專利名稱：一種資源化處置垃圾焚燒飛灰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保工程領(lǐng)域，特別涉及一種資源化處置垃圾焚燒飛灰的方法。

背景技術(shù)：
世界發(fā)達(dá)國家的城市生活垃圾多以焚燒的方式進(jìn)行處置，中國則以填埋處置為主要方式。隨著中國大城市居民生活水平的提高和城市現(xiàn)代化程度的提高，中國的城市垃圾處置正處在從以填埋為主向以焚燒為主的轉(zhuǎn)型期。如果全國的城市垃圾有50％采用焚燒方法處置，則每年可以產(chǎn)生50～100萬噸的垃圾焚燒飛灰。
由于垃圾焚燒過程中大量的二惡英和重金屬會(huì)在飛灰中富集，因此國內(nèi)外都把垃圾焚燒飛灰作為危險(xiǎn)固體廢棄物進(jìn)行處置。垃圾焚燒飛灰中可溶性鹽類一般占10％～25％，主要為氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽等。飛灰中含有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤背景值的重金屬元素，主要有Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、As、Hg等目前認(rèn)為對(duì)人體危害性較大的元素。目前還沒有明確認(rèn)識(shí)到危害性的Ba、Be、Co、Ni、Sb、Ag等元素也有明顯的富集。其中Zn、Pb、Cr等元素的富集程度最高，一般可達(dá)500～5000mg/kg，最高可達(dá)50000mg/kg以上，相當(dāng)于土壤一級(jí)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的500倍以上。
垃圾焚燒飛灰中所富集的二惡英類物質(zhì)是垃圾焚燒飛灰中毒性最強(qiáng)的物質(zhì)。它的含量一般在0.98～4.5ngTEQ/g，最高可達(dá)10ngTEQ/g以上，是一般土壤背景值的100倍以上。
目前國內(nèi)外處置垃圾焚燒飛灰的方法主要有集中密封填埋、玻璃態(tài)固化后再填埋、水泥固化后再填埋等技術(shù)。近幾年中國的一些垃圾焚燒廠將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行一定的預(yù)處理后再加入一部分粘土燒制陶粒，用作節(jié)能建筑材料的原料。
上述處置方法中除了用于燒制陶粒外，都未能將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行資源化利用。而用于燒制陶粒則需要對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行初步除去易溶鹽的處理，否則摻量受到很大限制或引起后序工藝不暢通。因?yàn)榇罅库洝⑩c離子會(huì)在陶粒的燒制過程中集中在窯爐的某些部位，腐蝕窯爐結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致在陶粒煅燒的飛灰中二次富集。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是利用凝石技術(shù)體系，采用分散和固化相結(jié)合的原理來使垃圾焚燒飛灰中的有用組分最大限度地得到高值利用，從而實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰的資源化。
目前凝石技術(shù)體系已趨于成熟。凝石的生產(chǎn)是利用具有火山灰活性的固體廢棄物，包括粉煤灰、冶金渣、煤矸石、油頁巖渣、預(yù)處理過的尾礦、黃河砂、城市建筑垃圾、以及天然火山灰等硅鋁質(zhì)物料，加入少量或不加水泥熟料，再配入1％～5％的成巖劑，經(jīng)分別磨細(xì)再混均或一起混磨工藝制備而成的，能夠在許多場(chǎng)合替代水泥來使用的硅鋁基膠凝材料。凝石是基于仿地成巖原理制備而成的硅鋁基膠凝材料。凝石仿地成巖理論的核心是“一個(gè)中心”，“兩個(gè)效應(yīng)”，即“硅中心穩(wěn)定理論”，“硅的四配位同構(gòu)化效應(yīng)”和“復(fù)雜成巖流體多組份協(xié)同效應(yīng)”。在凝石膠結(jié)硬化形成凝石混凝土的過程中，一方面由于成巖劑中含有多組份鹽與初期溶解的主體硅鋁物料共同構(gòu)成具有多組份協(xié)同效應(yīng)的復(fù)雜成巖流體，促進(jìn)硅鋁物料中的硅鋁網(wǎng)絡(luò)快速解聚；另一方面由于硅對(duì)鋁以及其它三價(jià)和五價(jià)元素的四配位同構(gòu)化效應(yīng)，使成巖流體中的活潑一、二價(jià)離子逐步被固定在硅鋁網(wǎng)絡(luò)體的缺陷中以平衡電價(jià)。因此，凝石混凝土不但具有比普通硅酸鹽水泥混凝土更強(qiáng)的固化一、二價(jià)離子的能力，還有著比普通硅酸鹽水泥混凝土更好的化學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性，其在自然界常見的酸、堿性環(huán)境和中性環(huán)境中的綜合耐久性比水泥混凝土高10倍以上。
