一种飞灰脱毒处理设备

1.本实用新型属于飞灰处理技术领域，具体涉及一种飞灰脱毒处理设备。


背景技术：

2.近年来，随着中国经济的快速发展，城镇化进程的加快，生活垃圾的产生量和堆积量逐年增加。实现生活垃圾的无害化、减量化和资源化是破解“垃圾围城”难题的关键。焚烧不仅具有减小体积高达90％、减小重量超过75％的优势，而且对污染物分解彻底、无害化程度高，同时垃圾焚烧还可以产生热能以供使用，并逐渐成为主流的处理技术。据统计，我国生活垃圾焚烧处理能力达到29.81万吨/日，且表现出继续增长态势。假设按照垃圾焚烧飞灰产生量占垃圾处理总量的3％计算，数量极其庞大。焚烧飞灰中含有多种复合的污染物，包括溶解性的氯盐(nacl和kcl)、挥发性的重金属(hg、cd、pb、as、cr、 cu和zn)以及强毒性的pcdd/fs。若不经处理直接排放，各类污染物通过各种渠道释放到环境介质(如大气、水体、土壤)中，进而产生较大的环境风险，不仅破坏原有生态系统的平衡，而且还严重威胁着人类的生命安全。我国于 2008年将飞灰列入《国家危险废物名录》，危险废物编号为hw18，规定其必须经无害化脱毒处理方可进行填埋或后续资源化应用。另一方面，在我国，通过厌氧发酵发酵将有机固废转化为甲烷工艺已经得到广泛应用，由此带来残余物沼渣的产量巨大。沼渣含有大量的植物生长的养分如有机物、n、p、k 和微量元素等，同时也含有污染环境的物质。沼渣未经合理的处理直接土地利用有如下潜在的风险：一是未经腐熟的沼渣会与农作物争夺土壤中的氧气，影响作物的根系发育；二是沼渣中可能含有抗生素、重金属和病原菌等有毒有害物质，直接土地利用存在安全风险。此外，沼渣含水率高、粘度大、脱水困难等因素直接影响资源化利用。因此，沼渣的高效脱水干化、减量化处理和资源化利用已成为沼气工程产业化推广亟待解决的技术瓶颈问题。
3.关于飞灰的处理，cn104607434a公开了一种生活垃圾焚烧飞灰固化方法，将垃圾焚烧飞灰、碳酸锶废渣、碳酸钾和水泥按质量份 (40～50):(25～38):(3～6):(15～25)混合，经固化养护得到可以直接填埋的固化体。该方法是将碳酸锶废渣作为固化飞灰的重要原料，从而减少水泥用量。 cn105585288a公开了一种垃圾焚烧飞灰的稳定固化剂及处理城市生活垃圾焚烧飞灰的方法，所述稳定固化剂由重金属稳定剂、水和水泥组成。该方法主要目标是减少水泥用量和固化块增容比。cn101972766a公开了一种垃圾焚烧飞灰固化/稳定化处理方法，将重金属稳定剂与水充分配置成溶液，再将上述溶液与垃圾焚烧飞灰及少量的水泥混合搅拌、养护。该方法实现的目标是飞灰双效稳定的同时具有一定的强度以利于埋场填埋。cn104492024a公开了一种垃圾焚烧飞灰处理方法，采用氧化钙和磷酸氢二钠通过形成致密网状胶结物而实现垃圾焚烧飞灰的固化，提高飞灰固化体的强度，使飞灰污染物钝化，采用氯化铁对飞灰灰浆进行稳定化，通过形成磷铁稳定的化合物，减小飞灰固化体中磷的释放。然而，该方法成本相对较高。
4.关于沼渣的处理，cn107469768a公开了一种畜禽粪沼渣生物炭的制备，以畜禽粪沼渣为原材料，通过限氧慢速热解炭化制得畜禽粪沼渣生物炭。 cn109809403a公开了将厌
氧发酵沼渣经干燥、粉碎后，在惰性气体氛围下与活化剂混合、共磨，置于惰性气体氛围，于500～800℃温度条件下进行活化，经冷却，得到活化的沼渣生物炭漂洗至中性，得到沼渣基活性炭。 cn107469768a公开了一种畜禽粪沼渣生物炭/锰氧化物复合材料及其制备方法，以畜禽粪沼渣为原材料，采用限氧慢速热解炭化，制得畜禽粪沼渣生物炭；将畜禽粪沼渣生物炭，先经过盐酸去灰烘干，再浸渍于高锰酸钾溶液中并超声处理，得到畜禽粪沼渣生物炭/锰氧化物复合材料，用于处理含重金属/抗生素复合污染物的水体。上述方法仅涉及沼渣单独处置，工序相对复杂，成本较高，且并不涉及利用沼渣实现飞灰的脱毒处理，也不涉及利用飞灰来调理沼渣。
