一种重金属固体废弃物的固化稳定化方法与流程

本发明属于固废处置，涉及一种重金属固体废弃物的固化稳定化方法。

背景技术：

1、随着城市化的进程和环保要求的提高，重金属固体废弃物的处理已经成为一个重要的社会问题。例如，城市生活垃圾在焚烧过程中，会产生大量的飞灰，其中飞灰中含有重金属、二噁英等有害物质，是一种典型的含重金属的固体废弃物，如果处理不当，将会对环境和人类健康造成严重威胁。因此，如何安全、高效地处理这些重金属固体废弃物(如垃圾焚烧飞灰)，防止其产生二次污染，已成为当前亟待解决的问题。

2、以垃圾焚烧飞灰为例，现有的飞灰处理方法主要包括水泥固化法、化学药剂稳定法、高温熔融法和提取分离法，但是水泥固化法存在固化体中的重金属浸出含量超标、固化体强度低、长期稳定性差、在雨水环境下耐侵蚀性不佳和增容大等问题；化学药剂稳定法存在药剂成本较高，同时固化产物长期稳定性受到多种因素影响，不利于广泛使用；高温熔融法存在工艺复杂，所需温度高，能耗较高等问题；提取分离法存在提取剂成本高，在重金属含量低的情况下效果不理想，应用范围有限等问题。因此，亟需寻找一种兼顾经济性和环保性的，同时还能长期保持性质稳定的固化稳定化方法，以解决飞灰处理与处置问题。

3、地质聚合物技术作为一种新型的飞灰处理技术，因其具有优良的结构稳定性和持续性，越来越受到研究者的关注。然而，现有基于地质聚合物的飞灰固化稳定化方法仍然存在以下缺陷：(1)采用的碱激发剂主要是水玻璃溶液和氢氧化钠溶液中的一种或混合溶液，存在添加量大、添加浓度大、需单独配置、对保存和运输的要求高、在使用和运输过程中易造成设备腐蚀和人员伤害等问题，且上述碱激发剂的原料，在生产过程存在环境污染大、能耗高、价格高等缺陷，因而不利于大规模推广应用；(2)辅料的添加比例过高，导致飞灰的添加量降低，一般在30％-70％之间，不利于提高飞灰处理的效率，难以大规模消纳飞灰，也会增加飞灰资源化利用的成本；(3)须添加重金属稳定剂和其他添加剂，且添加比例过高，不利于提高飞灰的处理效率；(4)采用的拌合用水主要是自来水和回用水，未考虑采用工业废水(压滤液、渗滤液和浓缩液等)，存在处理成本高等不足。

4、因此，获得一种处理成本低、飞灰掺比量高、固化稳定化效果好、兼具环境效益和经济效益的重金属固体废弃物的固化稳定化方法，对于实现重金属固体废弃物中重金属的有效固化以及提高固化体的长期稳定性具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种处理成本低、飞灰掺比量高、固化稳定化效果好、兼具环境效益和经济效益的重金属固体废弃物的固化稳定化方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种重金属固体废弃物的固化稳定化方法，包括以下步骤：

4、s1、对重金属固体废弃物进行水洗，固液分离，得到第一固相和第一清液；

5、s2、将臭气和烟气通入到第一清液中进行反应，固液分离，得到第二固相和第二清液；所述臭气为含有氨气的气体；所述烟气为含有二氧化碳的气体；

6、s3、将第一固相、第二固相、药剂a、药剂b混合进行球磨，得到混合料；所述药剂a为生石灰和/或熟石灰；所述药剂b为铝硅原料；

7、s4、将混合料与拌合用水混合，搅拌，得到混合物；

8、s5、将混合物进行成型、养护，完成对重金属固体废弃物的固化稳定化。

9、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s2中，所述臭气为污泥或污水处理过程中产生的含有氨气气体；所述臭气在使用之前，还包括对臭气进行脱硫处理；所述臭气的通入量为600l/min～1000l/min。

10、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s2中，所述烟气为含有二氧化碳的工业排放烟气；所述工业排放烟气包括垃圾焚烧厂、火力发电厂、炼钢厂或水泥厂中排放的烟气；所述烟气的通入量为400l/min～800l/min。

11、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s2中，所述反应的时间为30min～2h。

12、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s2中，所述第二清液的后续处理包括以下步骤：

13、(1)对第二清液进行加热，收集产生氨气，回流至第一清液中；

14、(2)将加热后的第二清液，作为洗脱液，返回至步骤s1中，用于对重金属固体废弃物进行水洗。

15、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s1中，所述重金属固体废弃物为垃圾焚烧飞灰、铬渣、含铊废渣和冶炼渣中的至少一种；所述水洗过程中液固比为0.5～1∶1；所述水洗在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为400rpm～700rpm；所述水洗的时间为10min～30min。

16、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s3中，所述混合料中按照质量百分含量计各原料的用量为：

17、

18、

19、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s3中，所述第二固相在使用之前还包括以下处理：对第二固相进行加热，分解成碳酸钠和二氧化碳，所述二氧化碳回流至步骤s2的第一清液中；所述铝硅原料包括偏高岭土、干化污泥、分选炉渣中的至少一种；所述球磨的时间为30min～6h。

