一種低碳處理固體垃圾并抑制二噁英生成的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體廢棄物無害化和資源化利用的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低碳利用固體垃圾同時(shí)抑制二噁英生成的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，固體垃圾的產(chǎn)量日益增加。大量的固體垃圾對人類生活環(huán)境造成了巨大的壓力和危害，如何實(shí)現(xiàn)固體垃圾無害化、減量化和資源化的“三化”處理已成為研宄的焦點(diǎn)。
[0003]固體垃圾主要包括城市生活垃圾、污泥、醫(yī)療垃圾、塑料、工業(yè)可燃垃圾和廢棄生物質(zhì)等。目前處理固體垃圾的方法主要包括衛(wèi)生填埋、堆肥化和焚燒等。實(shí)踐證明，衛(wèi)生填埋和堆肥化兩種方法不僅需要占用大量的土地、耗用時(shí)間長，而且垃圾的滲透液會(huì)對附近的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。焚燒處理固體垃圾成為了國內(nèi)外普遍采用的方法，它不僅實(shí)現(xiàn)了“三化”，也可將其產(chǎn)生的能量用于發(fā)電。
[0004]然而，垃圾在焚燒過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些二次污染物。其中，焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英被認(rèn)為是最具毒性和致癌的一類化合物。這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，不溶于水，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物質(zhì)內(nèi)積累，自然界的微生物和水解作用對二噁英的分子結(jié)構(gòu)影響較小，因此，環(huán)境中的二噁英很難自然降解消除，有“世紀(jì)之毒”之稱。
[0005]垃圾焚燒過程中產(chǎn)生二噁英的形成機(jī)理主要有兩個(gè)途徑:①從頭合成，在低溫(250?500°C)條件下大分子碳、氫、氧分子與飛灰基質(zhì)中的有機(jī)氯生成二噁英。②前軀體轉(zhuǎn)化，不完全燃燒及飛灰表面的不均勻催化反應(yīng)可形成多種有機(jī)氣相前軀體，譬如苯酚和二苯醚，再由這些前軀體生成二噁英?？偠灾?，焚燒爐內(nèi)存在著有機(jī)氯或無機(jī)氯、存在氧、存在過渡金屬陽離子作為催化劑均是生成二噁英的重要條件。
[0006]在垃圾焚燒過程中，如何抑制二噁英的生成是目前垃圾處理研宄的熱點(diǎn)。目前，世界各國用于控制二噁英生成的方法主要包括:1)噴射活性炭粉末吸附二噁英；2)向煙氣中噴射抑制劑，抑制二噁英的生成；3) 二噁英的催化降解。總體來說，現(xiàn)存的幾種控制二噁英排放的方法均存在不同程度的缺陷，而且處理成本較高，甚至還需要進(jìn)行二次處理。對于固體垃圾產(chǎn)量的持續(xù)增加，存在開發(fā)有效的控制二噁英排放的技術(shù)需求，尤其是在全球變暖的背景下，實(shí)現(xiàn)固體垃圾低碳利用的同時(shí)能夠抑制二噁英的產(chǎn)生問題，更是亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種低碳處理固體垃圾并抑制二噁英生成的方法，其目的在于，采用吸附劑修飾的氧載體為固體垃圾燃燒提供晶格氧，并將燃燒產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行冷凝和捕獲，全程避免了氣態(tài)氧與固體垃圾的接觸并利用吸附劑固定氯，相應(yīng)地遏制了二噁英生成，由此解決現(xiàn)有固體垃圾焚燒過程中碳排放量高，同時(shí)易產(chǎn)生二噁英的技術(shù)問題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種低碳處理固體垃圾并抑制二噁英生成的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009]S1:粉碎固體垃圾；
[0010]S2:對所述經(jīng)粉碎的固體垃圾執(zhí)行化學(xué)鏈燃燒處理，所述化學(xué)鏈燃燒溫度范圍為800°C?1000°C，該化學(xué)鏈燃燒采用經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體，該經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體粒徑為0.1mm?0.3mm，所述吸附劑能吸附并固定氣態(tài)氯元素，冷凝并捕獲化學(xué)鏈燃燒獲得的二氧化碳。
