CN109848188A - 一种餐厨垃圾乳酸发酵液预处理生活垃圾焚烧飞灰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，属于固体废物处理与处置领域。该方法是在常温常压下，利用餐厨垃圾发酵液生物浸出飞灰中可溶性氯盐、大量不可溶性氯盐以及部分重金属。本发明与现有的飞灰脱氯技术相比，不仅节约了飞灰脱氯过程中的用水量，同时消纳了部分餐厨垃圾，达到的以废治废的目的。此外，通过餐厨垃圾发酵液浸出处理后的飞灰达到了无害化的目的，可进一步的资源化利用。

Description

一种餐厨垃圾乳酸发酵液预处理生活垃圾焚烧飞灰的方法

技术领域

本发明是一种危险废物的脱毒无害化处理技术，属于固体废物处理与处置领域。

背景技术

生活垃圾焚烧技术由于其减量化、稳定化和资源化优势明显，近几年在我国得到了广泛推广，对焚烧产生的废物飞灰的处理与处置也逐渐成为研究的热点。但生活垃圾焚烧飞灰中富集大量的Pb、Cd、Hg等低沸点重金属和致癌性的二噁英类物质，在国家环保部颁布的《危险废物污染防治政策》中，将其列为“不宜用危险废物的通用方法进行管理和处理，而需特别注意的危险废物”。处理不当对人类健康及自然生态环境造成极其严重的危害。目前，我国飞灰的处理手段一般采用水泥固化后安全填埋。然而由于水泥固化增容量大，侵占大量的土地资源，且重金属稳定性较差，增加了填埋场的风险。为有效解决飞灰产量逐年增加和可利用的危险废物填埋场逐年减少的矛盾，飞灰的资源化利用成为了最有效的途径之一。

生活垃圾焚烧飞灰的主要成分与粉煤灰等相近，属于CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃体系，可作为水泥生产的替代原料，飞灰经水泥窑高温煅烧后，不仅可有效固定部分重金属，破坏二噁英，同时有效减少水泥原料(石灰石，粘土等自然资源) 使用量。然而，飞灰中较高的氯含量是制约其直接制备硅酸盐水泥的瓶颈。过高的氯含量不仅导致水泥熟料煅烧过程中重金属的大量挥发，使重金属固定率降低，还会引起窑的高温腐蚀、结皮和堵塞等问题，严重时会造成停机或分解炉系统爆炸等情况。因此，利用飞灰生产水泥时需进行脱氯处理。

目前，水洗是国内外最常用的脱氯方法，水洗可去除飞灰中大量的可溶性氯。但由于飞灰中不可溶性氯的存在，使得飞灰即使是经过多级水洗后，其氯残留量仍在1％-4％，导致飞灰添加量不能超过水泥窑入窑原料质量的0.5-2.1％，在目前水泥产能过剩的情况下，不能使产生量大的飞灰实现真正意义上的处理消纳。除了水洗以外，工业上也采用酸洗的方法来脱除飞灰中的氯。酸洗对飞灰中氯的脱除有比较好的效果，但是目前采用的酸洗一般为硫酸，硝酸等强酸浸出的方法，这种方法虽然能达到脱氯效果，但是浸出后的废液不宜处置，且利用强酸脱氯需要外加大量的酸液，实际应用中成本也比较高，严重影响到飞灰的工业化应用。

本发明的目的是通过餐厨垃圾发酵液生物浸出的方式去除飞灰中大量不可溶性氯及部分重金属，同时节省处理过程中的用水量，可有效实现飞灰的安全处理处置与资源化利用的问题。具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

将干燥后的飞灰与餐厨垃圾发酵液按灰液比为1:1-1:20(g/mL)的比例混合均匀，在温度为25-55℃，转速为120-200rpm的条件下，恒温振荡30-180min 后离心分离，获得脱氯去除重金属后的飞灰。

进一步地，所述的餐厨垃圾是指餐馆、饭店、单位食堂等的饮食剩余物。

进一步地，所述飞灰为城市生活垃圾焚烧处置过程中烟气净化系统的捕集物。

进一步地，所述飞灰为采用机械炉排炉焚烧生活垃圾时产生的烟气，经过 Ca(OH)₂处理后通过袋式除尘器收集所得的飞灰。

进一步地，所述餐厨垃圾的含水率为60％-90％，有机质含量为90％-97％(干重)，pH值为4.7-6.5。

进一步地，所述的餐厨垃圾发酵液包括：乳酸发酵液、乙酸发酵液的单一发酵液或混合发酵液，亦或餐厨垃圾的水解酸化液。

进一步地，所述餐厨垃圾发酵液的制取条件包括：厌氧发酵底物为餐厨垃圾 (湿重)与水的按1：0-1：2混合的混合物，餐厨垃圾乳酸发酵系统首次启动所用菌种为屎肠球菌，接种量为2％-15％(w/w)，厌氧发酵天数为1-7天，发酵温度为30-40℃。

