[发明专利]一种稳定垃圾焚烧飞灰中重金属的复合稳定剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工及环境保护技术领域，具体涉及一种稳定垃圾焚烧飞灰中重金属的复合稳定剂及其制备方法。

背景技术

近年来“垃圾围城”现象在全世界的蔓延，焚烧处理因具有占地面积小、最大程度地实现垃圾减量化、无害化、资源化等优点，日益成为世界上发达国家普遍采用的垃圾处理技术，也是我国政府应对“垃圾围城”现象的主要政策。随着“垃圾围城”现象的日益严重，我国的垃圾焚烧处理规模也逐年增长，已由2003年的369.9万吨，增加到2012年的3584万吨，增长了969%。2015年，我国垃圾焚烧处理规模将达到11211万吨（《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》，2012）。

但垃圾焚烧后，会产生相当于垃圾重量2%~5%的飞灰。飞灰由于含有国家标准《生活垃圾焚烧填埋场污染控制标准（GB16889-2008）》明文规定的危险废弃物As、Cd、Cr、Hg、Pb等有毒重金属，不能直接填埋，必须处理后达到该标准规定的控制指标后，方可进入生活垃圾填埋场填埋。

飞灰的处理方法有：浸洗法、热处理法、固化/稳定法、药剂稳定法。浸洗法是用水、酸、碱或其它溶剂对飞灰中重金属进行浸取，但重金属从固相进入了液相，使废水处理又成为新的问题，且处理成本较高。热处理包括：烧结、玻璃化、熔融，由于使用高温分别将飞灰加热到 900~1000℃、1100~1500℃、1200℃以上，再冷却成为非晶、晶形或均匀的玻璃状的产品。热处理虽然能有效地稳定重金属，但它的建设和运行费用都很高，能耗也很大；而且高温过程会产更具毒性的熔融飞灰，含有更高浓度的重金属。固化/稳定化，需要加入化学添加剂如水泥、粉煤灰、硅酸钠、石灰等先稳定再固化，最常用的是水泥固化/稳定化，水泥法成本低，但使原始飞灰的质量显著增加（几乎两倍），其稳定重金属的能力也有限，存在长期释放的可能，遇上雨水，其中的可溶性盐分会渗出，在长期的自然酸雨环境中，重金属也会浸出，重新污染土壤。

化学药剂稳定法是利用药剂与飞灰中的有毒物质发生化学反应，将其转变成低溶解性、低溶出性及低毒性物质的过程。药剂稳定化相对其它稳定化技术，可以在实现废物无害化的同时，达到废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性。化学药剂稳定化法由于运行成本低而被广泛关注，在发达国家尤其是日本，焚烧飞灰的主要处理处置方式是“化学药剂稳定+填埋”。

常用化学稳定剂有：（1）无机药剂如石灰、磷酸盐类、铁盐类（亚铁盐、铁氧化物）、碳酸盐、硫化物（硫代硫酸钠、硫化钠）、氧化铝、氢氧化钠等；（2）有机药剂如硫脲、乙二胺四乙酸（EDTA）、有机二硫代氨基甲酸盐及硫代磷酸盐、有机膦酸盐、壳聚糖衍生物等。

如中国专利申请200510011651.1公开了用可溶性磷酸盐稳定化处理焚烧飞灰的方法，可溶性磷酸盐包括正磷酸、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸三钠，其稳定化飞灰时的加药量较大，通常为飞灰重量的3%~10%，选用哪一种磷酸盐要根据浸出液的pH，如果pH>12，则选择磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸三钠中的一种。但PO₄^3-稳定化的产物，在pH5~9的环境中，极易转化为H₂PO₄^-、HPO₄^2-（Grubb D. G., Guimaraes M. S. Valencia R., 2000. Phosphate immobilization using all acidic type fly ash. J. Hazard. Mater., 76(2):217-236），从而使重金属重新浸出，而在pH<5时，磷酸盐实际上对重金属失去了稳定作用，因此pH值在可溶性磷酸的稳定化过程中起到关键作用。针对飞灰，不论是国标HEVP法，还是美国的TPLC浸出程序，通常其浸出液的pH都在10以上，使磷酸盐对飞灰的稳定化效果有了保障。但是在长期的自然环境中，酸雨会逐渐中和飞灰的碱性物质，此时飞灰就处于pH<5的外部环境中，重金属的浸出会快速增加。因此磷酸盐稳定的飞灰稳定化产物的抗酸能力不足，增加了其长期的安全性风险。