[发明专利]垃圾焚烧飞灰中二恶英低温热脱附催化降解方法

说明书

技术领域

本发明属危险固体废弃物处理技术领域，涉及飞灰中二恶英的热脱附以及气相中二恶英的催化降解。具体讲通过高效的热脱附和部分自身催化降解实现飞灰中二恶英的完全去除，同时对进入载气的二恶英应用催化降解，循环物料以实现二恶英总量的高效去除。

背景技术

垃圾焚烧发电作为一种处理城市生活垃圾的环保产业近年来在我国发展迅速，相对于填埋堆肥等传统处理方法，垃圾焚烧可以实现废弃物的减量化和资源化。据统计，截止2010年底，我国已有在运行垃圾焚烧厂120多座，在建30多座，垃圾焚烧处理的比例正在逐年上升。垃圾焚烧过程中可以产生二恶英(PCDD/Fs)，具有致癌致畸和生物累积性，在自然界中难以降解，属于持久性有机污染物(POPs)，对生态环境和人类健康造成严重影响。垃圾焚烧中产生的二恶英95%以上吸附在灰质上，使得飞灰中二恶英含量一般在200～20000ngI-TEQ/Kg之间，远远超过世卫组织规定的人体每日摄入量0.81pg WHO-TEQ/Kg的标准，所以飞灰在包括我国在内的多数国家均被列为危险废弃物。目前我国对飞灰的处理主要是按照危险废弃物标准进行填埋，但这不能从根本上解决飞灰的高毒性并且需要苛刻的填埋条件以保证安全系数。因此，开发有效、经济的处理技术去除飞灰中的二恶英，使飞灰无害化后再排到环境中尤为重要。

目前学者针对飞灰中二恶英的去除方法研究主要包括微生物法、等离子体法、高温熔融法、低温热处理催化降解法，其中催化降解法还分为化学降解、超临界水降解和光降解等。低温热处理法利用飞灰自身在受热时的催化降解特性，操作简单、能耗低、时间短，但反应效率不高，且针对不同组成的飞灰选择性较差。日本学者依据此法设计建造了日处理量为500Kg/h的飞灰热处理装置，尽管对飞灰中二恶英的去除效率达95%，但由于飞灰中二恶英基数较高，残余量依旧很大，且未检测烟气出口二恶英含量。进入2000年以来，更多的研究集中在二恶英的催化降解方面，各国学者相继实验开发了多种金属和金属氧化物催化剂，包括铂、钯等贵金属和CuO、V₂O₅、TiO₂等金属氧化物，在针对气相或液相体系中的二恶英取得了很好的降解效果。目前针对飞灰应用的催化降解研究一般都在固相飞灰表面实现，固固反应带来了反应物和催化剂不能完全接触从而影响降解效果的问题，同时催化剂一般是金属或金属氧化物，这带来了后续重金属污染的问题。改变飞灰中二恶英催化降解反应进行的反应相态，将飞灰中二恶英转移到其它相态下得以对其实现催化降解似乎是一个好的解决办法。

目前有关二恶英的热脱附研究已有大量的文献报道。二恶英在飞灰表面的吸附解吸是包含各种化学键力的复杂的物理化学过程，受反应温度、载气流速、载气类型和飞灰组成等因素影响很大，同时还伴有飞灰自身催化作用下的降解～合成过程。一般生活垃圾焚烧产生的飞灰在空气流下加热200℃即可以开始脱附，低氯代组分的脱附率高于高氯代组分，在300℃，1h的反应时间下飞灰中各组分二恶英的脱附效率可达95.1%～99.2%，随着加长反应时间并适当降低载气流速，脱附作用增强，足够的反应时间下可实现飞灰表面二恶英的完全脱附(99.9%)。350℃时及以上飞灰脱附依作用加强但此时飞灰自身的催化作用致使二恶英大量合成。二恶英在其他载体表面的脱附(活性炭、γ-Al₂O₃)研究也有相关的报道，其脱附反应一般在170～200℃的温度下进行脱附率可达99.9%。

发明内容

本发明是一种配合大型垃圾焚烧设备用以处理焚烧产生的高毒性的飞灰的方法和装置。具有效率高、耗能低、材料廉价等优点。其核心特色在于对飞灰中二恶英的去除通过高效的空气热脱附来实现，处理后的飞灰可直接按填埋标准处理；进入气相中的二恶英则在催化剂作用下实现高效的气固催化降解，同时未完全降解的二恶英被吸附收集后重新加入原料中循环反应。这一方面解决了目前飞会处理中存在的重金属二次污染的问题，另一方面解决了二恶英催化降解反应物与催化剂不能充分接触的问题，同时反应在低温下进行，焚烧厂的蒸汽余热可提供能量，无需消耗资源。

为实现上述目的，本技术的发明者综合了二恶英类有机物的热脱附、二恶英的催化降解、二恶英的吸附解吸和重金属固化等多方面的研究成果，并进行了大量的创造性劳动。