进一步地，所述的餐厨垃圾乳酸发酵液浓度为10-60g/L。

进一步地，所述的餐厨垃圾乙酸发酵液浓度为10-30g/L。

进一步地，所述的浸出方法可以是一次序批式浸出，也可以是多次序批式浸出，浸出次数为2-5次时，第2-5次的浸出液可作为另一批次飞灰浸出的首次用水。

本发明同现有技术相比具有以下优势：

本发明的方法基于餐厨垃圾与生活垃圾焚烧飞灰的共处置为目的，利用餐厨垃圾发酵液中的有机酸作用，脱除飞灰中大量不可溶性氯，同时浸出重金属，降低飞灰的重金属浸出毒性，经过处理后的飞灰既可满足水泥窑入窑标准，又可作为其他建筑材料的原料，达到以废治废的目的。该方法中提到的有机酸发酵液可推广至柠檬酸发酵液、丙酸发酵液、丁酸发酵液等，当这些发酵系统所产生的发酵液中目标产物浓度较低、提纯所需成本较高时，可以考虑用这些有机酸发酵液脱除焚烧飞灰中的氯及重金属，且本工艺只在发酵系统首次启动时添加菌剂，以后批次的发酵均可通过发酵液回流来实现接种发酵。此外，本工艺相对于传统的水洗工艺而言，在达到相同脱氯效果的情况下，可节约80％左右的用水量。具有较高的经济效益、环境效益以及重要的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例13中浸出流程。

具体实施方式

一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，具体的操作步骤如下：

乳酸发酵液的制备：

(1)菌种活化：将在-70℃下保存的装有屎肠球菌冻存管从冰箱中取出后立即放置在38℃左右的水浴锅中，直至冻存管内部的结冰全部溶解。将菌液按10％的接种比例接入到已经灭菌的MRS液体培养基中，在150r/min转速，37℃下恒温培养24小时，即完成活化。

(2)种子液的制备：取一定量的已经活化的菌液以10％(w/w)的接种比例接入新的MRS液体培养基中，在150r/min转速，37℃下恒温培养12小时。

(3)乳酸发酵：将经过初步分拣，搅碎处理后的餐厨垃圾(湿重)与水按照质量比为1：0-1：2的比例混合后的混合物为发酵底物，接种2％-15％(w/w) 的屎肠球菌种子液，在30-40℃的温度条件下恒温发酵1-7天后离心分离即可获得餐厨垃圾的乳酸发酵液。

对照例1

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，采用灰液比为1：10的比例，向锥形瓶中加入150mL的纯水后密封，在温度为25℃，转速为150rpm的条件下反应120min后，离心分离。采用离子色谱测定上清液中氯含量，得出该条件下纯水可浸出飞灰中81.5％的氯。

实施例1

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，采用灰液比为1：10的比例，向锥形瓶中加入150mL的餐厨垃圾乳酸发酵液(发酵液中乳酸浓度为 24.1g/L)后密封，在温度为25℃，转速为150rpm的条件下反应120min后，离心分离。采用离子色谱测定上清液中氯含量，得出该条件下餐厨垃圾乳酸发酵液可浸出飞灰中92.9％的氯。

实施例2-10列于下表中，其余条件同实施例1。

通过实施例1和对照例1的对比可以发现，在相同的用水量下，采用乳酸发酵液对焚烧飞灰进行生物浸出，可大幅度的提高飞灰中氯的浸出量。此外通过对

实施例1、8、9、10进行拟合计算可得，当达到相同的脱氯量时，采用餐厨垃圾乳酸发酵液浸出飞灰可节水约80％左右。

实施例11

将餐厨垃圾用于乙酸发酵，考察餐厨垃圾乙酸发酵液对焚烧飞灰的脱氯效果。

(1)乙酸发酵液的制备：

菌种的活化和种子液的制备同乳酸发酵液。乙酸发酵的步骤为：将经过初步分拣，搅碎处理后的餐厨垃圾(湿重)与水按照质量比为1：0-1：2的比例混合后的混合物为发酵底物置于发酵罐中，依次添加10％(w/w)的高活性干酵母和 10％(w/w)的醋酸菌种子液，在30-40℃微氧条件下恒温发酵1-7天后离心分离即可获得餐厨垃圾的乙酸发酵液。

(2)取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，采用灰液比为1： 10的比例，向锥形瓶中加入150mL的餐厨垃圾乙酸发酵液(发酵液中乙酸浓度为21.7g/L)后密封，在温度为25℃，转速为150rpm的条件下反应120min后，离心分离。采用离子色谱测定上清液中氯含量，得出该条件下餐厨垃圾乳酸发酵液可浸出飞灰中94.4％的氯。

通过实施例1、实施例11和对照例1的对比可以发现，餐厨垃圾的有机酸发酵液对焚烧飞灰中氯的脱除效果优于纯水，且餐厨垃圾乙酸发酵液对焚烧飞灰中氯的脱除效果要优于乳酸发酵液。但在实际生产过程中，乙酸发酵条件苛刻，且乙酸的产量低，不利用实际生产的高效进行。

