一种垃圾焚烧飞灰处理的一体化装置

本发明属于环保技术领域，特别涉及一种垃圾焚烧飞灰处理装置。

背景技术：

垃圾焚烧作为垃圾处理的手段，在我国发展非常迅速，但面临一些亟待解决的环境问题，其中就包括垃圾焚烧过程中产生的飞灰处理。飞灰是生活垃圾焚烧后，在热回收利用系统、烟气净化系统收集的粉状固体，主要产生于炉排焚烧炉和流化床焚烧炉，飞灰产生量分别占焚烧垃圾量的2％-5％和5％-10％。

飞灰的危害性主要表现为含有大量可浸出迁移的铅(pb)、砷(as)、镉(cd)、汞(hg)、铬(cr)等有害重金属及二噁英等有机致癌物。同时，飞灰中还含有丰富的钾钠元素(占总比重的15％-25％，城市生活垃圾焚烧飞灰中的钾元素含量占总比重的4％-12％，且主要以nacl、kcl的形式存在，只要经过简单的水洗蒸发工艺即可实现钠钾盐的资源化，对解决我国钾资源紧缺问题十分具有吸引力。由此可见，对飞灰进行无害化处理及资源化利用具有重要的现实意义与战略意义。

现有的飞灰处理方法主要有熔融/玻璃固化、水泥/石灰稳固化、等离子体熔融、溶剂提取重金属、化学药剂稳定化等方法。熔融/玻璃固化能有效处理重金属与二噁英等污染物，但1200℃以上熔融温度会使飞灰中的有机物、部分重金属及无机盐二次挥发，必须采取进一步尾气处理措施，从而增加系统复杂性和提高运行成本。水泥/石灰稳固化需要占用大量场地布置配套设施，而且一旦处理不当容易造成污染转移。等离子体熔融处理飞灰比较彻底，但该法设备要求高，耗电量大，处理成本极高，不适合规模化应用。溶剂提取重金属和化学药剂稳定化方法处理效果好，成本相对较低，但无法减少二噁英的绝对量，并且容易造成二次污染。由此可见，单一的处理方法或技术难以达到理想的处理效果或要求。

目前，飞灰无害化处理的关键问题主要有基于钠钾盐的脱盐、重金属稳定化以及二噁英等有机毒害物的去除等。

基于钠钾盐的脱盐技术，根据飞灰的特点及固有性质，通过简单的水洗工艺即可实现飞灰中钠钾盐的脱除，这一点在学术界与工业界均已成共识。韩大健等(韩大健，王文祥，孙水裕，等.2017.城市生活垃圾焚烧飞灰中钾盐浸出研究[j].环境科学学报，37(6):2223-2231)的研究表明，飞灰中的钾盐可以通过水洗、过滤、纯化、分步结晶的方式回收，kcl纯度可以达到90％以上，而且由于垃圾焚烧炉中需要喷入生石灰，所以飞灰的浸出液呈强碱性，其中的fe、ni、mg、zn、cu、pb等重金属很难溶出。

化学稳定法是稳定飞灰中重金属的一项有效技术，一般指通过加入化学药剂进行反应，使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性以及低毒性化合物的过程。化学稳定法的最大特点是无害化、效率高且增容少。如果选择合适性能和结构的稳定剂，还能够提高稳定化产物的长期稳定性，避免其二次浸出。目前，常用的稳定剂主要有无机稳定剂和有机稳定剂两大类。无机稳定剂包括磷酸盐、硫化物、绿矾、石灰、硅酸盐、铁酸盐等。有机稳定剂主要包括氨基硫代甲酸盐及其衍生物、有机多聚磷酸盐、巯基重金属捕获剂、edta接聚体和壳聚糖及其衍生物等。无机稳定剂来源广泛，价格相对便宜，但无机稳定剂处理的飞灰在酸性环境中其重金属仍容易浸出。有机稳定剂稳定重金属效果优于无机药剂，受环境ph影响较小，但有机稳定剂来源困难，使用成本高，或稳定过程需要加热从而增加能耗。因此，采用常规且廉价的无机稳定剂与有机稳定剂进行复配并用于稳定飞灰中的重金属成为发展趋势。

