CN101025328A

CN101025328A - 一种生活垃圾的生物干燥方法

Info

Publication number: CN101025328A
Application number: CN 200710038264
Authority: CN
Inventors: 何品晶; 邵立明; 章骅; 吕凡
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: CN100445676C

Abstract

一种生活垃圾的生物干燥方法，涉及一种生活垃圾水分减量和生物稳定处理工艺，第一步，筛除垃圾中大块杂物后堆置于槽式堆肥反应器中；再覆盖捆扎稻草垫和保温复合卷材，在卷材下粘接与冷却管连接的开孔橡胶尾气收集管；冷却管依次与气液分离器、离心鼓风机B、气体分流装置及离心鼓风机A连接，离心鼓风机A连通反应器底部；第二步，按固定流量间歇循环进行通风，在第2和第4天各翻堆一次，6天完成干燥，尾气通过冷却管和气液分离器排除冷凝液后进入气体分流装置，排出部分尾气到脱臭装置，补充等量新鲜空气后再循环至离心鼓风机A，用于垃圾通风。本发明尾气脱臭处理量及运行成本低，处理后垃圾含水率小于40％，可广泛适用含水率60％的生活垃圾干燥。

Description

一种生活垃圾的生物干燥方法

技术领域

生活垃圾的生物干燥方法，涉及一种对生活垃圾进行水分减量和生物稳定的处理工艺，属固体废弃物处理与资源化利用技术领域。

背景技术

我国生活垃圾的基本组成特征是含水率高。据有关资料分析，全国城市的生活垃圾平均含水率大于50％，而南方城市可达60％以上。高含水率对垃圾各组分和总体的性质有明显的影响。实测结果表明生活垃圾总体含水率62％时，塑料和纸类组分的含水率分别为47％和56％。这样的含水率水平可使垃圾各组分严重的相互粘附，从整体上失去可分选性。同时，高含水率也使垃圾的低位热值下降，使其失去能量可回收性。当垃圾的干基热值同为12000kJ/kg时，含水率40％和60％的垃圾相比，前者低位热值可达6200kJ/kg，适于焚烧回收热能，后者的低位热值则仅3300kJ/kg，焚烧时尚需添加辅助燃料。因此，降低我国生活垃圾的含水率是提高其可分选性和可资源利用性的关键，是有效提高我国生活垃圾处理的资源化水平，从而降低管理成本的关键。

由于生活垃圾的质量大、组分混杂、最终处理产物的获利能力十分有限，因此其干燥(降低含水率)的操作，不能采用一般工业干燥技术，因为那需要投入能源。生活垃圾生物干燥的设想来自于堆肥技术，在堆肥过程中，生活垃圾中的生物可降解有机物好氧降解放出热量，使堆体升温，垃圾中水分的蒸汽压上升，借助堆肥过程的堆体通风气流，使水分被携载排出，从而可使堆肥后产物的含水率低于原料。尽管如此，水分减量仅是堆肥过程的附加效应，而不是其设计的目的，因此，堆肥过程具有干燥的效应，但不是生物干燥技术。F.Adaini等(Thein.uence of biomass temperature on biostabilization-biodrying of municipal solidwaste.Adani F，Baido D，Calcaterra E et al..Bioresource Technology，83：173-179，2002)通过比较有机生活垃圾在不同温度控制条件下，进行好氧生物降解的水分减量效益，初步优化了生活垃圾的生物干燥条件，并验证了该方法用于生活垃圾生物干燥的可行性。但是他们使用的垃圾中，提供干燥热量的可降解物料，有机物含量达80％(干基)，水分含量则仅为41％，明显地高于或低于我国生活垃圾的相应组成(分别为40％～50％和50％～60％)，因此，是难以用于我国生活垃圾的处理的。

发明内容

本发明的目的是公开一种适应我国生活垃圾的生物干燥方法，用该方法能使原始含水率60％的生活垃圾，处理后含水率小于40％，相应的使生活垃圾总体的低位热值增加50％，各组分不再相互粘附、具有可选别性，由此可显著地提高生活垃圾通过焚烧和分选实现资源化的价值。

为达上述目的，本发明以物料水分减量最大化作为操作流程与控制方法设计为目标，首先利用有机物好氧生物降解放热作为驱动力，提供垃圾中水分的蒸汽压，然后，利用通入垃圾中气体的水蒸汽压较低所形成的传质推动力，使垃圾中的水分蒸发进入气流被去除。

