一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法与流程

1.本发明属于“三废”处理技术领域，具体涉及一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法。


背景技术：

2.镁法脱硫是一种以镁的氧化物和氢氧化物作为so2吸收剂的典型湿法脱硫技术。由于我国氧化镁储量丰富，镁法脱硫系统规模、投资较石灰石-石膏法小，且副产物硫酸镁使用价值较高，因此在钢铁行业得到了一定的推广应用。钢厂烧结烟气镁法脱硫的问题是去除烟气中的so2同时也产生了大量的废水，镁法脱硫废水中主要盐离子为mg
2
、ca
2
、so4
2-、cl-等，主要超标污染物为悬浮物、氯化物、硫酸盐、cod
cr
、氟化物、总汞、硫化物、总镉、总镍和总锌等，且亚硫酸盐/硫酸盐的浓度可达120～200g/l，比普通废水高几倍甚至几十倍，通过普通药剂生成mg(oh)2、caso4、重金属氢氧化物等沉淀物后的废水也难以达到工业用水的品质。
3.随着我国经济的快速发展，城市生活垃圾产生量巨大，目前国内针对城市生活垃圾通常采取焚烧发电的方式处理。在焚烧过程中锅炉除尘系统收集到的垃圾焚烧飞灰(简称垃圾飞灰)由于含有一定的有机物和hg、zn、as、pb、cu等重金属元素以及二噁英等剧毒物，垃圾飞灰目前归为危险废物管理。针对垃圾飞灰现有的处理技术主要有四种，水泥固化、化学药剂处理、酸溶剂提取以及熔融固化等方式。但都存在一定的问题：(1)水泥固化增容较大，侵占大量土地资源，cr
6
、zn等金属较难被稳定，仍有浸出风险，二噁英污染未被有效处理；(2)化学药剂和酸溶剂提取较难实现多种重金属的稳定化；对二噁英及溶解盐的稳定性较弱；(3)熔融固化缺陷在于飞灰中cl的存在易对耐材产生腐蚀，且高温处理存在能耗高、投资大等问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述分析，本发明旨在提供一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有镁法脱硫废水中硫酸盐、悬浮物、氯化物、codcr、氟化物、总汞、硫化物、总镉、总镍和总锌等超标；(2)垃圾飞灰中的重金属多，二噁英处理不彻底，能耗高，投资大；(3)现有镁法脱硫废水、垃圾飞灰单独处理工艺流程长、成本高。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供了一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法，包括：
7.步骤1、将垃圾飞灰与洗精煤混合得到第一混合物；
8.步骤2、将步骤1的第一混合物球磨后添加镁法脱硫废水、重油和添加剂进行润磨制浆得到浆液；
9.步骤3、将浆液送入垃圾焚烧锅炉燃烧。
10.进一步的，所述步骤1中，第一混合物中垃圾飞灰与洗精煤的质量比为10-20：35-45。
11.进一步的，所述步骤2中，添加剂为β-萘磺酸甲醛缩聚物、木质素磺酸钠、聚醚和聚氧乙烯醚的混合物。
12.进一步的，所述步骤2中，添加剂中，β-萘磺酸甲醛缩聚物、木质素磺酸钠、聚醚和聚氧乙烯醚的重量比为1：2-3：0.05-0.1：0.05-0.1。
13.进一步的，所述步骤2中，第一混合物、镁法脱硫废水、重油和添加剂的质量比为50-60：30-40：8-15：0.5-1.5。
14.进一步的，所述步骤2中，浆液的热值在14650kj/kg以上。
