专利名称：一种生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置的预处理方法
技术领域：
本发明属于固体废物处理、处置技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧飞灰水泥
窑协同处置的预处理方法。
背景技术：
近年来随着垃圾焚烧在我国的快速发展，作为垃圾焚烧中的必然产物，飞灰的产 量也逐年攀升。2008年底，我国城市生活垃圾焚烧处理量已有68540t/d，其中炉排炉与流 化床焚烧处理量分别为43970t/d， 24570t/d，炉排炉飞灰产生量为入炉垃圾量的3_5 % ，流 化床飞灰产量为入炉垃圾的15-20%，则飞灰的日产生量5004. 6-7112. 5t，每年产生量为 165-235万吨。生活垃圾焚烧飞灰具有重金属浸出浓度高和二恶英毒性当量大的双重危害 特性，在许多国家都被列为需特别处理的危险废物，在我国《国家危险废物名录》中，焚烧飞 灰的危险废物编号为HW18。 国外现有焚烧飞灰无害化和安定化处理的方法主要包括固化稳定化、湿式化学处
理与高温处理三大类。固化稳定化主要包括水泥固化、螯合剂稳定化、压縮固化等类型；湿 式化学处理主要包括加酸萃取与废气中和碳酸化两种类型；高温处理技术主要包括烧结固
化和熔融玻璃化两种类型。表1给出了目前应用较多的焚烧飞灰处置技术中存在的问题。 表1焚烧飞灰处理技术的综合比较
处理技术技术成熟产物特征重金属二噁英附加污染处理成本水泥固化V填埋有长期再溶出的可能XX低
化学药剂V填埋有长期再溶出的可能X废水高
加酸萃取X填埋有长期再溶出的可能X废水高
熔融X建材部分挥发，部分固定V废气高
烧结X建材部分挥发，部分固定V废气中 焚烧飞灰的化学成分近似于水泥的硅质或钙质原料，可以替代部分天然原料，也 可以部分或全部代替硅质或钙质原料。利用水泥窑协同处置飞灰，水泥回转窑内物料温度 高达145(TC，气体温度则高达175(TC左右，能彻底分解二噁英，焚烧飞灰水泥窑共处置的 产物为水泥，没有废渣产生。重金属在协同处置中经过煅烧和水化，有效地得到固定，降低 了其迁移性和毒性。 针对目前飞灰处置的难题及带来的环境危害，利用水泥窑煅烧处置飞灰可以为水 泥行业节省天然原料，减排二氧化碳，并降低飞灰的处置和运行成本，实现废物资源化和无 害化的高度统一。由于我国垃圾焚烧飞灰的氯含量高，会导致水泥窑结皮堵塞，影响产品质 量并增加重金属挥发，经水泥窑煅烧处置时需要经过必要的预处理才能兼顾环境效益和经 济效益。我们之前提交的发明"生活垃圾焚烧飞灰水泥窑煅烧资源化的方法"(申请号为200710177811.9)提供了一种生活垃圾焚烧飞灰水泥窑煅烧资源化的方法，包括水洗_碳 酸化预处理和水泥窑煅烧两个阶段，针对水洗液中pH较高，重金属溶出难以达标的特性， 该专利中采用C02中和碱性并沉淀重金属脱水滤饼含水率为25 45%，但在实际应用中， 利用窑尾废气建设工程量大，投资高，并且实际运行中pH难以控制，重金属沉淀效果不稳 定。
发明内容
本发明的目的是针对采用C02中和碱性并沉淀重金属，但在实际应用中，利用窑尾 废气建设工程量大，投资高，并且实际运行中pH难以控制，重金属沉淀效果不稳定的不足 而在于提出一种生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置的预处理方法，包括飞灰水洗去氯、水 洗灰脱水、上清液处理、进窑煅烧四个阶段，具体包括以下步骤 (1)飞灰水洗将焚烧飞灰和水按照水灰重量比为4-15 : l的在水洗设备中混 合，搅拌5 10分钟，原飞灰中90wt %以上的氯离子都会溶出进入溶液，达到脱氯目的，自 然沉降30分钟，获得上清液和水洗飞灰，然后将上清液转移至中和池，水洗灰转移至脱水 设备。