料及其试验方法第1部分轻集料》(gb-t17431.1-2010)执行测定。强度提高百分比计算：强度提高百分比按照公式(2)进行计算，其中ps为本发明同组飞灰基烧结陶粒桶压强度(mpa)，pc为对比烧结陶粒桶压强度(mpa)。堆积密度降低百分比计算：堆积密度降低百分比按照公式(3)进行计算，其中ds为本发明同组飞灰基烧结陶粒堆积密度(kg/m3)，dc为对比烧结陶粒堆积密度(kg/m3)。本发明实施例试验结果见表1。表1电压梯度对印染废液净化和所制备陶粒性能的影响电压梯度rcodp％d％0.25v/cm71.49％26.58％32.52％0.35v/cm76.25％31.93％40.64％0.45v/cm85.27％39.45％48.27％0.5v/cm92.76％46.78％57.95％1.5v/cm94.58％49.83％63.42％2.5v/cm95.29％54.62％68.81％2.6v/cm95.34％54.93％69.23％2.8v/cm95.72％55.14％69.48％3.0v/cm96.02％55.76％69.75％由表1可看出，当电压梯度小于0.5v/cm(如表1中，电压梯度＝0.45v/cm、0.35v/cm、0.25v/cm时以及表1中未列举的更低值)，氯离子及钙离子迁移效率降低，同时阳极表面水解及氯离子氧化产生的氧气和氯气混合气体减少，低温等离子体处置过程中印染废液中有机物氧化降解速率降低，同时阴极飞灰吸附剂中的羟基磷灰岩产量减少，阴极飞灰吸附剂吸附性能下降，烧结过程中飞灰中可分解有机物减少，导致印染废液中cod去除率、烧结陶粒强度提高百分比、烧结陶粒堆积密度降低百分比均随着电压梯度减小而显著降低。当电压梯度等于0.5～2.5v/cm(如表1中，电压梯度＝0.5v/cm、1.5v/cm、2.5v/cm时)，电动启动后，水分子在阳极分解，形成氧气和氢离子。氢离子可促使飞灰中的钙离子和氯离子高效地转移到电动样品槽的孔隙液中。在电迁移作用下，氯离子向阳极方向迁移，而钙离子向阴极方向迁移。氯离子到达阳极表面后失去电子氧化形成氯气。因此，电动阳极室产生的气体为氯气和氧气混合气体，电动结束后近阴极样品区飞灰的钙含量有所提升。在低温等离子体放电通道中，氯气和氧气发生电离和解离，生成氯自由基、氧自由基、臭氧。同时，部分氯气溶解到印染废液中生成次氯酸。氯自由基、氧自由基、臭氧和次氯酸通过协同强氧化作用高效降解印染废液中的有机物。氧自由基和臭氧可诱发磷酸钠和飞灰中的钙离子反应生成羟基磷灰岩并且可通过强氧化作用促进氢氧化铝水解聚合，生成聚合氯化铝盐。将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合后，通过聚合氯化铝的网捕卷扫和羟基磷灰岩的交换作用，初级印染废液中残余的有机物被快速吸附到飞灰颗粒中。在高温烧结过程中，飞灰颗粒中吸附的有机物发生氧化分解从而产生汽化作用，使得制备的烧结陶粒密度降低。最终，印染废液cod去除率均大于92％、烧结陶粒的强度提高百分比均大于46％、烧结陶粒的堆积密度降低百分比均大于57％。当电压梯度大于2.5v/cm(如表1中，电压梯度＝2.6v/cm、2.8v/cm、3.0v/cm时以及表1中未列举的更高值)，印染废液中cod去除率、烧结陶粒强度提高百分比、烧结陶粒堆积密度降低百分比均随着电压梯度的进一步增加变化不显著。综合而言，结合效益与成本，当电压梯度等于0.5～2.5v/cm时，最有利于净化印染废液和提高所制备陶粒性能。实施例2磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比对印染废液净化和所制备陶粒性能的影响垃圾焚烧飞灰与印染废液的协同处理：按照水和生活垃圾焚烧飞灰液固比1:1(ml:mg)将水和垃圾焚烧飞灰混合，搅拌1小时，随后倒入电动装置样品区，接通电源进行通电处置，其中电源为直流恒压电源，通电电压梯度为2.5v/cm；收集电动阳极室气体并通入低温等离子体照射装置作为作用气氛，开启低温等离子体照射装置对印染废液进行处置4小时，随后关闭电动装置和低温等离子体照射装置，获得初级印染废液处置液，其中低温等离子照射作用电压为30kv；将电动装置近阴极样品区的飞灰挖出，得到近阴极飞灰浆，按照磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比3:2.5:100、3:3.5:100、3:4.5:100、1.5:5:100、2:5:100、2.5:5:100、3:5:100、7.5:5:100、12:5:100、3:10:100、7.5:10:100、12:10:100、3:15:100、7.5:15:100、12:15:100、13