15.进一步的，所述步骤3中，将浆液送入设置在垃圾焚烧锅炉燃烧上的烧嘴燃烧，所述烧嘴包括多个助燃风出口和多个浆液出口，助燃风出口与浆液出口依次分布。
16.进一步的，所述助燃风出口与浆液出口的尺寸设计的原则是：按助燃风与浆液流量比例为350～380：1nm3/m3设置出口尺寸。
17.进一步的，所述步骤2中，制备的浆液通过泵送系统储存到浆液罐中。
18.进一步的，所述垃圾飞灰的成分包括重金属盐、钾钠盐和有机物。
19.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
20.a)本发明的镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法通过将镁法脱硫废水和垃圾飞灰制成类似水煤浆的可燃液体返回垃圾焚烧炉燃烧，在燃烧过程中重金属氧化成稳定的氧化物跟随炉渣排除，废水变成蒸汽排出，无液态废水产生，所含的部分二噁英、有机物、悬浮物等物质燃烧裂解，另有部分重金属元素、未燃烧裂解的二噁英等进入除尘系统成为新的飞灰继续循环处理和利用；本发明的方法实现了飞灰的减量化和无害化处理，达到两种废弃物协同处理的目的；避开了针对这两种废弃物都采取独立的流程长、成本高的处理工艺，实现了两种废弃物的协同处理。由于将垃圾飞灰做成类似水煤浆的可燃液体原料返回焚烧炉处理的过程需要用到水，而镁法脱硫废水本身也要单独处理，因此本发明将垃圾飞灰和镁法脱硫废水两者结合起来协调处理还能够减少新水的用量，降低成本。
21.b)本发明的方法预先采用洗精煤与垃圾飞灰的混合增加第一混合物的热值，有利于后续返回垃圾焚烧锅炉内燃烧处理；在第一混合物中加入重油增加浆液的热值，提高浆液的可燃性；在第一混合物中加入添加剂使浆液保持流动性和粘稠度，减少固体颗粒沉淀，提高浆液的可燃性。
22.c)本发明的方法中采用多孔结构的专用烧嘴，助燃风出口与浆液出口依次排列有利于浆液和助燃风充分混合，采用氧气含量较高的助燃风使垃圾飞灰制成的浆液燃烧更充分。
23.d)本发明的方法可实现自产自销、以废治废，本发明的方法中只需要运输脱硫废水即可，易装卸，不易洒落造成新的污染，减少了危险废物运输过程散落的风险；垃圾飞灰中未分解的有机物含有热值，返回去燃烧增加了焚烧炉的热量，增加了垃圾焚烧炉的发电量，具有较高的环境效益和社会效益。
24.e)本发明的方法投资少、处理效果好，可大大减少两种废弃物的排放，减轻了环境压力，具有较高的经济效益和社会效益。
25.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以来实现和获得。
附图说明
26.附图仅用于示出具体发明的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
27.图1是本发明的镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法的工艺流程图；
28.图2是本发明的专用烧嘴的结构示意图；
29.图3是现有的镁法脱硫废水的处理工艺流程图。
具体实施方式
30.以下结合具体实施例对一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
31.目前烧结烟气镁法脱硫外排废水水量大，所含的硫酸盐、悬浮物、氯化物、codcr、氟化物、总汞、硫化物、总镉、总镍和总锌等超标，普通药剂絮凝沉淀后的废水也难以达到工业用水的品质。垃圾飞灰中的重金属多，单独处理时一般二噁英处理不彻底(飞灰中二噁英的浓度为0.7～5.26ng(i-teq).g-1
