一種由垃圾焚燒飛灰制備的磁性生物陶粒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種利用垃圾焚燒飛灰制備的廢水處理用磁性生物陶粒，目的是對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行資源化利用，不僅有效地降低環(huán)境負(fù)擔(dān)，還可以提高廢棄資源的附加值。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市人口的增長、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的提高，生活垃圾的排放量日益增多。生活垃圾焚燒法由于具有占地面積小、減容化和無害化效果顯著以及熱能利用等優(yōu)點(diǎn)，正成為許多土地和能源資源緊張的國家處理城市垃圾、開發(fā)新能源的重要手段。飛灰是垃圾焚燒二次污染的主要載體，因含有高浸出毒性的重金屬以及高毒性當(dāng)量的二噁英等污染成分被普遍認(rèn)為是一種危險(xiǎn)廢物，因此垃圾焚燒飛灰的無害化和資源化受到越來越廣泛的關(guān)注。
[0003]目前飛灰處置的常用方法主要有:水泥固化、瀝青固化、熔融固化技術(shù)、化學(xué)藥劑固化穩(wěn)定化等，經(jīng)過固化穩(wěn)定化處理后的產(chǎn)物，如滿足浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)或者資源化利用標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)入普通填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。隨著填埋場(chǎng)地的減少，處置成本的增加，如何采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理焚燒飛灰，并達(dá)到穩(wěn)定化、資源化和無害化的目標(biāo)，已成為當(dāng)前一項(xiàng)重要的科研項(xiàng)目。
[0004]生活垃圾焚燒飛灰和天然沸石、粉煤灰一樣，具有高比表面積，還含有Si02和A1203等礦物質(zhì)，因此可用于制備陶粒。2006年天津泰達(dá)環(huán)保有限公司的高亮等的CN100371287C號(hào)“利用垃圾焚燒飛灰為原料的陶粒及其制備方法”的發(fā)明專利，利用垃圾焚燒飛灰為原料，并添加粘土后經(jīng)配料、造粒、高溫煅燒制成建筑用陶粒產(chǎn)品，為垃圾焚燒飛灰提供了一種新的利用途徑，并且在2010年分別在焚燒飛灰燒制陶粒的過程中添加了干態(tài)污泥和濕態(tài)污泥(CN 102060426A和CN 102060560A)，實(shí)現(xiàn)了垃圾焚燒飛灰和市政污泥兩種危險(xiǎn)廢棄物的同步減量化、無害化處理處置和資源化利用。隨后，天津壹生環(huán)保科技有限公司的郝輝又發(fā)明了一種以垃圾焚燒飛灰為主要原料的免燒型陶粒(專利號(hào):CN101357840);廣州建材企業(yè)集團(tuán)有限公司的陳煒等也在回轉(zhuǎn)窯燒制陶粒的過程中添加了垃圾焚燒飛灰(CN 101817671B);環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所的彭曉春等也利用垃圾焚燒飛灰、垃圾滲濾液與廢玻璃一起燒制了建筑用玻璃陶粒(CN 102643109A)，實(shí)現(xiàn)了飛灰的資源化利用。這些利用焚燒飛灰燒制陶粒的方法對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行再生利用的同時(shí)，又減少了陶粒工業(yè)對(duì)天然原料的需求量，為垃圾焚燒飛灰資源化利用提供了一種新的思路。但是目前用垃圾焚燒飛灰燒制的陶粒多用于建筑材料方面，而在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用還處于空白。另外，飛灰中含有很高的鹽分(主要是氯鹽)和豐富的重金屬資源等，而現(xiàn)有的飛灰燒制陶粒的方法并未對(duì)這些重金屬資源進(jìn)行回收利用，相反這些重金屬物質(zhì)在氯元素的存在下還存在著很大的浸出風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成潛在的危害。