[0011]通過以上發(fā)明構(gòu)思，(I)采用化學(xué)鏈燃燒方式，燃料反應(yīng)器出口主要為二氧化碳和水蒸氣，冷凝之后可捕獲高純度的二氧化碳，可實(shí)現(xiàn)Ccy咸排；(2)化學(xué)鏈燃燒方式中，通過氧載體提供晶格氧進(jìn)行固體垃圾燃燒，無自由氧的燃燒方式從根本上切斷了從頭合成二噁英的途徑；(3)采用吸附劑修飾氧載體，吸附劑具有吸收氯的功能，實(shí)現(xiàn)了在固體垃圾焚燒過程中脫氯，很大程度地抑制了譬如苯酚和二苯醚等前軀體轉(zhuǎn)化生成二噁英的途徑。
[0012]進(jìn)一步的，所述經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體包括天然載體，該天然載體包括鐵礦石、銅礦石、錳礦石、石膏。
[0013]進(jìn)一步的，所述經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體包括合成載體，所述合成載體包括Fe基氧載體、Cu基氧載體、Mn基氧載體。
[0014]進(jìn)一步的，所述經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體包括工業(yè)廢料，所述工業(yè)廢料包括煉鋼廠產(chǎn)生的含鐵渣料、氧化鐵皮等，該渣料經(jīng)過高溫處理后轉(zhuǎn)變?yōu)楹蠪e2O3的氧載體。
[0015]以上天然載體、合成載體以及工業(yè)廢料在進(jìn)行化學(xué)鏈燃燒時(shí)，能轉(zhuǎn)化成包含有活性？6203、活性CuO或活性Mn2O3的載體，活性Fe 203、活性CuO或者活性Mn2O3具備提供晶格氧的能力。石膏中的主要成分為CaS04，CaSO4也具備提供晶格氧的能力。
[0016]進(jìn)一步的，步驟S2中，所述吸附劑包括氧化物、硝酸鹽和碳酸鹽中一種或者多種，該氧化物、硝酸鹽和碳酸鹽中均包括元素Ca、Na和K中的一種或者多種。吸附劑還可以是氫氧化物，吸附劑在高溫狀態(tài)下使用，氫氧化物在高溫狀態(tài)下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?。加入氫氧化物作為吸附劑效果等同于氧化物作為吸附劑。吸附劑主要用于吸附有機(jī)氯或者無機(jī)氯，固定了氯，相應(yīng)能遏制有機(jī)氣相前軀體轉(zhuǎn)化成二卩惡英。
[0017]進(jìn)一步的，所述修飾采用的方法包括濕浸漬法、機(jī)械混合法、共沉淀法、微波法和超聲波濕浸漬法。
[0018]進(jìn)一步的，步驟SI中所述固體垃圾包括城市生活垃圾、污泥、醫(yī)療垃圾、工業(yè)可燃垃圾、廢棄生物質(zhì)以及含有Cl元素的固體廢棄物中的一種或者多種。
[0019]進(jìn)一步的，所述含有Cl元素的固體廢棄物包括塑料，該塑料在制備過程中額外加入了 Cl元素或者分子式中包括有Cl元素。
[0020]進(jìn)一步的，還包括步驟S3:對經(jīng)化學(xué)鏈燃燒的產(chǎn)物執(zhí)行分離操作，以分離固體垃圾燃燒后產(chǎn)生的垃圾灰與所述經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體，對所述垃圾灰執(zhí)行高溫固化處理后進(jìn)行填埋或制作水泥。
[0021]進(jìn)一步的，還包括步驟S4:對經(jīng)步驟S3獲得的所述經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體執(zhí)行再生處理，先除去可溶性氯化物，再利用吸附劑進(jìn)行修飾，獲得可重復(fù)利用的經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體。
[0022]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0023]1、本發(fā)明將化學(xué)鏈燃燒技術(shù)應(yīng)用于固體垃圾的處理，實(shí)現(xiàn)了固體垃圾在無自由氧條件下的焚燒，進(jìn)而切斷了二噁英從頭合成方式。進(jìn)一步的，通過吸附劑修飾氧載體，實(shí)現(xiàn)了在固體垃圾焚燒過程中脫氯，很大程度地抑制了譬如苯酚和二苯醚等前軀體轉(zhuǎn)化生成二噁英的途徑。本發(fā)明方法有效的從形成二噁英的兩個(gè)途徑上遏制其生成，大幅度降低了垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英。更進(jìn)一步的，化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的燃料反應(yīng)器出口主要為二氧化碳和水蒸氣，冷凝水蒸氣之后可捕獲高純度的二氧化碳，降低了碳的排放，是一種低碳焚燒固體垃圾的方式，更是一種低成本、大批量處理固體垃圾同時(shí)抑制二噁英生成的方法。
