一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，该装置包括老化反应器、通气系统、控温系统、控湿系统和二级吸收系统，该老化反应器为一柱体，该柱体侧壁中空，侧壁上设置有进液口和出液口，所述进液口和出液口与所述控温系统连接；所述老化反应器的下部通过一个三通接头分别与所述通气系统和所述控湿系统连接，上部与二级吸收系统连接。本发明提供的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法，设计了一种可适用于颗粒物料，引入气体、温度、湿度等多因素耦合的实验方法，该方法不但大大缩短固废物料稳定化后评估的等待时间，而且可以对处理后物料可能发生的风险进行有效的预测。
【专利说明】一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种固体废物处理方法，具体涉及一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法。
【背景技术】
[0002]固废稳定化技术在含重金属等污染物的处理中发挥越来越重要的作用。物料经稳定化处理后必然会经历老化的过程。老化通常会两种极端现象:一是污染物在很短的时间内全部释放；另一种是在极漫长的时间内污染物缓慢释放。如果在稳定化处理后的任何一个阶段，固废污染物的释放量都没有达到明显风险值，就说明了稳定化技术满足了修复治理的目的。验证稳定化技术效果最好的方法是得到在真实时间下，处理后样品的长期的理化特性数据，如污染物浸出性数据、结构变化数据、组成变化数据等等。尽管稳定化技术应用如此之多，但是对于物料稳定化处理后性能的长期稳定性验证数据依然十分缺乏，这部分数据对于评价稳定化技术是十分必要的。
[0003]除了提供物料经稳定化处理后性能的长期数据，对其在特定各个阶段的行为预测也是十分重要的，包括了某些污染物急剧变化过程，因此预测方法构建也是十分必须的。从试验的角度，这就意味着要设计一种方法来预测稳定化处理后物料的老化过程。在固废稳定化处理方面，目前对于此项工作的研究还十分有限，但有些类似报道:发明专利一种加速生活垃圾填埋稳定化进程的生物反应装置(申请号:201110052435.7)着眼于生活垃圾的加速稳定化处理。国外一些学者对此进行了一些研究，主要是针对固废水泥固化体的老化，对于经稳定化处理后颗粒物料的加速老化研究还十分有限。
[0004]普遍认为，加速老化途径主要是通过加速碳化、加速养护条件来实现的，如改变环境的温度、湿度等条件。经稳定化处理后的固废正常情况下采用堆积方式搁置，在自然条件下，各个固废颗粒接受到的外界条件不同，如内部颗粒湿度和温度，以及二氧化碳浓度和压力都与外部颗粒不相同，由此造成了固废处理后经长时间堆放后固废各部分稳定化效果的差异，这对于研究固废的稳定化机理十分困难。本发明基于此，从工业废渣的整体均一角度出发，提供一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法，将多种影响因素进行耦合，使稳定化后的颗粒物料长时间内可能发生的阶段在短期内发生，为工业废渣的稳定化效果和机理提供参考分析。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法，将多种影响因素进行耦合，使稳定化后的颗粒物料长时间内可能发生的阶段在短期内发生，为固废的稳定化效果和机理提供参考分析。
[0006]上述目的是通过下述方案实现的:
一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，该装置包括老化反应器、通气系统、控温系统、控湿系统和二级吸收系统，其特征在于，该老化反应器为一柱体，该柱体侧壁中空，侧壁上设置有进液口和出液口，所述进液口和出液口与所述控温系统连接；所述老化反应器的下部通过一个三通接头分别与所述通气系统和所述控湿系统连接，上部与二级吸收系统连接。
[0007]根据上述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述老化反应器内部有托盘和多个曝气管，该托盘通过所述三通接头分别于所述通气系统和所述控湿系统连接；所述托盘上设置有多个均匀分布的气路接口，所述曝气管通过该气路接口与所述托盘螺纹连接；所述曝气管上开有多个孔。
[0008]根据上述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述通气系统包括气体钢瓶和气体流量控制器，二者依次连接。
[0009]根据上述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述控温系统包括控温箱和蠕动泵，其中所述控温箱的一端与所述出液口连接，另一端通过蠕动泵与所述进液口连接。
[0010]根据上述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述控湿系统包括相对湿度仪。
[0011]根据上述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述二级吸收系统包括CaO干燥剂和KOH液体吸收装置。
[0012]一种使用上述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置的加速老化方法，其特征在于，所述加速老化方法包括以下步骤:
