专利名称：一种协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法
技术领域：
本发明属于固体废弃物和高浓度有机废液的无害化和资源化利用的技术领域，尤其涉及一种协同处置城市垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的无害化处置方法。
背景技术：
随着人口数量持续增加，城市化进程加快和生活水平的提高。近年来，城市垃圾数量迅猛增加。我国城市垃圾无害化处置主要由三种方式填埋、焚烧和堆肥。我国生活垃圾处理主要是以填埋为主，焚烧和堆肥的比例较少，但是焚烧的比例每年都在增长。焚烧相比填埋具有减容、减量等，以及能源再次利用等优点。如果继续以填埋为主，在不久的将来，更多城市将被垃圾所包围，这就迫使我国加快垃圾焚烧厂的建设。城市生活垃圾焚烧厂的垃圾在焚烧前将进行一定量的堆放储存和干化过程，因此会产生一定量垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，被公认为当今世界上最难处理达标的污水之一。垃圾渗滤液的典型特点为BOD和COD浓度高、重金属浓度高、水质水量变化大、氨氮的含量高、微生物营养比例失调，不仅极为恶臭难闻，且相关指标为一般城市污水的10-100倍。生活垃圾渗滤液直接排放环境中，对周围土壤和水体造成严重污染，垃圾渗滤液所到之处，植物无法生长。同时城市生活垃圾焚烧过程中在尾气净化设备中会沉降高含量二噁英和重金属的飞灰。根据《生活垃圾填埋污染控制标准GB16889-2008》中明确规定生活垃圾焚烧飞灰属于危险废弃物，同时填埋要求为生活垃圾焚烧飞灰含水率效率小于30%，二噁英含量低于3 ug TEQ/Kg和重金属的浸出毒性低于相应的标准值。特别是，二噁英(P⑶D/Fs)是多氯代二苯并二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)的统称。公认为“世界上最毒的物质”，最大危害是具有不可逆的“三致”毒性，即致畸、致癌、致突变；一旦进入在生物体内， 在生物体脂肪层和脏器堆积而几乎不能排出或降解，产生积累性中毒，严重影响周围的生态环境。目前国内外对垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰得到广大研究人员的关注，并且进行了大量的试验研究，并取得了不少成果，也部分方法有工程化应用。但是目前的处理方法明显还存在着一些缺陷，主要表现在一下几个方面
(I)协同性差
焚烧厂的垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰处理工程都是单独完成，两者处置方法毫不相关。(2)处理成本高
垃圾渗滤液标准方法处理的标准工艺为厌氧+好氧+膜处理工艺，该工艺前期投资成本高，占地面积大,处理成本昂贵。垃圾焚烧飞灰的主要通过固化后填埋的方法，占地面积大，处置成本较贵。(3)处理效果低
标准的垃圾处理液体处理过程中，好氧步骤能较好的出去有机污染物和硝化作用，但是在反硝化作用中难以控制，同时后期膜处理效果能以保证。垃圾焚烧飞灰固化效果比较差，且飞灰中的重金属和二噁英没有实质性解决，对填埋场周围环境潜在风险。在较长时间的填埋处理中，飞灰中的重金属和二噁英又渗滤到环境中，造成第二次污染。因此，开发出具有自主产权的处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处置方法， 为推进城市生活垃圾无害化处置、资源化利用；切实解决垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液处理的协同性差、成本高、实用性差、效果低等问题具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服目前国内外普遍存在的无害化处理垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰过程中无协同性、处理成本高、实用性差、效果低等问题；提供一种协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，该方法具有工艺简单、处理成本低、处理效果好、适应性广等特点。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，该方法包括以下几个步骤