为此，本发明采取了如下的技术方法，以改进生活垃圾生物干燥的效率。

对堆体进行复合覆盖。使其同时起到：对生活垃圾堆体上部进行保温，使通风气流中携带的水蒸汽减少在此区域的冷凝；覆盖材料具有持水能力，使少量冷凝的水分保持在覆盖材料中，不返回生活垃圾堆体；覆盖层内设置通风气流尾气收集管道，为循环利用通风减少因通风造成的显热损失提供条件。

收集后的通风气流在槽式反应器侧壁的冷却管内进行冷却，使其中的水蒸汽冷凝分离，冷凝放出的潜热有利于减少槽壁的热损失，同时，分离水蒸汽后的气流再作循环通风，不会导致传质推动力的下降，阻碍生物干燥的传质过程。

通风气流循环利用。既可达到增加通过生活垃圾堆体的气流量促进垃圾中水分的蒸发作用，也可避免单纯使用新鲜空气通风的显热损失过大问题；同时通风气流循环也可降低通风尾气的排出量，减少对其进行脱臭处理的成本。

根据上述技术方法的要求，本发明的技术方案如下：

第一步，将混合收集的生活垃圾，筛除大块杂物(当量粒径大于20cm)后，堆置于配有翻堆装置的槽式堆肥反应器中，堆置高度1.8～2.3m。然后在垃圾表面先覆盖20cm厚的捆扎稻草垫，再覆盖由上下为1～2mm厚的低密度聚乙烯塑料膜，中间为400g/m²～600g/m²的无纺土工布组成的保温复合卷材，单幅卷材的长度8～15m，宽度与反应器相同；在保温复合卷材下面粘接间距为100cm，且与反应器外壁上固定安装的冷却管接口连接的橡胶尾气收集管，该尾气收集管的内径为50mm，两侧各开一排轴向间距为200mm，孔径为10mm的孔；冷却管依次与气液分离器、离心鼓风机B、气体分流装置以及离心鼓风机A连接，离心鼓风机A的出口通入槽式堆肥反应器的垃圾底部；

第二步，进行通风和翻堆生物干燥操作，通风按固定流量、间歇循环进行，通风的风量按槽式堆肥反应器的水平截面积计，每平方米每分钟通1～3m³(1～3m³/min·m²)固定流量，通风操作分两个阶段，当堆体温度为室温至50℃之前、且堆体空隙内气相氧的体积浓度低于5％时，按通风5min，停止通风并检测该浓度，当该浓度再次低于5％时，再通风5min，如此进行循环；当堆体温度上升至50℃并直至操作结束，按通风10min，停止通风20min的方式循环；但每次翻堆操作后，在堆体温度低于50℃的时间段，仍按操作起始至堆体温度上升至50℃之前阶段的方式进行通风控制；在通风后的第2和第4天各进行一次翻堆，翻堆时先揭除垃圾表面的覆盖物，再按常规堆肥方式进行翻堆作业，翻堆结束后继续上述的通风；6天完成干燥，然后将干燥的垃圾从槽式堆肥反应器中移除，进行后续处理和利用；通风产生的尾气通过橡胶尾气收集管收集进入管内，再通过与之相连接的冷却管，使尾气中的水蒸汽冷凝后，经气液分离器将冷凝液排入城市污水管网处理，尾气通过离心鼓风机B进入气体分离装置，排出部分尾气到脱臭装置处理同时补充等量新鲜空气后，再循环至离心鼓风机A的进口，再次循环用于垃圾的通风。

通风产生的尾气通过橡胶尾气收集管进行主动收集，进入尾气收集管内，再通过与之相连接的固定安装于槽式堆肥反应器外壁的冷却管，使尾气中的水蒸汽冷凝后，经气分离器将冷凝液排入城市污水管网处理，尾气收集的动力由连接于气液水分离器后的离心鼓风机B提供，尾气进入气体分流装置，排除部分尾气到脱臭装置处理，同时补充等量新鲜空气后，再循环至离心鼓风机A的进口，再次循环于垃圾的通风。