[0005]另一方面研究發(fā)現(xiàn)，弱磁場(chǎng)可提高廢水生物處理的降解效率，磁致物理化學(xué)生物效應(yīng)可提高水中微生物的生物活性、提高微生物對(duì)有機(jī)污染物的吸附和降解能力，顯著提高廢水的生物降解效率，改善目前廢水生物處理效率較低、處理設(shè)施占地面積大的狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有垃圾焚燒飛灰制備陶粒的不足與缺陷，提供一種垃圾焚燒飛灰制備的磁性生物陶粒，本發(fā)明制備所得的磁性生物陶粒產(chǎn)品整體形態(tài)完好，外表粗糙且孔隙發(fā)達(dá)。結(jié)合磁粉的磁致物理化學(xué)生物效應(yīng)，可以提高廢水處理效率，節(jié)省廢水處理的費(fèi)用，易于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0008]—種由垃圾焚燒飛灰制備的磁性生物陶粒，由質(zhì)量百分比為40?70%的經(jīng)過含氯氣化劑熱處理后的垃圾焚燒飛灰、10?30%的粉煤灰、10?18%的粘土、O?10%的成孔劑、2?10%的黃鐵礦制備而成，制備時(shí)將生活垃圾焚燒飛灰在含氯氣化劑存在的條件下經(jīng)過高溫800?1000°C處理后得到的殘余灰渣，與粉煤灰、粘土、成孔劑、黃鐵礦等混合，經(jīng)過造粒、干燥及850?1150°C的高溫焙燒得到磁性陶粒產(chǎn)品。
[0009]該磁性生物陶粒的具體制備方法包括以下步驟:
[0010](I)垃圾焚燒飛灰的氣化處理:把垃圾焚燒飛灰與含氯氣化劑混合，在800?1000°C下焙燒0.5?3h，所述含氯氣化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?20wt% ;焙燒產(chǎn)生的二次飛灰通過布袋除塵器收集以回收利用，焙燒后的殘余飛灰收集作為后續(xù)步驟的原材料之一；
[0011]氣化處理的原理為:重金屬通過與含氯氣化劑中的氯離子結(jié)合成重金屬氯化物，重金屬氯化物在高溫焙燒下?lián)]發(fā)。根據(jù)垃圾焚燒飛灰中重金屬種類和含量，調(diào)整含氯氣化劑的種類與用量、氣化溫度和時(shí)間，來達(dá)到最佳的重金屬分離效果。另外，在高溫中，飛灰中的二噁英分解。
[0012](2)原材料的預(yù)處理:將原材料干燥后，進(jìn)行破碎，并過40?100目篩。
[0013](3)將步驟(2)預(yù)處理的原材料按以下重量份配比混合并攪拌均勻:氣化處理后的垃圾焚燒飛灰40?70%、粉煤灰10?30%、粘土 10?18%、成孔劑O?10%、黃鐵礦2 ?10%。
[0014](4)造粒:將水加入到步驟(3)混合均勻的原材料中，水的加入量為原材料總重量的30?50%，攪拌、造粒成粒徑為2?15mm的顆粒。
[0015](5)干燥:將步驟(4)獲得的顆粒放入干燥箱中105°C條件下干燥至含水量小于10%。
[0016](6)焙燒:將經(jīng)過步驟(5)干燥的顆粒，按10?30°C /min的升溫速率升溫至300?500°C的預(yù)熱溫度后，預(yù)熱15?35min ;按5?15°C /min的升溫速率升溫至850?1150°C的焙燒溫度后，焙燒30?90min ;在3?5h內(nèi)勻速降溫至150°C，后自然降溫至室溫，即制得所要的磁性生物陶粒。
[0017]優(yōu)選地，在氣化處理步驟中，含氯氣化劑為氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂、氯化鋁、氯化鐵中的一種或兩種以上的混合。
[0018]本發(fā)明所選用的成孔劑為無煙煤、秸桿、稻殼或木肩等可燃燒的有機(jī)廢棄物。
[0019]本發(fā)明是考慮到在對(duì)垃圾焚燒飛灰中重金屬物質(zhì)進(jìn)行回收利用的基礎(chǔ)上，再對(duì)殘余飛灰進(jìn)行資源化利用，并結(jié)合磁性物質(zhì)在廢水處理系統(tǒng)的強(qiáng)化作用，來利用垃圾焚燒飛灰燒制磁性生物陶粒，與此同時(shí)，將二噁英類物質(zhì)在高溫進(jìn)行分解，降低飛灰燒制的陶粒產(chǎn)品的毒性，不僅制備成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，還能實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰的無害化、資源化處理，并為廢水處理領(lǐng)域帶來一種新型的功能材料，具有多重環(huán)保價(jià)值。