(1)将垃圾焚烧厂的烟气净化设备除尘后的焚烧飞灰通过压力输送泵输送至高温高压反应爸;
(2)使用热交换器充分利用垃圾焚烧厂尾气的蒸汽余热和处理后废液的热量，将垃圾渗滤液预热后由压力泵输入高温高压反应釜；
(3)按照一定比例加入垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰到高温高压反应釜后，密封高温高压反应釜；并利用垃圾焚烧厂的蒸汽余热加热高温高压反应釜和维持反应温度，同时通过搅拌器将垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰搅拌均匀；
(4)高温高压反应釜加热到反应温度后，打开高温高压反应釜的气体进口阀，通过压缩机将空气(或纯氧气)注入反应器中，在高温高压反应釜中，对垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液进行无害化处理；
(5)经反应后浆状物，通过固液分离器将处理后灰和残留液进行分离，处理后灰直接排出，而残留液进行调PH、去除悬浮颗粒物和去除重金属等后续处理后排放。进一步地，所述步骤(3)中，垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的实际产量固/液比为 1:3-6 (g/ml)。进一步地，所述步骤(4)中，依据垃圾渗滤液的原始COD值的I. 2倍需氧量通入空气或纯氧气作为氧化剂。进一步地，所述反应温度为150°C _250°C，反应时间为O. 5-2小时。进一步地，所述垃圾渗滤液可以为垃圾焚烧厂垃圾渗滤液或填埋厂的垃圾渗滤液，垃圾焚烧飞灰可以为垃圾焚烧厂飞灰或粉煤灰。本发明的有益效果是
(O效率高相对于其他处理方法，本发明方法具有协同处理垃圾渗滤液和垃圾飞灰的。再者通入氧气加快反应速率，并且飞灰中的成分有助于催化降解有机污染物，使无害化处理效率更高。(2)环境友好相对于其他处理方法，本发明方法是污染物最终无害化，不产生相应有毒的副产物。(3)成本低相对于其他方法，该方法不需要花费大量人力和物力，且不需要购买昂贵的设备分别处理垃圾渗滤液和垃圾飞灰，降低采集设备的造价；同时利用焚烧厂的余热进行预热，从而节能。
图I是协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液方法的流程图。
具体实施例方式本发明协同处理处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法的原理主要是，水加热后水的介质常数明显降低，促使水容易溶解二噁英等有机污染物和O2分子。同时加热后的水的离子积明显增加，有助于水的反应活性。在该方法中通入O2促使形成氧化能力很强的自由基，反应速度快，氧化效率高，可使有机物的化学键断裂并最终氧化成CO2和H2O,形成自
由基的原理如下RHiO2 -- R' ι ΗΟ； ；(I)Η ,Ο+Ο,-￡H2O2H-O' ；(2)H2O^ O2 ->H0>OH'；(3)R'+O^ROff :(4)Rm-HOw I(5)RHiRoa> R't ROOH ；(6)
飞灰中金属离子和飞灰的吸附混凝相互作用催化飞灰中二噁英和垃圾渗滤液中有机物的降解，同时飞灰重金属离子进水热反应后变化离子形态变为氧化态和硅铝酸盐形态， 对飞灰重金属起到稳定化作用。如图I所示，本发明协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，包括以下几个步骤
(1)将垃圾焚烧厂的烟气净化设备除尘后的焚烧飞灰通过压力输送泵输送至高温高压反应爸;
(2)使用热交换器充分利用垃圾焚烧厂尾气的蒸汽余热和处理后废液的热量，将垃圾渗滤液预热后由压力泵输入高温高压反应釜；
(3)按照一定比例加入垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰到高温高压反应釜后，密封高温高压反应釜；并利用垃圾焚烧厂的蒸汽余热加热高温高压反应釜和维持反应温度，同时通过搅拌器将垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰搅拌均匀；
