一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法

1.本发明涉及生活垃圾焚烧飞灰处理技术以及危险固体废弃物处理与资源化利用技术领域，尤其涉及一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法。


背景技术：

2.随着经济的发展，城市固体废物年产量也在逐年增加，目前已经达到或超过107吨/年的级别。处理城市固体废物的常用方法为焚烧，该方法兼顾减小城市固体废物的质量和体积、释放能量发电等优点，正逐步取代填埋成为处理城市固体废物的首选方法。但是，焚烧城市固体废物将会产生两种主要的副产物，即城市固体废物焚烧飞灰和城市固体废物焚烧底灰，这两种副产物的质量在1:4-1:5之间。城市固体废物焚烧底灰相对来说毒性低，是可以被直接填埋或直接利用的。而城市固体废物焚烧飞灰含有比底灰更多的重金属和有机污染物，尤其是含有具有“世纪之毒”之称的二噁英。因此，城市固体废物焚烧飞灰被认定为需要严格被管控的危险固体废物。
3.目前，最为常见的处理城市固体废物飞灰的方法为水泥固化后填埋，但是该方法并不能去除二噁英，而是将其封装在固化体中，随着水泥固化体的老化，二噁英终将会在环境中泄露。另一种处理城市固体废物焚烧飞灰的方法为用它来生产碱活化胶凝材料，因为城市固体废物焚烧飞灰具有辅助胶凝材料的性质。但是城市固体废物焚烧飞灰被碱激发处理后同样并不能去除二噁英，而是与城市固体废物焚烧飞灰的水泥固化处理一样，将二噁英封装在材料内部，这使得城市固体废物焚烧飞灰碱激发胶凝材料依然具有向环境排放二噁英的风险。城市固体废物焚烧飞灰无论是被填埋或是被用于生产胶凝材料，都需要降低其中二噁英含量以达到国家标准。而传统可以被用于分离城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的甲苯，具有毒性和挥发性，并且价格昂贵，使得甲苯难以成为适合大规模分离二噁英时的分离剂。
4.因此，现有技术还有待改进。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，旨在解决传统飞灰处理方法中二噁英潜在的泄露风险，以及缺少合适的大规模分离二噁英的分离剂的问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，包括：
8.步骤一：将所述城市固体废物焚烧飞灰用水或酸洗涤；
9.步骤二：将洗涤后的城市固体废物焚烧飞灰研磨成初级飞灰粉末；
10.步骤三：对所述初级飞灰粉末中的二噁英进行浸取，得到混合物；
11.步骤四：对浸取后得到的混合物进行固液分离，将分离后的固体烘干后研磨成粉，得到处理后的飞灰粉末。
12.所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，各原材料按照质量份数的比例为：
13.城市固体废物焚烧飞灰
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10-15份
14.水或酸
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40-80份
15.脂肪
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80-140份。
16.所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，所述脂肪为猪的脂肪。
17.所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，所述洗涤步骤中，用水或酸洗涤的具体步骤为：用清水或浓度为1mol/l的盐酸洗涤2小时。
18.如上任一所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，各原材料按照质量份数的比例为：
19.城市固体废物焚烧飞灰
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10-15份
20.水或盐酸
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40-80份
21.猪的脂肪
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80-140份。