[0020]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0021]1.本發(fā)明中作為主要原料的垃圾焚燒飛灰是經(jīng)過含氯氣化劑熱處理過的，因此飛灰中的二噁英在高溫下得到了分解，而重金屬得到了氣化脫除，一方面降低了飛灰中二噁英和重金屬的污染毒性，另外一方面氣化得到的重金屬氯化物還可以進(jìn)行進(jìn)一步的回收利用，既實(shí)現(xiàn)了廢棄物的無害化處理，又實(shí)現(xiàn)了資源的再回收利用，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
[0022]2.本發(fā)明制備的磁性生物陶粒由于含有一定的磁性物質(zhì)，對(duì)廢水處理中微生物的降解速率具有一定的促進(jìn)作用，可以強(qiáng)化磁性生物陶粒對(duì)廢水的處理效果，能為廢水處理提供一種新的功能陶粒生產(chǎn)方法，具有很好的環(huán)保價(jià)值。
[0023]3.本發(fā)明制備方法簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，而且磁性生物陶粒的制備拓展了垃圾焚燒飛灰制備高附加值產(chǎn)品的利用途徑，同時(shí)也為相關(guān)磁性生物陶粒的生產(chǎn)提供了新的原料和工藝，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:垃圾焚燒飛灰的氣化處理
[0025]垃圾焚燒飛灰的氣化處理:把垃圾焚燒飛灰與含氯氣化劑混合，在800?1000°C下焙燒0.5?3h，所述含氯氣化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?20wt% ;焙燒產(chǎn)生的二次飛灰通過布袋除塵器收集以回收利用，焙燒后的殘余飛灰收集作為后續(xù)步驟的原材料之一；
[0026]根據(jù)垃圾焚燒飛灰中重金屬種類和含量，調(diào)整含氯氣化劑的種類與用量、氣化溫度和時(shí)間，來達(dá)到最佳的重金屬分離效果。本發(fā)明中，含氯氣化劑為氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂、氯化鋁、氯化鐵中的一種或兩種以上的混合。
[0027]實(shí)施例2-6:磁性生物陶粒的制備
[0028]實(shí)施例2:
[0029]本實(shí)施例制備的磁性生物陶粒的原料質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
[0030]氣化處理后的垃圾焚燒飛灰40 %，粉煤灰30 %、粘土 10 %、無煙煤10 %、黃鐵礦10%。
[0031]本實(shí)施例中磁性生物陶粒按以下制備方法得到的:
[0032]按上述質(zhì)量配比的氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰、粉煤灰、粘土、無煙煤和黃鐵礦進(jìn)行混合，破碎后過40?100目篩后得到混合料，向混合料中加水，加水量為混合料質(zhì)量的30%，然后將混合料充分?jǐn)嚢?、混合均勾，用造粒機(jī)造粒為2?15mm的球形顆粒粒料，將球形粒料在105°C條件下恒溫干燥3h至含水量小于10%得到磁性生物陶粒坯體；將所得坯體置于高溫爐中，按10?30°C /min的升溫速率升溫至300°C，預(yù)熱15min ;按5?15°C /min的升溫速率升溫至1150°C，焙燒30min ;在5h內(nèi)勻速降溫至150°C后自然降溫至室溫，即制得所要的磁性生物陶粒。
[0033]實(shí)施例:3:
[0034]本實(shí)施例制備的磁性生物陶粒的原料質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
[0035]氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰47 %，粉煤灰25 %、粘土 12 %、秸桿8 %、黃鐵礦
[0036]本實(shí)施例中磁性生物陶粒按以下制備方法得到的:
