一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，包括以下步骤：采用二硫代氨基甲酸盐螯合剂对焚烧飞灰进行螯合固化处理；将水泥与螯合固化处理后的飞灰进行干混，得到飞灰混合物；在飞灰混合物中添加一定量的有机纤维丝；在飞灰混合物中添加一定量的聚丙烯酰胺；将硅酸钠溶于水，在飞灰混合物中注入硅酸钠水溶液搅拌均匀并成型。该方法能够对危险废弃物焚烧飞灰固化稳定化，提高飞灰固化体的强度并且降低其重金属浸出毒性，为飞灰固化体填埋或资源化利用提供技术支撑。
【专利说明】
-种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法
技术领域
[0001] 本发明设及垃圾焚烧处理领域，尤其设及一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处 理方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着世界经济的发展W及人民生活水平的改善，生活垃圾产量随之大幅提高， "垃圾围城"现象屡见不鲜并已逐渐成为制约城市进一步发展的瓶颈。生活垃圾经焚烧后减 量化显著(减容90%，减重70%)，焚烧热量及蒸汽可回收并加 W利用W缓解日趋严峻的能 源危机，因此垃圾焚烧获得了世界范围内的认同并被广泛采用。在一些发达国家，如波兰、 法国等，焚烧比率均超过了60%，在丹麦、日本、德国和瑞±，该百分比甚至超过80%。经过 多年的发展，我国生活垃圾焚烧量从2001年的178.38万吨增加到2014年的5329.9万吨，焚 烧比率对应从2001年的1 %增加到了2014年的32.5%;现阶段我国垃圾焚烧能力约为23.3 万吨/日，根据相关规划，全国生活垃圾焚烧能力于2020年将超过40万吨/日，于2025年可达 50万吨/日。
[0003] 不同国家地区固体废弃物焚烧灰中常见重金属含量(mg/kg)
[0004]
[0005] 表 1
[0006] 尽管如此，由于垃圾成分复杂且常含有废旧电池、电器元器件等重金属成分较多 的物件，在焚烧过程中重金属会被释放出来并富集在随之产生的飞灰上，因此如表1所示， 飞灰中重金属含量极高，甚至可高达天然±体重金属背景值的1114.6倍。我国《国家危险废 物名录》、日本及欧盟标准均指出，飞灰属于危险废弃物；《生活垃圾焚烧污染控制标准》 (GB18485-2014)及《生活垃圾焚烧处理工程技术规范(CJJ90-2009)》均规定，飞灰必须进 行必要的前处理之后方可进一步处置。飞灰中Si、Ca元素含量较高，且含有一定量化0成分， 与火山灰组成较为相似，通过特定的固化稳定化处理方法后，能够形成一定强度且大幅降 低其中重金属的浸出特性，因此具有了潜在资源化利用的可能性。
[0007] 目前常见的固化稳定化处理技术包括水泥固化、热塑性材料固化、烙融固化和化 学药剂稳定化。
[000引（1)水泥固化:主要是指水泥中几种主要熟料(娃酸Ξ巧、娃酸二巧、侣酸Ξ巧等） 与飞灰中的重金属离子反应，生成相应的较为稳定的重金属盐沉淀，且水泥熟料反应提供 大量的胶结物成分(水化娃酸巧(C-S-H凝胶）、水化侣酸巧及水石恼石），从而提升固化体 的强度特性，且水化反应及其生成胶结物在一定程度上隔绝了重金属盐与空气、水的接触 并提供了碱性环境，阻滞污染物的释放及迁移特性。
[0009] (2)热塑性材料固化:利用热塑性材料，在高溫条件下烙融并与废物充分混合，并 冷却成型后将废物完全包容。如渐青固化，是借助渐青的不透水性，将飞灰表面包覆固定， W防止有害物质溶出，其中并不设及化学变化，在处理过程中，必须经飞灰的粒径大小及水 分加 W适当调整，去除杂质，W便使渐青的包覆层能完全覆盖处理物。
[0010] (3)烙融固化：主要是将飞灰和细小的玻璃质混和，经混合造粒成型后，在1000- 1400°C高溫下烙融一段时间，通常为30min左右(烙融时间视飞灰性质的不同而定），待飞灰 的物理和化学状态改变后，降溫使其固化，形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构， 确保重金属的稳定。