或不进行固液分离直接将溶浆转移至脱水设施脱水； (2)水洗灰脱水水洗后的飞灰和沉淀池沉淀物合并，通过机械设备脱水得脱水 滤饼和脱出液，脱出液进入上清液处理设施。 (3)上清液处理上述上清液或脱出滤液的pH会超过12，水洗过程飞灰中重金属 会部分溶出导致水洗液中重金属含量超标；对于超出污水排放指标的上清液或脱出滤液， 针对在上清液及水洗灰脱出液加入磷酸或通入C02进行碳酸化均能达到中和pH并沉淀重 金属的目的，磷同样是维持水泥窑正常工况需要控制的元素，？205对熟料的强度和凝结时问 都存在不利影响，对于焚烧飞灰水泥窑协同处置而言磷的引入不合适，而通入(A中和pH 难于控制，并且重金属沉淀效果不稳定的缺陷，采用在上清液或脱出滤液中加入中和剂硫 酸，中和上清液或脱出滤液，使pH达到6-9范围内，为确保重金属离子的沉淀效果，依次加 入二硫代胺基甲酸盐类衍生物(DTC类)重金属螯合剂及聚丙烯酰胺絮凝剂，静止沉淀后检 测上清液是否满足《污水综合排放标准(GB 8978-1996)》的排放指标，若满足排放指标，则 排入污水排放系统，否则回流至上清液处理工序的中和池、沉淀池，再次处理，沉淀池内沉 淀物进行定期清理送入脱水设备脱水，得到脱水滤饼； (4)水泥窑煅烧脱水滤饼送入预均化库，以低于5wt%的掺加量与水泥原料配比
混合后进入水泥窑中煅烧，不用改变水泥窑的生产条件，最终生成水泥熟料； 所述步骤2水洗灰脱水，飞灰经水洗后的含水率可超过80%，由于水中含有大量
的氯，这对飞灰入窑煅烧带来不利影响，同时，过多的水分也将加大煅烧的燃耗，增加飞灰
处置成本。因此，飞灰水洗后需经机械脱水设备降低飞灰的含水率再进入窑内煅烧；脱水设
备可选用板框压滤脱水或真空带式脱水设备，脱水滤饼含水率为25 45%，脱出液直接进
入中和池进行处理，然后达标排放。 所述步骤3中的二硫代胺基甲酸盐类衍生物重金属螯合剂加入量为0. 8-2wt^飞 灰质量，及聚丙烯酰胺絮凝剂的加入量O. l-2ppm，则能保证处理后上清液中重金属浓度满 足《污水综合排放标准(GB 8978-1996)》中的一级标准，可直接排入污水排放系统，若不达 标可回流至上清液处理工序再进行处理；对于经螯合、絮凝产生的重金属沉淀则定期清理送到脱水设施进行脱水。 所述脱水滤饼的含水率为25 45wt% 。
所述水洗飞灰中氯体积含水率降至2%以下。
所述脱水滤饼进水泥窑煅烧的掺加量为低于5wt%。 本发明的优点1、该发明通过水洗预处理能快速便捷的脱除飞灰中氯，同时又不 将重金属洗出，既能满足飞灰水泥窑煅烧资源化的条件，对水洗液的处理也能有效避免预 处理过程二次污染的产生。2、采用硫酸中和pH易于控制，采用螯合剂、絮凝剂沉淀重金属， 能縮短整个工艺处理周期并能保证出水水质稳定达标排放。3、本工艺流程简单，成本低廉， 可连续运行，运行可靠，水洗灰和水洗液处理效果稳定。
图1， 2是生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置的预处理流程图。
具体实施例方式