国内外关于二噁英的降解技术主要有：热降解、光降解、生物降解、碱催化降解、高级氧化技术降解和水热降解等。其中水热降解因其反应条件相对温和、反应设备相对简单、对设备腐蚀相对较轻等特点，采用水热法降解飞灰中二噁英的研究技术正逐渐兴起。但无论采用何种降解技术，一般都需要在现有的飞灰处理技术方案的基础上增加二噁英降解处理设备及相关辅助设备，从而占用更多场地并增加设备投入成本。

飞灰资源化利用主要分为两类途径：第一类是飞灰经过必要的无害化处理后，将飞灰作为某些产品的基材，包括水泥、混凝土、陶瓷轻骨料、筑路材料等；第二类是提取飞灰中的有效成分进而加以利用，例如飞灰中的重金属提取和钠、钾盐的提取等。第一类资源化途径实现了将飞灰作为一种新型材料加以利用，但无论是水泥、混凝土、陶瓷轻骨料、筑路材料等何种利用方式，都必须在飞灰处理工艺设备单元之外增加相应应用产品的生产单元，例如将飞灰作为水泥制品的基材，必须在飞灰处理单元之外增加布置水泥窑协同处置单元，而水泥窑生产装置将占用大量土地资源、增加投入和运行成本并极大地限制了飞灰作为基材的资源化利用途径。第二类资源化途径相对容易实施，特别是飞灰中的钾钠元素占总比重的15％-25％，城市生活垃圾焚烧飞灰中的钾元素含量占总比重的4％-12％，且主要以nacl、kcl的形式存在，只要经过简单的水洗蒸发工艺即可实现钠钾盐的资源化，对解决我国钾资源紧缺问题十分具有吸引力。而飞灰中的重金属含量相对较低，提取飞灰中的重金属无论是工艺成熟度方面还是经济可行性方面尚难满足工业化、规模化的条件。同时，在第二类飞灰资源化途径中，提取钠、钾盐即脱盐后，可大大减轻后续飞灰处理过程中的设备腐蚀问题及提高对重金属、二噁英处理的效果。

综上，飞灰无害化处理和资源化利用关键包含三部分处理单元，即飞灰水洗脱盐提取钠、钾盐工艺单元、二噁英等有机物降解工艺单元、稳定重金属工艺单元。经过这三个单元处理后的飞灰，在满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(gb16889-2008)规定的浸出浓度限值条件下，既可以直接进行填埋处理，也可以进一步按照第一类飞灰资源化利用的思路，将其作为合适产品的基材使用，由于已经经过脱盐、二噁英等有机物降解、稳定重金属处理，此时的飞灰作为基材使用的安全性、可靠性大大增强。然而，目前工业界在飞灰水洗脱盐、二噁英等有机物降解、重金属稳定的处理工艺及相关设备都是单独进行设计或简单地将几个处理单元进行串联，这就造成了处理系统复杂、占地面积大、维护技术要求高、投资运行成本高等问题，从而限制了规模化应用。

专利201520279423.1公开了一种垃圾焚烧飞灰稳固处理一体化装置，该装置解决飞灰稳固处理前飞灰、水泥、水、药剂等预混合的均匀性把控问题，但没有涉及飞灰水洗脱盐、二噁英等有机物降解及重金属稳定等内容。专利201811056635.8公开了一种垃圾飞灰处理装置、处理方法及硅酸盐制品，该方法通过高温熔融将垃圾飞灰中的重金属固化到硅酸盐制品中，并通过气体处理单元实现烟气的有效净化，实现无有害气体排出。但该方法的处理装置包括依次连通的进料单元、熔融单元、硅酸盐制品生产单元，硅酸盐制品生产单元更包含了离心机、喷洒机构、集棉机、固化炉、压延机等，且各设备前后连通错综复杂，专业程度高，设备购置及安装调试费用高，同时增加了占地面积，不易推广。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种垃圾焚烧飞灰回收钠钾盐的装置，以实现用较低的代价飞灰的资源化利用，便于推广，实现资源可持续发展。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种垃圾焚烧飞灰处理的一体化装置，包括水热反应系统和真空抽滤系统，其中：