(4)高温高压反应釜加热到反应温度后，打开高温高压反应釜的气体进口阀，通过压缩机将空气(或纯氧气)注入反应器中，在高温高压反应釜中，对垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液进行无害化处理；
(5)经反应后浆状物，通过固液分离器将处理后灰和残留液进行分离，固相处理后完全符合国家相应的标准，而残留液应进行调PH、去除悬浮颗粒物和去除重金属等后续处理，达到国家废水排放标准后排放。
该方法包括下列反应条件
1、根据实际我国垃圾焚烧厂的垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的实际产量固/液比为 1:3-6 (g/ml)，同时不需要添加其他化学试剂；
2、依据垃圾渗滤液的原始COD值的I.2倍需氧量通入空气或纯氧气作为氧化剂；
3、反应温度为150°C-250°C，相应的反应时间为O.5-2小时，反应温度越高，反应时间越短；
4、反应过程持续开启搅拌器，转速为150-250转/分；
5、反应压力为水饱和蒸气压力加上输入空气/氧气的分压。6、垃圾渗滤液可以为垃圾焚烧厂垃圾渗滤液或填埋厂的垃圾渗滤液，垃圾焚烧飞灰为垃圾焚烧厂飞灰或粉煤灰。本发明中，高温高压反应釜使用耐碱耐腐蚀材料制成，为公知产品。本发明中，应用垃圾焚烧飞灰对垃圾渗滤液无害化的催化降解，飞灰中氧化铝、未燃尽碳、硅胶为催化剂载体，飞灰中过渡态金属离子或氧化物为催化剂。本发明的方法对重金属具有稳定化作用。下面通过实施例对本发明作进一步说明，本发明的目的和效果将变得更加明显。以某杭州800t/d的垃圾焚烧厂为例，一天产生的垃圾渗滤约为20%，焚烧飞灰的产量为3-7%。即每天产生垃圾渗滤液为160吨，垃圾焚烧飞灰为24-56吨。因此实例中采用液/固比为5:1进行配备说明。垃圾渗滤液初始COD为50000 (mg/L)、NH3为1600mg/L。 垃圾飞灰中二噁英的浓度3. 5 ng I-TEQ/g，超过国家的填埋标准3.0 ng I-TEQ/g，原始飞灰中重金属Pb、Cr的浸出毒性超过国家安全填埋标准。处理前和处理后的COD分别以CODtl和COD1表示，按照下列公式计算COD的去除效率
Xcod =( ([COD]0_ [CODj1)/ [CODj0)*100 % ；
相应的NH3和Dioxins的去除率为
Xnh3 去除率=(([NH3J0- [NH3J1)/ [NH3J0)*100 %;
XDimdns 去除率=(([Dioxins]0- [DioxinsJ1) / [Dioxins]。)*100%。实施例I :
将垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液加入高温高压反应釜，其中液/固比为5:1 (g/mL),打开搅拌其，其搅拌速度为200转/分。将反应釜加热至反应温度250°C，再向反应釜中通入纯氧气，其氧的通入量为垃圾渗滤液中COD的I. 2倍，反应时间为2小时。经反应处理后经固液分离器进行固液分离，处理后飞灰中二噁英降解效率为99. 9%，所有重金属的浸出毒性达到国家标准；垃圾渗滤液的COD的降解效率为97%，NH3降解效率为85%。为了证明在高温高压降解垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液中通入氧气，可以大大提高反应速率，和缩短反应时间，因此在没有通入氧气的相同工况进行了对比试验。在相同的工况条件下，即垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰的液/固比为5:1 (g/mL),打开搅拌其，其搅拌速度为200转/分。加热至反应温度250°C，但是不向反应釜中通入氧气，反应时间达18小时。反应后二噁英的降解效率只有达到93%，所有重金属的浸出毒性达到国家标准；但是没有通入氧气情况下，反应时间18小时飞灰中二噁英的降解效率只有达到93%，垃圾渗滤液的COD和NH3几乎没有减少，渗滤残留液COD为48000 (mg/L)、NH3为1400 mg/L。
说明反应爸中加入氧气后,反应时间明显缩短、反应效率明显提高。实施例2