[0011] (4)化学药剂稳定:是指利用化学药剂将重金属离子变成不溶于水的高分子络合 物或者是无机矿物质，把飞灰中的有毒物质转变成低毒性、低溶解性及低迁移性物质的过 程;有机药剂主要W馨合剂为主，它与重金属离子反应形成不溶于水的高分子络合物，使重 金属固定下来。无机药剂主要指憐酸醋、巧樣酸盐等络合剂，与重金属离子生成稳定的可溶 性络合物，可通过加入氧化剂予W破坏或用碱性的Na2S去除重金属。
[0012] 目前运些常见的固化稳定化处理技术分别具有W下缺点：
[0013] (1)水泥固化技术:在水泥的渗量方面，因部分水泥熟料与重金属反应，所W当水 泥渗量较低时，重金属无法被完全固定，重金属浸出浓度仍然较高，且重金属离子抢夺了本 应参与水化反应形成强度及胶结物的水泥熟料，因此此时强度较低，而水泥渗量高达50% W上时，重金属大都被固定，在强度上能够达到用作地基加固材料的最低要求，但此时增容 增量较大，且消耗了大量的水泥材料;在水泥固化反应机理方面，水泥水化反应中会产生较 多气体，部分气体被封闭在固化体的内部，当出现轻微扰动及破坏时，就随之产生大量的连 孔隙群，固化体比表面积W几何级数增大，同时飞灰中所含有的有机物在较为活泼的条件 下分解也会造成大量裂隙的产生，裂缝的存在成为水及气体的运移通道，固化体抗冻融破 坏和抗碳化稳定性能进一步降低;在飞灰的成分方面，飞灰中含有大量的氯盐会降低固化 体的抗冻融破坏特性，并通过电化学反应加速钢筋材料的诱蚀;在固化体工程特性方面，水 泥基固化飞灰呈现出明显的脆性，抵抗变形能力较差，且固化体模量较小，因此在较低应力 条件下即发生破坏。
[0014] (2)热塑性材料固化:在能源消耗方面，用烙融的热塑性材料在高溫下与焚烧飞灰 混合，较为耗费能源，运行费用高昂；在挥发气体方面，在高溫下操作会带来很多不便，且易 产生挥发性有害物质，对空气造成二次污染，需要对挥发性气体进行进一步的处理，增加了 系统复杂性。热塑性材料主要W渐青为主，当渐青添加量较少时，飞灰与渐青在加热混合过 程中生成的结合物中，饥和Cr易于浸出，渐青为一种高分子化合物，分子尺寸较大，很难进 入在飞灰大颗粒或是基团间的纳米级大小的孔隙中，从而将飞灰充分包裹，因此对重金属 的固化效果具有局限性；当渐青添加量较大时，渐青及其烟雾中的主要有毒成分有酪类化 合物、蔥、糞、化晚等会对人体造成巨大的伤害。因此在处理过程的前期准备上，必须将飞灰 的粒径大小及水分加 W适当调整，同时尽量去除杂质，W便使渐青的包覆层能完全覆盖处 理物。
[0015] (3)烙融固化技术:在能源消耗方面，由于需要将飞灰加热到烙融溫度1300~1500 °C，高溫热烙需要消耗大量的能源，在运行过程中，为了防止电极的氧化，常用氣气作为工 作气体，成本较高，只有在处理高剂量放射性废物或剧毒废物时，才考虑使用;在装置方面， 高溫烙融需要特殊装置设备，造价较高，飞灰在烙融过程中易发生贴壁现象，降低了锅炉的 热传导效率，且飞灰中重金属离子交换，易导致锅炉的诱蚀;在飞灰成分方面，飞灰中氯元 素的含量对烙融过程中重金属控制影响很大，重金属氯化物的烙点较低，在烙融溫度下极 易挥发，会影响飞灰烙融玻璃体的形成，需要对飞灰进行必要的预处理研究，降低其氯含 量;在烙融炉烟气净化方面，高溫条件下，易挥发的重金属盐类转移到气体中，易产生含有 大量重金属的有害烟尘，在高溫烙融之后需要对废气进行二次处理，增加了处理成本。
[0016] (4)化学药剂稳定技术:化学药剂可分为无机药剂和有机馨合剂。无机药剂方面： 在无机药剂渗量上，为了飞灰可W达到危险废物的重金属浸出填埋标准，无机药剂投入量 需要达到5%，但离垃圾填埋场的入场要求还有一定差距，所需渗量较高;此外，浸取剂的抑 值对稳定后的飞灰的浸出毒性影响显著，在酸性条件下，飞灰中重金属易被浸取出来，游离 态重金属浓度提高，飞灰固化体的长期稳定性和耐久性较差。有机馨合剂方面:在飞灰强度 上，经有机馨合剂稳定化处理后的飞灰仍处于离散的粉末形态，其粘结度低，缺少胶结物质 成分，难W成型，强度几乎可W忽略不计;在有机馨合剂的选择上，由于飞灰组分及重金属 成分的复杂性，有机馨合剂成本相对较高，难W找到一种普遍适用的化学药剂。在机械设备 方面，有机馨合剂稳定化过程需要较高的机械设备，且操作管理较为复杂，投资较高，运行 费用较高;在有机馨合剂渗量方面，馨合剂多为含有硫横的碱性药剂，拥有二硫代氨基甲酸 官能基及碳化氨系分子所形成的构造物，当添加药剂量过多时，馨合过程中会有残余硫化 物产生而造成臭味，并有可能造成二次污染。
