一种利用垃圾焚烧飞灰与污泥/沼渣协同处理制备陶粒的方法及应用

本发明属于固废处置及资源化利用，具体涉及一种利用垃圾焚烧飞灰与污泥/沼渣协同处理制备陶粒的方法及应用。

背景技术：

1、城市生活垃圾的数量在持续增长，垃圾焚烧处置技术作为国内垃圾处理的主流技术，导致城市生活垃圾焚烧飞灰的产量也呈明显增加，生活垃圾焚烧飞灰富集了重金属、氯盐、二噁英等危险废物，其有机物和重金属可随自然水体及雨水等迁移至土壤、沉积物或生物体内，若不加以处理，将造成严重的环境污染，危害人类健康安全。飞灰中含有丰富的钙类化合物，提倡利用预处理后的垃圾焚烧飞灰制备陶粒。申请号为202110505125.x的中国专利申请公开了一种利用垃圾焚烧飞灰的陶粒制备方法及制得的陶粒，以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和高硅物质，通过调控主要组分质量比为：cao/sio2＝0.2~0.35，(sio2+al2o3)/(cao+fe2o3+mgo)＝5~8，来控制焙烧过程液相的生成量，经造球、干燥后，在800~1200℃温度下焙5~30min，即可得到性能优异的陶粒。

2、污泥作为城市生活污水处理的主要副产物之一，含有大量的无机物、有机物、重金属和各种生物质。污泥中除了含有大量cao、 sio2、al2o 3等制陶化学物质外，其有机质和生物质高温燃烧后产生的co2 能够在陶粒内部造孔，因此，以污泥制为基质材料制备陶粒得到广泛研究。申请号为201610311361.7的中国专利公开了一种污泥热解生物炭制备陶粒的方法与装置，将污泥热解生物炭经粉磨、调湿、造粒、低温干燥、中温预烧、高温烧结，最后冷却获得陶粒，实现污泥热解生物炭的大规模利用，同时实现污泥热解生物炭中重金属元素进一步高效固化与钝化，避免了污泥热解生物炭在土地利用过程中潜在的重金属累积污染，尤其适用于重金属含量超标的污泥热解炭的资源化利用。

3、厌氧沼渣是有机物质经微生物发酵后剩余的固体产物，沼渣焚烧能够为陶粒内部造孔外，产生的沼渣灰具有优异的火山灰特性，含有大量的cao和sio2等为制作陶粒所需化合物，但目前未见沼渣灰资源化利用于制备陶粒的相关报道。

4、工业废水包括生产废水、生产污水及冷却水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失污染物，由于工业废水中常含有多种有毒物质，会加剧环境污染，对人类健康有很大危害，因此要根据废水中污染物成分和浓度，采取相应的净化措施进行处置后才可排放。目前，采用滤料吸附废水中重金属成为处理工业废水的重要手段。因此，开发一种经济实用、吸附效果好的滤料对本领域与重要意义。陶粒是通过高温焙烧，经膨化而成，是一种凝结土轻骨料，由于其内部呈蜂窝状结构，因而具有轻质，高强度，导热系数低，吸水率大、保温、耐火和抗震等特点，可以作为水处理滤料使用，具有较好的吸附效果，适用于工业废水的处理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种成本低、可靠度高的利用垃圾焚烧飞灰与污泥/沼渣协同处理制备陶粒的方法及应用。利用飞灰与污泥/沼渣作为主要原料，通过水热处理和热解炭化技术形成生物炭后烧结制备陶粒，可作为水处理滤料使用，应用于工业废水的处理。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种利用垃圾焚烧飞灰与污泥/沼渣协同处理制备陶粒的方法，包括以下步骤：

4、（1）将垃圾焚烧飞灰、污泥、沼渣按照重量比为30~70:30~50:30~60混合均匀，经水热处理和热解炭化得到热解生物炭，然后粉磨，得到粉末，在粉末中加入水，搅拌调湿得到调湿物，再将调湿物造粒成型，制成粒径为3~20mm的生料球；

