一种降低垃圾焚烧飞灰中氯元素的方法

技术领域

本发明涉及危险固体废物处理领域，尤其是涉及一种降低垃圾焚烧飞灰中氯元素的方法。

背景技术

生活垃圾的焚烧具有处理速度快、减量化和效率高等优点，已经在世界各国得到广泛运用。生活垃圾焚烧飞灰由于富集二恶英、毒性重金属和高氯盐已被明确归类为危险废弃物，飞灰的安全处置问题已经成为亟待解决的难题。

“螯合稳定化耦合填埋”是垃圾焚烧飞灰处理处置的主流技术路线，此方法可以达到稳定毒性重金属的目的。但是固化后的飞灰的可溶氯盐(NaCl、KCl等)仍然会进入渗滤液，大大降低土壤活性，破坏土壤生态环境，二噁英也很容易迁移进入环境，同时占用大量土地资源。高含量氯盐会降低水泥、砖块等建材的强度，腐蚀钢筋，从而限制飞灰在建材中的应用。因此降低飞灰中氯化物的含量是飞灰处理中关键的一步。

高温熔融固化技术是较为安全、稳定的垃圾焚烧飞灰的处理方法，该技术在高温下(1000-1400℃)，使飞灰中有机污染物(二噁英)分解，重金属熔融后分离或者玻璃化稳定，同时减少70％的飞灰体积。

常用的高温熔融固化技术包括反射面式熔融，旋转面式熔融、电阻熔融、等离子熔融等。与传统熔融技术相比，热等离子体具有高能量密度、高温度和等特点，已成为国际上废物处理领域中的研究热点。

在等离子熔融过程中，通常会加入添加剂，用于改善飞灰的熔融特性和重金属的浸出毒性，因而在熔融处理研究研究中占有重要位置。然而，目前针对添加剂对等离子体熔融飞灰的影响主要侧重于改善飞灰熔融特性及重金属的迁移规律，而对熔融过程中氯元素脱除的影响缺乏研究。

飞灰中的氯盐大量挥发富集，影响设备正常运行，同时残留在熔渣中的氯盐会限制飞灰建材资源化的使用，而在热处理过程中，氯盐的挥发温度通常非常高，因此，在热处理过程中直接去除氯盐是较为困难的。处理氯盐的有效方法是在对飞灰进行水洗预处理，水洗预处理可以有效去除飞灰中的可溶性氯盐，但是氯盐会转移到水溶液中，带来附加的处理成本。综上所述，在热熔融过程中直接降低飞灰中的氯含量具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种降低垃圾焚烧飞灰中氯元素的方法。本发明通过在飞灰中添加底渣，显著降低了飞灰中氯元素的含量，从而使飞灰建材资源化，同时实现了危险废弃物垃圾热处理飞灰和固体废物底渣协同处置，达到“以废治废”的效果，具有良好的应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种降低垃圾焚烧飞灰中氯元素的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将垃圾热处理得到飞灰和底渣，对飞灰进行干燥处理，得到干燥飞灰；

(2)将干燥飞灰与底渣配伍得到混合物，经造粒得到混合物颗粒；

(3)将混合物颗粒置于等离子体反应器中，利用高温等离子体电弧将飞灰与底渣共融，得到低氯含量的熔渣。

优选的，步骤(1)中，所述干燥处理的过程中，干燥温度为100-110℃，干燥时间为20-28h。

优选的，步骤(1)中，所述干燥飞灰的含水率≤10％。

优选的，步骤(2)中，所述底渣与干燥飞灰的质量比为5-30:95-70。

优选的，步骤(2)中，所述混合物颗粒的粒径为1-6mm。

优选的，步骤(3)中，所述等离子体反应器的脉冲电源电压设置为5-25kV，脉冲频率为100-1000Hz。

优选的，步骤(3)中，所述共融的过程在氩气气氛中进行。

优选的，步骤(3)中，所述共融的时间为10-60min。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明主要针对生活垃圾，生活垃圾中含有大量餐的餐厨垃圾和塑料。通过热处理，餐余垃圾和塑料中的氯会迁移进入到飞灰中，并被布袋除尘器捕捉。另外，在锅炉灰斗处底渣的主要成分是CaO-SiO

2、本发明利用底渣中的CaO-SiO

3、本发明人在研发过程中，探究多种添加剂(硼砂、铝粉、垃圾焚烧底渣、二氧化硅等)对飞灰熔融过程中氯的迁移转化的影响，发现垃圾焚烧底渣与飞灰共熔时，可以最为显著地促进飞灰中氯盐的挥发，使其中可溶氯的脱除效率达到92.30％。

附图说明

图1为降低垃圾焚烧飞灰中氯元素的方法流程示意图。

图2为实施例所使用的等离子体熔融飞灰装置示意图，图中：

1-等离子体发生器、2-质量流量计、3-示波器、4-高压差分探头、5-高压脉冲电源、6-氩气瓶、7-电流探头、8、尾气处理装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下列实施例和对比例中所述的垃圾热处理飞灰是热处理过程中烟气净化系统收集到的颗粒物；所述的底渣是垃圾热处理后炉床的剩余物，由熔渣、玻璃、陶瓷等不可燃物和部分未然有机物组成。