[0024]2、通過吸附劑的再生處理，實(shí)現(xiàn)氧載體的循環(huán)利用，節(jié)約資源，成本低。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)固體垃圾化學(xué)鏈燃燒同時(shí)控制二噁英生成的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]低碳處理固體垃圾并抑制二噁英生成的方法，包括如下步驟:
[0029]S1:采用打碎機(jī)粉碎固體垃圾，打碎成小于Imm粒徑的固體燃料。該固體垃圾包括城市生活垃圾、污泥、醫(yī)療垃圾、工業(yè)可燃垃圾、廢棄生物質(zhì)以及其他含有Cl元素的固體廢棄物，含有Cl元素的固體廢棄物包括塑料，該塑料在制備過程中額外加入了 Cl元素或者分子式中包括有Cl元素，譬如為聚氯乙烯。
[0030]S2:對所述經(jīng)粉碎的固體垃圾執(zhí)行化學(xué)鏈燃燒處理，所述化學(xué)鏈燃燒溫度為850°C?1000°C，該化學(xué)鏈燃燒采用經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體，氧載體為鐵礦石，先粉碎鐵礦石，再通過篩分方式獲得粒徑0.1mm?0.3mm的鐵礦石顆粒。采用的吸附劑為Ca(NO3)2,將Ca (NO3) 2溶于去離子水中，然后對鐵礦石粉末進(jìn)行濕浸漬修飾。實(shí)際中，可在濕浸漬修飾過程中控制吸附劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，從而制備成吸附劑含量不同的氧載體?；瘜W(xué)鏈燃燒處理中，利用晶格氧完成固體垃圾焚燒處理，冷凝并捕獲化學(xué)鏈燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，同時(shí)以吸附劑吸附并固定氣態(tài)氯。從而實(shí)現(xiàn)垃圾處理的低碳排放并抑制二噁英生成。
[0031]實(shí)施例2:
[0032]S1:采用打碎機(jī)粉碎固體垃圾，打碎成小于Imm粒徑的固體燃料。該固體垃圾包括城市生活垃圾、污泥、醫(yī)療垃圾、工業(yè)可燃垃圾、廢棄生物質(zhì)以及其他含有Cl元素的固體廢棄物，含有Cl元素的固體廢棄物包括塑料，該塑料在制備過程中額外加入了 Cl元素或者分子式中包括有Cl元素，譬如為聚偏二氯乙烯。
[0033]S2:對所述經(jīng)粉碎的固體垃圾執(zhí)行化學(xué)鏈燃燒處理，所述化學(xué)鏈燃燒溫度為800°C?900°C，該化學(xué)鏈燃燒采用經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體，氧載體為銅礦石，先粉碎銅礦石，再通過篩分方式獲得粒徑0.1mm?0.3mm的銅礦石顆粒，采用的吸附劑為NaNO3，將NaNO3S于去離子水中，進(jìn)行銅礦石的濕浸漬修飾。利用晶格氧完成固體垃圾焚燒處理，冷凝并捕獲化學(xué)鏈燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，同時(shí)以吸附劑吸附并固定氣態(tài)氯，實(shí)現(xiàn)垃圾處理的低碳排放并抑制二噁英生成。
[0034]實(shí)施例3
[0035]S1:與實(shí)施例1相同。
[0036]S2:對所述經(jīng)粉碎的固體垃圾執(zhí)行化學(xué)鏈燃燒處理，所述化學(xué)鏈燃燒溫度為SOO0C?900°C，該化學(xué)鏈燃燒采用經(jīng)過吸附劑修飾的氧載體，氧載體為錳礦石，先粉碎錳礦石，再通過篩分方式獲得粒徑0.1mm?0.3mm的猛礦石顆粒，采用吸附劑K2CO3溶于去離子水中進(jìn)行錳礦石的超聲波濕浸漬修飾，超聲波的頻率為10?50KHz。利用晶格氧完成固體垃圾焚燒處理，冷凝并捕獲化學(xué)鏈燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，同時(shí)以吸附劑吸附并固定氣態(tài)氯，實(shí)現(xiàn)垃圾處理的低碳排放并抑制二噁英生成。其中超聲波濕浸漬過程是在超聲波下進(jìn)行濕