。国家环境保护部2008年修订的《生活垃圾填埋场污染控制标准》中规定生活垃圾焚烧飞灰填埋时，二噁英的含量必须低于3ng(i-teq).g-1
。)，能耗高，投资大(垃圾飞灰处置费现在超过1000元/吨)。这些飞灰常常会被富集大量重金属和二噁英，如果处置不当，会对人体健康和生态环境造成严重的危害。发明人经过长期深入研究，提出了一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法，将镁法脱硫废水和垃圾飞灰制成类似水煤浆的可燃液体返回垃圾焚烧炉燃烧，在燃烧过程中重金属氧化成稳定的氧化物跟随炉渣排出，废水变成蒸汽排出，无液态废水产生；类似水煤浆的可燃液体所含的部分二噁英、有机物、悬浮物等物质燃烧裂解，另有部分重金属元素、未燃烧裂解的二噁英等进入除尘系统成为新的飞灰继续循环处理和利用；达到两种废弃物协同处理的目的。
32.本发明提供了一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法，包括：
33.步骤1、将垃圾飞灰与洗精煤搅拌混合得到第一混合物；
34.步骤2、将步骤1的第一混合物送入球磨机，并添加镁法脱硫废水、重油和添加剂后进行润磨制浆得到浆液；
35.步骤3、将浆液送入设置在垃圾焚烧锅炉上的专用烧嘴燃烧。
36.具体的，上述步骤1中，垃圾飞灰的成分有来自镀锡罐、锌电池、铜材、残留食物的食盐、有机物钾肥元素、塑料挥发物、二次生成物等，即重金属盐、钾钠盐、有机物等；示例性的，重金属盐包括铁盐、铅盐、锌盐等；钾钠盐包括氯化钠、氯化钾等；有机物包括有机物钾肥元素、塑料挥发物等。
37.示例性的，垃圾飞灰的成分(质量百分比)主要包括：t.fe:0.3％-2.0％，feo:0.02％-1.0％，cao:35％-50％，mgo:1.0％-5.0％，al2o3:1.0％-5.0％，pbo:1.0％-2.0％，zno:0.01％-1.0％，na2o:1.0％-5.0％，k2o:2.0％-10.0％，p:《0.08％，s:0.01％-3.0％，c:1.0％-5.0％，sio2:2.0％-5.0％，cl:8.0％-20.0％，tio2:0.01％-1.0％；其中，飞灰中二噁英的浓度为0.7～5.26ng(i-teq).g-1
。
38.具体的，上述步骤1中，通过洗精煤与垃圾飞灰的混合增加了第一混合物的热值，有利于后续返回垃圾焚烧锅炉内燃烧处理。考虑到洗精煤的含量过高会造成资源浪费，增加碳排放；过低影响热值，影响可燃性。因此，控制第一混合物中垃圾飞灰与洗精煤的质量
比为10-20：35-45。
39.具体的，上述步骤2中，考虑到提高效率，可以通过皮带将步骤1的第一混合物送入球磨机。
40.具体的，上述步骤2中，镁法脱硫废水为炼铁过程中烧结工序采取镁法脱硫工艺外排的废水；镁法脱硫废水中的成分主要包括：k

:80-100mg/l，ca
2
:800-1200mg/l，mg
2
:15-20g/l，cr
2
:40-60μg/l，ni
2
:40-60μg/l，zn
2
:30-40μg/l，mn
2
:1-5mg/l，no
3-:30-60g/l，no
2-:5-20g/l，so
42-:70-95g/l，cl-:20-40g/l，cu
2
:10-30μg/l，pb
2
:《5μg/l，as:10-30μg/l，se:100-200μg/l，化学需氧量310-350mg/l，悬浮物20-30g/l，氨氮200-230mg/l，含固量5％-9％，总硬度23-26g/l。