实施例1：

本实施例提供了一种降低垃圾焚烧飞灰中氯元素的方法，具体流程如图1所示。

(一)本实施例所使用的垃圾焚烧飞灰和底渣取自四川某村镇热解气化炉，热解气化炉的气化+焚烧的燃烧过程分为两个阶段，第一阶段为在一燃室中缺氧状态的热解，温度控制在850℃左右；第二阶段在二燃室中，将一燃室产生的可燃气体在过量空气下与充分的高温空气下充分燃烧，温度控制在850-1100℃。

热解后，飞灰中可溶氯含量为23.39％，总氯含量为27.99％，底渣氯元素含量4.2％。

(二)所述降低垃圾焚烧飞灰中氯元素的方法包括以下步骤：

(1)将飞灰置于烘箱内，在105℃下干燥24℃，得到干燥飞灰，所述干燥飞灰的含水率≤10％；

(2)将飞灰和底渣混合，其中底渣占飞灰和底渣总质量的百分比为10-20％，具体含量如表1所示。通过干法造粒，将飞灰和底渣混合物制成1-6mm颗粒；

(3)将4g飞灰底渣的混合物颗粒置于图2所示的等离子体发生装置的坩埚中。

所述等离子体发生装置包括三个部分：①主体为等离子体发生器1；②位于主体一侧的气体注入部分；③位于主体另一侧的电控部分。

所述气体注入部分包括氩气瓶6，所述氩气瓶6中的氩气通过流量计2与等离子体发生器1的顶端相连通；所述气体注入部分还包括尾气处理装置即洗气瓶8，所述洗气瓶8通过管道与等离子体发生器1的底部相连通。

所述电控部分为等离子体发生器1提供电力并控制等离子体发生器1的运行，以高压脉冲电源5为中心，所述高压脉冲电源5的正负极分别通过高压差分探头4和电流探头7与等离子体发生器1的正负极连接，所述高压差分探头4和电流探头7连接示波器3以显示电路运行情况。

本实施例所述的等离子体发生装置的运行方式如下：

氩气从氩气瓶6中输出，通过流量计2由等离子体发生器1上方进入，同时接通高压脉冲电源5使其放电，从而在等离子体发生器1的不锈钢阴极和阳极之间产生等离子体，用质量流量计2控制氩气流量为3L/min，脉冲电压为15kV，脉冲频率500Hz，处理时间为30min。

在等离子发生器5中，利用高温等离子体电弧将步骤(2)制备得到的混合物颗粒中的飞灰与底渣共融，熔渣留在等离子体发生器5中。

(三)利用硝酸银滴定方法对处理后的熔渣进行总氯含量和可溶性氯含量测定，实验结果见表1所示。

表1

对比例1：不添加垃圾焚烧底渣

本对比例采用和实施例1一样的垃圾热处理样品，操作方法如下：

(1)将飞灰置于烘箱内，在105℃下干燥24℃，得到干飞灰；

(2)通过干法造粒，将飞灰制成1-6mm颗粒；

(3)将4g飞灰颗粒置于等离子体发生装置坩埚中(不添加底渣)，用转子流量计控制氩气流量3L/min，脉冲电压为15kV，脉冲频率500Hz，处理时间10-40min，具体时间如表2所示。

利用硝酸银滴定方法对处理后的熔渣进行总氯含量和可溶性氯含量测定，实验结果见表2所示。

表2

对比表1和表2可以看到，添加垃圾焚烧底渣后可以显著降低可溶氯含量和总氯含量，当添加底渣含量为20％，可溶氯含量由23.39％下降至2.20％，总氯也有22.50％下降至10.15％。

对比例2：将垃圾焚烧底渣更换为其他添加剂

本对比例采用和实施例1一样的垃圾热处理样品和处理方法，区别在于将垃圾焚烧底渣更换为如表3所述的添加剂。利用硝酸银滴定方法对处理后的熔渣进行总氯含量和可溶性氯含量测定，实验结果见表3所示。

表3

结合表3的数据以及对比例2的实验过程发现：

(1)硼砂作为飞灰熔融工艺过程中常见的助熔剂，可以有效降低飞灰的熔点，但是实验结果表明，硼砂会形成玻璃相物质包裹在飞灰的表面，抑制氯盐的挥发，并使得飞灰中的可溶性氯盐向不可溶氯盐转化。

(2)铝粉会与飞灰中的Si、Ca等物质形成高熔点的矿物质，从而抑制飞灰中氯盐的挥发。

(3)二氧化硅对熔融飞灰过程中氯的去除作用不明显，但二氧化硅与水蒸气协同作用下，可以有效促进飞灰中氯盐的挥发。

(4)垃圾焚烧底渣与飞灰共熔时，可以显著促进飞灰中氯盐的挥发，可溶氯的脱除效率能够达到92.30％。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。