:15:100、14:15:100、15:15:100、12:15.5:100、12:16.5:100、12:17.5:100将磷酸钠、氢氧化铝和近阴极飞灰浆混合，搅拌均匀，进行低温等离子照射3小时，在100℃条件下烘干，研磨成粉并过300目筛，得到阴极飞灰吸附剂，其中低温等离子体作用气氛为空气，作用电压为30kv；按照固液比30:1(g:l)将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合，搅拌1小时，离心进行固液分离，得到印染废液净化液和有机飞灰浆，将有机飞灰浆制粒，100℃条件下烘干，随后在1000℃条件下烧结18分钟，冷却后获得飞灰基烧结陶粒。对比烧结陶粒：取未处置垃圾焚烧飞灰制粒，随后在1000℃条件下烧结18分钟，冷却后获得对比烧结陶粒。cod浓度检测及cod去除率的计算、桶压强度和堆积密度测试、强度提高百分比计算、堆积密度降低百分比计算均同实施例1。本发明实施例试验结果见表2。表2磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比对印染废液净化和所制备陶粒性能的影响由表2可看出，当磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比小于3:5:100(如表2中，磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比＝3:2.5:100、3:3.5:100、3:4.5:100、1.5:5:100、2:5:100、2.5:5:100时以及表2中未列举的更低比值)，磷酸钠和氢氧化铝掺量较少，阴极飞灰吸附剂中羟基磷灰岩和聚合氯化铝盐生成量减少，烧结过程中飞灰中可分解有机物减少，导致印染废液中cod去除率、烧结陶粒强度提高百分比、烧结陶粒堆积密度降低百分比均随着磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比减小而显著降低。当磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比等于3～12:5～15:100(如表2中，磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比＝3:5:100、7.5:5:100、12:5:100、3:10:100、7.5:10:100、12:10:100、3:15:100、7.5:15:100、12:15:100时)，将磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆混合后，磷酸钠可与飞灰中的重金属反应生成磷酸盐沉，氢氧化铝吸附在飞灰颗粒表面。在低温等离子体放电通道中，空气中的氧气发生电离和解离，生成氧自由基和臭氧。氧自由基和臭氧可诱发磷酸钠和飞灰中的钙离子反应生成羟基磷灰岩并且可通过强氧化作用促进氢氧化铝水解聚合，生成聚合氯化铝盐。将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合后，通过聚合氯化铝的网捕卷扫和羟基磷灰岩的交换作用，初级印染废液中残余的有机物被快速吸附到飞灰颗粒中。在高温烧结过程中，飞灰颗粒中吸附的有机物发生氧化分解从而产生汽化作用，使得制备的烧结陶粒密度降低。最终，印染废液cod去除率均大于95％、烧结陶粒的强度提高百分比均大于54％、烧结陶粒的堆积密度降低百分比均大于69％。当磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比大于12:15:100(如表2中，磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比＝13:15:100、14:15:100、15:15:100、12:15.5:100、12:16.5:100、12:17.5:100时以及表2中未列举的更高比值)，印染废液中cod去除率、烧结陶粒强度提高百分比、烧结陶粒堆积密度降低百分比均随着磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比的进一步增加变化不显著。综合而言，结合效益与成本，当磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比等于3～12:5～15:100时，最有利于净化印染废液和提高所制备陶粒性能。