5.关于沼渣与飞灰的混合处理，cn107497094a公开了一种利用沼渣处理垃圾焚烧飞灰的方法，首先将飞灰转移至堆场中，再在堆场内铺设防渗层，底部铺设导流材料，其上部铺设沼渣、碳源、硫酸盐、营养添加剂及飞灰的混合层，混合层上部放置含钛材料与纳米铁材料的混合层；在运行过程中，不定期从堆场上部注碳源溶液，不定期将渗滤液通过底部导流材料收集至渗滤液收集系统中，随后将渗滤液回流至堆场顶部进行喷洒回灌。采用该方法处理飞灰，可以将飞灰中重金属固定在堆场中，同时降解飞灰中二噁英。该方法利用乙醇等碳源溶液将飞灰中的二噁英萃取进入渗滤液，被纳米铁材料吸附，并在含钛材料的作用下，形成光催化效应促进二噁英的分解；通过调整ph值，产生芬顿催化效应，将沼渣所产生的难降解有机物去除。然而，上述方法工艺复杂、成本较高，未对飞灰与沼渣进行减量化处理，适用于飞灰填埋处理。
6.综上所述，目前，针对利用厌氧发酵沼渣来实现飞灰的脱毒及资源化的研究与应用依然不足。


技术实现要素：

7.本实用新型旨在提供一种新的飞灰脱毒处理设备，一方面利用沼渣实现飞灰脱毒，实现重金属稳定固化，并彻底消除飞灰中的二噁英类物质，避免二次污染；另一方面利用飞灰实现沼渣高效脱水以及脱水产物协同资源化利用，解决飞灰与沼渣低成本处理难题。
8.具体地，本实用新型提供了一种飞灰脱毒处理设备，其中，该设备包括：飞灰储仓、沼渣储池、1#输送装置、2#输送装置、预混合装置、3#输送装置、加热搅拌装置、4#输送装置、固液分离装置、5#输送装置、热解炭化装置、燃烧装置、冷却装置、7#输送装置、8#输送装置、脱毒残渣储仓、9#输送装置、尾气净化装置、6#输送装置和污水处理装置；
9.所述飞灰储仓出口与1#输送装置入口相连，1#输送装置出口与预混合装置飞灰入口相连；沼渣储池出口与2#输送装置入口相连，2#输送装置出口与预混合装置沼渣入口相连；预混合装置出口与3#输送装置入口相连，3#输送装置出口与加热搅拌装置入口相连，加热搅拌装置固体出口与4#输送装置入口相连，4#输送装置出口与固液分离装置入口相连；固液分离装置液相出料口与6#输送装置入口相连，6#输送装置出口与污水处理装置入口相连；固液分离装置固相出料口与5#输送装置入口相连，5#输送装置出口与热解炭化装置入口相连；热解炭化装置固体出口与冷却装置入口相连，冷却装置固体出口与 8#输送装置入口相连，8#输送装置出口与脱毒残渣储仓入口相连；热解炭化装置热解燃气出口与燃烧装置入口相连，燃烧装置烟气出口与热解炭化装置高温烟气入口相连；热解炭化装置烟气尾
气出口与加热搅拌装置烟气入口相连，加热搅拌装置烟气出口与9#输送装置入口相连，9#输送装置出口与尾气净化装置入口相连；冷却装置预热空气出口与7#输送装置入口相连，7#输送装置出口与燃烧装置空气入口相连。
10.进一步地，所述飞灰储仓和脱毒残渣储仓为普通钢仓。
11.进一步地，所述沼渣储池为混凝土池。
12.进一步地，所述1#输送装置和8#输送装置各自独立地为气力输送机、刮板输送机或螺旋输送机。
13.进一步地，所述2#输送装置、3#输送装置和4#输送装置为渣浆泵。
14.进一步地，所述预混合装置为普通钢质电动搅拌罐。
15.进一步地，所述加热搅拌装置为带间接加热装置的密闭普通钢质电动搅拌罐。
16.进一步地，所述固液分离装置为板框压滤机或离心脱水机。
17.进一步地，所述5#输送装置为螺旋输送机、皮带输送机、刮板输送机或斗提机。