结合图1， 2和实施例对本发明进行说明。 本发明方法采用的工艺设备可以分为四个处理单元水洗单元、脱水单元、脱出液 处理单元和水泥窑煅烧单元。水洗单元的单元主体是水洗塔，脱水单元的单元主体是脱水 机，脱出液处理单元的单元主体是中和池、螯合池、絮凝池和沉淀池，水泥窑煅烧单元的单 元主体是水泥窑。图1与图2所示的两种工艺中，螯合剂及絮凝剂用量并没有明显差别，在 具体实施时主要差别在于图2所示工艺可连续运行，但脱水设备选型时，相同的水灰比和 飞灰处理规模，图2所示工艺中真空带式压滤机处理能力必须比图1所示的工艺中真空带 式压滤机处理能力大。 实施例1 (具体工艺如图1所示) 某城市生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰，Cl元素含量为17.96wt%， Zn元素含量为 0. 54wt % ， Pb元素含量为0. 23wt % ， Sn元素含量为0. 12wt % ， Cu元素含量为0. 09wt % ， Cr 元素含量为0. 09wt%。 将每批次It焚烧飞灰和水按照水灰=4 : 1的重量比在水洗设备中混合，搅拌 10分钟，放置半小时，然后将上清液抽取到中和池中，缓慢加入浓度为20%的工业硫酸，边 加边搅拌，pH计实时监控控制硫酸滴加量。pH达到6-9后，将溶液转移至螯合池，根据预 实验判定加入飞灰质量lwt^的DTC类螯合剂，边加边快速搅拌，搅拌15分钟之后整体转 移至絮凝池，加入0. 2ppm聚丙烯酰胺后慢速搅拌5分钟然后转移至沉淀池静置。水洗飞灰 经真空带式压滤后其氯含量由17. 96wt^降至lwt^左右，上清液经酸化、螯合、絮凝沉淀 后重金属浓度分别降为Zn :131. 4ppb， Pb :119. 2ppb， Sn :0. 9ppb， Cu :36. lppb， Cr :154ppb， 重金属含量和PH值均能达到污水综合排放一级标准。水洗飞灰和重金属沉淀物脱水后以 3wt^掺加量进入水泥窑煅烧，由于脱水滤饼相对其它生料投加量很低，水泥生产工况和水 泥产品质量不受影响，飞灰重金属被良好固定，飞灰中二恶英被有效破坏。
实施例2 (具体工艺如为图2所示) 某城市生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰，Cl元素含量为17.96wt%， Zn元素含量为 0. 54wt % ， Pb元素含量为0. 23wt % ， Sn元素含量为0. 12wt % ， Cu元素含量为0. 09wt % ， Cr元素含量为0. 09wt%。
将焚烧飞灰和水按照水灰=is : i的重量比在水洗设备中混合，搅拌io分钟，
整体转移至真空带式压滤机上，压滤滤饼含水量降为22. lwt^，含氯量降为0. 86wt^，可 以4wt^掺加量与生料混合后直接进窑煅烧。根据预实验判定加入飞灰质量1. 5wt^的DTC 类螯合剂，边加边快速搅拌，搅拌15分钟之后整体转移至絮凝池，加入0. lppm聚丙烯酰胺 后慢速搅拌5分钟然后转移至沉淀池静置压滤液导入中和池，其余处理过程同上，脱出液 经酸化、螯合、絮凝沉淀后，重金属含量和PH值均能达到污水综合排放一级标准。
权利要求
一种生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置的预处理方法，包括飞灰水洗去氯、水洗灰脱水、上清液处理、进窑煅烧四个阶段，其特征在于，具体包括以下步骤(1)飞灰水洗将焚烧飞灰和水按照水∶灰＝4-15∶1的重量比在水洗设备中混合，搅拌5～10分钟，原飞灰中90％以上的氯离子都会溶出进入溶液，达到脱氯目的，自然沉降30分钟，获得上清液和水洗飞灰，然后将上清液转移至中和池，水洗灰转移至脱水设备。