目前凝石在中國已經(jīng)形成幾十條生產(chǎn)線和數(shù)百萬噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。凝石的生產(chǎn)模式是成巖劑由專門的工廠相對(duì)集中生產(chǎn)，并運(yùn)往凝石生產(chǎn)廠與主體硅鋁物料混磨來生產(chǎn)凝石膠凝材料。這些凝石膠凝材料再出售給混凝土攪拌站制造混凝土或出售給其他建筑材料廠生產(chǎn)建筑材料(如砂漿、切塊等)。
基于垃圾焚燒飛灰本身的物理化學(xué)特點(diǎn)和現(xiàn)有凝石膠凝材料及凝石混凝土生產(chǎn)的技術(shù)體系，本發(fā)明提出如下將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行資源化處置的方法 首先將垃圾焚燒飛灰運(yùn)往凝石成巖劑的生產(chǎn)工廠作為生產(chǎn)凝石成巖劑的原料，然后對(duì)垃圾焚燒飛灰的成分進(jìn)行化學(xué)分析，根據(jù)垃圾焚燒飛灰的成分，垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中配料重量百分比為1％～10％。這樣垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中得到了10至100倍的稀釋。
如上所述的垃圾焚燒飛灰是用于取代凝石成巖劑中的化工原料。取代方法是以相同化學(xué)成分等量取代。例如，當(dāng)垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中配料重量百分比為5％時(shí)，如果垃圾焚燒飛灰中含有30％的CaO，則取代原成巖劑中CaO的量為30％×5％＝1.5％；如果垃圾焚燒飛灰中含有9％的NaCl，則取代原成巖劑中的NaCl量為9％×5％＝0.45％；如果垃圾焚燒飛灰中含有6％的KCl，則取代原成巖劑中的KCl量為6％×5％＝0.30％；其他成分依此類推。
將配制好的成巖劑運(yùn)往凝石膠凝材料生產(chǎn)廠。凝石成巖劑在凝石膠凝材料的生產(chǎn)配料中的重量百分比為1％～5％。這樣垃圾焚燒飛灰在凝石膠凝材料中所占的比例為0.1‰～5‰，即得到了200至10000倍的稀釋。
凝石膠凝材料生產(chǎn)廠將產(chǎn)品出售給混凝土攪拌站用于生產(chǎn)凝石混凝土。凝石膠凝材料在凝石混凝土中所占重量百分比為10％～25％，因此垃圾焚燒飛灰在凝石混凝土中的比例為0.01‰～1.25‰，即相當(dāng)于被稀釋了800倍至100000倍，由此而使得由垃圾焚燒飛灰所帶來的二惡英和重金屬等有毒物質(zhì)的含量低于土壤的背景值，因此不會(huì)引起任何環(huán)境污染。本發(fā)明適用于二惡英含量低于10ngTEQ/g，重金屬含量不高于中華人民共和國土壤中重金屬環(huán)境質(zhì)量控制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)800倍的垃圾焚燒飛灰的資源化處置。
優(yōu)點(diǎn)或積極效果 由于垃圾焚燒飛灰中含有大量的包括重金屬在內(nèi)的離子，都是在凝石混凝土硬化過程中形成“復(fù)雜成巖流體多組份協(xié)同效應(yīng)”的有效成分，因此使用垃圾焚燒飛灰代替部分昂貴的化工原料來生產(chǎn)凝石成巖劑，不但能夠使凝石成巖劑的原料成本下降1％～10％，還能夠保持甚至提高凝石混凝土的綜合性能。又由于凝石混凝土的抗溶出性能和抗?jié)B性能均優(yōu)于水泥混凝土，其綜合耐久性是水泥混凝土的10倍以上。因此，可以徹底消除垃圾焚燒飛灰所帶來的危害。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 將含有如表1所示重金屬及二惡英含量的垃圾焚燒飛灰運(yùn)往凝石成巖劑的生產(chǎn)廠，按重量百分比5％的配比取代凝石成巖劑中的化工原料。