所述的与反应器外壁上固结的冷却管为市售铝质波纹管，壁厚1～2mm，内径150～200mm，长度按反应器的水平截面积计算，每平方米配置5～10m。

所述的排除尾气同时补充等量新鲜空气是通过由两个侧管带电磁阀的三通，以及控制器组成的气体分流装置和控制器实现的，根据气体分流装置进口设置的传感器检测到的通风尾气中氧的体积浓度和流量信号，控制器按气体分流装置出口气体中氧的体积浓度为14～17％的要求，采用物料衡算原理算出需排出的尾气和引入空气的量，然后输出控制信号调整第一个三通的两个侧管上的电磁阀a和电磁阀b的开启度，排出要求量的尾气，同时也输出控制信号调整第二个三通的两个侧管上的电磁阀c和电磁阀d开启度，引入要求量的新鲜空气。

本发明具有如下的有益之处：

1.由于本发明采用保温复合卷材覆盖和尾气收集，减少了水分蒸发进入堆体后在堆体表面低温区域的冷凝和回流堆体，造成生物降解放出的水分蒸发能量的潜热损失，有效降低了生活垃圾的含水率，使原始含水率60％的生活垃圾，处理后含水率小于40％，相应的使生活垃圾总体的低位热值增加50％，各组分不再相互粘附、具有可选别性，由此可显著地提高生活垃圾通过焚烧和分选实现资源化的价值。

2.本发明采用循环通风(将通风尾气收集后，再次用于对堆体通风)的方法，使生物干燥过程含臭尾气的释放量可降低至单程通风的1/8以下，有效减轻了尾气的脱臭处理量及相应的成本。

3.本发明采用循环通风和堆体保温覆盖的方法，保证了通风量增大条件下，对显热损失和潜热损失的控制，使生物降解产生的热量能够大比例(大于70％)地用于水分蒸发，保障了含水率下降目标的实现。

4.由于本发明的通风量以及间息循环通风的合理计算，能在控制显热损失的前提下，增加堆体的通风量，因此，减小垃圾中水分进入气流的传递阻力，具有运行费用低的效果。

附图说明

图1为本发明的循环通风流程图

图2为本发明的生活垃圾堆体和覆盖的剖示图

图3为本发明的气体分流装置工作流程图

1-槽式堆肥反应器，2-无纺土工布，3-PE塑料膜，4-橡胶尾气收集管，5-捆扎稻草垫，6-垃圾层，7-冷却管，8-进风管，9-气体中氧的体积浓度和流量的传感器，10-电磁阀a，11-电磁阀b，12-电磁阀c，13-电磁阀d，14-控制器。

具体实施方式

请参阅附图1、2和3。

本实施例处理生活垃圾量300t/d；垃圾初始含水率60％，垃圾中生物可降解组分，食品废物和废纸的质量分率70％，可降解组分含水率65％；干物质中有机物质量分率90％，因此，每100kg垃圾中，含生物可降解有机物22.05kg。

处理生活垃圾的容积密度550kg/m³，采用宽度4m的槽式堆肥反应器1，堆置高度2.0m，每天处理生活垃圾的堆置长度为68.2m，取整后单个槽式堆肥反应器1的长度为70m。根据生活垃圾干燥操作周期6d的要求，共配置6个。每个反应器配套独立的循环通风和控制设备，但整个设施只配置一套翻堆设备，通过设置于槽式堆肥反应器1顶部的轨道可在各个反应器间移动，满足对各反应器内物料(垃圾)进行翻堆作业的要求。

反应器1按其单位水平截面积计算，每m²每分钟2m³的固定通风流量进行间歇通风，通风方式为(尾气)间歇循环形式，因此，各反应器均需配置尾气收集和堆体通风用离心鼓风机各一台，尾气收集用离心鼓风机B的参数为：流量18500m³/h，全压1500Pa，堆体通风用离心鼓风机A参数为：流量17000m³/h、全压3000Pa；反应器外壁分层安装12圈，壁厚1mm、内径200mm市售铝质波纹管(参考生产厂：上海雅诚波纹管有限公司)作冷却管7，总长度1800m，12圈冷却管7每圈设进、出口各一个，分别与堆体覆盖中的尾气收集管4端口和尾气收集用离心鼓风机B前的气液分离器并行连接。尾气收集用的离心鼓风机B出口与分流装置上设有的2个传感器(一个是检测气体中氧的体积浓度，一个是检测流量)、2个三通(每个三通的2个侧管内各有1个可调电磁阀，共4个电磁阀)和控制器连接，分流装置出口与堆体通风用离心鼓风机A连接，鼓风机A出口设7支并联支管与各反应器1底部的7组通风槽联结，向堆体均匀供风，每组通风槽由4条与反应器1长度方向平行的出风槽联通而成，每条出风槽长7m、横截面尺寸0.25×0.25m，上覆0.1m厚的穿孔水泥盖板，盖板穿孔率15％，孔径25mm、均布。