18.进一步地，所述热解炭化装置为普通间接加热回转窑。
19.进一步地，所述燃烧装置为普通煤气燃烧器。
20.进一步地，所述冷却装置为回转筒冷却输送机。
21.进一步地，所述7#输送装置为空气引风机。
22.进一步地，所述9#输送装置为烟气引风机。
23.进一步地，所述尾气净化装置为普通湿法尾气净化器或干法尾气净化器。
24.进一步地，所述6#输送装置为污水泵。
25.进一步地，所述污水处理装置为常规污水处理器。
26.综上，采用本实用新型提供的装置对飞灰进行脱毒处理，以沼渣这类难处理废弃物作为飞灰脱毒的介质，一方面，利用沼渣中的水将飞灰中的高含量碱、氯盐和可溶性重金属溶解，实现飞灰脱氯以及可溶性重金属溶解；另一方面，充分利用溶解出的碱或盐，使沼渣内部结合水(微生物细胞内水)快速破坏细胞壁，并通过密闭空间内搅拌加热的方式将最难除去的结合水变为容易除去的外部水，进而可通过机械脱水等方式实现高效脱水，提高沼渣脱水效率、固化稳定重金属，同时实现飞灰中二噁英类物质高效水解脱毒。固液分离得到的固体和液体，固体中的氯元素含量显著降低，重金属稳定性提高。固体采用热解处理实现减量化，充分利用沼渣热解过程自由基的作用和热解多孔炭的固化性能，进一步提高热解残渣中重金属元素残渣态含量，实现重金属元素的深度固化与脱毒，极大降低热解残渣中重金属的浸出性，提高热解残渣的长期稳定性，并使二噁英含量消减>99％。飞灰脱毒产生的热解残渣冷却后作为一般固体废弃物填埋或者进一步作为无机材料使用，实现了飞灰与沼渣协同利用，以废治废，解决了飞灰与沼渣处理难题，这对于促进垃圾焚烧产业与有机固废厌氧发酵产业的可持续发展具有重要意义。
附图说明
27.图1为本实用新型提供的飞灰脱毒处理装置的示意图；
28.图2为本实用新型提供的飞灰脱毒处理装置对应的工艺流程图；
29.图3为实施例2处理所得样品的固含量对比图；
30.图4为实施例2处理所得样品的脱水固相干燥特性曲线图。
31.附图标记说明
[0032]1‑
飞灰储仓、2
‑
沼渣储池、3
‑
1#输送装置、4
‑
2#输送装置、5
‑
预混合装置、 6
‑
3#输送装置、7
‑
加热搅拌装置、8
‑
4#输送装置、9
‑
固液分离装置、10
‑
5#输送装置、11
‑
热解炭化装置、12
‑
燃烧装置、13
‑
冷却装置、14
‑
7#输送装置、15
‑
8# 输送装置、16
‑
脱毒残渣储仓、17
‑
9#输送装置、18
‑
尾气净化装置、19
‑
6#输送装置、20
‑
污水处理装置。
具体实施方式
[0033]
以下将详细描述本实用新型。
[0034]
如图1所示，本实用新型提供的飞灰脱毒处理设备包括：飞灰储仓1、沼渣储池2、1#输送装置3、2#输送装置4、预混合装置5、3#输送装置6、加热搅拌装置7、4#输送装置8、固液分离装置9、5#输送装置10、热解炭化装置 11、燃烧装置12、冷却装置13、7#输送装置14、8#输送装置15、脱毒残渣储仓16、9#输送装置17、尾气净化装置18、6#输送装置19和污水处理装置20，各部件间按如下顺序连接：
[0035]
所述飞灰储仓1出口与1#输送装置3入口相连，1#输送装置3出口与预混合装置5飞灰入口相连；所述沼渣储池2出口与2#输送装置4入口相连， 2#输送装置4出口与预混合装置5沼渣入口相连；所述预混合装置5出口与 3#输送装置6入口相连，3#输送装置6出口与加热搅拌装置7入口相连，加热搅拌装置7固体出口与4#输送装置8入口相连，4#输送装置8出口与固液分离装置9入口相连；所述固液分离装置9液相出料口与6#输送装置19入口相连，6#输送装置19出口与污水处理装置20入口相连；所述固液分离装置9 