所述水热反应系统包括水热反应腔室，水热反应腔室开设有飞灰浆料进口、进水口、进气口、出气口、冷却水入口、冷却水出口，所述飞灰浆料进口通过管路连接有浆料槽，水热反应腔室内设置有冷却水管和搅拌桨，冷却水管两端分别与冷却水入口、冷却水出口连接，搅拌桨由位于水热反应腔室顶部上方的电机驱动；水热反应腔室(101)连接有加热系统；

所述真空抽滤系统包括真空抽滤腔室，真空抽滤腔室内部通过滤膜分割为上层腔室和下层腔室，上层腔室一侧开设有取料口，上层腔室顶部与水热反应腔室的底部连通，其连接处设置有阀门，下层腔室通过管路连接有滤液收集槽；所述上层腔室与下层腔室之间通过管路连接，且该管路上设置有第一调节真空控制单元和第二调节真空控制单元，第一调节真空控制单元和第二调节真空控制单元之间的管路中设置有第五泵。

所述上层腔室通过管路与飞灰浆料进口连接，且该管路上设置有第三泵；所述下层腔室通过管路与进水口连接，且该管路上设置有第四泵。

所述水热反应腔室连接有加药系统。

所述加热系统为设置在水热反应腔室的底面及侧壁中的电加热丝。

所述水热反应腔室中设置有防爆片。

所述水热反应腔室中设置有在线ph计。

所述水热反应腔室中设置有压力传感器。

所述水热反应腔室中设置有温度传感器。

所述滤液收集槽包括第一滤液收集槽和第二滤液收集槽，第一滤液收集槽和第二滤液收集槽分别与下层腔室通过管路连接，且第一滤液收集槽的连接管路中设置有第一泵，第二滤液收集槽的连接管路中设置有第二泵。

有益效果：本发明提出的一体化装置，将三步处理飞灰的工艺步骤能够在一台装置得以实施，高度集成，大大减少了设备投入，简化了工艺及控制点，便于推广。

附图说明

图1为本发明的垃圾焚烧飞灰处理的一体化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种垃圾焚烧飞灰处理的一体化装置，包括水热反应系统1和真空抽滤系统2，其中：

水热反应系统包括水热反应腔室101，水热反应腔室101开设有飞灰浆料进口102、进水口103、进气口104、出气口105、冷却水入口106、冷却水出口107，飞灰浆料进口102通过管路连接有浆料槽108，水热反应腔室101内设置有冷却水管109和搅拌桨110，冷却水管109为蛇形排布，冷却水管109两端分别与冷却水入口106、冷却水出口107连接，搅拌桨110由位于水热反应腔室101顶部上方的电机111驱动；水热反应腔室101的底面及侧壁中设置有电加热丝112；水热反应腔室101中还设置有防爆片113、在线ph计114、压力传感器115、温度传感器116；水热反应腔室101连接有加药系统117；

真空抽滤系统2包括真空抽滤腔室201，真空抽滤腔室201内部通过滤膜202分割为上层腔室203和下层腔室204，上层腔室203一侧开设有取料口215，上层腔室203顶部与水热反应腔室101的底部连通，其连接处设置有阀门207，下层腔室204分别通过管路连接有第一滤液收集槽205和第二滤液收集槽206，且第一滤液收集槽205的连接管路中设置有第一泵208，第二滤液收集槽206的连接管路中设置有第二泵209；上层腔室203与下层腔室204之间通过管路连接，且该管路上设置有第一调节真空控制单元212和第二调节真空控制单元213，第一调节真空控制单元212和第二调节真空控制单元213之间的管路中设置有第五泵214；上层腔室203通过管路与飞灰浆料进口102连接，且该管路上设置有第三泵210；下层腔室204通过管路与进水口103连接，且该管路上设置有第四泵211。