取代方法是主要的化學(xué)成分以相同化學(xué)成分等量取代。例如，當(dāng)垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中配料重量百分比為5％時(shí)，如果垃圾焚燒飛灰中含有30％的CaO，則取代原成巖劑中CaO的量為30％×5％＝1.5％；如果垃圾焚燒飛灰中含有9％的NaCl，則取代原成巖劑中的NaCl量為9％×5％＝0.45％；如果垃圾焚燒飛灰中含有6％的KCl，則取代原成巖劑中的KCl量為6％×5％＝0.30％；其他成分依此類推。
表1 實(shí)施例1中垃圾焚燒飛灰中的主要重金屬元素及二惡英的含量 在所生產(chǎn)的凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表2。
表2實(shí)施例1中凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將所生產(chǎn)的凝石成巖劑運(yùn)往凝石膠凝材料生產(chǎn)廠，凝石成巖劑按重量百分比5％的加入量與主體硅鋁物料進(jìn)行混合磨細(xì)生產(chǎn)凝石膠凝材料，所得凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表3。
表3 實(shí)施例1中凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石膠凝材料按每立方米混凝土400公斤凝石膠凝材料配制成C50凝石混凝土。所配制的混凝土密度為2.23t/m3，因此該混凝土中的凝石膠凝材料所占的重量百分比為400÷2230×100％＝17.94％。該凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰所帶入的主要重金屬元素及二惡英含量見表4。
表4 實(shí)施例1中凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石混凝土中主要重金屬元素和二惡英的含量與表5和表6進(jìn)行比較可知，由垃圾焚燒飛灰?guī)肽炷恋母髦饕亟饘僭睾投河⒌暮烤陀谖覈寥拉h(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和國外幾個(gè)國家居住地土壤中二惡英的控制標(biāo)準(zhǔn)。
表5中華人民共和國土壤中重金屬環(huán)境質(zhì)量控制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg) 表6 幾個(gè)典型國家居住地土壤中二惡英的控制標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)施例2 將含有如表7所示重金屬及二惡英含量的垃圾焚燒飛灰運(yùn)往凝石成巖劑的生產(chǎn)廠，按重量百分比10％的配比取代凝石成巖劑中的化工原料。取代方法是以相同化學(xué)成分等量取代。例如，如果垃圾焚燒飛灰中含有40％的CaO，則取代原成巖劑中CaO的量為40％×10％＝4％；如果垃圾焚燒飛灰中含有10％的NaCl，則取代原成巖劑中的NaCl量為10％×10％＝1％；如果垃圾焚燒飛灰中含有5％的KCl，則取代原成巖劑中的KCl量為5％×10％＝0.5％；其他成分依此類推。
表7 實(shí)施例2中垃圾焚燒飛灰中的主要重金屬元素及二惡英的含量 在所生產(chǎn)的凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表8。
表8實(shí)施例2中凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將所生產(chǎn)的凝石成巖劑運(yùn)往凝石膠凝材料生產(chǎn)廠，凝石成巖劑按重量百分比5％的加入量與主體硅鋁物料進(jìn)行混合磨細(xì)生產(chǎn)凝石膠凝材料，所得凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表9。
表9實(shí)施例2中凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石膠凝材料按每立方米混凝土370公斤凝石膠凝材料配制成C40凝石混凝土。所配制的混凝土密度為2.18t/m3，因此該混凝土中的凝石膠凝材料所占的重量百分比為370÷2180×100％＝16.97％。該凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰所帶入的主要重金屬元素及二惡英含量見表10。