22.所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，所述步骤二具体为：用离心机将洗涤后的城市固体废物焚烧飞灰进行固液分离，将分离后的固体烘干，之后使用研磨器将烘干后的固体研磨成初级飞灰粉末。
23.所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，所述步骤四具体为：用离心机将浸取后得到的混合物进行固液分离，将分离后的固体放置在吸油纸上烘干，之后使用研磨器将烘干后的固体研磨成粉，得到处理后的飞灰粉末。
24.如上任一所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，离心机的转速为4000r/min，离心时间为15-30分钟；烘干温度50-70℃，烘干时间为72-96小时。
25.所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，所述步骤三具体为：将所述初级飞灰粉末与脂肪混合，搅拌后静置8小时再搅拌一次，共重复3次。
26.所述的处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，其中，静置处理的温度为60℃，静置时间为24小时。
27.有益效果：本发明提供了一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法。该方法包括洗涤、研磨、浸取和分离等主要步骤，先用水或酸洗涤城市固体废物焚烧飞灰，之后经过烘干、研磨得到待处理的初级飞灰粉末；将初级飞灰粉末与脂肪混合后充分搅拌并静置一段时间，对飞灰中的二噁英进行浸取；最后经离心分离后得到处理后的飞灰。该方法可以大幅度降低飞灰中二噁英的含量，毒性当量可降低60％以上；处理后得到的飞灰粉末中含有的二噁英毒性当量低于30ng teq/kg，小于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(hj 1134-2020)规定的50ng teq/kg。本发明提供的方法具有成本低廉、操作简单、二噁英毒性当量降低效果显著等特点，不仅为传统飞灰固化体二噁英潜在的二噁英泄露风险的解决提供了思路，也为飞灰更好被利用提供了预处理方法，可以被视为城市固体废物焚烧飞灰这种危险废物填埋或资源化利用前的预处理方案。
附图说明
28.图1为本发明实施例提供的一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法的流程图。
具体实施方式
29.本发明提供一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.本发明实施例提供一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法，包括步骤：
31.s10、将所述城市固体废物焚烧飞灰用水或酸洗涤；
32.s20、将洗涤后的城市固体废物焚烧飞灰研磨成初级飞灰粉末；
33.s30、对所述初级飞灰粉末中的二噁英进行浸取，得到混合物；
34.s40、对浸取后得到的混合物进行固液分离，将分离后的固体烘干后研磨成粉，得到处理后的飞灰粉末。
35.在一些实施方式中，所述脂肪为猪的脂肪。但不限于此，其他任何的具有无毒无害、便于处理、经济且容易获取等优点的脂肪均可以作为二噁英的浸取剂，例如牛或羊的脂肪，或者植物来源的脂肪等等。
36.本发明实施例选取脂肪作为飞灰中的二噁英的分离剂，是因为二噁英具有良好的脂溶性，利用脂肪替代传统浸取剂——甲苯，以实现飞灰中二噁英的分离。以往有研究发现，在猪的脂肪中存在440ng teq/kg的毒性当量的二噁英，故而其对二噁英具有较强的浸取能力。对于浸取二噁英后的猪的脂肪的处理，由于猪的脂肪具有可燃性，因此含有二噁英的脂肪可以被用于高温垃圾焚烧发电厂作为燃料，同时在高温下二噁英也被分解，实现了含二噁英的零废液流。而且，猪的脂肪相较于甲苯而言，是无毒无害的。不仅如此，猪的脂肪价格低廉，相较于8000元/吨的甲苯，1500元/吨的猪的脂肪显然成本更低，更适合大规模应用。因此，本发明实施例选择对二噁英具有良好的溶解性、无毒无害且废液易于处理的脂肪作为处理二噁英的浸取剂。
37.在一些实施方式中，各原材料按照质量份数的比例为：
38.城市固体废物焚烧飞灰
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10-15份
39.水或酸
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40-80份
40.脂肪
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80-140份。