41.具体的，上述步骤2中，在第一混合物中加入重油的作用是增加浆液的热值，提高浆液的可燃性；在第一混合物中加入添加剂的作用是使浆液保持流动性和粘稠度，减少固体颗粒沉淀；由于将垃圾飞灰做成类水煤浆原料返回焚烧炉处理的过程需要用到水，而镁法脱硫废水本身也要单独处理，因此本发明将镁法脱硫废水代替新水，将垃圾飞灰和镁法脱硫废水两者结合起来协调处理能够减少新水的用量，降低成本。
42.具体的，上述步骤2中，为了使浆液保持流动性和粘稠度，添加剂可以为β-萘磺酸甲醛缩聚物、木质素磺酸钠、聚醚和聚氧乙烯醚的混合物。
43.具体的，上述步骤2中，添加剂中β-萘磺酸甲醛缩聚物、木质素磺酸钠、聚醚和聚氧乙烯醚的重量比为1：2-3：0.05-0.1：0.05-0.1。
44.具体的，上述步骤2中，考虑到镁法脱硫废水的含量过高降低热值无法燃烧，过低达不到废水处理的目的；重油的含量过高成本增加，过低减少热值；添加剂的含量过高太稠，流动性差。因此，控制第一混合物、镁法脱硫废水、重油和添加剂的质量比为50-60：30-40：8-15：0.5-1.5。
45.具体的，上述步骤2中，浆液的热值在14650kj/kg(3500kcal/kg)以上。
46.具体的，上述步骤2中，制备的浆液可以通过泵送系统储存到浆液罐中。
47.具体的，上述步骤3中，浆液可以通过螺杆泵经管道送入设置在垃圾焚烧锅炉上的专用烧嘴燃烧。
48.具体的，上述步骤3中，垃圾焚烧锅炉为链条炉或炉排炉，在焚烧锅炉的高温段设置专用烧嘴；由于浆液具有一定的热值，通入垃圾焚烧锅炉内在高温段可以直接将浆液引燃。
49.具体的，上述步骤3中，专用烧嘴为多孔结构，如图2所示，专用烧嘴包括多个助燃风出口和多个浆液出口，助燃风出口与浆液出口互相依次分布，示例性地，多个助燃风出口均匀分布在2个以上同心圆周向上，多个浆液出口均匀分布在至少1个同心圆周向上，同心圆的圆心处分布有浆液出口，沿径向方向，助燃风出口和浆液出口交替分布。助燃风出口周围是浆液出口，浆液出口周围是助燃风出口，按助燃风与浆液流量比例为350～380：1nm3/m3设置出口尺寸，保证燃烧充分，助燃风中氧气含量80％以上。助燃风出口与浆液出口依次排列有利于浆液和助燃风充分混合，采用氧气含量较高的助燃风使垃圾飞灰制成的浆液燃烧更充分。
50.具体的，烧嘴中心设置一个第一浆液出口，第一浆液出口的周围设置多个第一助燃风出口，多个第一助燃风出口的尺寸相同，每个第一助燃风出口的圆心均位于第一浆液
出口的同心圆上；第一助燃风出口的周围设置多个第二浆液出口，多个第二浆液出口的尺寸相同，每个第二浆液出口的圆心均位于第一浆液出口的同心圆上；第二浆液出口的周围设置多个第二助燃风出口，多个第二助燃风出口的尺寸相同，每个第二助燃风出口的圆心均位于第一浆液出口的同心圆上。也就是说，烧嘴中心设置一个第一浆液出口，第一浆液出口周围设置了一圈(多个)第一助燃风出口，一圈第一助燃风出口的周围设置了一圈第二浆液出口，一圈第二浆液出口的周围设置了一圈第二助燃风出口。
51.具体的，上述步骤3中，水发生了如下水煤气反应：
52.c h2o＝h2 co；co h2o＝h2 co2；
53.重金属氧化成稳定的氧化物跟随炉渣排出，经过上述循环，燃烧后的气体排放物的成分中so2含量约为20mg/nm3，nox含量约为30mg/nm3，pm含量约为10mg/nm3。如附图3所示，现有的镁法脱硫废水处理工艺流程长，例如，cn201510483875.6中，至少包括对脱硫废水进行曝气处理，调节脱硫废水的ph值为10，对所述脱硫废水内投加磷酸盐、沸石粉去除氨氮，对所述脱硫废水内投加石灰、铁盐去除煤燃烧产生的有机物、色度、磷酸盐、氟化物、重金属，调节脱硫废水ph到7。