CN218798139U - 一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及危险废物处置与资源化利用技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备。本设备包括依次连接的废硫酸储存单元、飞灰与废硫酸混合反应单元、固液分离单元、高温处理单元，以及配套氯化氢气体回收单元、盐酸溶液储存单元和废水处理单元；实现了将垃圾焚烧飞灰和废硫酸协同处置，去除了有机物和重金属污染物，所生产的混凝土外加剂可作为混凝土制品、免烧砖等建材的早强剂用途，实现了废物处理与资源化利用的合二为一。

Description

一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备

技术领域

本实用新型涉及危险废物处置与资源化利用技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备。进一步涉及以垃圾焚烧飞灰和废硫酸为原料，通过以废治废的协同处理，不需深度分离飞灰中的氯化物，实现回收生产混凝土外加剂和盐酸溶液。

背景技术

背景技术1:随着快速的城市化发展和生活水平的不断提高，产生的生活垃圾也越来越多。仍然依照过去靠填埋来处理就会产生垃圾围城的现象，所以现在大都改为以焚烧的形式来处理生活垃圾，因而产生的垃圾焚烧飞灰量日益增加。焚烧飞灰含水率很低，呈浅灰色粉末状，飞灰颗粒大小不均、结构复杂、性质多变，多以无定型态和多晶聚合体结构形式存在，通常飞灰颗粒粒径小于100μm，且其表面粗糙，具有较大的比表面和较高的孔隙率。焚烧飞灰的化学成分包括Cl、Ca、K、Na、Si、Al、O等元素，主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、硫酸盐、氯化物。此外，焚烧飞灰常含有高浓度的重金属，如Hg、Pb、Cd、Cu、Cr及Zn等，这些重金属主要以气溶胶小颗粒和富集于飞灰颗粒表面的形式存在；同时在焚烧飞灰中还含有少量的二噁英和呋喃，因此焚烧飞灰其具有很强的潜在危害性。由于焚烧飞灰同时具有重金属危害特性和持久性有机污染物危害特性，含有较高浓度的Pb、Cd、Cu、Cr及Zn等重金属容易被水浸出，以及具有很强危害性的二噁英和呋喃，这些污染物质可以通过污染水体、土壤，进而危害到动植物以及人体的健康。

目前垃圾焚烧飞灰的主要处置方法是安全填埋法、固化稳定化、飞灰湿式化学处理法。（1）安全填埋法。经过适当处置后进入危险废物填埋场进行最终处置；安全填埋法是将焚烧飞灰在现场进行简单处理后，送入安全填埋场填埋处理的方法，这是目前焚烧飞灰处理安全可靠的手段之一。该方法是对飞灰采取螯合法稳定其中的重金属，达到无害化处置后进行填埋。该方法占用土地且处理成本高，不能达到减容化和资源化的目的，同时存在二噁英及重金属污染环境的风险。（2）固化稳定化。是国际上处理有毒废物的主要方法之一，而凝胶材料是最重要的固化稳定化材料。水泥固化、沥青固化、熔融固化技术、化学药剂固化稳定化等，经过飞灰固化稳定化设备处理后的产物，如满足浸出毒性标准或者资源化利用标准，可以进入普通填埋场进行填埋处置或进行资源化利用；固化/稳定化-填埋技术是指将飞灰中有毒有害组分包容覆盖起来，或者使其呈现化学惰性，然后进入填埋场进行填埋。固化/稳定化处理的目的，是使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，以便运输、利用和处置。（3）飞灰湿式化学处理法有加酸萃取和烟气中和碳酸化法等，该工艺运行成本较低，可回收重金属和盐类。经过重金属提取后的飞灰和重金属可以分别进行资源化利用。

当前飞灰的主流处理技术是水洗去除氯化物+水泥窑协同处置（或水洗+高温熔融处置），原理是水洗去除水溶性盐、利用飞灰中大量的氢氧化钙作为水泥生产原料、利用水泥中的硅成分对重金属元素进行烧结固化。但是该方法存在会产生大量的氯化钠和氯化钾，没有有效去处导致难以有效综合利用；水洗不能将重金属去除，只能转移到水泥中，在水泥中进行富集和固化。分析当前的飞灰处置利用技术，普遍存在氯化物难以综合利用、重金属没有有效分离提取、生产成本较高等问题，现有技术需要进行改进。

背景技术2：硫酸广泛应用于国民经济的各行各业，主要用于化肥、石油炼制、化学工业、矿产、金属加工、轻工业、纤维工业、国防工业、水处理等领域。在硫酸的消费行业中，肥料行业基本不产生废硫酸，其它行业在硫酸应用的同时基本都有废硫酸的产生，其中工业生产中，废硫酸或产生于有机物的硝化、磺化、酯化、烷基化及其它精细化工产品的生产，或产生于钢铁酸洗、蓄电池废液和氯气干燥，或来源于石油炼制、化纤等行业。由于废硫酸浓度高低不一，有害杂质含量普遍较高且有的含有重金属难以处理，大部分废硫酸中大多含有有机物，直接利用会造成二次污染。