41.有研究表明，猪的脂肪可以溶解440ng teq/kg毒性当量的二噁英。随着垃圾焚烧技术的提高，目前城市固体废物焚烧飞灰中含有的二噁英的毒性当量为50-200ng teq/kg。为了保证脂肪对飞灰中二噁英的浸取效率，本发明实施例采用上述的原材料比例，同时也能保证飞灰与脂肪的充分接触。同样的，保证充分接触的方法也有利用对飞灰进行水洗或者酸洗以去除可能包裹住二噁英的可溶性物质。
42.具体的，各原材料按照质量份数的比例为：
43.城市固体废物焚烧飞灰
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10-15份
44.清水或盐酸
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40-80份
45.猪的脂肪
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80-140份。
46.在一些实施方式中，步骤s10中，用水或酸洗涤的具体步骤为：用清水或浓度为1mol/l的盐酸洗涤2小时。
47.本发明实施例中，首先对城市固体废物焚烧飞灰进行洗涤。用清水或盐酸洗涤是为了将包裹二噁英的可溶性物质洗去，使得更多的二噁英能与脂肪相接触，以便提高二噁
英被浸取的效率。
48.在一些实施方式中，步骤s20中，具体步骤为：用离心机将洗涤后的城市固体废物焚烧飞灰进行固液分离，并将分离后的固体烘干，之后使用研磨器将烘干后的固体研磨成初级飞灰粉末。
49.本发明实施例中，将经过洗涤的飞灰进行研磨是为了增大飞灰与脂肪的接触面，调高二噁英被浸取的效率。
50.具体的，离心机的转速为4000r/min，离心时间为15-30分钟；烘干温度50-70℃，烘干时间为72-96小时，以确保得到高干燥的经处理后的飞灰固体。
51.在一些实施方式中，步骤s30中，浸取的具体步骤为：将研磨后的所述初级飞灰粉末与脂肪充分混合，搅拌后静置8小时再充分搅拌一次，共重复3次，对所述初级飞灰粉末中的二噁英进行浸取。
52.在一些实施方式中，浸取的温度为60℃，静置时间为24小时。
53.浸取时，飞灰粉末与脂肪需要充分混合，以提高二噁英被浸取的效率。由于飞灰与脂肪存在密度差，在二者充分混合后经一段时间飞灰将沉底导致二者分层，故浸取一定时间后飞灰会沉降在容器底部。因此，为了保证浸取效率，每隔8小时进行一次充分搅拌使得沉降在容器底部的飞灰与脂肪再次充分接触，增大飞灰与猪的脂肪的接触机会，提高二噁英的浸取效率。
54.根据研究表明，猪的脂肪可以溶解440ng teq/kg毒性当量的二噁英。而随着垃圾焚烧技术的提高，飞灰中含的二噁英的毒性当量为50-200ng teq/kg。因此，为了保证脂肪对飞灰中二噁英的浸取效率，则需要保证飞灰与脂肪的充分接触：一是对飞灰进行水洗或者酸洗以去除可能包裹住二噁英的可溶性物质，二是当脂肪中的飞灰沉降后再次搅拌以使飞灰与脂肪再次充分接触，三是在60℃温度下浸取，令脂肪分子热运动加剧，使得脂肪与飞灰进一步充分接触。
55.在一些实施方式中，步骤s40中，具体步骤为：用离心机将浸取后得到的混合物进行固液分离，并将分离后的固体放置在吸油纸上烘干，之后使用研磨器将烘干后的固体研磨成粉，得到处理后的飞灰粉末。
56.具体的，离心机的转速为4000r/min，离心时间为15-30分钟；烘干温度50-70℃，烘干时间为72-96小时，以确保得到高干燥的经处理后的飞灰固体。
57.本发明实施例还提供一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法的应用，将上述方法应用于分离城市固体废物焚烧飞灰中的二噁英。
58.在一些实施方式中，处理后得到的飞灰粉末中含有的二噁英毒性当量低于30ng teq/kg，小于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(hj 1134-2020)规定的50ng teq/kg。根据《固废测定二-二噁英的测定-同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(hj 77.3-2008)测定原始飞灰与经过脂肪分离二噁英的飞灰中二噁英的含量，该方法可以大幅度降低飞灰中二噁英的含量，处理后得到的飞灰粉末与初级飞灰粉末相比，含有的二噁英的毒性当量降低了60％以上。
59.不仅如此，由于本发明实施例所用的脂肪价格经济(例如猪的脂肪)，大量的飞灰都可以上述方法进行二噁英的分离，因此本实施例的方法可应用于大规模的处理城市固体废物焚烧飞灰。而且操作简单，仅仅将脂肪与飞灰进行混合处理即可。废液易于处理，且不
