专利名称：固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法
技术领域：
本发明涉及固体废物焚烧技术和大气污染物控制领域，具体涉及一种用于固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法。
背景技术：
固体废物焚烧可实现固废减容90%，同时具有固体废物资源化利用和日处理量大的优点，有望成为今后固体废物处理的主要方式。固体废物焚烧通常会造成高毒性烟气的排放，如重金属、二噁英、SO2和NOx等。这些有毒污染物多以颗粒物的形式排放，其中亚微米级的超细颗粒物毒物含量最高、毒性最大。目前的袋式除尘器对超微米级(粒径大于IMffl)的颗粒物具有良好的捕集效果，但对亚微米级(粒径小于IMffl)的超细颗粒物捕集效果差，因此如何捕获超细颗粒物及其他污染物成为固体废物焚烧技术的一个难点。渗滤液作为固体废物焚烧厂的废液具有高污染、高毒性的特征。国家环保部[环发(2008) 82号通知]明确指出:“……垃圾渗滤液处理应优先考虑回喷……”。焚烧可以有效去除渗滤液中的有机物，却会导致其中高浓度的重金属进入烟气中，加重固体废物焚烧重金属和颗粒物的排放。沸石可在高温下与重金属蒸汽发生物理和化学吸附作用。高温焚烧过程中，重金属蒸汽(如Zn、Cu、Pb、Cd、Cr等)扩散到具有孔隙结构的沸石表面，产生物理吸附，随后与沸石表面反应生成硅酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐等不易挥发物质，该类反应产物易形成低温共融物，导致反应的表面区域融化，重金属扩散至沸石内部而无法逃逸，从而有将重金属固化在沸石内，最终被袋式除尘器捕集，且不易浸出。沸石也以类似的机理与碱金属反应，从而抑制碱金属冷凝成核后形成的超细颗粒排放。高温下，沸石颗粒在烟气中可与已形成的超细颗粒发生物理化学粘附作用，从而形成为可被袋式除尘器捕集的大颗粒。同时沸石作为一种非金属矿物，也具有优秀的阳离子交换性能，可有效吸附污水中的重金属离子，然后将其过滤或沉淀，从而达到重金属去除作用。然而上述沸石的两种优良特性是在高温烟气和常温水溶液两种截然不同的介质中体现的。传统的沸石应用仅限于对渗滤液中重金属离子进行吸附，虽然吸附效率高，但随后沸石被滤除，而事实上渗滤液中的重金属含量仅占固体废物焚烧产生的重金属排放总量的很小一部分，大部分由固体废物焚烧产生。以往的研究也曾将沸石直接喷入焚烧炉内，虽可高温吸附重金属蒸汽和颗粒物，但效率较低。
发明内容
本发明针对固体废物焚烧会产生高毒性的亚微米级超细颗粒物，而现有的袋式除尘器无法有效去除超细颗粒物，提出一种固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法，将沸石与固体废物焚烧渗滤液回喷结合利用，可突破沸石单一功效，实现沸石多重功效综合利用，优于沸石在单一介质中的功效，从而达到高效去除固体废物焚烧过程中的重金属及超细颗粒物的目的。
本发明的具体技术方案如下:
一种固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法，包括如下步骤:
(1)将沸石粉碎成沸石粉末；
(2)将沸石粉末与渗滤液混合后一起喷入固体废物焚烧炉内；