[0037]按上述質(zhì)量配比的氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰、粉煤灰、粘土、秸桿和黃鐵礦進(jìn)行混合，破碎后過40?100目篩后得到混合料，向混合料中加水，加水量為混合料質(zhì)量的35%，然后將混合料充分?jǐn)嚢琛⒒旌暇?，用造粒機(jī)造粒為2?15mm的球形顆粒粒料，將球形粒料在105°C條件下恒溫干燥3h至含水量小于10%得到磁性生物陶粒坯體；將所得坯體置于高溫爐中，按10?30°C /min的升溫速率升溫至350°C，預(yù)熱20min ;按5?15°C /min的升溫速率升溫至1050°C，焙燒45min ;在4h內(nèi)勻速降溫至150°C后自然降溫至室溫，即制得所要的磁性生物陶粒。
[0038]實(shí)施例4:
[0039]本實(shí)施例制備的磁性生物陶粒的原料質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
[0040]氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰55%，粉煤灰20%、粘土 14%、木肩5%、黃鐵礦
6% ο
[0041 ] 本實(shí)施例中磁性生物陶粒按以下制備方法得到的:
[0042]按上述質(zhì)量配比的氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰、粉煤灰、粘土、木肩和黃鐵礦進(jìn)行混合，破碎后過40?100目篩后得到混合料，向混合料中加水，加水量為混合料質(zhì)量的40%，然后將混合料充分?jǐn)嚢?、混合均勾，用造粒機(jī)造粒為2?15mm的球形顆粒粒料，將球形粒料在105°C條件下恒溫干燥3h至含水量小于10%得到磁性生物陶粒坯體；將所得坯體置于高溫爐中，按10?30°C /min的升溫速率升溫至400°C，預(yù)熱25min ;按5?15°C /min的升溫速率升溫至950°C，焙燒60min ;在3.5h內(nèi)勻速降溫至150°C后自然降溫至室溫，即制得所要的磁性生物陶粒。
[0043]實(shí)施例5:
[0044]本實(shí)施例制備的磁性生物陶粒的原料質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
[0045]氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰62%，粉煤灰15%、粘土 16%、稻殼3%、黃鐵礦
[0046]本實(shí)施例中磁性生物陶粒按以下制備方法得到的:
[0047]按上述質(zhì)量配比的氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰、粉煤灰、粘土、稻殼和黃鐵礦進(jìn)行混合，破碎后過40?100目篩后得到混合料，向混合料中加水，加水量為混合料質(zhì)量的45%，然后將混合料充分?jǐn)嚢?、混合均勾，用造粒機(jī)造粒為2?15mm的球形顆粒粒料，將球形粒料在105°C條件下恒溫干燥3h至含水量小于10%得到磁性生物陶粒坯體；將所得坯體置于高溫爐中，按10?30°C /min的升溫速率升溫至450°C，預(yù)熱30min ;按5?15°C /min的升溫速率升溫至850°C，焙燒75min ;在3h內(nèi)勻速降溫至150°C后自然降溫至室溫，即制得所要的磁性生物陶粒。
[0048]實(shí)施例6:
[0049]本實(shí)施例制備的磁性生物陶粒的原料質(zhì)量百分比構(gòu)成為:
[0050]氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰70%，粉煤灰10%、粘土 18%和黃鐵礦2 0Z0o[0051 ] 本實(shí)施例中磁性生物陶粒按以下制備方法得到的:
[0052]按上述質(zhì)量配比的氣化熱處理后的垃圾焚燒飛灰、粉煤灰、粘土、稻殼和黃鐵礦進(jìn)行混合，破碎后過40?100目篩后得到混合料，向混合料中加水，加水量為混合料質(zhì)量的50%，然后將混合料充分?jǐn)嚢?、混合均勾，用造粒機(jī)造粒為2?15mm的球形顆粒粒料，將球形粒料在105°C條件下恒溫干燥3h至含水量小于10%得到磁性生物陶粒坯體；將所得坯體置于高溫爐中，按10?30°C /min的升溫速率升溫至500°C，預(yù)熱35min ;按5?15°C /min的升溫速率升溫至850°C，焙燒90min ;在3h內(nèi)勻速降溫至150°C后自然降溫至室溫，即制得所要的磁性生物陶粒。