废硫酸中硫酸浓度较高，可经处理后回收再用。处理主要是去除废硫酸中的杂质，同时对硫酸增浓。处理方法有浓缩法、氧化法、萃取法、结晶法和综合利用法等。其中综合利用法是将生产中排出的废硫酸或含硫酸废水，如果在原工序中已无法再直接使用，可以考虑用于对硫酸质量要求不高的其它生产工序中，这样既节约资源，又减少废酸的排放量。另外，一些以硫酸为原料的生产工艺，若对硫酸中的杂质要求不严，也可直接用废硫酸或将废硫酸稍加处理后用作原料。废硫酸回收存在投资大，运行费用高，综合利用存在杂质可能影响下游产品质量的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有焚烧飞灰处置技术中氯化物水溶盐分离成本高、分离出的水溶盐难以综合利用、重金属没有有效去除、投资运行成本高等问题，以及废硫酸中含有机物或者重金属，处置技术单一、处置成本高的问题；从而提供一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备，包括废硫酸储存单元，其具有废硫酸进料口和出料口，废硫酸出料口连接废硫酸混合反应单元，其中废硫酸混合反应单元还具有飞灰投料口以及反应气体出气口；所述反应气体出气口连接氯化氢回收单元，氯化氢回收单元具有氯化氢喷淋设施和溶液排出管，其连接至氯化氢溶液储存单元；废硫酸混合反应单元配置出料口，出料口连接固液分离单元，固液分离单元设置有进料口、废水排出口和固相原料出口；水相经由废水排出口连通废水处理单元，废水处理单元配置重金属反应沉淀区，废水处理单元出口连接回用分配单元；回用分配单元分别连接高温处理单元、固液分离单元和废硫酸混合反应单元，所述固相原料出口经压滤装置连接，压滤滤渣收集装置连接高温处理单元。

所述焚烧飞灰与废硫酸混合单元内飞灰与过量硫酸反应，生成氯化氢气体和硫酸盐；

所述固液分离单元内，经过滤得到固相原料，飞灰中的重金属等特征污染因子分离进入水相，水相pH值小于2.0；

所述高温处理单元内，固相原料经100-1300℃高温处理，得到的最终产物为混凝土外加剂；

所述反应生成的氯化氢气体经喷淋吸收回收得到盐酸溶液；所述固液分离产生的废水经去除重金属后循环使用。

所述固液分离得到的固相原料主要成分为硫酸钠和硫酸钙；

所述混凝土外加剂的主要成分为硫酸钙、硫酸钠、硅酸盐、硫铝酸盐；

所述混凝土外加剂可作为早强剂用于生产混凝土制品、免烧砖等建筑材料。

可选的，还包括：

所述固液分离单元的固体浆料可采用过滤+洗涤后得到固相原料；

所述高温处理单元可根据固相原料成分直接进行高温处理或者加入含铝物料后进行高温处理。

所述垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备的工作原理是：

飞灰与废硫酸混合，反应，生成硫酸钙、硫酸钠、硫酸钾以及氯化氢气体；因氢氧化钙、氯化物和浓硫酸反应都会急剧放热，导致氯化氢气体大量挥发进入气相，经过喷淋吸收后得到盐酸溶液。飞灰与废硫酸反应剩余物中存在少量的重金属硫酸盐或重金属硫酸氢盐、氯化物、有机物，以及大量的硅酸盐、硫酸盐，经适当水溶解洗涤，去除了大部分的重金属和氯化物；水洗后剩余的固体原料经高温处置去除有机物和水分后，得到了混凝土外加剂，主要成分为硫酸钙、硫酸钠、硫氯酸盐、硅酸盐。

技术要点：(1)利用飞灰中氢氧化钙过量呈碱性、废硫酸呈酸性的特点，采用以废治废措施降低处置成本；并且当飞灰不足的情况下，可以投放氢氧化钙或碳酸钙保障生产；(2)针对飞灰和废硫酸共同的重金属和有机物污染特征，采取合理的固液分离+高温处置工艺，得到硫酸钙、硫酸钠、硫铝酸盐等目标产物；(3)利用硫酸和氯化物反应放热、并生成盐酸的原理，以及硫酸不易挥发、盐酸易挥发特点，去除飞灰中的氯化物，得到盐酸溶液；（4）混合反应单元中硫酸浸出重金属，产生水溶性的硫酸盐或硫酸氢盐，重金属进入了废水中，从而去除飞灰中的重金属;（5）高温条件下，有机物分解成二氧化碳、水及其他无害物质；（6）硫酸钙、硫酸钠、硫铝酸盐、氯化物在混凝土制品中都可以作为早强剂使用，但是氯化物对钢筋腐蚀很大、对混凝土施工有一定影响，导致使用范围受限，市场需求量较小；而硫酸盐早强剂对钢筋腐蚀性不大，市场需求量很大；（7）飞灰含水率很低，有助于降低废硫酸的含水率，有利于氯化氢气体的挥发；飞灰与浓硫酸在干拌形式反应，会更加有利于氯化氢气体的挥发，从而降低飞灰中的氯化物含量；（8）硫酸钠、硫酸钙等硫酸盐有结晶水化合物形式存在，氯化物没有结晶水化合物形式，以及溶解度变化差异较大的特点，从高浓废水中分离氯化物比较容易。