固相出料口与5#输送装置10入口相连，5#输送装置10出口与热解炭化装置 11入口相连；所述热解炭化装置11固体出口与冷却装置13入口相连，冷却装置13固体出口与8#输送装置15入口相连，8#输送装置15出口与脱毒残渣储仓16入口相连；所述热解炭化装置11热解燃气出口与燃烧装置12入口相连，燃烧装置12烟气出口与热解炭化装置11高温烟气入口相连；所述热解炭化装置11烟气尾气出口与加热搅拌装置7烟气入口相连，加热搅拌装置7烟气出口与9#输送装置17入口相连，9#输送装置17出口与尾气净化装置18入口相连；所述冷却装置13预热空气出口与7#输送装置14入口相连，7#输送装置14出口与燃烧装置12空气入口相连。
[0036]
工作时，储存在飞灰储仓1中的飞灰经1#输送装置3送入预混合装置5 中，储存在沼渣储池2中的沼渣经2#输送装置4送入预混合装置5中，飞灰和沼渣在预混合装置5中混合均匀后，将所得混合物经3#输送装置6送入搅拌加热装置7中进行加热搅拌处理，所得尾气经9#输送装置17送入尾气净化装置18中进行净化处理后达标排放，所得加热灰浆经4#输送装置8送入固液分离装置9中进行固液分离，固液分离所得液体经6#输送装置19送入污水处理装置20中经污水处理至达标排放，固液分离所得固体经5#输送装置10送入热解炭化装置11中进行热解炭化，热解炭化所得热解气作为燃烧能源引入燃烧装置12中，燃烧装置12产生的高温烟气作为热解炭化能源返回至热解炭化装置11中，热解炭化所得热解残渣采用冷却装置13冷却，之后经8#输送装置15送入脱毒残渣储仓16中储存；冷空气与冷却装置13中红热残渣换热产生的热空气经7#输送装置14送入燃烧装置12中用于燃料助燃空气，热解炭化装置11产生的烟气尾气作为间接加热热源返回至搅拌加热装置7中。
[0037]
所述热解过程中产生的热解气燃烧产生的热量作为热解过程的能源；热解气燃烧产生的烟气尾气作为搅拌加热混合过程间接加热的热源，减少能源的消耗，提高能源的利
用率。
[0038]
当采用本实用新型提供的装置进行飞灰脱毒处理时，包括以下步骤：
[0039]
(1)将飞灰和沼渣混合均匀，再将所得混合物强制搅拌得到预混灰浆；
[0040]
(2)将预混灰浆在密闭条件下于100～180℃下加热搅拌处理0.5～1h，得到加热灰浆；
[0041]
(3)将加热灰浆经固液分离得到液体和固体；所述液体经污水处理至达标后排放；所述固体于400～600℃下热解得到热解残渣，所述热解残渣作为固体废弃物填埋或者作为无机材料用于制备陶瓷或烧结砖。
[0042]
所述飞灰与沼渣在强制搅拌过程中，飞灰与高含水率的粘稠沼渣混合，能够高效浸出飞灰中高含量的碱、氯盐和易溶性重金属。另一方面，沼渣作为有机废弃物厌氧消化的产物，含水率高、粘度大、呈胶状液态，脱水困难，很难通过重力沉降或常规压滤进行固液分离，而飞灰中溶出的碱与氯盐能够作为沼渣调理剂，改变胶体的结构，破坏胶体的稳定性，实现含水细胞快速破壁，能够在未使用化学药剂的情况下，大幅提高沼渣脱水性能。
[0043]
所述飞灰和沼渣的预混灰浆在密闭条件下于100～180℃下加热搅拌处理 0.5～1h，一方面能够使得飞灰与沼渣中的有机及无机组分协同作用，使得飞灰中的重金属转化稳定的残渣态，从而显著提高对cd、cr、cu、ni、pb和zn 等有毒有害金属元素的固化效果；另一方面，在加热搅拌过程首先促进飞灰中二噁英与沼渣中的有机质热水解产物发生加氢脱氯反应，继而有利于二噁英脱毒。当加热搅拌处理的温度低于100℃和/或时间短于0.5h时，均无法实现飞灰中二噁英类有机污染物高效彻底分解，而且无法确保降低重金属固化效果；当加热搅拌处理的温度高于180℃和/或时间长于1h时，对实现飞灰中二噁英类有机污染物高效彻底分解和重金属固化无更明显的提高，不但浪费能源，而且还会降低处理能力。