其中，第一泵208、第二泵209、第三泵210均为适合输送浆料的泵种，如半闭式叶轮离心泵或涡流泵。

本发明的垃圾焚烧飞灰处理的一体化装置的使用方法如下：

一级水洗：配制固质量比为3～10的飞灰浆料于浆料槽108中，将浆料槽108中的飞灰浆料由飞灰浆料进口102送入水热反应腔室101，由进水口103通入水作为钠钾盐的洗涤液，保持水热反应腔室101内液固质量比20～30，进行水洗，条件为：搅拌速率为100～600r/min，反应温度为室温～90℃，水洗时间为10～30min；水洗完毕后，通过调节第一调节真空控制单元212同时关闭第二调节真空控制单元213，将真空抽滤腔室201的压力控制为10⁵～10^-1pa，打开阀门207，此时水热反应腔室101中的飞灰浆料在真空作用下，转移至上层腔室203，然后关闭阀门207；飞灰浆料进入上层腔室201后沉积于滤膜202上方并覆盖滤膜202(实际上此时形成了滤膜上下层的隔绝)，此时，通过调节第一调节真空控制单元212和第二调节真空控制单元之间213的开度，控制上层腔室203中的飞灰浆料经过滤膜202进入下层腔室204中的滤液的速率，此时，如有必要可以进行二级水洗，或者进行直接进行水热反应降解二噁英等有机毒害物。

二级水洗，在一级水洗后，将上层腔室203中的飞灰浆料通过第三泵210及管路重新送回水热反应腔室101，上层腔室203中的浆料不能过滤得太干，液固质量比不宜小于3；下层腔室204中的滤液通过第四泵211及管路，从进水口103重新送回水热反应腔室101内，或直接通过第一泵208及管路送到第一滤液收集槽205，后续可采用现有技术的方法通过蒸发结晶得到工业级钠盐、钾盐。如有必要，二级水洗完成后，可进行三级水洗，具体步骤同二级水洗。

水洗完成后，下层腔室204中的滤液放至第一滤液收集槽205。

水热反应：将水洗后的飞灰浆料送回水热反应腔室101，由进水口103通入水调节水热反应腔室101内液固质量比为3～10；由进气口104通入氮气或氩气以降低或排除水热反应腔室101内的氧气含量；由加药系统117添加碳酰肼水溶液，碳酰肼水溶液中，碳酰肼质量分数0.1％～0.5％。进行水热反应，条件为：搅拌速率为10～100r/min，反应温度为100～300℃，反应时间为1h～20h。此步骤中，通过水热反应降解二噁英等有机毒害物。

稳定重金属：水热反应完成后，通过冷却水管109将水热反应腔室内温度冷却；由加药系统117添加绿矾和二甲基二硫代氨基甲酸钠的混合水溶液，绿矾和二甲基二硫代氨基甲酸钠的混合水溶液中，绿矾质量分数为0.1％～10％，二甲基二硫代氨基甲酸钠质量分数为0.1％～5％。

进行反应，反应条件为：在90℃～室温，搅拌速率为50～200r/min，反应1h～20h，反应完成后在室温下养护1d～3d；反应完成后在室温下养护；完成后，通过调节第一调节真空控制单元212同时关闭第二调节真空控制单元213，将真空抽滤腔室201的压力控制为10⁵～10^-1pa，打开阀门207，此时水热反应腔室101中的飞灰浆料在真空作用下，转移至上层腔室203，关闭阀门207；飞灰浆料进入上层腔室203后沉积于滤膜202上方并覆盖滤膜202，此时，通过调节第一调节真空控制单元212和第二调节真空控制单元之间213的开度，将上层腔室203中的飞灰浆料经过滤膜202滤干，通过取料口215取出滤干后的飞灰残留，后续适当处理如填埋或作为合适产品的基材，下层腔室204中的滤液放至第二滤液收集槽206。

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。