现有的垃圾飞灰的危废处置费现在超过1000元/吨，垃圾飞灰多采用高温熔融氧化重金属离子等方法，需要单独的处理设备，并且有可能造成新的污染。与现有技术相比，本发明的镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法通过将镁法脱硫废水和垃圾飞灰制成类似水煤浆的可燃液体返回垃圾焚烧炉燃烧，在燃烧过程中浆液中的有机物、碳、重油和添加剂在炉内高温氧气助燃条件下燃烧氧化成二氧化碳和水蒸气经过除尘系统排出，部分二噁英燃烧裂解，烧结烟气镁法脱硫废水和垃圾飞灰中的重金属元素大部分氧化成稳定的氧化物进入炉渣通过渣处理系统排出，炉渣能够用做水泥、路基或其他建筑原料，另有部分重金属元素、未燃烧裂解的二噁英等进入除尘系统成为新的飞灰继续循环利用；本发明的方法同时实现了镁法脱硫废水和垃圾飞灰的减量化和无害化处理，达到两种废弃物协同处理的目的；避开了针对这两种废弃物单独处理流程长、成本高，实现了两种废弃物的协同处理。
54.本发明的方法预先采用洗精煤与垃圾飞灰的混合增加第一混合物的热值，有利于后续返回垃圾焚烧锅炉内燃烧处理；在第一混合物中加入重油增加浆液的热值，提高浆液的可燃性；在第一混合物中加入添加剂使浆液保持流动性和粘稠度，减少固体颗粒沉淀，提高浆液的可燃性。
55.本发明的方法中采用多孔结构的专用烧嘴，助燃风出口与浆液出口依次排列有利于浆液和助燃风充分混合，采用氧气含量较高的助燃风使垃圾飞灰制成的浆液燃烧更充分。
56.本发明的方法可实现自产自销、以废治废，减少了危险废物运输过程散落的风险，同时，浆液燃烧增加了垃圾焚烧炉的发电量，具有较高的环境效益和社会效益。
57.本发明的方法投资少、处理效果好，可大大减少两种废弃物的排放，减轻了环境压力，具有较高的经济效益和社会效益。
58.实施例1
59.本实施例提供了一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法，采用山东某钢厂265m2烧结机烧结烟气镁法脱硫废水，镁法脱硫废水的主要成分如表1所示，垃圾飞灰的主要元素成分如表2所示。
60.表1镁法脱硫废水主要成分及含量
[0061][0062]
表2垃圾飞灰的主要元素成分(质量百分比％)
[0063]
成分tfefeocaomgoal2o3pboznona2ok2ops含量0.780.0942.883.161.691.470.063.874.630.051.98成分csio2cltio2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
含量3.443.6612.460.41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0064]
本实施案例的镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法，如图1所示，按照以下步骤进行：
[0065]
(1)将钢厂所在城市生活垃圾焚烧发电厂副产的垃圾飞灰与洗精煤搅拌混合得到第一混合物，垃圾飞灰与洗精煤的质量比为10：45；垃圾飞灰的热值为1170kj/kg(280kcal/kg)，洗精煤的热值为26344kj/kg(6300kcal/kg)，第一混合物的热值为21758kj/kg(5200kcal/kg)；
[0066]
(2)将步骤(1)的第一混合物通过皮带送入球磨机润磨制浆，同时加入质量占比34％的烧结烟气镁法脱硫废水、10％的重油和1％的添加剂制成成品浆液；添加剂成分配比为：β-萘磺酸甲醛缩聚物、木质素磺酸钠、聚醚和聚氧乙烯醚按重量比：1：2：0.1：0.1的混合物。润磨制成的浆液的热值在16189kj/kg(3869kcal/kg)；