[0044]
所述加热灰浆经固液分离后所得固体于400～600℃下进行热解，可实现飞灰与沼渣混合物大规模减量。一方面，沼渣有机质含量高，利用沼渣热解过程自由基的作用和热解多孔炭的固化性能，可进一步提高重金属元素的残渣态含量并降低热解残渣中重金属的浸出性，同步实现二噁英进一步深度脱毒。当热解温度低于400℃时，无法实现高效热解减量，也无法充分发挥沼渣的固化重金属与二噁英分解效能；当热解温度高于600℃时，对加热灰浆固体彻底热解无影响，也对热解残渣中重金属固化与二噁英消减效果提高不显著。
[0045]
在一种具体实施方式中，如图2所示，将飞灰和沼渣预混合(初混后强制搅拌混合)得到预混灰浆，之后将所得预混灰浆进行搅拌加热处理；搅拌加热处理所得加热灰浆进行固液分离，液体进入污水处理系统处理至达标排放，固体进行热解炭化，热解炭化所得热解残渣(脱毒残渣)经冷却后作为固体废弃物填埋或者作为无机材料用于制备陶瓷或烧结砖，以实现资源化利用，热解炭化所得热解气可作为能源燃烧，燃烧产生的高温烟气作为热解炭化能源，热解炭化所得烟气尾气作为间接加热热源返回至搅拌加热处理步骤中，换热后的烟气尾气经处理达标排放。优选地，红热热解残渣采用冷空气换热冷却，经红热热解残渣换热产生的热空气用于燃料助燃空气。
[0046]
术语“飞灰”是指垃圾焚烧系统产生的除尘灰，在《国家危险废物名录》中的编号为hw18。
[0047]
术语“沼渣”是指有机物质发酵后剩余的含水固形物，例如，可以为餐厨垃圾或畜禽粪污厌氧发酵产生的沼渣。所述沼渣的含水率一般为80％～95％。
[0048]
步骤(1)中，所述飞灰与沼渣优选按湿基质量比(10％～30％):(90％～70％) 混合，将飞灰和沼渣的混合比例控制在该优选范围内，两者能够实现完美的协同配合，从而更有效地提高脱水效率并更有利于飞灰中重金属的固化稳定。
[0049]
步骤(1)中，所述强制搅拌的速率优选为50～100r/min，时间优选为0.5～1h。
[0050]
步骤(1)中，所述加热搅拌处理的温度为100～180℃，例如，可以为100℃、 110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃等；所述加热搅拌处理的时间为0.5～1h，例如，可以为0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h等。此外，所述加热搅拌处理的速率优选为30～50r/min，例如，可以为30、35、 40、45、50r/min等。
[0051]
步骤(3)中，所述热解的温度为400～600℃，例如，可以为400℃、420℃、 440℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃、580℃、600℃等。此外，所述热解的时间优选为30～60min，例如，可以为30min、35min、40min、 45min、50min、55min、60min等。
[0052]
下列实施例将进一步说明本实用新型的处理效果。
[0053]
实施例1
[0054]
将一定质量的沼渣(含水率80％)和占湿沼渣质量20％的飞灰混合，以100r/min的转速强力搅拌0.5h获得预混灰浆；将预混灰浆在密闭条件下于 180℃下加热搅拌60min，获得加热灰浆。将加热灰浆通过压滤的方式进行固液分离得到液体和固体。将液体投入污水处理厂污水处理系统处理达标后排放。将固体在600℃的条件下进行热解炭化处理40min获得脱毒残渣。产生的热解气燃烧产生热量为热解过程提供热量，热解气燃烧产生的高温烟气用于热源加热预混灰浆。脱毒残渣重金属浸出性按hj/t299