(1)将稳定化处理后的工业废渣放入所述老化反应器中；
(2)调节所述通气系统，使气体从所述老化反应器底部进入，并缓慢流过整个老化反应器，流出气体进入所述二级吸收系统进行吸收；
(3)调节所述通气系统、控湿系统和控温系统，控制老化进程。
[0013]根据上述的加速老化方法，其特征在于，所述通气系统的气体流量为20— 30L/h，所述气体为二氧化碳、二氧化硫或空气。
[0014]根据上述的加速老化方法，其特征在于，所述稳定化处理后的固废物料的水分含量为10—15%，粒度为2—20mm。
[0015]根据上述的加速老化方法，其特征在于，所述控温系统中使用的流动介质为水或乙醇，温度调节范围为_20°C—60°C。
[0016]根据上述的加速老化方法，其特征在于，所述控湿系统的湿度调节范围为20—90%。
[0017]本发明的有益效果:
本发明提供的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法，设计了一种可适用于颗粒物料，引入气体、温度、湿度等多因素耦合的实验方法，该方法不但大大缩短固废物料稳定化后评估的等待时间，而且可以对处理后物料可能发生的风险进行有效的预测。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置老化反应器的结构示意图；
图3为稳定化处理后的工业废渣在经过老化处理前后的矿物组成变化； 图4为稳定化处理后的工业废渣在老化处理前的能谱分析；
图5为稳定化处理后的工业废渣在经过老化处理后的能谱分析。
【具体实施方式】
[0019]本发明的废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法的设计出发点如下:
1.经稳定化处理后的固废一般采用堆积方式放置，在自然条件下，固废的内部颗粒湿度、温度、二氧化碳浓度、压力等条件与外部颗粒不尽相同，因此处理后的固废经长时间堆放各部分稳定化效果会有差异，在此基础上研究固废的稳定化机理十分困难。
[0020]2.自然条件下，堆放的固废会经历温度、湿度、气体介质和浓度的变化，但是该变化过程进行的十分缓慢，在固废堆内部的颗粒经历这些变化可能会更漫长，保证实地验证结果(field validat1n)的全面性和可靠性变得十分困难，需花费更长的时间。
[0021]从以上两个问题出发，将各个影响因素(温度、湿度、气体介质等)进行耦合，同时保证实验条件的均一性，设计了本发明的废渣稳定化处理后的加速老化装置及方法。
[0022]在对稳定后的固废的浸出液长期观察后发现，随着时间的延长，浸出液的pH逐渐降低。固废物料在碱性条件下稳定性效果最好，在酸性条件下，稳定化机理极有可能遭到破坏，形成酸性条件的主要原因之一是空气中存在的酸性气体，如二氧化碳等。加速碳化对加速老化的作用已经得到了很多学者的认同。因此，本发明设计引入不同的酸性气体，加速破坏固废物料的稳定化。
[0023]温度和湿度也是加速老化的重要因素，改变温度可以改变反应发生的速率，改变反应进行的时间。如果不存在水分，碳化过程、气体酸化过程不可能发生。因此，温度和湿度也是本发明中重要的参考内容。
[0024]结合以上说明，本发明的【具体实施方式】如下:
如图1、图2所示，本发明的一种废渣稳定化处理后的加速老化装置包括老化反应器
1、通气系统、控温系统、控湿系统和二级吸收系统。老化反应器为一柱体，直径约50 _，高度约450 mm，该柱体侧壁中空，工作时充满液体介质，用于提供老化反应器内废渣的温度环境，侧壁外层上设置有与控温系统连接的进液口 2和出液口 3。老化反应器I的下部通过一个三通接头4分别与通气系统和控湿系统连接，上部与二级吸收系统连接。
[0025]特别的，老化反应器I内部有托盘5和多个曝气管6，该托盘5通过三通接头4分别于通气系统和控湿系统连接。托盘5上设置有多个均匀分布的气路接口 7，曝气管6通过该气路接口 7与托盘5螺纹连接。曝气管上开有许多小孔，气体通过这些小孔进入老化反应器I中。
[0026]本发明的通气系统包括气体钢瓶8和气体流量控制器9，二者依次连接，气体流量控制器9用于控制气体的流速。
[0027]控温系统包括控温箱10和蠕动泵11。控温箱10的一端与出液口 3连接，另一端通过蠕动泵11与进液口 2连接。控温箱10内盛装液体介质，在蠕动泵11的作用下，不同温度的液体介质被缓慢注入老化反应器I的侧壁中，保证液体循环和恒温。
[0028]控湿系统包括相对湿度仪12，调节通入气体的湿度。
[0029]二级吸收系统包括CaO干燥剂13和KOH液体吸收装置14，用于温室气体或者酸性气体的吸收，防止气体排空污染环境。
[0030]本发明的废渣稳定化处理后的加速老化方法包括以下步骤:将稳定化处理后的工业废渣放入老化反应器中；根据需要，选择合适的气体，调节气体流量控制器，使气体从老化反应器底部进入，并缓慢流过整个老化反应器，流出气体进入二级吸收系统进行吸收；通过相对湿度仪调节通入气体的湿度；调节控温系统，根据需要选择合适的液体介质及老化温度，在蠕动泵的作用下，将液体介质送入老化反应器的侧壁中，提供老化过程所需要的环境温度，保证液体循环和恒温。从老化柱流出的气体先经过氧化钙干燥剂吸收后，再通入Imo I/L的KOH溶液中。
[0031]总的来说，就是通过通气系统、控湿系统和控温系统，控制装置内废渣的老化进程。