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由垃圾焚燒飛灰制備的磁性生物陶粒，其特征在于，所述的磁性生物陶粒是由質(zhì)量百分比為40?70%的經(jīng)過含氯氣化劑熱處理后的垃圾焚燒飛灰、10?30%的粉煤灰、10?18%的粘土、O?10%的成孔劑、2?10%的黃鐵礦制備而成；制備方法為:將生活垃圾焚燒飛灰在含氯氣化劑存在的條件下經(jīng)過高溫800?1000°C處理后得到的殘余灰渣，與粉煤灰、粘土、成孔劑、黃鐵礦混合，經(jīng)過造粒、干燥及850?1150°C的高溫焙燒得到磁性陶粒產(chǎn)品。2.如權(quán)利要求1所述的由垃圾焚燒飛灰制備的磁性生物陶粒，其特征在于，所述含氯氣化劑為氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂、氯化鋁、氯化鐵中的一種或兩種以上的混合。3.如權(quán)利要求1所述磁性生物陶粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)垃圾焚燒飛灰的氣化處理:把垃圾焚燒飛灰與含氯氣化劑混合，在800?1000°C下焙燒0.5?3h，所述含氯氣化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?20wt% ;焙燒產(chǎn)生的二次飛灰通過布袋除塵器收集以回收利用，焙燒后的殘余飛灰收集作為后續(xù)步驟的原材料之一； (2)原材料的預(yù)處理:將原材料干燥后，進(jìn)行破碎，并過40?100目篩； (3)按下列重量份配比將原材料進(jìn)行混合并攪拌均勻:氣化處理后的垃圾焚燒飛灰40?70%、粉煤灰10?30%、粘土 10?18%、成孔劑O?10%、黃鐵礦2?10% ; (4)造粒:將水加入到步驟(3)混合均勻的原材料中，水的加入量為原材料總重量的30?50%，攪拌、造粒成粒徑為2?15mm的顆粒； (5)干燥:將步驟(4)獲得的顆粒放入干燥箱中干燥至含水量小于10%; (6)焙燒:將經(jīng)過步驟(5)干燥后的顆粒，按10?30°C/min的升溫速率升溫至300?500°C的預(yù)熱溫度后，預(yù)熱15?35min ;按5?15°C /min的升溫速率升溫至850?1150°C的焙燒溫度后，焙燒30?90min ;在3?5h內(nèi)勻速降溫至150°C，后自然降溫至室溫，即制得所要的磁性生物陶粒。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述含氯氣化劑為氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂、氯化鋁、氯化鐵中的一種或兩種以上的混合。5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述成孔劑為可燃燒的有機(jī)廢棄物。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述可燃燒的有機(jī)廢棄物選自無煙煤、秸桿、稻殼或木肩。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用垃圾焚燒飛灰為原料制備磁性生物陶粒制品的方法。該方法步驟包括：垃圾焚燒飛灰在含氯氣化劑的存在下經(jīng)過高溫處理后得到殘余灰渣，與粉煤灰、粘土、成孔劑、黃鐵礦混合，經(jīng)過造粒、干燥及850～1150℃的高溫焙燒得到磁性陶粒產(chǎn)品。制得的陶粒產(chǎn)品整體形態(tài)完好，外表粗糙且孔隙發(fā)達(dá)。本發(fā)明徹底分解飛灰中的二噁英有毒物質(zhì)，對(duì)飛灰中重金屬進(jìn)行回收利用，飛灰毒性減?。辉谔樟５臒七^程中添加磁性物質(zhì)，使得陶粒具有磁性，用于廢水處理系統(tǒng)中可以強(qiáng)化廢水處理的生物降解速率。本制備方法工藝簡單，操作方便，能實(shí)現(xiàn)飛灰的資源化利用，而且易于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，具有較高的環(huán)保價(jià)值。
【IPC分類】C04B38/06
【公開號(hào)】CN105712739
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410717317
【發(fā)明人】孔絲紡, 曾輝
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)深圳研究生院