‑
2007方法测定，低于 gb5085.3
‑
2007标准，二噁英消减量>99％。因此，飞灰脱毒残渣可以当作无机材料原料用于生产陶粒或烧结砖，也可以当作一般固体废弃物进行填埋。
[0055]
实施例2
[0056]
将湿基沼渣和飞灰混合，其中飞灰添加比例为湿沼渣质量的20％。以 100r/min的转速强力搅拌0.5h获得预混灰浆，将预混灰浆在密闭条件下于 180℃下搅拌加热60min，获得加热灰浆，称为br+fa。将加热灰浆放入落地式离心机中，在25℃下以3000r/min的转速离心20min，之后移除上清液，得到离心脱水固相。将离心脱水固相在105℃下干燥24h，获得固含率；将离心脱水固相在75℃恒温烘箱中不断加热，记录每15min的含水率变化直至不再变化为止，得到含水率随时间变化曲线即为脱水固相干燥特性曲线。上述固含率与干燥特性曲线可以用来说明添加飞灰对沼渣脱水提升效果。为了更好地进行比较，采用上述同样的工艺与参数，获得100％沼渣加热灰浆(br)，并与未作任何处理的沼渣样品(原料)作为对比，结果如图3和图4所示。
[0057]
从图3可以明显看出，未经处理的沼渣离心脱水固相中的固含率为 18.21％，沼渣不添加飞灰直接进行加热处理后离心脱水所得离心固相(br) 的固含率为20.94％，提高不明显。添加20％飞灰后，沼渣与飞灰加热灰浆经离心脱水得到的固相中固含率为38.66％，与br相比提高了84.62％，这说明添加飞灰与沼渣协同处理，可显著提高沼渣的脱水性能，这对于沼渣的减量化处理具有重要意义。上述结果也可从图4的干燥曲线中得到验证，同一干燥时间点，沼渣与飞灰混合灰浆离心脱水固相样品含水率始终低于其他对比组。综上，将沼渣作为飞灰脱毒介质，一方面可以利用沼渣实现飞灰脱毒无害化处理，另一方面，飞灰可充分发挥沼渣脱水调理剂的功能，改善沼渣的脱水性能，这充分体现了飞灰与沼渣协同减
量化与资源化的目标。
[0058]
实施例3
[0059]
将100％沼渣加热灰浆压滤固相(brh)、80％沼渣与20％飞灰混合加热灰浆压滤固相(br+fah)进行烘干后用于热解实验。分别取实验样品30g装入管式热解炉中进行热解。热解过程通入20ml/min的氮气作为保护气，以15℃/min 的升温速率从室温加热到600℃，恒温45min后热解结束，随热解炉冷却至室温后，得到热解残渣，分别记为brhc、br+fahc。将brh、brhc、br+fah、 br+fahc干燥样品进行重金属tclp浸出性特性分析，并与沼渣(br)、飞灰(fa)原料干燥样品作比较，结果如表所示。
[0060]
表1样品重金属tclp分析/(mg/l)
[0061][0062]
*us
‑
epa(1993)
[0063]
表1中tclp浸出毒性分析结果表明，沼渣中重金属tclp浸出性均符合环境要求；飞灰中cr、zn、pb等重金属的tclp浸出性均超过标准，特别是 pb超出标准40倍以上。将沼渣作为飞灰脱毒载体，所得脱毒残渣(br+fahc) 中所有重金属的tclp浸出性均明显降低，远低于usepa标准中的限值，这说明利用沼渣作为飞灰脱毒处理产生的脱毒残渣的应用不会带来潜在的安全风险。综上所述，采用本实用新型提供的装置进行飞灰处理，不但可以实现飞灰的脱毒与无害化，而且还可实现厌氧发酵沼渣高效脱水与资源化利用，不会带来新的环境问题。
[0064]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。