[0032]通过对比老化前后固体废料的矿物物相和微观成分变化，据此判断稳定化处理后废料的稳定性，并可根据老化产物对稳定化处理后废料的长期稳定性进行预测。图3可看出，老化后锰渣中CaC03衍射峰减弱，Cau1Mna89(CO3)2衍射峰增强。图4和图5的微区能谱也显示渣中的碳含量有所增加。这一方面显示，在碳化过程渣中物相发生变化，说明本装置和方法有加速老化的效果，可为渣的长期稳定性预测提供科学依据；另一方面，上述老化产物显不，在碳化过程由于CahllMna89(CO3)2相增强,表明其碳化稳定性好。
[0033]进入老化反应器中的气体先通入水中的目的是润湿气体，并使气体的温度与室温相同。
[0034]稳定化处理后的固废物料的水分含量为10 —15%，粒度为2 — 20mm。
[0035]通入的气体可以为二氧化碳、二氧化硫或空气，气体流量为20— 30L/h。
[0036]控湿系统的湿度调节范围为20— 90%。
[0037]控温系统的温度调节范围为_20°C—60°C，根据不同的温度需要选择流动介质，其中流动介质可以为水或乙醇。蠕动泵转速调节为50 rpm。
[0038]实施例1
老化方式一:冷热循环
固定湿度和气体条件，调节控温系统，使老化反应器中的废料在冷热循环的条件下进行老化，具体条件为:-20°C下老化24 h，再在20°C下老化24 h，再在60°C下老化24 h，以此为一个周期，循环50个周期。
[0039]实施例2
老化方式二:干湿循环
固定温度和气体条件，调节控湿系统，使老化反应器中的废料在干湿循环的条件下进行老化，具体条件为:调节控温系统，温度固定在0°c以上，先在20%湿度下老化24 h，再在90%湿度下老化24 h，以此为一个循环，循环20-50个周期。
[0040]实施例3
老化方式三:不同气体循环
固定温度和湿度条件，调节通气系统，使老化反应器中的废料在不同气体循环的条件下进行老化，具体条件为:先通入空气老化8 h，再通入二氧化碳气体老化8 h，最后通入二氧化硫气体老化8 h，以此为一个循环，循环20-50个周期。
【权利要求】
1.一种工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，该装置包括老化反应器、通气系统、控温系统、控湿系统和二级吸收系统，该老化反应器为一柱体，该柱体侧壁中空，侧壁上设置有进液口和出液口，所述进液口和出液口与所述控温系统连接；所述老化反应器的下部通过一个三通接头分别与所述通气系统和所述控湿系统连接，上部与二级吸收系统连接。
2.根据权利要求1所述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述老化反应器内部有托盘和多个曝气管，该托盘通过所述三通接头分别于所述通气系统和所述控湿系统连接；所述托盘上设置有多个均匀分布的气路接口，所述曝气管通过该气路接口与所述托盘螺纹连接；所述曝气管上开有多个孔。
3.根据权利要求2所述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述通气系统包括气体钢瓶和气体流量控制器，二者依次连接。
4.根据权利要求2所述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述控温系统包括控温箱和蠕动泵，其中所述控温箱的一端与所述出液口连接，另一端通过蠕动泵与所述进液口连接。
5.根据权利要求2所述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述控湿系统包括相对湿度仪。
6.根据权利要求2所述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置，其特征在于，所述二级吸收系统包括CaO干燥剂和KOH液体吸收装置。
7.一种使用权利要求1-6之一所述的工业废渣稳定化处理后的加速老化装置的加速老化方法，其特征在于，所述加速老化方法包括以下步骤: (1)将稳定化处理后的工业废渣放入所述老化反应器中； (2)调节所述通气系统，使气体从所述老化反应器底部进入，并缓慢流过整个老化反应器，流出气体进入所述二级吸收系统进行吸收； (3)调节所述通气系统、控湿系统和控温系统，控制老化进程。
8.根据权利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述通气系统的气体流量为20— 30L/h，所述气体为二氧化碳、二氧化硫或空气。
9.根据权利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述稳定化处理后的工业废渣的水分含量为10 —15%，粒度为2 — 20mm。
10.根据权利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述控温系统中使用的流动介质为水或乙醇，温度调节范围为-20°C—60°C。
11.根据权利要求7所述的加速老化方法，其特征在于，所述控湿系统的湿度调节范围为 20— 90%。
【文档编号】G01N17/00GK104338733SQ201410536751
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】但智钢, 段宁, 杜兵, 高武斌, 王志增, 王辉峰, 张海燕, 史菲菲 申请人:中国环境科学研究院