本实用新型的有益效果：

（1）利用飞灰中氢氧化钙的碱性和废硫酸的酸性，采用以废治废措施，降低废物处置成本；（2）不需彻底分离飞灰中的氯化物，降低了生产成本；（3）解决了飞灰中氯化物水溶盐的综合利用难题，氯化物反应后生成的盐酸溶液和硫酸盐，具有较高的综合利用价值且应用广泛；（4）重金属得到有效去除，降低了下游产品的环境风险和生产成本；（5）生产工艺简单，全套工艺实现连续化生产，易于自动化控制，具有安全可靠性；（6）生产过程的废水实现回用，降低了废水排出量，具有显著的环保意义。

附图说明

附图1是本实用新型垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备部件组成示意图

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

 此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。

实施例1、

如图1，一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备，包括废硫酸储存单元，其具有废硫酸进料口和出料口，废硫酸出料口连接废硫酸混合反应单元，其中废硫酸混合反应单元还具有飞灰投料口以及反应气体出气口；所述反应气体出气口连接氯化氢回收单元，氯化氢回收单元具有氯化氢喷淋设施和溶液排出管，其连接至氯化氢溶液储存单元；废硫酸混合反应单元配置出料口，出料口连接固液分离单元，固液分离单元设置有进料口、废水排出口和固相原料出口；水相经由废水排出口连通废水处理单元，废水处理单元配置重金属反应沉淀区，废水处理单元出口连接回用分配单元；回用分配单元分别连接高温处理单元、固液分离单元和废硫酸混合反应单元，所述固相原料出口经压滤装置连接，压滤滤渣收集装置连接高温处理单元。

所述焚烧飞灰与废硫酸混合单元内飞灰与过量硫酸反应，生成氯化氢气体和硫酸盐；

所述固液分离单元内，反应混合液经过滤得到固相原料，飞灰中的重金属等特征污染因子分离进入水相，水相pH值小于2.0；固相原料主要成分为硫酸钠和硫酸钙；实际生产操作过程中，可根据实际情况，采用沉淀静置分层分离水相（液相），去除脂溶性难降解有机物，以及采用过滤+洗涤后进一步去除固相原料的污染物；

所述高温处理单元内，固体物料经100-1300℃高温处理，得到的最终产物为混凝土外加剂；高温处理过程中，也可根据固相原料成分直接进行高温处理或者加入含铝物料；

所述混凝土外加剂的主要成分为硫酸钙、硫酸钠、硅酸盐、硫铝酸盐；混凝土外加剂可作为早强剂用于生产混凝土制品、免烧砖等建筑材料。

所述反应生成的氯化氢气体经喷淋吸收回收得到盐酸溶液；

所述废水处理单元内，固液分离产生的废水经过去除重金属后循环使用，高浓度的硫酸盐可回用到高温处理单元，低浓度的清洗废水可回用到混合反应单元或固液分离单元；

本实用新型所述垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处理利用系统运行方式灵活多变，高温处置单元可以根据飞灰的污染指标高低情况单独运行或联合运行。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备，包括废硫酸储存单元，其具有废硫酸进料口和出料口，废硫酸出料口连接废硫酸混合反应单元，其中废硫酸混合反应单元还具有飞灰投料口以及反应气体出气口；所述反应气体出气口连接氯化氢回收单元，氯化氢回收单元具有氯化氢喷淋设施和溶液排出管，其连接至氯化氢溶液储存单元；废硫酸混合反应单元配置出料口，出料口连接固液分离单元，固液分离单元设置有进料口、废水排出口和固相原料出口；水相经由废水排出口连通废水处理单元，废水处理单元配置重金属反应沉淀区，废水处理单元出口连接回用分配单元；回用分配单元分别连接高温处理单元、固液分离单元和废硫酸混合反应单元，所述固相原料出口与压滤装置连接，压滤滤渣收集装置连接高温处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰与废硫酸协同处置利用设备，其特征在于，所述固液分离单元具有沉淀静置分层结构和压滤装置。

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