本实用新型涉及一种处理垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的处理系统，特别是涉及一种垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统。
背景技术：
垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧后在热回收利用系统、烟气净化系统收集的物质。主要来自余热锅炉产生的底灰、反应塔产生的底灰和布袋除尘器收集的粉尘。其中含有大量的重金属和二恶英等剧毒污染物，属于国家规定的危险废物(编号：HW18)，必须进行安全处置。
飞灰的重要特性也是处置的难点是含有二恶英、重金属，并且可溶氯盐含量高。飞灰粒度细，垃圾焚烧产生的二恶英有很大一部分吸附在飞灰表面。同时，飞灰中还含有较高浓度的Pb、Zn、Cr以及Cd等多种有害重金属(如Pb含量高达750～3500mg/kg，Zn含量高达900～3500mg/kg)。并且，垃圾焚烧飞灰中含有大量的可溶氯盐是制约飞灰处置的关键因素，其含量最高可达25％以上。
焚烧飞灰处置方法主要有：水泥固化法、沥青固化法、化学药剂处置法、烧结处置法和熔融处置法等。
水泥固化法在碳酸化(酸化)的作用下，固化体中的重金属及无机盐大部分随着时间的推移将被雨水逐渐溶出，对环境存在着长期的、潜在的威胁。考虑到这些问题飞灰处置场建设和运行的标准将大大提高，水泥固化后增容，运行成本增加，限制了该方法的长期应用。
沥青固化法在处置过程中，必须将飞灰的粒径大小及水分加以适当调整，同时尽量去除杂质，以便使沥青的包覆层能完全覆盖处置物。处置能力低，沥青使用量大，成本高，较难得到推广使用。
在处理未经均化的飞灰时，若采用化学药剂处置法处置，则高分 子螯合剂添加成本会相对较高。由于飞灰组分及重金属存在形态的复杂性，以及对其反应机理缺乏足够的认识和研究，因此，稳定剂市场鱼目混珠、水平参差不齐。
目前，国内除上海、广州、深圳、大连等主要城市的垃圾焚烧厂对焚烧飞灰进行了安全处置之外，大多数垃圾焚烧厂还没有对焚烧飞灰进行必要的妥善处置。常见的方式是采用简易水泥固化和石灰稳定化的方式，但这些处置方式对重金属长期稳定化的效果并不理想，对二恶英类物质的去除和控制作用也很有限，以石灰稳定化处置为例，在低pH值环境中重金属会再度浸出，而造成二次污染。
垃圾渗滤液是指来源于垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土层的饱和持水量，并经历垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度废水。垃圾渗滤液的水质相当复杂，一般含有高浓度有机物、重金属盐及氨氮，垃圾渗滤液不仅污染土壤及地表水源，还会对地下水造成污染，对于垃圾渗滤液中COD及氨氮的去除已有许多研究，一般多采用生物法处置，但是处置效果不理想，且运行成本相对较高。
在通常情况下，这两种废弃物都是分别处理，所以处理成本高，处理稳定性低。因此，寻找一种处理工艺、处理设备简单，处理成本低廉，并且处理效果显著的工艺就显得尤为重要了。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提出一种垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统，以解决现有垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液过程中资源消耗大、处理效率低、减量小、设备占地面积大、臭味大的难题，实现垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的减量化、无害化协同处理。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统，所述协同处理系统包括预处理单元、换热单元、氧化基质单元、反应单元以及分离单元；
所述预处理单元包括储存垃圾焚烧飞灰的飞灰储罐、储存水的水 储罐、与所述飞灰储罐和水储罐相连接的水洗反应器、与所述水洗反应器相连的第一固液分离器以及与所述第一固液分离器相连的第一水处理器，
所述换热单元包括与所述第一固液分离器相连接的预热换热器、与反应单元相连接的冷却换热器以及设置在所述预热换热器和冷却换热器之间的导热油锅炉，
所述氧化基质单元包括空压机、与所述空压机相连接的分子筛吸附塔以及与所述分子筛吸附塔相连接的增压机，
反应单元包括储存垃圾渗滤液的垃圾渗滤液储罐以及分别与所述垃圾渗滤液储罐、预热换热器、冷却换热器、增压机相连的反应器，
所述分离单元包括与所述冷却换热器相连接的气液分离器、与所述气液分离器相连接的第二固液分离器以及与所述第二固液分离器相连的第二水处理器，所述第二水处理器与水储罐相连接。
优选地，所述预热换热器和冷却换热器均为套管换热，导热介质为导热油。
优选地，所述套管的外管包覆保温隔热材料。