设施配置处理垃圾储槽(可容纳一天的生活垃圾处理量)、配有均匀进料装置的滚筒筛(筛孔径25cm)、和磁选机对处理的生活垃圾进行预处理(筛除当量粒径大于20cm的杂物和分选黑色金属)；预处理垃圾另配置带式输送机，运至反应器1堆置处理。

生物干燥设施的操作过程如下：第一步，将上述初步预处理的生活垃圾，堆置于槽式堆肥反应器1中，堆置高度2.0m。第二步，对垃圾表面进行覆盖：先覆盖20cm厚的捆扎稻草垫5，再覆盖尾气收集管4与保温复合卷材；复合卷材自上而下为：1.5mm厚的低密度聚乙烯塑料膜简称PE塑料膜3，600g/m²的无纺土工布2，1.5mm厚的PE塑料膜3，橡胶尾气收集管4的内径为50mm、管的两侧面各开一排轴向间距200mm、孔径10mm的孔，管与管的中心间距为100cm、粘接于塑料膜3的下面；卷材与槽式堆肥反应器1等宽为4m，单幅卷材的长度10m，每个反应器共覆盖7幅。各幅卷材的尾气收集管铺设后相互套接，至反应器末端各条收集管相互并联，并与反应器1外侧的冷却管7接口连接。第三步，生物干燥操作，生活垃圾的生物干燥操作由通风和翻堆组成，通风采用按反应器1的水平截面积计，每平方米为2m³/min的固定流量间歇通风。间歇通风的控制：在操作起始至堆体温度上升至50℃之前的阶段，当堆体空隙内气相氧的体积浓度低于5％时，通风5min，停止通风至该浓度再次低于5％时，再通风5min，进行循环；在堆体温度上升至50℃之后至操作结束的阶段，按通风10min、停止通风20min的方式循环，直至操作结束，但每次翻堆操作后，在堆体温度低于50℃的时间段，仍按操作起始至堆体温度上升至50℃之前阶段的方式进行通风控制；堆体空隙内气相氧的体积浓度由插入堆体的气体取样管和在线气体氧含量测试仪分析，堆体温度由插入堆体的电阻式温度计测定，每个反应器各配置3支气体取样管和电阻式温度计，分析和测定结果在操作台显示，操作人员按堆体温度和氧的体积浓度启闭鼓风机A和B进行通风操作。翻堆在生活垃圾堆置后的第2和第4天各进行一次，翻堆前揭除垃圾表面的覆盖物。生物干燥操作时间为6天，完成干燥后的物料从槽式堆肥反应器中移除，进行后续处理和利用，腾出的空间用于下一批垃圾的生物干燥。

通风产生的尾气通过橡胶尾气收集管4进行主动收集，收集的尾气先通过固定于槽式堆肥反应器1外壁的铝质波纹管冷却管7、使尾气中的水蒸汽冷凝后、再经气液分离器排出冷凝液，冷凝液排入城市污水管网处理，尾气收集的动力由连接于气液分离器后的离心鼓风机B提供；鼓风机B出口的尾气(通风尾气)，输送至气体分流装置。分流装置由控制器14以及两个通过电磁阀b11串联的三通组成，其中，控制器14由A/D、D/A信号转换卡和单板电脑构成(参考厂商：研华科技股份有限公司)，装置进口设置的气体中氧的体积浓度和流量传感器(9)检测到的通风尾气的氧的体积浓度和流量信号，输入控制器14，根据输入信号，控制器14按分流装置出口气体中氧的体积浓度15％±1％的要求，采用物料衡算原理运算出需排出和引入的尾气和空气量，然后由控制器14输出同时调整4个电磁阀开启度的控制信号，即在调整第一个三通的2支侧管上的电磁阀a和电磁阀b开启度，排出要求量的尾气(排出的尾气，送生物脱臭装置净化后排出)的同时，调整第二个三通的2支侧管上的电磁阀c和电磁阀d开度，引入要求量的新鲜空气，再循环至离心鼓风机A的进口，再次用于对处理垃圾的通风。传感器9选用霍尼韦尔国际公司(Honeywell International Inc，公司总部在芝加哥)制造的氧浓度传感器；气体流量计为一体化涡街流量计(参考生产厂商：无锡求信仪器仪表有限公司)。