(3)沸石粉末将固体废物焚烧炉内的重金属及超细颗粒物吸附，然后随烟气进入袋式除尘器，被袋式除尘器捕集。步骤(I)中沸石粉末的粒径为300-400目；使用微粉磨制备沸石粉末，细粉末有利于提高沸石利用率，但过细粉末不利于被袋式除尘器捕集，因此需要将沸石粉末粒径控制在300-400目之间。步骤(2)中与渗滤液混合的沸石粉末的量占固体废物焚烧炉中固体废物总质量的1_5%。；沸石粉末在该加入量范围内可以有效去除烟气中的重金属和超细颗粒物，同时保证了渗滤液的流动畅通。为了使沸石粉末与渗滤液混合均匀，步骤(2)中所述的沸石粉末通过粉末喷射装置喷射进入渗滤液喷射器中与渗滤液混合。步骤(2)中沸石粉末与渗滤液混合后喷入至固体废物焚烧炉内温度范围在850-1050°C的位置；850-1050°C温度区间是金属蒸汽与沸石粉末反应的最佳温度，既保证了金属蒸汽与沸石粉末反应的发生，又避免过高温度下沸石表面由共晶融化转向彻底融化而失去孔隙结构。所述的粉末喷射装置为文丘里射流器。步骤(2)中沸石粉末通过密相气力输送装置输送至旋风分离器，经旋风分离器分离后通过圆盘式计量给料机称量，然后进入文丘里射流器。使用密相气力输送装置输送沸石粉末，以保证密封输送，防止粉尘污染。上述旋风分离器的出风口与文丘里射流器连接。由于旋风分离器的出风口的风夹带了未被分离出的细小沸石粉末，将该风吹入文丘里射流器并且为文丘里射流器提供动力，提闻了沸石利用率。本发明先将沸石粉末高效吸附渗滤液中的重金属离子，然后沸石粉末和渗滤液一起进入固体废物焚烧炉内，沸石粉末表面的重金属离子与沸石粉末反应生成共晶物，发生共晶融化，降低沸石表面反应势能，进一步促进沸石粉末与烟气中的金属蒸汽反应，同时融化的表面也促进沸石粉末对超细颗粒物的粘附，从而提高了沸石的综合性能，最后完成吸附的沸石粉末被布袋除尘器捕集。本发明具有如下的特色及优点:
(I)沸石粉末与渗滤液混合后，渗滤液中重金属被吸附至沸石表面，喷入固体废物焚烧炉内后，在高温下与沸石反应，最终被袋式除尘器捕集，避免了渗滤液中重金属形成超细颗粒物而排向大气。(2)喷入固体废物焚烧炉内的沸石粉末继续与固体废物焚烧产生的烟气中重金属蒸汽、碱金属蒸汽等反应，减少重金属、碱金属等超细颗粒物生成。(3)喷入固体废物焚烧炉内的沸石粉末与已形成的超细颗粒物相互粘结吸附，最终被袋式除尘器捕集，减少了许多以颗粒物形式排放的有害物质排放，如二噁英、重金属、Hg等。
(4)方法实施简单易行，不影响固体废物焚烧运行，无需改动原有焚烧及尾气处理工艺。(5)本发明的沸石粉末吸附渗滤液中重金属离子后再进入固体废物焚烧炉内吸附烟气中的重金属蒸汽等；既提高了沸石粉末吸附烟气中的重金属蒸汽等的捕集效率，又使沸石粉末得到了再次利用，节约了能源、降低了成本。
图1是本发明固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法的工艺流程图。
具体实施例方式以下为本发明的一种具体实施方式
，但本发明的实施方式不限于此。参见图1，首先，将沸石通过螺旋给料机进入微粉磨，粉碎成粒径为300-400目之间的沸石粉末；粉碎后的沸石粉末通过密相气力输送装置输送至旋风分离器，经旋风分离器分离后通过圆盘式计量给料机称量，然后进入文丘里射流器；进入文丘里射流器的沸石粉末的量占固体废物焚烧炉中固体废物总质量的1_5%。；旋风分离器的出风口与文丘里射流器连接。文丘里射流器喷射风来源于:①罗茨风机；②旋风分离器的出风口的分离风。混合沸石粉末的混合风从文丘里射流器中进入渗滤液喷射器，与渗滤液喷射器中的渗滤液混合。渗滤液和沸石粉末混合时，沸石粉末表面的钠、钾等阳离子与晶格结合的不紧密，因此可以与渗滤液中的重金属阳离子进行交换，渗滤液中的重金属离子由此附着在沸石粉末表面。