500ml垃圾渗滤液，加入高温高压反应釜，密封反应釜，打开搅拌器，搅拌速度为200转 /分，加热温度至200°C，通入垃圾渗滤液的COD的I. 2倍，反应时间为2小时。垃圾渗滤液的COD的降解效率为80%，NH3降解效率为65%。在相同反应温度、反应时间和通入相同的氧含量条件下，在垃圾渗滤液加入垃圾焚烧飞灰，即将垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液加入高温高压反应釜，其中液/固比为5:1 (g/ mL),打开搅拌器，搅拌速度为200转/分。加热至反应温度200°C，在通入垃圾渗滤液的 COD的I. 2倍，，反应时间为2小时。反应后飞灰中二噁英降解效率为99. 9%，所有重金属的浸出毒性达到国家标准；垃圾渗滤液的COD的降解效率为94%，NH3降解效率为78%。说明加入垃圾焚烧飞灰后，明显提高垃圾渗滤液的降解效率，同时垃圾飞灰也进行无害化处理。对比实施例I和实施2可以看出，在反应温度为200°C时，通入氧就可以有效降解二恶英、C0D、NH3等有机物，同时稳定化重金属，这样不仅降低了反应温度、降低对反应釜的性能要求、提高安全性、同时提高效率、节约能源和飞灰的无害处理。
权利要求
1.一种协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤(1)将垃圾焚烧厂的烟气净化设备除尘后的焚烧飞灰通过压力输送泵输送至高温高压反应爸;(2)使用热交换器充分利用垃圾焚烧厂尾气的蒸汽余热和处理后废液的热量，将垃圾渗滤液预热后由压力泵输入高温高压反应釜；(3)按照一定比例加入垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰到高温高压反应釜后，密封高温高压反应釜；并利用垃圾焚烧厂的蒸汽余热加热高温高压反应釜和维持反应温度，同时通过搅拌器将垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰搅拌均匀；(4)高温高压反应釜加热到反应温度后，打开高温高压反应釜的气体进口阀，通过压缩机将空气(或纯氧气)注入反应器中，在高温高压反应釜中，对垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液进行无害化处理；(5)经反应后浆状物，通过固液分离器将处理后灰和残留液进行分离，处理后灰直接排出，而残留液进行调PH、去除悬浮颗粒物和去除重金属等后续处理后排放。
2.根据权利要求I所述协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的实际产量固/液比为1:3-6 (g/ml)。
3.根据权利要求I所述协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，依据垃圾渗滤液的原始COD值的I. 2倍需氧量通入空气或纯氧气作为氧化剂。
4.根据权利要求I所述协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述反应温度为150°C _250°C，反应时间为O. 5-2小时。
5.根据权利要求I所述协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液可以为垃圾焚烧厂垃圾渗滤液或填埋厂的垃圾渗滤液，垃圾焚烧飞灰可以为垃圾焚烧厂飞灰或粉煤灰。
全文摘要
本发明公开了一种协同处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的方法，该方法依次将焚烧飞灰、垃圾渗滤液、空气/氧气注入至高温高压反应釜中进行无害化处置，垃圾渗滤液和垃圾焚烧飞灰的液/固比可以根据垃圾焚烧厂实际情况而定，反应温度为150℃-250℃，注入氧气的浓度为垃圾渗滤液原始COD的1.2倍，通过该方法处理，垃圾焚烧飞灰中的二噁英等有机污染物基本降解，稳定化后的重金属的浸出毒性全部达标，同时显著降低垃圾渗滤液中的COD、氨氮、悬浮颗粒和总有机碳等指标，本发明具有处理效率高、处理成本较低、适用范围广，同时不产生有毒副产物等特点，具有良好的应用前景。
文档编号B09B3/00GK102583823SQ20121003190
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者严建华, 刘红梅, 李晓东, 池涌, 蒋旭光, 金余其, 马增益, 马晓军, 黄群星 申请人:浙江大学