申請日2015.09.23

　　公開(公告)日2016.01.06

　　IPC分類號C02F11/10; C02F11/00; C02F11/14; C10B53/00; C10B57/06; B09B3/00

　　摘要

　　本發(fā)明涉及基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方法，具體包括以下步驟：(1)將脫水污泥與飛灰以質(zhì)量比為1:1-5加入到拌合器中，混合均勻;(2)加入添加劑鐵鹽，充分?jǐn)嚢杈鶆颍�轉(zhuǎn)移至干燥器中，干燥，得到混合干物料;(3)將混合干物料送入熱解器中，進(jìn)行熱解處理直至無熱解氣體產(chǎn)生，得到熱解炭，冷卻后，將熱解炭送至衛(wèi)生填埋場進(jìn)行填埋即可。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用鐵鹽作為穩(wěn)定劑，在將污泥、飛灰進(jìn)行混合熱解處理的同時，能實(shí)現(xiàn)污泥和飛灰中重金屬的穩(wěn)定，進(jìn)而有效消除了污泥和飛灰中重金屬不穩(wěn)定而造成的環(huán)境污染。

　　權(quán)利要求書

　　1.基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方法，其特征在于，該方 法具體包括以下步驟：

　　(1)將脫水污泥與飛灰以質(zhì)量比為1:1-5加入到拌合器中，混合均勻;

　　(2)加入添加劑鐵鹽，充分?jǐn)嚢杈鶆�，轉(zhuǎn)移至干燥器中，干燥，得到混合干 物料;

　　(3)將混合干物料送入熱解器中，進(jìn)行熱解處理直至無熱解氣體產(chǎn)生，得到 熱解炭，冷卻后，將熱解炭送至衛(wèi)生填埋場進(jìn)行填埋即可。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，步驟(1)所述的脫水污泥為含水率為0-80%的脫水污泥。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，步驟(2)所述的混合干物料中鐵的質(zhì)量含量為0.1-5.0%。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，步驟(2)所述的混合干物料的含水率≤10%。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，步驟(2)所述的鐵鹽為二價無機(jī)鐵鹽與三價無機(jī)鐵鹽混合而成 的鐵鹽。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，所述的鐵鹽中三價鐵元素與二價鐵元素的質(zhì)量之比為2-4：1。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，所述的鐵鹽中三價鐵元素與二價鐵元素的質(zhì)量之比為2：1。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，步驟(3)所述的熱解處理的條件為：通入惰性氣體，控制溫度 為400-650℃。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方 法，其特征在于，所述的飛灰為廢棄物焚燒飛灰。

　　說明書

　　基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于危險固體廢物處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于鐵鹽添加劑熱解污泥 包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方法。

　　背景技術(shù)

　　根據(jù)國家《“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，到2015 年，省會城市污泥無害化處理處置率達(dá)到80%，其他設(shè)市城市達(dá)到70%，縣城及 重點(diǎn)鎮(zhèn)達(dá)到30%。新建污泥處理處置規(guī)模518萬噸(干泥)/年。截至2014年3月 底，全國市縣累計建成市政污水處理廠3622座，污水處理能力約1.53億立方米/ 日。截止2012年底，工業(yè)污水處理量為1.44億噸/日。按照經(jīng)驗核算，市政水處理 每年可產(chǎn)生2792萬噸濕污泥，工業(yè)水處理，每年可產(chǎn)生2635萬噸濕污泥。截至 2013年底，污泥處理處置設(shè)施建設(shè)規(guī)模已完成43.4%。面對污泥的產(chǎn)量逐年增長， 若污泥不經(jīng)處理隨意堆放，經(jīng)過雨水的侵蝕和滲漏作用，極易對地下水土壤等造成 二次污染，直接危害環(huán)境安全和人類身體健康。

　　目前，污泥的處理方法主要有：焚燒、填埋、堆肥;此外，污泥熱解技術(shù)經(jīng) 過多年發(fā)展，逐漸變成實(shí)用技術(shù)。污泥熱解可以使污水污泥中的有害有機(jī)化合物被 分解，重金屬都富集在固體殘留物中，且重金屬形態(tài)發(fā)生了顯著改變，可交換態(tài)含 量降低，殘渣態(tài)含量升高，浸出濃度都低于監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，重金屬離子得到固化。