污染环境。含有二噁英的脂肪由于其自身的可燃性，可以被作为高温垃圾焚烧发电厂的燃料，这样既利用了废液，也通过高温消除了二噁英。故而，本发明提供的方法具有成本低廉、操作简单、二噁英毒性当量降低效果显著等特点，不仅为传统固化体二噁英潜在的二噁英泄露风险的解决提供了思路，也为飞灰更好被利用提供了预处理方法。
60.下面通过具体实施例对本发明一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法做进一步的解释说明：
61.本发明各实施例中，原始城市固体废物焚烧飞灰的化学成分组成如表1所示，猪的脂肪的相关参数如表2所示。
62.表1飞灰的化学成分组成(wt％)
[0063][0064]
表2猪的脂肪的相关参数
[0065][0066]
实施例1
[0067]
原始城市固体废物焚烧飞灰、清水以及猪的脂肪的质量份数为：
[0068]
城市固体废物焚烧飞灰
ꢀꢀ
10份
[0069]
清水
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40份
[0070]
猪的脂肪
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
80份
[0071]
按照如下步骤进行二噁英分离：
[0072]
步骤一，将原始城市固体废物焚烧飞灰用清水洗涤；
[0073]
步骤二，用转速为4000r/min离心机将固液分离后，将固体烘干72小时，并将烘干后的飞灰研磨至粉末状，使得其具有更大的比表面积，从而提高二噁英被浸取的效率；
[0074]
步骤三，将经过研磨后的飞灰与猪的脂肪进行充分混合后静置，并静置8小时再对混合物充分搅拌一次，重复三次，以提高二噁英被浸取的效率，浸取温度为60℃。
[0075]
步骤四，使用转速为4000r/min的离心机将步骤三中的固液分离；
[0076]
步骤五，将步骤四中分离得到的飞灰固体烘干72小时后研磨成粉末状；
[0077]
步骤六，根据《固废测定二二噁英的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(hj 77.3-2008)的测定方法对步骤五得到的飞灰中二噁英含量进行测试。
[0078]
测试结果表明，经处理飞灰中含有二噁英的毒性当量为26ng teq/kg,二噁英被分离的效率为69.76％。具体结果如表3所示。
[0079]
表3实施例1分离前后二噁英总毒性当量前后对比(ng teq/kg)
[0080][0081][0082]
实施例2
[0083]
原始城市固体废物焚烧飞灰、1mol/l的盐酸以及猪的脂肪的质量份数为：
[0084]
城市固体废物焚烧飞灰
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15份
[0085]
1mol/l盐酸
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60份
[0086]
猪的脂肪
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120份
[0087]
按照如下步骤进行二噁英分离：
[0088]
步骤一，将原始城市固体废物焚烧飞灰用1mol/l的盐酸洗涤；
[0089]
步骤二，用转速为4000r/min离心机将固液分离后，将固体烘干72小时，并将烘干后的飞灰研磨至粉末状，使得其具有更大的比表面积，从而提高二噁英被浸取的效率；
[0090]
步骤三，将经过研磨后的飞灰与猪的脂肪进行充分混合后静置，并静置8小时再对混合物充分搅拌一次，重复三次，以提高二噁英被浸取的效率，浸取温度为60℃。
[0091]
步骤四，使用转速为4000r/min的离心机将步骤三中的固液分离；
[0092]
步骤五，将步骤四中分离得到的飞灰固体烘干72小时后研磨成粉末状；
[0093]
步骤六，根据《固废测定二二噁英的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(hj 77.3-2008)的测定方法对步骤五得到的飞灰中二噁英含量进行测试。
[0094]
测试结果表明，经处理飞灰中含有二噁英的毒性当量为25ng teq/kg,二噁英被分离的效率为64.79％。具体结果如表4所示。
[0095]
表4实施例2分离前后二噁英总毒性当量前后对比(ng teq/kg)
[0096][0097]
实施例3
[0098]
原始城市固体废物焚烧飞灰以及猪的脂肪的质量份数为：