[0017] 有鉴于上述的内容，本设计人，积极加 W研究创新，W期创设一种针对垃圾焚烧飞 灰的固化稳定化处理方法，使其更具有产业上的利用价值。
【发明内容】
[0018] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化 处理方法，能够对危险废弃物焚烧飞灰固化稳定化，提高飞灰固化体的强度并且降低其重 金属浸出毒性，为飞灰固化体填埋或资源化利用提供技术支撑。
[0019] 本发明提出的一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于:包括 W下步骤：
[0020] 步骤(1):采用二硫代氨基甲酸盐馨合剂对焚烧飞灰进行馨合固化处理，降低飞灰 中重金属的浸出毒性，将飞灰颗粒基团化，得到飞灰固化体，减少施工过程中飞灰扬尘；
[0021] 步骤(2):将水泥与馨合固化处理后的飞灰进行干混，得到飞灰混合物，在少增容 的情况下增强焚烧飞灰的强度；W水泥作为粘合剂，对飞灰起到粘结的效果；
[0022] 步骤(3):在飞灰混合物中添加一定量的有机纤维丝，来提高飞灰固化体的强度和 破坏应变，提高其抗变形能力；
[0023] 步骤(4):在飞灰混合物中添加一定量的聚丙締酷胺，聚丙締酷胺作为絮凝剂，起 到粘合飞灰的作用;聚丙締酷胺为多孔材料，对飞灰中的重金属起到物理吸附效果;聚丙締 酷胺为脂类材料，提高抗冻融性和抗老化性能；
[0024] 步骤(5):将娃酸钢溶于水，在飞灰混合物中注入娃酸钢水溶液，娃酸钢为胶体材 料，加快飞灰固化体的早凝速度，提高固化体早期强度。
[0025] 作为本发明方法的进一步改进，步骤（1)中所述馨合处理中的二硫代氨基甲酸盐 馨合剂渗量为飞灰重量(干重）的3%-6%。
[0026] 作为本发明方法的进一步改进，步骤(2)中所述水泥与馨合处理后的飞灰进行干 混中的水泥渗量为飞灰重量(干重）的5 % -20 %。
[0027] 作为本发明方法的进一步改进，步骤(3)中所述有机纤维丝的渗量为飞灰重量(干 重）的 1%-5%。
[0028] 作为本发明方法的进一步改进，步骤(3)中所述有机纤维丝包括聚酷胺纤维、聚醋 纤维、聚丙締纤维、聚乙締纤维W及聚氯乙締纤维。
[0029] 作为本发明方法的进一步改进，步骤(4)中所述聚丙締酷胺的渗量为飞灰重量(干 重）的2%-6%。
[0030] 作为本发明方法的进一步改进，步骤(5)中所述娃酸钢水溶液的渗量飞灰重量(干 重）的4%-8%。
[0031] 借由上述方案，本发明至少具有W下优点：
[0032] 1.本发明采用馨合剂、水泥和聚丙締酷胺协同对飞灰进行固化，可W有效降低飞 灰中重金属浸出浓度，从而减少对周围环境的污染；
[0033] 2.本发明在飞灰中添加适量水泥，可W在少增容或不增容前提下大幅提高飞灰固 化体的强度；
[0034] 3.通过水泥、馨合剂和聚丙締酷胺的粘结作用，可W有效提高飞灰固化体的粘结 度，从而提局其抗变形能力；
[0035] 4.通过娃酸钢的胶结作用，可W加速飞灰固化体的凝固，提高其早期强度，从而加 快施工工序；
[0036] 5.由于聚丙締酷胺为脂类材料，可W隔绝固化体与空气、地下水的接触，从而有效 提高固化体的抗冻融和抗碳化性能；
[0037] 6.将焚烧飞灰资源化利用，可W解决焚烧飞灰的填埋场地需求问题，节约处理成 本，具有较好的经济效益；
[0038] 7.对焚烧飞灰进行安全处理，为其资源化利用提供了技术支持，将飞灰作为建筑 材料利用，可W大量减少水泥和木材的需求，减少国家碳排放，属于环境友好型。