实施例3阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比对印染废液净化和所制备陶粒性能的影响垃圾焚烧飞灰与印染废液的协同处理：按照水和生活垃圾焚烧飞灰液固比1.5:1(ml:mg)将水和垃圾焚烧飞灰混合，搅拌1.5小时，随后倒入电动装置样品区，接通电源进行通电处置，其中电源为直流恒压电源，通电电压梯度为2.5v/cm；收集电动阳极室气体并通入低温等离子体照射装置作为作用气氛，开启低温等离子照射装置对印染废液进行处置6小时，随后关闭电动装置和低温等离子照射装置，获得初级印染废液处置液，其中低温等离子照射作用电压为55kv；将电动装置近阴极样品区的飞灰挖出，得到近阴极飞灰浆，按照磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆质量比12:15:100将磷酸钠、氢氧化铝、近阴极飞灰浆混合，搅拌均匀，进行低温等离子照射4小时，在150℃条件下烘干，研磨成粉并过400目筛，得到阴极飞灰吸附剂，其中低温等离子体作用气氛为空气，作用电压为55kv，按照固液比5:1、7:1、9:1、10:1、30:1、50:1、51:1g/l、53:1、55:1(g:l)将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合，搅拌1.5小时，离心进行固液分离，得到印染废液净化液和有机飞灰浆，将有机飞灰浆制粒，150℃条件下烘干，随后在1200℃条件下烧结24分钟，冷却后获得飞灰基烧结陶粒。对比烧结陶粒：取未处置垃圾焚烧飞灰制陶粒，随后在1200℃条件下烧结24分钟，冷却后获得对比烧结陶粒。cod浓度检测及cod去除率的计算、桶压强度和堆积密度测试、强度提高百分比计算、堆积密度降低百分比计算均同实施例1。本发明实施例试验结果见表3。表3阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比对印染废液净化和所制备陶粒性能的影响由表3可看出，当阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比小于10:1(g:l)(如表3中，阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比＝9:1、7:1、5:1(g:l)时以及表3中未列举的更低比值)，阴极飞灰吸附剂添加量较少，总的有机污染物吸附量较少，但单位吸附剂从初级印染废液处置液中吸附有机污染物较多，烧结过程中飞灰中可分解有机物过多，导致印染废液中cod去除率和烧结陶粒强度提高百分比随着阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比减小而显著减低，烧结陶粒堆积密度降低百分比随着阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比减小变化不显著。当阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比等于10～50:1(g:l)(如表3中，阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比＝10:1、30:1、50:1(g:l)时)，阴极飞灰吸附剂添加量适量，将阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液混合后，通过聚合氯化铝的网捕卷扫和羟基磷灰岩的交换作用，初级印染废液中残余的有机物被快速吸附到飞灰颗粒中。在高温烧结过程中，飞灰颗粒中吸附的有机物发生氧化分解从而产生汽化作用，使得制备的烧结陶粒密度降低。最终印染废液cod去除率均大于96％，而烧结陶粒的强度提高百分比和烧结陶粒的堆积密度降低百分比变化不显著。当阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比大于50:1(g:l)(如表3中，阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比＝51:1、53:1、55:1(g:l)时以及表3中未列举的更高比值)，阴极飞灰吸附剂添加过量，印染废液中cod去除率和烧结陶粒强度提高百分比均随着阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比进一步增加变化不显著，而烧结陶粒堆积密度随着阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比进一步增加而显著降低。综合而言，结合效益与成本，当阴极飞灰吸附剂和初级印染废液处置液固液比等于10～50:1(g:l)时，最有利于净化印染废液和提高所制备陶粒性能。当前第1页12