混合了沸石粉末的渗滤液被渗滤液喷射器喷入固体废物焚烧炉内的火焰中850-1050°C位置，在固体废物焚烧炉内沸石粉末表面的重金属离子与沸石粉末发生反应，生成重金属的硅酸盐和硅铝酸盐，从而阻止了渗滤液中重金属气化后在低温段形成亚微米颗粒；同时沸石粉末也因其发达的孔隙导致固体废物焚烧产生的烟气中的重金属、碱金属等金属蒸汽被吸附在沸石孔隙中，并与沸石反应生成重金属的硅酸盐和硅铝酸盐，从而阻止了焚烧已产生的金属蒸汽在低温段形成亚微米颗粒；并且沸石颗粒与金属离子反应的表面会发生共晶融化，使沸石表面具有一定的粘附性，从而与已形成的亚微米颗粒粘结，达到捕集亚微米颗粒的效果。当捕集了重金属及超细颗粒物的沸石粉末随烟气离开固体废物焚烧炉，最终进入袋式除尘器时，由于其粒径在38Mm以上，可以被袋式除尘器高效捕集，而不会排向大气。本发明固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法的工艺过程中所使用的设备均是现有的。
在一台日处理垃圾量0.5t循环流化床焚烧炉上进行固体废物焚烧试验，焚烧温度为850°C以上，固体废物选用模拟城市生活垃圾，其具体组分如表I所示。添加重金属醋酸盐模拟城市生活垃圾中的重金属，添加组分如表2所示。使用模拟渗滤液喷入循环流化床焚烧炉的炉膛内，喷入量为lL/h，喷射位置温度为900°C ±5°C，模拟渗滤液重金属离子浓度如表3所示。表I模拟城市生活垃圾中的各组分(质量百分比，%)
权利要求
1.一种固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将沸石粉碎成沸石粉末； (2)将沸石粉末与渗滤液混合后一起喷入固体废物焚烧炉内； (3)沸石粉末将固体废物焚烧炉内的重金属及超细颗粒物吸附，然后随烟气进入袋式除尘器，被袋式除尘器捕集。
2.根据权利要求1所述的捕集方法，其特征在于步骤(I)中沸石粉末的粒径为300-400目。
3.根据权利要求1或2所述的捕集方法，其特征在于步骤(2)中与渗滤液混合的沸石粉末的量占固体废物焚烧炉中固体废物总质量的1-5%。。
4.根据权利要求3所述的捕集方法，其特征在于步骤(2)中所述的沸石粉末通过粉末喷射装置喷射进入渗滤液喷射器中与渗滤液混合。
5.根据权利要求4所述的捕集方法，其特征在于步骤(2)中沸石粉末与渗滤液混合后喷入至固体废物焚烧炉内温度范围在850-1050°C的位置。
6.根据权利要求5所述的捕集方法，其特征在于所述的粉末喷射装置为文丘里射流器。
7.根据权利要求6所述的捕集方法，其特征在于步骤(2)中沸石粉末通过密相气力输送装置输送至旋风分离器，经旋风分离器分离后通过圆盘式计量给料机称量，然后进入文丘里射流器。
8.根据权利要求7所述的捕集方法，其特征在于旋风分离器的出风口与文丘里射流器连接。
全文摘要
本发明涉及一种固体废物焚烧过程中重金属及超细颗粒物的捕集方法，包括如下步骤(1)将沸石粉碎成沸石粉末；(2)将沸石粉末与渗滤液混合后一起喷入固体废物焚烧炉内；(3)沸石粉末将固体废物焚烧炉内的重金属及超细颗粒物吸附，然后随烟气进入袋式除尘器，被袋式除尘器捕集。本发明先将沸石粉末高效吸附渗滤液中的重金属离子，然后沸石粉末和渗滤液一起进入固体废物焚烧炉内，沸石粉末表面的重金属离子与沸石粉末反应生成共晶物，发生共晶融化，降低沸石表面反应势能，进一步促进沸石粉末与烟气中的金属蒸汽反应，同时融化的表面也促进沸石粉末对超细颗粒物的粘附，从而提高了沸石的综合性能，最后完成吸附的沸石粉末被布袋除尘器捕集。
文档编号B01D53/64GK103104920SQ20131003906
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者黄亚继, 王昕晔, 严玉朋, 牛淼淼, 王永兴, 孙宇 申请人:东南大学