或不进行固液分离直接将溶浆转移至脱水设施脱水；(2)水洗灰脱水水洗后的飞灰和沉淀池沉淀物合并，通过机械设备脱水得脱水滤饼和脱出液，脱出液进入上清液处理设施；(3)上清液处理上述上清液或脱出滤液的pH会超过12，水洗过程飞灰中重金属会部分溶出导致水洗液中重金属含量超标；对于超出污水排放指标的上清液或脱出滤液，针对在上清液及水洗灰脱出液加入磷酸或通入CO2进行碳酸化均能达到中和pH并沉淀重金属的目的，磷同样是维持水泥窑正常工况需要控制的元素，P2O5对熟料的强度和凝结时间都存在不利影响，对于焚烧飞灰水泥窑协同处置而言磷的引入不合适，而通入CO2中和pH难于控制，并且重金属沉淀效果不稳定的缺陷，采用在上清液或脱出滤液中加入中和剂硫酸，中和上清液或脱出滤液，使pH达到6-9范围内，为确保重金属离子的沉淀效果，依次加入二硫代胺基甲酸盐类衍生物；重金属螯合剂及聚丙烯酰胺絮凝剂，静止沉淀后检测上清液是否满足《污水综合排放标准(GB 8978-1996)》的排放指标，若满足排放指标，则排入污水排放系统，否则回流至上清液处理工序的中和池、沉淀池，再次处理，沉淀池内沉淀物进行定期清理送入脱水设备脱水，得到脱水滤饼；(4)水泥窑煅烧脱水滤饼送入预均化库，与水泥原料配比混合后进入水泥窑中煅烧，不用改变水泥窑的生产条件，最终生成水泥熟料。
2. 根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置预处理方法，其特征在 于所述步骤2水洗灰脱水，飞灰经水洗后的含水率可超过80wt^，由于水中含有大量的 氯，这对飞灰入窑煅烧带来不利影响，同时，过多的水分也将加大煅烧的燃耗，增加飞灰处 置成本。因此，飞灰水洗后需经机械脱水设备降低飞灰的含水率再进入窑内煅烧；脱水设备 选用板框压滤脱水或真空带式脱水设备，脱出液直接进入中和池进行处理，然后达标排放。
3. 根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置预处理方法，其特征在 于所述步骤3中的二硫代胺基甲酸盐类衍生物重金属螯合剂加入量为0. 8-2wt^飞灰质 量，及聚丙烯酰胺絮凝剂的加入量O. l-2ppm，则能保证处理后上清液中重金属浓度满足《污 水综合排放标准(GB 8978-1996)》中的一级标准，直接排入污水排放系统，若不达标可回流 至上清液处理工序再进行处理；对于经螯合、絮凝产生的重金属沉淀则定期清理送到脱水 设施进行脱水。
4. 根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置预处理方法，其特征在 于所述脱水滤饼的体积含水率为25 45wt%。
5. 根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置预处理方法，其特征在 于所述水洗飞灰中氯体积含水率降至2wt^以下。
6. 根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置预处理方法，其特征在 于，所述水洗飞灰与水泥原料掺加比例在5wt^以下。
全文摘要
本发明公开了属于固体废物处理、处置技术领域的一种生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置的预处理方法。包括飞灰水洗去氯、水洗灰脱水、上清液处理、进窑煅烧四个阶段，采用在上清液或脱出滤液中加入中和剂硫酸，中和上清液或脱出滤液，使pH达到6-9范围内，依次加入二硫代胺基甲酸盐类衍生物重金属螯合剂及聚丙烯酰胺絮凝剂，确保重金属离子的沉淀效果。对洗出液进行硫酸中和及重金属沉淀处理，确保水洗液能达标排放。利用该发明处理飞灰，既能节省水泥工业原材料，又能有效固定重金属，彻底焚毁二噁英，能安全、经济、便捷的处置飞灰，能实现环境效益、经济效益和社会效益。
文档编号C04B7/26GK101758061SQ20101010414
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者凌永生, 张俊丽, 李欢, 王雷, 聂永丰, 金宜英 申请人:清华大学