[发明专利]催化亚临界水氧化降解垃圾焚烧飞灰中多环芳烃的方法

说明书

本发明公开了一种催化亚临界水氧化降解垃圾焚烧飞灰中多环芳烃的方法，包括以下步骤：(1)往飞灰中加入Fe₃O₄粉末和双氧水，Fe₃O₄粉末与飞灰的质量比为1：10～1：20，双氧水中H₂O₂与飞灰的比值为0.004～0.006mol/g，然后在150～200℃下进行第一步水热反应12小时降解飞灰中的多环芳烃；(2)往步骤(1)反应得到的混合物中加入双氧水，双氧水中H₂O₂与飞灰的比值为0.0004～0.0006mol/g，并通入O₂，然后在110～130℃下进行第二步水热反应6小时进一步降解飞灰中的多环芳烃。步骤(1)之前，飞灰经过研磨处理和水洗处理。回收步骤(1)(2)的余热加热水洗自来水与干燥水热反应物。本发明实现了垃圾焚烧飞灰中多环芳烃的毒性当量降解率达96.5％以上，并且本发明还节省了氧化剂的用量，降低了反应能耗与时长，实现了催化剂回收回用。

技术领域

本发明属于化工及环境保护技术领域，具体涉及催化亚临界水氧化降解垃圾焚烧飞灰中多环芳烃的方法。

背景技术

焚烧处理技术因具有占地面积小、处理周期短、减量效果好、实现热电联产等显著优势，近年来已成为全世界各国普遍应用的垃圾处理技术。最新统计，截止2017年底，我国已建成垃圾焚烧厂286座，相较于2007年增加了220座，焚烧厂无害化垃圾处理量达到8463.3万吨/年，为2007年的5.9倍，已占垃圾无害化量的40.2％(中国统计年鉴2018)。我国的垃圾焚烧处理规模呈现出迅猛发展的势头，但是垃圾焚烧过程的二次污染问题不容忽视。

垃圾焚烧的主要问题是烟气引起的空气污染，而我国垃圾焚烧厂均配备了高效的烟气污染净化系统(Air Pollution Control Devices，APCDs)以确保达到国家颁布的焚烧烟气污染物排放标准。垃圾焚烧烟气中，除了含有CO、酸性气体(如HCl、SO₂、NOx)、挥发性重金属、挥发性有机污染物之外，也含有随着气体在燃烧室上升夹带的灰分，即飞灰(Flyash)。我国绝大多数焚烧厂采用石灰半干法进行烟气洗涤并采用布袋除尘器捕集飞灰(约占原生垃圾质量的2～5％)。飞灰不仅其含有大量易浸出的重金属，而且含有“三致物质”如多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocabons，PAHs)等，因而我国将飞灰列入《国家危险废物名录》(编号HW18)。飞灰作为危险废物，必须单独收集，妥善运输和处置。

飞灰中的多环芳烃主要来源于垃圾中有机成分的不完全燃烧。PAHs的产生受到许多因素的影响，如垃圾组分(生物质、塑料成分等)、水分条件、燃烧条件、残余碳和重金属等。PAHs最初在焚烧的气相中生成，由于飞灰颗粒的表面特性，最终被吸附、吸收或包裹在飞灰颗粒中。多环芳烃是由两个或两个以上苯环以稠环形式相连(即两个碳原子为苯环所共有，如萘、蒽等)的一类化合物，具有亲脂性且有相对高的解吸活化能，能够通过皮肤、消化道和呼吸道等渠道进入生物体，具有潜在的致癌性、致畸性、致突变性和神经毒性。有16种PAHs由于毒性太大且难降解而被列入美国环保部(USEPA)的优先污染物清单中。不同种类的PAHs毒性相差很大，与其环数、分子量和分子结构密切相关。为了评估PAHs混合物对生物体健康的潜在效应，采用毒性当量因子(Toxic equivalence factor，TEF)折算累计成毒性当量(Toxic equivalence quantity，TEQ)的概念，即定义毒性最强的苯并[a]芘(Benzo(a)pyrene，BaP)TEF为1，以苯并[a]芘为基准，赋予其余种类PAHs的TEF，折算成相应的对应毒性强度，并与相对应的PAHs浓度乘积进行累计求和，即得到毒性当量。如何安全有效的处理垃圾焚烧飞灰中的PAHs物质已成为当前亟须解决的环境及社会问题。相较于重金属而言，对垃圾焚烧飞灰中PAHs的无害化研究还相对较少。