[0039] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予W实施，W下W本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明实施例中不同养护时间下飞灰固化体的无侧限抗压强度图；
[0041] 图2为本发明实施例中不同配合比的飞灰固化体的破坏应变图；
[0042] 图3为本发明实施例中飞灰经馨合固化的重金属浸出浓度图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。W下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0044] 实施例:首先，采用二硫代氨基甲酸盐馨合剂对焚烧飞灰进行馨合处理，馨合剂渗 量(馨合剂/飞灰，干重比）为3%-6%，渗量可依据具体需要进行调整。一方面可W大幅降低 飞灰中重金属的浸出毒性，另一方面馨合剂具有一定粘结力，可W将飞灰颗粒基团化，减少 施工过程中飞灰扬尘的可能性。
[0045] 其次，将水泥与馨合飞灰进行干混，水泥渗量(水泥/飞灰，干重比）为5%-20%，水 泥种类和渗量可根据具体要求调整。一方面可W在少增容的情况下增强焚烧飞灰的强度， 从而实现飞灰的资源化利用；另一方面，水泥作为一种粘合剂，也可W对飞灰起到粘结的效 果。
[0046] 第Ξ，在飞灰混合物中添加有机纤维丝，其渗量（纤维丝/飞灰，干重比）为1%- 5%。有机纤维丝种类主要包括聚酷胺纤维、聚醋纤维、聚丙締纤维、聚乙締纤维W及聚氯乙 締纤维等，纤维丝种类和长度可根据具体施工要求做调整。有机纤维丝可W大幅提高固化 体的强度和破坏应变，从而有效提高其抗变形能力。
[0047] 第四，添加聚丙締酷胺，其渗量(聚丙締酷胺/飞灰，干重比）为2%-6%。聚丙締酷 胺作为一种絮凝剂，在低溫情况下可W起到粘合飞灰的作用；其次，聚丙締酷胺为多孔材 料，提供馨合剂、水泥外的第Ξ重保护，对飞灰中重金属起到物理吸附效果；当飞灰遇水及 水泥发生水化反应产生少量热量，聚丙締酷胺呈现流动性，可W进入水泥中空隙，阻止地下 水中物质进入地基，从而提高了地基使用的耐久性;最后，聚丙締酷胺为脂类材料，可W隔 绝水泥与空气接触，从而提高地基的抗冻融性和抗老化性能。
[0048] 最后，将娃酸钢溶于水，在飞灰混合物中注入娃酸钢水溶液，其渗量(娃酸钢/飞 灰，干重比）为4% -8 %。娃酸钢为胶体材料，可W加快飞灰固化体的早凝速度，从而加快施 工工序，具体效果可W通过不同娃酸钢渗量来调节。
[0049] 根据固化体强度要求，调整水泥渗量和水泥种类;可通过调整二硫代氨基甲酸盐 馨合剂渗量来控制固化体重金属浸出浓度;可通过控制水泥、馨合剂纤维丝和聚丙締酷胺 的渗量来调整固化体的粘结度，从而确定其抵抗变形能力；可根据具体施工工序和早期强 度需求来确定娃酸钢渗量;可通过调整聚丙締酷胺的渗量来控制固化体与空气和地下水的 接触，从而提高其抗冻融和抗碳化性能。
[0050] 配方:二硫代氨基甲酸盐馨合剂渗量为6 % ;水泥渗量为20 % ;娃酸钢渗量为4% ; 聚丙締酷胺渗量为2% ;聚丙締纤维丝渗量为1 %。
[0051 ]实施步骤:步骤一:取适量原灰，称量并记录。步骤二:将二硫代氨基甲酸盐馨合剂 与焚烧飞灰进行馨合处理。步骤Ξ:将水泥、聚丙締纤维丝和聚丙締酷胺与馨合飞灰依次进 行干混。步骤四：将娃酸钢水溶液注入飞灰混合物中揽拌均匀并注模成型。步骤五:脱模后 放入养护箱养护，养护溫度为20°C，湿度为90%。步骤六:对养护7天后的试块进行无侧限抗 压强度试验和TCLP淋滤试验。
[0052] 试验结果:无侧限抗压强度试验。
[0053] 不同养护龄期下飞灰固化体的无侧限抗压强度如图1所示，飞灰固化体的无侧限 抗压强度值高达5.36MPa。水泥是一种水硬性材料，当添加水泥后，固化体强度会随养护时 间的增长而增大，必须得指出的是，本专利配方实施例中水泥渗量仅为20%，但与纯水泥 67%的渗量固化体相比，相同养护时间7天条件下，强度提高了近12倍，即使与56天养护时 间的纯水泥67 %的渗量固化体相比，强度也提高了近4倍。