表10 實(shí)施例2中凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石混凝土中主要重金屬元素和二惡英的含量與表5和表6進(jìn)行比較可知，由垃圾焚燒飛灰?guī)肽炷恋母髦饕亟饘僭睾投河⒌暮烤椭腥A人民共和國土壤環(huán)境質(zhì)量控制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和國外幾個(gè)國家居住地土壤中二惡英的控制標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3 將含有如表11所示重金屬及二惡英含量的垃圾焚燒飛灰運(yùn)往凝石成巖劑的生產(chǎn)廠，按重量百分比1％的配比取代凝石成巖劑中的化工原料，取代方法以相同化學(xué)成分等量取代。例如，如果垃圾焚燒飛灰中含有50％的CaO，則取代原成巖劑中CaO的量為50％×1％＝0.5％；如果垃圾焚燒飛灰中含有12％的NaCl，則取代原成巖劑中的NaCl量為12％×1％＝0.12％；如果垃圾焚燒飛灰中含有7％的KCl，則取代原成巖劑中的KCl量為7％×1％＝0.07％；其他成分依此類推。
表11實(shí)施例3中垃圾焚燒飛灰中的主要重金屬元素及二惡英的含量 在所生產(chǎn)的凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表12。
表12實(shí)施例3中凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將所生產(chǎn)的凝石成巖劑運(yùn)往凝石膠凝材料生產(chǎn)廠，凝石成巖劑按重量百分比5％的加入量與主體硅鋁物料進(jìn)行混合磨細(xì)生產(chǎn)凝石膠凝材料，所得凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表13。
表13實(shí)施例3中凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石膠凝材料按每立方米混凝土480公斤凝石膠凝材料配制成C80凝石混凝土。所配制的混凝土密度為2.28t/m3，因此該混凝土中的凝石膠凝材料所占的重量百分比為480÷2280×100％＝21.1％。該凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰所帶入的主要重金屬元素及二惡英含量見表14。
表14實(shí)施例3中凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石混凝土中主要重金屬元素和二惡英的含量與表5和表6進(jìn)行比較可知，由垃圾焚燒飛灰?guī)肽炷恋母髦饕亟饘僭睾投河⒌暮烤椭腥A人民共和國土壤環(huán)境質(zhì)量控制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和國外幾個(gè)國家居住地土壤中二惡英的控制標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例4 將含有如表15所示重金屬及二惡英含量的垃圾焚燒飛灰運(yùn)往凝石成巖劑的生產(chǎn)廠，按重量百分比5％的配比取代凝石成巖劑中的化工原料，取代方法是以相同化學(xué)成分等量取代。例如，如果垃圾焚燒飛灰中含有37％的CaO，則取代原成巖劑中CaO的量為37％×5％＝1.85％；如果垃圾焚燒飛灰中含有14％的NaCl，則取代原成巖劑中的NaCl量為14％×5％＝0.70％；如果垃圾焚燒飛灰中含有3％的KCl，則取代原成巖劑中的KCl量為3％×5％＝0.15％；其他成分依此類推。
表15實(shí)施例4中垃圾焚燒飛灰中的重金屬元素及二惡英的含量 在所生產(chǎn)的凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表16。
表16實(shí)施例4中凝石成巖劑中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將所生產(chǎn)的凝石成巖劑運(yùn)往凝石膠凝材料生產(chǎn)廠，凝石成巖劑按重量百分比5％的加入量與主體硅鋁物料進(jìn)行混合磨細(xì)生產(chǎn)凝石膠凝材料，所得凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰所帶來的重金屬元素及二惡英的含量見表17。
