申请日2015.09.23
公开(公告)日2016.01.06
IPC分类号C02F11/10; C02F11/00; C02F11/14; C10B53/00; C10B57/06; B09B3/00
摘要
本发明涉及基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方法，具体包括以下步骤：(1)将脱水污泥与飞灰以质量比为1:1-5加入到拌合器中，混合均匀;(2)加入添加剂铁盐，充分搅拌均匀，转移至干燥器中，干燥，得到混合干物料;(3)将混合干物料送入热解器中，进行热解处理直至无热解气体产生，得到热解炭，冷却后，将热解炭送至卫生填埋场进行填埋即可。与现有技术相比，本发明利用铁盐作为稳定剂，在将污泥、飞灰进行混合热解处理的同时，能实现污泥和飞灰中重金属的稳定，进而有效消除了污泥和飞灰中重金属不稳定而造成的环境污染。
权利要求书
1.基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方法，其特征在于，该方 法具体包括以下步骤：
(1)将脱水污泥与飞灰以质量比为1:1-5加入到拌合器中，混合均匀;
(2)加入添加剂铁盐，充分搅拌均匀，转移至干燥器中，干燥，得到混合干 物料;
(3)将混合干物料送入热解器中，进行热解处理直至无热解气体产生，得到 热解炭，冷却后，将热解炭送至卫生填埋场进行填埋即可。
2.根据权利要求1所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，步骤(1)所述的脱水污泥为含水率为0-80%的脱水污泥。
3.根据权利要求1所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，步骤(2)所述的混合干物料中铁的质量含量为0.1-5.0%。
4.根据权利要求1所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，步骤(2)所述的混合干物料的含水率≤10%。
5.根据权利要求1所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，步骤(2)所述的铁盐为二价无机铁盐与三价无机铁盐混合而成 的铁盐。
6.根据权利要求5所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，所述的铁盐中三价铁元素与二价铁元素的质量之比为2-4：1。
7.根据权利要求6所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，所述的铁盐中三价铁元素与二价铁元素的质量之比为2：1。
8.根据权利要求1所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，步骤(3)所述的热解处理的条件为：通入惰性气体，控制温度 为400-650℃。
9.根据权利要求1所述的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方 法，其特征在于，所述的飞灰为废弃物焚烧飞灰。
说明书
基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方法
技术领域
本发明属于危险固体废物处理技术领域，涉及一种基于铁盐添加剂热解污泥 包裹飞灰稳定重金属的方法。
背景技术
根据国家《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，到2015 年，省会城市污泥无害化处理处置率达到80%，其他设市城市达到70%，县城及 重点镇达到30%。新建污泥处理处置规模518万吨(干泥)/年。截至2014年3月 底，全国市县累计建成市政污水处理厂3622座，污水处理能力约1.53亿立方米/ 日。截止2012年底，工业污水处理量为1.44亿吨/日。按照经验核算，市政水处理 每年可产生2792万吨湿污泥，工业水处理，每年可产生2635万吨湿污泥。截至 2013年底，污泥处理处置设施建设规模已完成43.4%。面对污泥的产量逐年增长， 若污泥不经处理随意堆放，经过雨水的侵蚀和渗漏作用，极易对地下水土壤等造成 二次污染，直接危害环境安全和人类身体健康。
目前，污泥的处理方法主要有：焚烧、填埋、堆肥;此外，污泥热解技术经 过多年发展，逐渐变成实用技术。污泥热解可以使污水污泥中的有害有机化合物被 分解，重金属都富集在固体残留物中，且重金属形态发生了显著改变，可交换态含 量降低，残渣态含量升高，浸出浓度都低于监测标准，重金属离子得到固化。
而另一固体废物-垃圾焚烧飞灰，其产量也在大幅度增加。根据“十二五”规 划，垃圾焚烧产业将呈爆发式增长，占生活垃圾无害化处置比例将由2010年的 19.62%上升至2015年的35.24%，沿海地区占比要达到48%;日处理能力由8.96 万吨/日上升至30.72万吨/日，垃圾焚烧飞灰产生量也将增加近3倍。早在2008年， 飞灰就被列入《国家危险废物名录》，是焚烧残渣的第一项，只能在危险废物填埋 场进行填埋，处理费用约为2000元/吨。2008年《生活垃圾填埋污染控制规定》实 施，飞灰经严格预处理后，可以进入生活垃圾填埋场填埋处置，其处理成本大幅下 降，但也需要800-1000元/吨。如这些飞灰不能得到安全处置，将是危害环境的极 大隐患。
但是现有的污泥、飞灰处理技术中，污泥、飞灰虽可进行混合热解处理，但 飞灰的包裹量很小，重金属稳定效果不明显，处理后的炭中的重金属较容易进出， 易产生二次污染。