优选地，所述反应器为塔式平推流反应器，并且所述反应器内部不设折流挡板或者设置短折流挡板，所述短折流挡板为宽度在10～30cm的圆环形挡板。
优选地，所述气液分离器采用立式两相气液分离器，并且所述气液分离器的顶端采用丝网捕雾气。
优选地，所述第一固液分离器、第二固液分离器均为离心分离机。
基于上述技术方案，本实用新型的优点是：
本实用新型的垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统在碱性水热条件下，利于垃圾焚烧飞灰本身的硅铝钙物质合成类沸石结构，使飞灰中大量的重金属吸附在类沸石结构的孔隙中，降低飞灰中重金属的浸出毒性；在水热条件中，随着密闭反应器中温度和压力都不断升高，大大提高了二恶英在水中的溶解度，有利于提高反应活性，加快二恶英的氧化分解。而垃圾渗滤液中的有机物在高温高压有氧条件 下进行液相氧化，通过氧化放热可以为反应提供一部分热量，通过高效的换热器用反应后的物料预热初始物料，采用封闭式的换热结构，不仅避免了气体直接排放时将带走大量水蒸气，造成热能损失，还能够减少蒸汽的产生，减少了水的相变热消耗的能量，进而减少能量投入，节约运行费用。
与此同时，本实用新型的处理系统设备简单，处理成本低廉，并对二恶英及有机污染物的处理效率极高，重金属离子经处理后具有较强的稳定性，使得处理后的固体物可实现无害化处理或者资源化利用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
本实用新型提供了一种垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统，所述协同处理系统包括预处理单元、换热单元、氧化基质单元、反应单元以及分离单元。如图1所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。
具体地，所述预处理单元包括储存垃圾焚烧飞灰的飞灰储罐1、储存水的水储罐3、与所述飞灰储罐1和水储罐3相连接的水洗反应器2、与所述水洗反应器2相连的第一固液分离器6以及与所述第一固液分离器6相连的第一水处理器7。
将飞灰、水从飞灰储罐1、水储罐3按照固液质量比为1:3～1:10的比例加入到水洗反应器2中，以300～3000r/min的转速搅拌20min～60min，之后在第一固液分离器6即离心分离机上进行固液分 离。优选地，可重复上述水洗-分离过程1～2次，以提高水洗效率。在3次水洗后，氯的水洗率可达到99％以上，对设备的腐蚀性显著降低，大幅延长了反应器4的使用寿命。通过将飞灰中氯元素及无机盐洗出，溶解到水洗液里，减少氯盐对设备的腐蚀，并对无机盐有效回收，实现资源循环利用。
如图1所示，所述换热单元包括与所述第一固液分离器6相连接的预热换热器5、与反应单元相连接的冷却换热器10以及设置在所述预热换热器5和冷却换热器10之间的导热油锅炉11。换热单元可采用导热油介质换热，也可采用套管换热器冷热物料直接换热。换热器可以采用两种方案，一种为介质间接换热，另一种换热方式为原料间接换热。
如采用介质换热，换热器需设计两套，一套预热原料，一套冷却反应后物料，介质采用导热油。换热器为了避免堵塞，设计采用套管换热器，内管采用DN80，外管采用DN100。外管包覆保温隔热材料，优选地，可以采用石棉保温。配套导热油锅炉11，作为起始热源以及补充热量的作用。由于反应本身为放热反应，整个反应器4维持温度不需要导热油锅炉10提供额外的热能。
在换热器的进口、出口分别安装温度传感器采集换热器的温度。如果温度达不到要求，则同时开启导热油锅炉11，以增加导热油的温度，保证反应得以正常进行。
如采用原料间接换热，换热器外管直接通入反应器4排出的固液气三相混合物。热物料走内管，冷物料走外管。
上述两种换热方式各有特点，介质换热可控性强，原料直接换热能源利用率高。在实际应用中，技术人员可以根据成本、效率综合考虑，选用对于自身合适的换热方式。
经过预热换热器5的物料温度上升至初始反应温度，在高温高压下菌渣中可氧化有机物与溶解到水中的氧在反应器4内发生氧化反应，放出热量。根据温度、压力、是否加入催化剂、停留时间等的不同，最终反应活性也不一致。
所述氧化基质单元包括空压机12、与所述空压机12相连接的分子筛吸附塔13以及与所述分子筛吸附塔13相连接的增压机14。所述氧化基质单元制取氧化基质的过程为，首先通过空压机12以及分子筛吸附塔13将氧气增浓至50％～80％，所述空压机11优选为螺杆式空压机。再通过增压机14将增浓后的空气压力升高，根据工艺温度的不同，调整到大于水在此温度下的饱和蒸汽压即可，最高压力可以达到90kg。
在本实用新型的系统中，空压机和增压机各两台，一台在正常使用，另一台作为备用，并且共用一个储气罐。所述分子筛吸附塔13利用吸引剂沸石分子筛对空气中的氧气和氮气的吸附能力的差异来实现氧气和氮气的分离，增加氧气的浓度，能够有效减少空压机12的工作量与能源消耗。