[0099]
城市固体废物焚烧飞灰
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12份
[0100]
猪的脂肪
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96份
[0101]
按照如下步骤进行二噁英分离：
[0102]
步骤一，将烘干后的飞灰研磨至粉末状，使得其具有更大的比表面积，从而提高二噁英被浸取的效率；
[0103]
步骤二，将经过研磨后的飞灰与猪的脂肪进行充分混合后静置，并静置8小时再对混合物充分搅拌一次，重复三次，以提高二噁英被浸取的效率，浸取温度为60℃；
[0104]
步骤三，使用转速为4000r/min的离心机将步骤三中的固液分离；
[0105]
步骤四，将步骤四中分离得到的飞灰固体烘干72小时后研磨成粉末状；
[0106]
步骤五，根据《固废测定二二噁英的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(hj 77.3-2008)的测定方法对步骤五得到的飞灰中二噁英含量进行测试。
[0107]
测试结果表明，经处理飞灰中含有二噁英的毒性当量为18ng teq/kg,二噁英被分离的效率为69.5％。具体结果如表5所示。
[0108]
表5实施例3分离前后二噁英总毒性当量前后对比(ng teq/kg)
[0109][0110]
根据《固废测定二二噁英的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(hj 77.3-2008)的测试方法，对实施例1-3中原始城市固体废物焚烧飞灰以及经过处理后的飞灰进行二噁英含量的毒性当量测试，对比结果如表6：
[0111]
表6各实施例中被猪的脂肪浸取前后飞灰中二噁英含有的总毒性当量对比(ng teq/kg)
[0112][0113]
本发明实施例以猪的脂肪为分离剂，将猪的脂肪与城市固体废物焚烧飞灰混合，并在24-30小时后利用4000r/min离心速度将油与城市固体废物焚烧飞灰分离，达到城市固体废物焚烧飞灰与二噁英的分离，从而使得城市固体废物焚烧飞灰可以被更好填埋或利用。处理后得到的飞灰粉末中含有的二噁英毒性当量低于30ng teq/kg，小于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(hj 1134-2020)规定的50ng teq/kg。根据《固废测定二-二噁英的测定-同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(hj 77.3-2008)测定原始飞灰与经过脂肪分离二噁英的飞灰中二噁英的含量，该方法可以大幅度降低飞灰中二噁英的含量，处理后得到的飞灰粉末与初级飞灰粉末相比，含有的二噁英的毒性当量降低了60％以上。
[0114]
综上所述，本发明提供了一种处理城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的方法。该方
法包括洗涤、研磨、浸取和分离等主要步骤，先用水或酸洗涤城市固体废物焚烧飞灰，之后经过烘干、研磨得到待处理的初级飞灰粉末；将初级飞灰粉末与脂肪混合后充分搅拌并静置一段时间，对飞灰中的二噁英进行浸取；最后经离心分离后得到处理后的飞灰。该方法可以大幅度降低飞灰中二噁英的含量，毒性当量可降低60％以上。处理后得到的飞灰粉末中含有的二噁英毒性当量低于30ng teq/kg，小于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(hj 1134-2020)规定的50ng teq/kg。本发明所述的方法的实现了城市固体废物焚烧飞灰中难以处理的二噁英的分离，使得飞灰可以被更好的处理或利用；所述的分离方法使用了猪的脂肪作为二噁英的分离剂，有效的降低了原始城市固体废物焚烧飞灰中二噁英的毒性当量，降低了飞灰的毒性，而且使用猪的脂肪作为浸取剂，价格低廉。不仅如此，由于二噁英几乎不溶于水或盐酸，并且被用于浸取二噁英的猪的脂肪可以被作为焚烧的燃料，相比于传统浸取剂实现了含二噁英的零废液流。因此，本发明提供的方法具有成本低廉，操作简单，二噁英毒性当量降低效果显著等特点，不仅为传统飞灰固化体二噁英潜在的二噁英泄露风险的解决提供了思路，也为飞灰更好被利用提供了预处理方法，可以被视为城市固体废物焚烧飞灰这种危险废物填埋或资源化利用前的预处理方案。
[0115]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。