　　而另一固體廢物-垃圾焚燒飛灰，其產(chǎn)量也在大幅度增加。根據(jù)“十二五”規(guī) 劃，垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)將呈爆發(fā)式增長，占生活垃圾無害化處置比例將由2010年的 19.62%上升至2015年的35.24%，沿海地區(qū)占比要達(dá)到48%;日處理能力由8.96 萬噸/日上升至30.72萬噸/日，垃圾焚燒飛灰產(chǎn)生量也將增加近3倍。早在2008年， 飛灰就被列入《國家危險廢物名錄》，是焚燒殘渣的第一項，只能在危險廢物填埋 場進(jìn)行填埋，處理費(fèi)用約為2000元/噸。2008年《生活垃圾填埋污染控制規(guī)定》實(shí) 施，飛灰經(jīng)嚴(yán)格預(yù)處理后，可以進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋處置，其處理成本大幅下 降，但也需要800-1000元/噸。如這些飛灰不能得到安全處置，將是危害環(huán)境的極 大隱患。

　　但是現(xiàn)有的污泥、飛灰處理技術(shù)中，污泥、飛灰雖可進(jìn)行混合熱解處理，但 飛灰的包裹量很小，重金屬穩(wěn)定效果不明顯，處理后的炭中的重金屬較容易進(jìn)出， 易產(chǎn)生二次污染。

　　針對上述問題，授權(quán)公告號為CN101279825B的中國發(fā)明專利公布了一種垃 圾焚燒飛灰與污泥共處置資源化的方法，該方法采取以下工藝：在常溫下按飛灰與 污泥比例為1∶10-1∶50混合，其中飛灰質(zhì)量單位為克，污泥的體積單位為毫升， 加入適量的重金屬穩(wěn)定劑，重金屬穩(wěn)定劑由氧化鐵、氧化鋁、活性碳和磷酸鈉固相 混合組成，充分混合攪拌15-30min，pH控制范圍為9-12，經(jīng)過洗滌、壓濾和烘干， 可得飛灰與污泥混合物。上述專利公布的技術(shù)方案通過協(xié)同處置，污泥的含水率降 低，熱值升高，飛灰中氯離子含量降低，處理后的飛灰與污泥的混合物可滿足水泥 生產(chǎn)的原料要求，實(shí)現(xiàn)飛灰/污泥協(xié)同資源化。然而，上述專利技術(shù)中污泥飛灰資 源化處理減容率小，只能實(shí)現(xiàn)含水率降低10-20%，而且飛灰的處理效率較低，針 對現(xiàn)在飛灰、污泥的產(chǎn)率，需要飛灰污泥協(xié)同處理的比例在增大，相比于上述專利， 本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)飛灰污泥的比例達(dá)到1:5，同時，本發(fā)明利用污泥炭化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 污泥飛灰的資源化處理，實(shí)現(xiàn)兩者中重金屬的穩(wěn)定，為后續(xù)資源化處理提供參考， 而且污泥飛灰混合后通過熱解炭化，規(guī)模的大量降低，滿足了污泥飛灰處理的減量 化要求。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高效、經(jīng)濟(jì)、 可行、不增加二次污染，并能節(jié)省處置場地的基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn) 定重金屬的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中污泥包裹飛灰碳化技術(shù)不能大規(guī)模利用污泥 熱解炭的重金屬穩(wěn)定效果來主動處理廢棄物焚燒飛灰的技術(shù)問題。

　　本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

　　基于鐵鹽添加劑熱解污泥包裹飛灰穩(wěn)定重金屬的方法，該方法具體包括以下步 驟：

　　(1)將脫水污泥與飛灰以質(zhì)量比為1:1-5加入到拌合器中，混合均勻;

　　(2)加入添加劑鐵鹽，充分?jǐn)嚢杈鶆颍�轉(zhuǎn)移至干燥器中，干燥，得到混合干 物料;

　　(3)將混合干物料送入熱解器中，進(jìn)行熱解處理直至無熱解氣體產(chǎn)生，得到 熱解炭，冷卻后，將熱解炭送至衛(wèi)生填埋場進(jìn)行填埋即可。

　　步驟(1)所述的脫水污泥為含水率為0-80%的脫水污泥。

　　所述的脫水污泥來自污水處理廠，其中含有Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、 As等重金屬。

　　步驟(2)所述的混合干物料中鐵的質(zhì)量含量為0.1-5.0%。

　　所述的混合干物料中鐵的質(zhì)量含量要適宜，這是由于鐵的質(zhì)量含量過多，會使 熱解炭在浸出過程中pH降低，增大熱解炭的浸出濃度，反而會降低重金屬穩(wěn)定效 果，但過少則無法穩(wěn)定污泥和飛灰中的重金屬。

　　步驟(2)所述的混合干物料的含水率≤10%。

　　步驟(2)所述的鐵鹽為二價無機(jī)鐵鹽與三價無機(jī)鐵鹽混合而成的鐵鹽。

　　所述的鐵鹽選自二價無機(jī)鐵鹽與三價無機(jī)鐵鹽混合而成的鐵鹽作為穩(wěn)定劑，其 中，亞鐵鹽是一種常用的重金屬穩(wěn)定劑，對污染土壤和焚燒飛灰中的砷、鉻、鋅和 鉛等具有較好的穩(wěn)定化效果，可以使重金屬的穩(wěn)定形態(tài)-殘渣態(tài)增加;而三價無機(jī) 鐵鹽，例如硫酸鐵，對重金屬具有較強(qiáng)的專屬化學(xué)吸附作用，某些重金屬帶相反電 荷的污染物，可以與其共沉淀于鐵氧化物的表面上。