如图1所示，反应单元包括储存垃圾渗滤液的垃圾渗滤液储罐8以及分别与所述垃圾渗滤液储罐8、预热换热器5、冷却换热器10、增压机14相连的反应器4。
反应器4采用塔式平推流反应器，内部不设折流挡板或者设置较短挡板，尽量抑制径向混合。所述短折流挡板为宽度在10～30cm的圆环形挡板。物料从反应器4的下方进入，从上方排出。工作时，反应器4根据流速来控制物料的停留时间。所述反应器4的底部还设有气体分布器，以接入氧化基质单元制取的氧化基质。
在反应时，确定所述反应器4气密性良好后，把温度参数调节至120～350℃，并将反应釜的压力设置为1.5～17.0Mpa。所述反应器4的升温时，其升温速率为1～10℃/min。并且所述反应器4内带有自动搅拌的装置，可以在在加热过程中不断地匀速搅拌固液混合物，使得固液混合物受热均匀，充分反应。由于有着耐压以及防腐蚀要求，优选地，所述反应釜为耐压反应釜，所述反应釜内部材质为不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯，外部材质为铸铁。
在反应时，还需要加入氧化硅、氧化铝、氧化钙的混合物。优选地，所述氧化硅、氧化铝、氧化钙的含量占飞灰质量的比例均为1～5％ 为宜。通过同时补充可以形成类沸石结构的必要物质，如氧化硅、氧化铝、氧化钙等物质，类沸石结构可吸附重金属等有害物质于空隙中，降低重金属浸出毒性。为了获得较佳的处理效果，可在其中添加甲醇等醇类物质，也可加入铜粉、铁粉、金属氧化物等物质，作为催化剂，以加快反应速率，节约成本。
当反应器4内的温度升高到设置的温度值后，继续反应1～10h。关闭加热器，自然冷却至室温。反应釜在处理飞灰及垃圾渗滤液时，溶剂处于亚临界或者临界状态。正是由于这种处于亚临界或者临界状态的溶剂具有极强的氧化性，以至于其能够分解二恶英。与此同时，水热反应后飞灰以及垃圾渗滤液中的重金属与飞灰中的硅酸盐形成了具有稳定结构的其他硅铝酸盐，使重金属的浸出毒性降低。在碱性水热条件下，利于垃圾焚烧飞灰本身的硅铝钙物质合成类沸石结构，使飞灰中大量的重金属吸附在类沸石结构的孔隙中，降低飞灰中重金属的浸出毒性。
所述分离单元包括与所述冷却换热器10相连接的气液分离器15、与所述气液分离器15相连接的第二固液分离器16以及与所述第二固液分离器16相连的第二水处理器9，所述第二水处理器9与水储罐3相连接。
所述气液分离器15安装在冷却换热器10的出口，用于分离系统内的气体和液体，也用于气体除雾。由于氧化处理、冷却之后，气体主要为洁净的二氧化碳，物料经过气液分离器15后，可以直接排放在大气中。第二固液分离器16即离心分离机用于固液分离，利用高速离心远动，降低其含水率。优选地，气液分离器15采用立式两相气液分离器，所述气液分离器15的顶端采用丝网捕雾气，能够有效地防止大量水雾的产生。
为了能够更大程度地利用水资源，本实用新型的垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统在所述第二固液分离器16后加入了第二水处理器9，并将所述第二水处理器9与水储罐3相连接，使得处理后的固液分离得到的水经过处理后进行重复利用，有效地降低了运行 成本。
固体物在脱水后可以进行无害化处理或者资源化利用。优选地，所述固液分离方式为机械压滤脱水或离心脱水。脱水后的固体物可以直接填埋或者混入水泥填埋，其毒性很低，完全符合国家规定的标准，也可以混入混凝土，进行资源化利用。
本实用新型的垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统利用处于亚临界或者临界状态下的溶剂具有极强的氧化性，同时处理飞灰中的二恶英及飞灰和垃圾渗滤液中的重金属和有机污染物。优选地，按照所述方法处理，当反应釜的温度设置为220℃～350℃时，处理后的飞灰的国际毒性当量为小于0.3ng I-TEQ/g。
本实用新型的垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液的协同处理系统，在碱性水热条件下，利于垃圾焚烧飞灰本身的硅铝钙物质合成类沸石结构，使飞灰中大量的重金属吸附在类沸石结构的孔隙中，降低飞灰中重金属的浸出毒性；在水热条件中，随着密闭反应器中温度和压力都不断升高，大大提高了二恶英在水中的溶解度，有利于提高反应活性，加快二恶英的氧化分解。而垃圾渗滤液中的有机物在高温高压有氧条件下进行液相氧化，通过氧化放热可以为反应提供一部分热量，通过高效的换热器用反应后的物料预热初始物料，采用封闭式的换热结构，不仅避免了气体直接排放时将带走大量水蒸气，造成热能损失，还能够减少蒸汽的产生，减少了水的相变热消耗的能量，进而减少能量投入，节约运行费用。
与此同时，本实用新型的处理系统设备简单，处理成本低廉，并对二恶英及有机污染物的处理效率极高，重金属离子经处理后具有较强的稳定性，使得处理后的固体物可实现无害化处理或者资源化利用。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术 方案范围当中。