20、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s4中，所述拌合用水为中水、污泥压滤液、垃圾渗滤液膜浓缩液中的至少一种；所述搅拌过程中控制水胶比为0.5～0.7∶1；所述搅拌的时间为2min～3min。

21、上述的固化稳定化方法，进一步改进的，步骤s5中，所述养护为：在30℃～65℃的模具下养护6h～24h，脱模，养护至少1天。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、针对现有基于地质聚合物的固化稳定化方法中存在的药剂适用性差、重金属有机固废掺比低、需要额外添加重金属稳定剂、处理成本高等不足，本发明创造性的提供了一种重金属固体废弃物的固化稳定化方法，先对重金属固体废弃物进行水洗，使重金属固体废弃物中含有的氯盐(主要是氯化钠)溶解进入到水洗液中，进而将臭气和烟气通入到水洗液中，利用臭气中氨气、烟气中的二氧化碳与水洗液中的氯盐进行反应，如式(1)所示，并制备得到碱激发剂原料(碳酸钠)，在协同治理臭气和烟气的同时，也去除了重金属固体废弃物中的氯盐，具有减排效应，且处理效率高，也实现了臭气和烟气的资源化利用，并进一步降低了碱激发剂的制备成本，在此基础上，对重金属固体废弃物、碳酸钠、生石灰和/或熟石灰、铝硅原料进行球磨，利用碰撞、压缩、剪切和摩擦等机械力诱导重金属固体废弃物(如飞灰)的物理和化学性质发生变化，从而激活或加速固相反应，增强物料的反应活性，同时利用重金属固体废弃物本身所含金属成分和添加的辅料作为脱氯还原剂，实现对重金属固体废弃物中有毒有害物质(如二噁英类物质)的降解，最后将混合料与拌合用水混合，并在加水的搅拌过程中，以碳酸钠、生石灰和/或熟石灰作为碱性激发剂发生苛化反应，如式(2)和式(3)所示，生成高碱度的氢氧化钠，由此形成了高碱性环境，一方面提供和利用自身的ca2+，从而激发材料的胶凝特性，水化生成胶凝性产物，同时促进了水化生成产物转化为更稳定、强度更高的水化物；另一方面不断侵蚀铝硅材料中无定型的铝硅酸盐，形成的硅氧四面体[si(oh)4]及铝氧四面体[al(oh)4]-单体随着浓度增大，它们之间发生缩聚反应，重新形成si-o-si及al-o-si的二聚体结构，并继续发生缩聚反应，从而延长了-si-o-链，并形成的三维网络状牢笼结构，最后利用该三维网络状牢笼结构的化学结合和吸附作用，将重金属离子牢牢的固封在结构中，实现对重金属固体废弃物中重金属离子的长久固定。与常规固化稳定化方法相比，本发明具有以下优势：(1)低碳环保，整个过程无废水、废渣和废气等污染物排放；(2)通过利用生产过程中臭气、烟气和飞灰自身的氯盐作为原料原位制备碳酸钠，协同处理了臭气和烟气，实现“以废治废”，具有减排效应，且处理效率高；(3)单组分的碱激发飞灰基地质聚合物直接加水即可，操作过程更加安全、简便，无需配置复杂的碱性激发剂溶液；(4)通过机械化学活化，加强了重金属固体废弃物颗粒与添加物质的反应，增强物料的反应活性，减少了拌合水的添加量，缩短了凝固时间，能够形成更多的凝胶网状结构，增强地质聚合物的性能和重金属固化效果，且能够同时实现对重金属固体废弃物中有毒有害物质(如二噁英类物质)的降解；(5)可采用中水、污泥压滤液、膜浓缩液等废液作为碱性激发剂的拌合水，可以实现废水的资源化利用；(6)重金属固体废弃物掺比量高(可达96％)，辅料可采用其他工业固废，拌合用水可采用其他废液(污泥压滤液、膜浓缩液)，同步处理了这些具有环境污染风险的废渣和废液，实现了以废治废，养护时间短，显著提高了飞灰的处理处置效率，降低了飞灰处理处置的成本；(7)产品性能稳定，添加量低于10％，且可根据终端处置要求调整固化体抗压强度；(8)整个重金属固体废弃物的固化稳定化过程是碳减排过程，符合要求；(9)重金属固体废弃物经固化稳定化后，重金属浸出浓度完全满足《危险废物浸出毒性的鉴定》(gb5085.3-2007)、《生活垃圾填埋污染控制标准》(gb16889-2008)和《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(hj1134-2020)中规定的重金属浓度应不超过gb8978中规定的最高允许排放浓度限值(第二类污染物最高允许排放浓度按照一级标准执行)。因此，本发明重金属固体废弃物的固化稳定化方法，具有处理成本低、掺比量高、固化稳定化效果好、兼具环境效益和经济效益等优点，同时还具有高效、环保、操作简单等优点，可广泛应用重金属固体废弃物特别是生活垃圾焚烧飞灰的处理处置，适于大规模的工程化应用。

24、nh3+co2+nacl+h2o→nh4cl+nahco3，nahco3→na2co3+co2+h2o      (1)

25、ca(oh)2+na2co3→caco3+2naoh                                     (2)

26、cao+na2co3+h2o→caco3+2naoh                                    (3)