　　所述的鐵鹽中三價鐵元素與二價鐵元素的質(zhì)量之比為2-4：1。

　　所述的鐵鹽中三價鐵元素與二價鐵元素的質(zhì)量之比為2：1。

　　所述的二價無機(jī)鐵鹽可以選自綠礬或氯化亞鐵中的一種，所述的三價無機(jī)鐵鹽 可以選自硫酸鐵、氯化鐵或硝酸鐵中的一種。

　　步驟(3)所述的熱解處理的條件為：通入惰性氣體，控制溫度為400-650℃。

　　所述的飛灰為廢棄物焚燒飛灰，并且所述的飛灰中含有Cu、Pb、As、Cd、Cr、 Ni及Zn等重金屬。

　　本發(fā)明中，熱解是在無氧或缺氧條件下進(jìn)行，利用熱能使其成分發(fā)生化合鍵斷 裂、異構(gòu)化和小分子聚合等反應(yīng)，由大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子燃料氣、焦油和焦 炭。

　　鐵鹽在熱解過程中主要起到穩(wěn)定劑的作用，具體來說，鐵鹽在熱解過程中可以 與污泥、飛灰中的化合物反應(yīng)，生成更穩(wěn)定的產(chǎn)物，例如，生成Ca4Fe9O17，并覆 蓋在飛灰顆�；蛱苛１砻妫�使重金屬更穩(wěn)定，不易浸出。污泥、飛灰中原有的重金 屬在熱解過程中會受氯化物、溫度等因素的影響，并以化合物或者單質(zhì)的形式存在 于熱解產(chǎn)物中，其中主要存在于熱解炭中。

　　本發(fā)明中，所述的拌合器可以選自任何具有拌合功能的裝置，典型的選擇是具 有攪拌器、進(jìn)口和出口的容器或者具有一根或一根以上螺旋軸的螺旋輸送捏練機(jī)。

　　所述干燥器可以是間接加熱方式，例如選用真空槳葉干燥器、旋盤干燥器等; 也可以是直接接觸式的干燥器，如滾筒式干燥器、帶式干燥器、流化床干燥器等; 經(jīng)過干燥后的混合物料含水率≤10%，再送入熱解器。

　　所述的熱解器可以選擇現(xiàn)有技術(shù)中任何一種類型的熱解器，如容積式、管式和 回轉(zhuǎn)窯式，優(yōu)選具有2個或者2個以上加熱段和至少有2個揮發(fā)出口連接通道的管 式或者回轉(zhuǎn)式熱解器。

　　冷卻時，采用的冷卻器優(yōu)選帶有螺旋輸送形式的冷卻器。

　　本發(fā)明能處置污泥并利用污泥的熱解過程和鐵鹽的穩(wěn)定作用，來穩(wěn)定污泥和飛 灰中的重金屬，即利用鐵鹽作為穩(wěn)定劑，在將污泥、飛灰進(jìn)行混合熱解處理的同時， 能實(shí)現(xiàn)污泥和飛灰中重金屬的穩(wěn)定，進(jìn)而有效消除了熱解炭中重金屬不穩(wěn)定而造成 的二次污染。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

　　1)在鐵鹽添加劑的穩(wěn)定作用下，使污泥、飛灰得到同時處置，并且穩(wěn)定了兩 者中的重金屬，減少了二次污染;

　　2)不需要建立兩套裝置，避免了危險廢物-焚燒飛灰的高昂處置費(fèi)和采用送入 安全填埋場等方式處理所占據(jù)的填埋場容積，提高了整體經(jīng)濟(jì)性并為含重金屬的危 險廢物提供了一個低成本、效果良好的出路;

　　3)采用的鐵鹽來源易得，且價格低廉，可增加污泥包裹飛灰量，處理費(fèi)用可 以降低，利用污泥熱解處理對其本身及飛灰中的重金屬得到較好的穩(wěn)定效果;

　　4)本發(fā)明通過添加鐵鹽共同熱解污泥和飛灰，使飛灰和污泥中的重金屬穩(wěn)定 在熱解炭中，處理工藝簡單，條件可控，處理成本低，實(shí)用性好，不會產(chǎn)生二次污 染，飛灰可進(jìn)入衛(wèi)生填埋場提供了一種價格低廉的處理手段，具有很好的應(yīng)用前景。