[0054]不同配合比的飞灰固化体的破坏应变如图2所示，在纯水泥固化飞灰中，随着水泥 渗量的增加，飞灰水泥固化体的破坏应变随之减少，变化近乎成线性。但是当按本专利中配 方添加各种渗加料后，即使水泥渗量仅为20%，相对于纯水泥固化体(水泥渗量40% W上）， 破坏应变仍提高了近30倍，具有较好的抵抗变形的能力。
[0化5 ] 试验结果:TCLP淋滤试验。
[0056] 如图3所示，与原飞灰相比，经馨合剂稳定化的飞灰固化体的重金属浸出浓度已经 有了显著下降，加入水泥、聚丙締纤维丝和聚丙締酷胺固化后的飞灰固化体重金属浸出浓 度持续减小，其中Cd和Cu浓度为原飞灰浸出浓度的l/5;Pb含量仅为原飞灰的1/10;加含量 减少了 96%。使固化体材料进一步应用成为了可能。
[0057] W上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技 术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可W做出若干改进和 变型，运些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于:包括以下步骤： 步骤（1):采用二硫代氨基甲酸盐螯合剂对焚烧飞灰进行螯合固化处理，降低飞灰中重 金属的浸出毒性，将飞灰颗粒基团化，得到飞灰固化体，减少施工过程中飞灰扬尘； 步骤(2):将水泥与螯合固化处理后的飞灰进行干混，得到飞灰混合物，在少增容的情 况下增强焚烧飞灰的强度；以水泥作为粘合剂，对飞灰起到粘结的效果； 步骤(3):在飞灰混合物中添加一定量的有机纤维丝，来提高飞灰固化体的强度和破坏 应变，提尚其抗变形能力； 步骤(4):在飞灰混合物中添加一定量的聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺作为絮凝剂，起到粘 合飞灰的作用;聚丙烯酰胺为多孔材料，对飞灰中的重金属起到物理吸附效果;聚丙烯酰胺 为脂类材料，提尚抗冻融性和抗老化性能； 步骤(5):将硅酸钠溶于水，在飞灰混合物中注入硅酸钠水溶液，硅酸钠为胶体材料，加 快飞灰固化体的早凝速度，提高固化体早期强度。2. 根据权利要求1所述的一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于： 步骤(1)中所述螯合处理中的二硫代氨基甲酸盐螯合剂掺量为飞灰重量(干重)的3%_6%。3. 根据权利要求1所述的一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于： 步骤(2)中所述水泥与螯合处理后的飞灰进行干混中的水泥掺量为飞灰重量(干重）的5%-20% 〇4. 根据权利要求1所述的一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于： 步骤(3)中所述有机纤维丝的掺量为飞灰重量(干重)的5. 根据权利要求1所述的一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于： 步骤(3)中所述有机纤维丝包括聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维以及聚氯 乙烯纤维。6. 根据权利要求1所述的一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于： 步骤(4)中所述聚丙烯酰胺的掺量为飞灰重量(干重)的2%-6%。7. 根据权利要求1所述的一种针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法，其特征在于： 步骤(5)中所述硅酸钠水溶液的掺量飞灰重量(干重)的4%-8%。
【文档编号】B09B3/00GK105964652SQ201610303948
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】唐强, 潘玲玲, 陈甦, 顾凡, 张宇, 陈辉, 刘杨
【申请人】苏州大学