表17實(shí)施例4中凝石膠凝材料中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石膠凝材料按每立方米混凝土350公斤凝石膠凝材料配制成C30凝石混凝土。所配制的混凝土密度為2.13t/m3，因此該混凝土中的凝石膠凝材料所占的重量百分比為350÷2130×100％＝16.43％。該凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰所帶入的主要重金屬元素及二惡英含量見表18。
表18實(shí)施例4中凝石混凝土中由垃圾焚燒飛灰?guī)氲牡闹饕亟饘僭丶岸河⒑? 將上述凝石混凝土中主要重金屬元素和二惡英的含量與表5和表6進(jìn)行比較可知，由垃圾焚燒飛灰?guī)肽炷恋母髦饕亟饘僭睾投河⒌暮烤椭腥A人民共和國土壤環(huán)境質(zhì)量控制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和國外幾個(gè)國家居住地土壤中二惡英的控制標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種資源化處置垃圾焚燒飛灰的方法，其特征是將垃圾焚燒飛灰運(yùn)往凝石成巖劑的生產(chǎn)工廠作為生產(chǎn)凝石成巖劑的原料，先對(duì)垃圾焚燒飛灰的成分進(jìn)行化學(xué)分析，根據(jù)垃圾焚燒飛灰的成分，垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中配料重量百分比為1％～10％；垃圾焚燒飛灰是用于取代凝石成巖劑中的化工原料；取代方法是以相同化學(xué)成分等量取代。
2.如權(quán)利要求1所述資源化處置垃圾焚燒飛灰的方法，其特征是將配制好的成巖劑運(yùn)往凝石膠凝材料生產(chǎn)廠，用于凝石膠凝材料的生產(chǎn)，凝石成巖劑在凝石膠凝材料的生產(chǎn)配料中的重量百分比為1％～5％。
3.如權(quán)利要求2資源化處置垃圾焚燒飛灰的方法，其特征是凝石膠凝材料用于生產(chǎn)凝石混凝土；凝石膠凝材料在凝石混凝土中所占重量百分比為10％～25％，因此垃圾焚燒飛灰在凝石混凝土中的比例為0.01‰～1.25‰，即相當(dāng)于被稀釋了800倍至100000倍，由此而使得由垃圾焚燒飛灰所帶來的二惡英和重金屬等有毒物質(zhì)的含量低于土壤的背景值，因此不會(huì)引起任何環(huán)境污染。
4.如權(quán)利要求1所述的資源化處置垃圾焚燒飛灰的方法，其特征是適用于二惡英含量低于10ngTEQ/g，重金屬含量不高于中華人民共和國土壤中重金屬環(huán)境質(zhì)量控制一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)800倍的垃圾焚燒飛灰的資源化處置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種資源化處置垃圾焚燒飛灰的方法。其特征是將垃圾焚燒飛灰作為生產(chǎn)凝石成巖劑的原料，根據(jù)垃圾焚燒飛灰的成分，垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中配料重量百分比為1％～10％。將配制好的成巖劑用于生產(chǎn)凝石膠凝材料，凝石成巖劑在凝石膠凝材料的生產(chǎn)配料中的重量百分比為1％～5％。凝石膠凝材料又用于生產(chǎn)凝石混凝土。凝石膠凝材料在凝石混凝土中所占重量百分比為10％～25％。層層稀釋下來，垃圾焚燒飛灰在凝石混凝土中的比例為0.01‰～1.25‰，即相當(dāng)于被稀釋了800倍至100000倍。最終凝石混凝土中的重金屬和二惡英的含量均低于土壤的背景值，不會(huì)引起任何的環(huán)境污染，可以徹底消除垃圾焚燒飛灰所帶來的危害，從而使垃圾飛灰得到資源化處置。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101121578SQ20071011871
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者文 倪, 張玉燕, 譚園園, 劉鳳梅, 曼 丁, 真 張 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)