实施例12

本实验考察餐厨垃圾水解酸化液对焚烧飞灰中氯的脱除效果。在30-40℃的温度条件下，将经过初步分拣，搅碎处理后的餐厨垃圾厌氧水解酸化1-7天后离心分离即可获得餐厨垃圾的水解酸化液。

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，采用灰液比为1：10的比例，向锥形瓶中加入150mL的餐厨垃圾水解酸化液(VFAs＝20.3g/L)后密封，在温度为25℃，转速为150rpm的条件下反应120min后，离心分离。采用离子色谱测定上清液中氯含量，得出该条件下餐厨垃圾乳酸发酵液可浸出飞灰中94.2％的氯。

实施例13

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，在总固液比为1：10，总浸出时间为120min，浸出温度为25℃的条件下采用三步浸出的方式，考察乳酸发酵液对飞灰中氯及重金属的脱除量。浸出步骤如图1所示。

采用离子色谱测定每一步浸出液中氯的含量，结果如下：

在该条件下若采用5步浸出则氯的脱除量为99.3％。

对照例2

取15g干燥后的焚烧飞灰置于250mL的锥形瓶中，在总固液比为1：10，总浸出时间为120min，浸出温度为25℃的条件下采用三步浸出的方式，考察纯水对飞灰中氯及重金属的脱除量。浸出步骤同实施例13。实验结果如下：

对实施例1、实施例13、对照例1、对照例2进行对比，总体来看，发酵液对氯元素的浸出效果显著高于水洗，分步浸出效果高于一步浸出。因为对于一步浸出，虽然能保证固液比比较高，但是因其与飞灰中的碱性物质反应，导致体系内的pH值较高，酸性环境不够强，因而对于不可溶性氯的浸出存在阻碍。通过实施例13和对照例2的数据可知，从第二步浸出开始，浸出液中的氯含量较低，因此，从第二步开始及以后的浸出液可用作另一批次飞灰浸出的首次用水。

实施例14

考察餐厨垃圾乳酸发酵液对焚烧飞灰中重金属的效果，浸出步骤同实施例1。实验结束后采用原子吸收分光光度计对测定浸出液中Zn、Pb、Cu、Mn、As、Cr、 Cd七种重金属的含量，得出该条件下，餐厨垃圾乳酸发酵液对焚烧飞灰中重金属的脱除量为275.9μg/g飞灰。

对照例3

考察纯水对焚烧飞灰中重金属的效果，浸出步骤同实施例1。实验结束后采用原子吸收分光光度计对测定浸出液中Zn、Pb、Cu、Mn、As、Cr、Cd七种重金属的含量，得出该条件下纯水对焚烧飞灰中重金属的脱除量为103.5μg/g飞灰。

Claims (10)

1.一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：按以下步骤进行生物浸出：将干燥后的飞灰与餐厨垃圾发酵液按灰液比为1:1-1:20(g/mL)的比例混合均匀，在温度为25-55℃，转速为120-200rpm的条件下，恒温振荡30-180min后离心分离，获得脱除氯和重金属后的飞灰。

2.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：所述的餐厨垃圾是指餐馆、饭店、单位食堂的饮食剩余物。

3.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：所述飞灰为城市生活垃圾焚烧处置过程中烟气净化系统的捕集物。

4.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：所述飞灰为采用机械炉排炉焚烧生活垃圾时产生的烟气，经过Ca(OH)₂处理后通过袋式除尘器收集所得的飞灰。

5.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：所述餐厨垃圾的含水率为60％-90％，有机质含量为90％-97％(干重)，pH值为4.7-6.5。

6.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：所述的餐厨垃圾发酵液包括：乳酸发酵液、乙酸发酵液的单一发酵液或混合发酵液，亦或餐厨垃圾的水解酸化液。

7.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：所述餐厨垃圾乳酸发酵液的制取条件包括：厌氧发酵底物为餐厨垃圾(湿重)与水的按1：0-1：2混合的混合物，餐厨垃圾乳酸发酵时系统首次启动所用菌种为屎肠球菌，接种量为2％-15％(w/w)，厌氧发酵天数为1-7天，发酵温度为30-40℃。

8.根据权利要求7所述利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于，所制得的餐厨垃圾乳酸发酵液浓度为10-60g/L。

9.根据权利要求6所述的利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于所述餐厨垃圾乙酸发酵液的浓度为10-30g/L。

10.根据权利要求1所述的一种利用餐厨垃圾发酵液脱除焚烧飞灰中氯和重金属的方法，其特征在于：所述浸出方为一次序批式浸出或多次序批式浸出；采用多次序批式浸出时，浸出次数为2-5次时，第2-5次的浸出液可作为另一批次飞灰浸出的首次用液。