实测试验表明：100kg初始含水率60％的垃圾，处理后得到54kg的产物，产物含水率39％，其中，垃圾中生物可降解有机物降解7.06kg，垃圾中水分蒸发38.94kg；有机物降解放出134.14MJ热量，水分蒸发消耗的热量97.35MJ，有机物降解放出热量的水分蒸发利用率达到72.6％，明显高于常规堆肥方法的约60％，证明了本发明在利用垃圾生物降解产热实现垃圾干燥效果方面的有效性。与分流装置14连接的

Claims

1.一种生活垃圾的生物干燥方法，其特征在于：

第一步，将混合收集的生活垃圾，筛除当量粒径大于20cm的大块杂物后，堆置于配有翻堆装置的槽式堆肥反应器中，堆置高度1.8～2.3m；再在垃圾表面先覆盖20cm厚的捆扎稻草垫，再覆盖由上下为1～2mm厚的低密度聚乙烯塑料膜，中间为400g/m²～600g/m²的无纺土工布组成的保温复合卷材，在保温复合卷材下面粘接间距为100cm，且与固定安装于反应器外壁的冷却管接口连接的橡胶尾气收集管，该尾气收集管的内径为50mm，两侧各开一排轴向间距为200mm，孔径为10mm的孔；冷却管依次与气液分离器、离心鼓风机B、气体分流装置以及离心鼓风机A连接，离心鼓风机A的出口通入槽式堆肥反应器的垃圾底部；

第二步，通风和翻堆生物干燥操作，通风按固定流量间歇循环进行，风量按槽式堆肥反应器的水平截面积计，每平方米每分钟为1～3m³固定流量，通风操作分两个阶段，当堆体温度为室温至50℃之前、且堆体空隙内气相氧的体积浓度低于5％时，按通风5min，停止通风并检测该浓度，当再次低于5％时，再通风5min的形式进行循环；当堆体温度上升至50℃并直至操作结束，按通风10min，停止通风20min的方式循环；在通风后的第2和第4天各进行一次翻堆，翻堆时先揭除垃圾表面的覆盖物，再按常规堆肥方式进行翻堆作业，每次翻堆结束后继续重复上述两个不同阶段的通风操作；6天完成干燥，然后将干燥的垃圾从槽式堆肥反应器中移除，进行后续处理和利用；通风产生的尾气通过橡胶尾气收集管收集进入管内，再通过与之相连接的冷却管，使尾气中的水蒸汽冷凝后，经气液分离器将冷凝液排入城市污水管网处理，尾气通过离心鼓风机B进入气体分离器，排出部分尾气到脱臭装置处理同时补充等量新鲜空气后，再循环至离心鼓风机A的进口，再次循环用于垃圾的通风。

2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾的生物干燥方法，其特征在于：所述的与反应器外壁上固定安装的冷却管为市售铝质波纹管，壁厚1～2mm，内径150～200mm，长度按反应器的水平截面积计算，每平方米配置5～10m。

3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾的生物干燥方法，其特征在于：所述的排出部分尾气同时补充等量新鲜空气是通过由两个侧管带电磁阀的三通及控制器(14)组成的气体分流装置和传感器(9)实现的，根据装置进口设置的传感器(9)检测到的尾气中氧的体积浓度和流量信号，控制器(14)按装置出口气体中氧的体积浓度为14～17％的要求，采用物料衡算原理算出需排出的尾气和引入空气的量，然后输出控制信号调整第一个三通的两个侧管上的电磁阀a(10)和电磁阀b(11)开启度，排出要求量的尾气，同时，调整第二个三通的两个侧管上的电磁阀c(12)和电磁阀d(13)开启度，引入要求量的新鲜空气。