5、（2）将所述生料球经过低温烘干、中温预热、高温烧结三个阶段后冷却，即得到成品陶粒，其中，低温烘干阶段的温度为110~160℃，时间为40~100 min；中温预热阶段的温度为250~600℃，时间为20~40 min；高温烧结阶段的温度为900~1300℃、时间为10~30 min。

6、步骤（1）所述水热处理的温度为160~180℃，时间为30~60 min。

7、步骤（1）所述热解炭化的温度为300~900℃，时间为40~60 min。

8、步骤（1）所述粉磨过程加入辅助粉料，所述的辅助粉料的质量小于或等于热解生物炭的质量，所述的辅助粉料为建筑渣土，主要化学成分控制在如下范围内：a12o3：16％~18％；sio2：35％~65％；fe2o3：2％~6％；mgo+ cao：4％~10％；na2o+k2o：4％~10％；c：7~16％。

9、步骤（1）所述粉磨的时间为40~100 min，粉磨得到的粉末粒度为50~300目。

10、步骤（1）所述粉末中水的添加量为物料干基质量的15~30％，搅拌调湿的时间为40~100 min。

11、步骤（2）所述冷却的方式为随炉冷却，冷却的速度≤30℃/min。

12、将制得的陶粒采用《水处理用人工陶粒滤料》cj/t 299-2008行业标准的方法检测，其吸水率为37-40%，孔隙率为45-50%，筒压强度为4-7 mpa，堆积密度为500-800 kg/m3。

13、本发明利用飞灰与污泥/沼渣协同形成的水热固相通过热解炭化技术制备出生物炭、生物炭高温烧结制备出陶粒，实现生物炭和陶粒的安全资源化和高值化利用。本发明具有以下优点：

14、1、本发明针对垃圾焚烧飞灰缺乏高效资源化利用技术的问题，以飞灰与污泥/沼渣废弃物为主要原料，通过水热预处理形成水热固相再通过热解炭化生成生物炭制备陶粒。其中，利用水热处理技术可以对飞灰进行高效脱氯和分解二噁英类物质，降低毒性，也可以实现污泥/沼渣的深度脱水，有效解决飞灰与污泥/沼渣资源化利用时的负面效应，使得飞灰与污泥/沼渣的资源化利用成为可能。利用热解炭化技术给飞灰与污泥/沼渣“加温加压”，可以使混合物中的生物细胞物质裂解，将细胞中水分释放出来的同时又可以最大限度地保留炭质的过程。此外，热解炭化过程可以降低重金属的活性，促进还原态和可酸可溶态向稳定的可氧化态和残渣态转化，从而显著降低了其资源化利用带来的生态环境风险，从而实现了多源危险废物的无害化、减量化和稳定化。

15、2、本发明利用高温烧结工艺，不仅可以制得综合性能优质的陶粒，而且可以进一步对飞灰与污泥/沼渣基生物炭中的重金属元素进行高效固化，避免了生物炭利用时因重金属累积引发潜在的二次污染问题，符合我国无废城市建设和绿色低碳发展的政策要求。

16、3、本发明利用飞灰与污泥/沼渣的协同处理制备陶粒，飞灰的掺比超过30%，制备出的陶粒达到了陶粒的基本性质和要求，保证烧成品的质量，陶粒的各项性能均达到了国家标准轻集料的要求，实现了大规模处理飞灰的目的。

17、4、本发明充分利用飞灰与污泥/沼渣热解生成的生物炭中硅、铝、铁和炭等有效元素提升陶粒的强度与孔隙率，能够节约能源与资源，降低生产成本，使陶粒成品品质得到提升。

18、5、本发明制备的成品陶粒具有质轻、吸水率高、比表面积大、孔隙率大、筒压强度强等，可以达到较好的吸附效果且耐压不易碎，可以作为水处理滤料使用。所述陶粒作为滤料处理工业废水，可以解决中高浓度含cr6+/ pb2+废水处理转化为低浓度cr6+/ pb2+废水的难点问题，并最终实现低浓度cr6+/ pb2+废水的达标排放。

19、6、本发明工艺简单实用，利用水热和热解炭化减量后的飞灰与污泥/沼渣基生物炭作为制备陶粒的原料，设备投资少，能源消耗低，运输成本低，不易造成环境的二次污染，具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。