[0067]
(3)将步骤(2)润磨好的成品浆液通过泵送系统储存到浆液罐中；
[0068]
(4)浆液通过螺杆泵经管道送入设置在垃圾焚烧链条炉锅炉上高温段的多孔结构的专用烧嘴燃烧，烧嘴采用含氧80％的助燃风燃烧，氧气出风口与浆液出口互相依次紧挨，氧气出风口周围是浆液出口，浆液出口周围是氧气出风口，按氧气与浆液流量比例为350：1nm3/m3设置出口尺寸。
[0069]
上述采用烧结烟气镁法脱硫废水制成的垃圾飞灰浆液燃烧过程中，浆液中的有机物、碳、重油和添加剂在炉内高温氧气助燃条件下燃烧氧化成二氧化碳和水蒸气经过除尘系统排出，部分二噁英燃烧裂解，烧结烟气镁法脱硫废水和垃圾飞灰中的重金属元素大部分氧化成稳定的氧化物进入炉渣通过炉排炉的渣处理系统排出，用做水泥、路基或其他建筑原料，另有部分进入除尘系统成为新的飞灰继续循环利用。经过上述循环，燃烧后的气体排放物的成分中so2含量约为20mg/nm3，nox含量约为30mg/nm3，pm含量约为10mg/nm3。
[0070]
现有技术中，垃圾飞灰是危废，处置费现在超过1000元/吨，采用本发明的方法仅需要简单地制浆返回燃烧，增加了发电量，减少了危废处理量，成本降低60％以上。镁法脱硫废水不需要单独处理，垃圾飞灰不用出厂。本发明的方法中投资少、处理效果好。
[0071]
实施例2
[0072]
本实施例提供了一种镁法脱硫废水与垃圾飞灰的协同处理方法，采用山东某钢厂
265m2烧结机烧结烟气镁法脱硫废水，镁法脱硫废水、垃圾飞灰的主要成分与实施例1同。按照以下步骤进行：
[0073]
(1)将钢厂所在城市生活垃圾焚烧发电厂副产的垃圾焚烧飞灰与洗精煤搅拌混合得到第一混合物，垃圾飞灰与洗精煤的质量比为20：35；垃圾飞灰热值3344kj/kg，洗精煤热值27170kj/kg，混合后热值为18506kj/kg；
[0074]
(2)将步骤(1)的第一混合物通过皮带送入球磨机润磨制浆，同时加入质量占比34％的烧结烟气镁法脱硫废水、10％的重油和1％的添加剂制成成品浆液；添加剂成分配比为：β-萘磺酸甲醛缩聚物、木质素磺酸钠、聚醚和聚氧乙烯醚按重量比：1：3：0.05：0.05的混合物。润磨制成浆液的热值在14646kj/kg；
[0075]
(3)将步骤(2)润磨好的成品浆液通过泵送系统储存到浆液罐中；
[0076]
(4)浆液通过螺杆泵经管道送入设置在垃圾焚烧链条炉锅炉上高温段多孔结构的专用烧嘴燃烧，烧嘴采用含氧85％的助燃风燃烧，氧气出风口与浆液出口互相依次紧挨，氧气出风口周围是浆液出口，浆液出口周围是氧气出风口，按氧气与浆液流量比例为380：1nm3/m3设置出口尺寸。
[0077]
上述采用烧结烟气镁法脱硫废水制成的垃圾飞灰浆液燃烧过程中，浆液中的有机物、碳、重油和添加剂在炉内高温氧气助燃条件下燃烧氧化成二氧化碳和水蒸气经过除尘系统排出，部分二噁英燃烧裂解，烧结烟气镁法脱硫废水和飞灰中的重金属元素大部分氧化成稳定的氧化物进入炉渣通过炉排炉的渣处理系统排出，用做水泥、路基或其他建筑原料，另有部分进入除尘系统成为新的飞灰继续循环利用。经过上述循环，燃烧后的气体排放物的成分中so2含量约为20mg/nm3，nox含量约为30mg/nm3，pm含量约为10mg/nm3。
[0078]
本发明的方法投资少、处理效果好。
[0079]
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。