针对上述问题，授权公告号为CN101279825B的中国发明专利公布了一种垃 圾焚烧飞灰与污泥共处置资源化的方法，该方法采取以下工艺：在常温下按飞灰与 污泥比例为1∶10-1∶50混合，其中飞灰质量单位为克，污泥的体积单位为毫升， 加入适量的重金属稳定剂，重金属稳定剂由氧化铁、氧化铝、活性碳和磷酸钠固相 混合组成，充分混合搅拌15-30min，pH控制范围为9-12，经过洗涤、压滤和烘干， 可得飞灰与污泥混合物。上述专利公布的技术方案通过协同处置，污泥的含水率降 低，热值升高，飞灰中氯离子含量降低，处理后的飞灰与污泥的混合物可满足水泥 生产的原料要求，实现飞灰/污泥协同资源化。然而，上述专利技术中污泥飞灰资 源化处理减容率小，只能实现含水率降低10-20%，而且飞灰的处理效率较低，针 对现在飞灰、污泥的产率，需要飞灰污泥协同处理的比例在增大，相比于上述专利， 本发明能实现飞灰污泥的比例达到1:5，同时，本发明利用污泥炭化的技术，实现 污泥飞灰的资源化处理，实现两者中重金属的稳定，为后续资源化处理提供参考， 而且污泥飞灰混合后通过热解炭化，规模的大量降低，满足了污泥飞灰处理的减量 化要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效、经济、 可行、不增加二次污染，并能节省处置场地的基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳 定重金属的方法，用于解决现有技术中污泥包裹飞灰碳化技术不能大规模利用污泥 热解炭的重金属稳定效果来主动处理废弃物焚烧飞灰的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
基于铁盐添加剂热解污泥包裹飞灰稳定重金属的方法，该方法具体包括以下步 骤：
(1)将脱水污泥与飞灰以质量比为1:1-5加入到拌合器中，混合均匀;
(2)加入添加剂铁盐，充分搅拌均匀，转移至干燥器中，干燥，得到混合干 物料;
(3)将混合干物料送入热解器中，进行热解处理直至无热解气体产生，得到 热解炭，冷却后，将热解炭送至卫生填埋场进行填埋即可。
步骤(1)所述的脱水污泥为含水率为0-80%的脱水污泥。
所述的脱水污泥来自污水处理厂，其中含有Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、 As等重金属。
步骤(2)所述的混合干物料中铁的质量含量为0.1-5.0%。
所述的混合干物料中铁的质量含量要适宜，这是由于铁的质量含量过多，会使 热解炭在浸出过程中pH降低，增大热解炭的浸出浓度，反而会降低重金属稳定效 果，但过少则无法稳定污泥和飞灰中的重金属。
步骤(2)所述的混合干物料的含水率≤10%。
步骤(2)所述的铁盐为二价无机铁盐与三价无机铁盐混合而成的铁盐。
所述的铁盐选自二价无机铁盐与三价无机铁盐混合而成的铁盐作为稳定剂，其 中，亚铁盐是一种常用的重金属稳定剂，对污染土壤和焚烧飞灰中的砷、铬、锌和 铅等具有较好的稳定化效果，可以使重金属的稳定形态-残渣态增加;而三价无机 铁盐，例如硫酸铁，对重金属具有较强的专属化学吸附作用，某些重金属带相反电 荷的污染物，可以与其共沉淀于铁氧化物的表面上。
所述的铁盐中三价铁元素与二价铁元素的质量之比为2-4：1。
所述的铁盐中三价铁元素与二价铁元素的质量之比为2：1。
所述的二价无机铁盐可以选自绿矾或氯化亚铁中的一种，所述的三价无机铁盐 可以选自硫酸铁、氯化铁或硝酸铁中的一种。
步骤(3)所述的热解处理的条件为：通入惰性气体，控制温度为400-650℃。
所述的飞灰为废弃物焚烧飞灰，并且所述的飞灰中含有Cu、Pb、As、Cd、Cr、 Ni及Zn等重金属。
本发明中，热解是在无氧或缺氧条件下进行，利用热能使其成分发生化合键断 裂、异构化和小分子聚合等反应，由大分子有机物转化为小分子燃料气、焦油和焦 炭。
铁盐在热解过程中主要起到稳定剂的作用，具体来说，铁盐在热解过程中可以 与污泥、飞灰中的化合物反应，生成更稳定的产物，例如，生成Ca4Fe9O17，并覆 盖在飞灰颗粒或炭粒表面，使重金属更稳定，不易浸出。污泥、飞灰中原有的重金 属在热解过程中会受氯化物、温度等因素的影响，并以化合物或者单质的形式存在 于热解产物中，其中主要存在于热解炭中。
本发明中，所述的拌合器可以选自任何具有拌合功能的装置，典型的选择是具 有搅拌器、进口和出口的容器或者具有一根或一根以上螺旋轴的螺旋输送捏练机。
所述干燥器可以是间接加热方式，例如选用真空桨叶干燥器、旋盘干燥器等; 也可以是直接接触式的干燥器，如滚筒式干燥器、带式干燥器、流化床干燥器等; 经过干燥后的混合物料含水率≤10%，再送入热解器。
所述的热解器可以选择现有技术中任何一种类型的热解器，如容积式、管式和 回转窑式，优选具有2个或者2个以上加热段和至少有2个挥发出口连接通道的管 式或者回转式热解器。
冷却时，采用的冷却器优选带有螺旋输送形式的冷却器。
本发明能处置污泥并利用污泥的热解过程和铁盐的稳定作用，来稳定污泥和飞 灰中的重金属，即利用铁盐作为稳定剂，在将污泥、飞灰进行混合热解处理的同时， 能实现污泥和飞灰中重金属的稳定，进而有效消除了热解炭中重金属不稳定而造成 的二次污染。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)在铁盐添加剂的稳定作用下，使污泥、飞灰得到同时处置，并且稳定了两 者中的重金属，减少了二次污染;
2)不需要建立两套装置，避免了危险废物-焚烧飞灰的高昂处置费和采用送入 安全填埋场等方式处理所占据的填埋场容积，提高了整体经济性并为含重金属的危 险废物提供了一个低成本、效果良好的出路;
3)采用的铁盐来源易得，且价格低廉，可增加污泥包裹飞灰量，处理费用可 以降低，利用污泥热解处理对其本身及飞灰中的重金属得到较好的稳定效果;
4)本发明通过添加铁盐共同热解污泥和飞灰，使飞灰和污泥中的重金属稳定 在热解炭中，处理工艺简单，条件可控，处理成本低，实用性好，不会产生二次污 染，飞灰可进入卫生填埋场提供了一种价格低廉的处理手段，具有很好的应用前景。