CN101722174A - 一种垃圾综合处理的方法 - Google Patents

Abstract

一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：垃圾分选、厌氧消化、电离气化、能量回收、灰渣利用五个步骤，本发明所述的垃圾处理方法是专门针对以厨余垃圾为主的混合生活垃圾而设计的综合处理工艺，它将厌氧消化处理工艺和气化工艺有机的结合在一起，充分利用了各自的技术优势，使垃圾处理达到最佳的资源化、无害化、减量化的处理目标。

Description

一种垃圾综合处理的方法

技术领域

本发明主要涉及垃圾处理技术领域，具体的来说涉及一种城市垃圾综合处理的方法。

背景技术

中国50万人口以上的城市有668个人均垃圾量440kg/y，2007年总量1.7亿吨，目前仍以年均10％的速度递增。预计到2010年我国城市垃圾产量将达到2亿吨，约有2/3的大中型城市处于垃圾的包围之中。全国历年堆存的垃圾总量已达到60亿吨以上，占用了约5亿平方米的土地。长期以来，我国绝大多数城市的垃圾采用废地堆放和简单填埋方式处理，不仅占用了大量土地，而且还产生大量的渗出液和有害气体，对土壤、地下水和空气造成了严重的次污染，破坏了生态环境。中国每年产生垃圾1.7亿吨，如果将其全部利用，则相当于1340万吨石油的能量。

按中国垃圾年增长量及满足现有垃圾处理的需要，在今后五年每年约须投资建设20至30家日处理1000吨的垃圾处理厂。

随着人们环保意识的提高，传统的垃圾处理方式受到了极大的挑战。据调查各级政府正面临着一方面垃圾越来越多，一方又没有好的处理方法的两难局面。许多垃圾卫生填埋场，垃圾焚烧厂皆因民众抗议环境污染而停运。

目前主流市场的城市生活垃圾的处理工艺主要有垃圾焚烧工艺、生化堆肥工艺、厌氧酵化工艺、卫生填埋工艺，但都存在各自的不足和局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对中国垃圾高水份、低热值的特点，研发出来适合中国垃圾实际情况的一种垃圾综合处理的方法，其核心是采用多级快速厌氧发酵技术和电离气化将城市生活垃圾中的塑料、橡胶等有机难降解物质及厨余、果皮等有机易降解物质转化成清洁的电力能源。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：

一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)垃圾分选，主要对原生垃圾按照有机物和非有机物进行分类集中；

2)厌氧消化，将垃圾分选步骤中产出的有机易降解垃圾采用厌氧技术发酵，并产生生物燃气、沼渣；

3)电离气化，将将垃圾分选步骤中产出的有机难降解垃圾和厌氧消化步骤中产生的沼渣送入电离炉内气化，并产生可燃气体和炉渣；

4)能量回收，将厌氧消化步骤中产生的生物燃气气体和电离气化步骤中产生的可燃气体送入燃烧设备进行发电；

5)灰渣利用，将电离气化步骤中产生的炉渣输入免烧砖机进行制砖。

所述垃圾分选步骤中，首先将原生垃圾进行破袋处理，然后经过筛选、磁选、重力弹跳分选，将处理过的垃圾进行归类。

所述厌氧消化步骤中，首先将分选后的有机易降解垃圾送入发酵罐，有机垃圾在发酵罐内快速发酵，发酵后产生包含氢气和甲烷的生物燃气，有机垃圾发酵后产生沼渣。

所述厌氧消化步骤中，有机垃圾发酵过程中产生的废液通过缓冲罐回收，并通过循环系统流回发酵罐内再次利用。

所述电离气化步骤中，电离炉内加入焦炭一起反应形成电离反应床，电离炉内加入石灰用于制造炉渣。

所述电离气化步骤中，电离炉内设置有两个及其以上的电离炬，且电离炬设置在电离炉底部。

所述电离气化步骤中，电离炉温度内反应温度为5500℃，垃圾气化后产生含有氢气和一氧化碳混合气。

所述能量回收步骤中，燃烧设备为蒸汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组。

所述灰渣利用步骤中，对于电离炉反应后产生的灰渣，灰渣经过水封和冷却后，通过输送带输送的储渣厂。

有益效果

本发明所述的垃圾处理方法是专门针对以厨余垃圾为主的混合生活垃圾而设计的综合处理工艺，它将厌氧消化处理工艺和气化工艺有机的结合在一起，充分利用了各自的技术优势，使垃圾处理达到最佳的资源化、无害化、减量化的处理目标。

资源化：首先将垃圾中可被挑选的金属等直接回收利用；厨余垃圾通过厌氧消化处理产生氢气和沼气；塑料、化纤等通过电离气化处理产生可燃气体，然后采用燃气联合循环系统输出清洁的电力，系统所有无机灰渣可被用于作为生产建筑用的免烧砖原料以此达到最佳的资源化目标。与焚烧相比本发明所述方法可多输出50％左右的电力，经济效益优于焚烧处理。视具体垃圾情况，按照本发明建造垃圾处理厂投资回收期在4至7年之间。

无害化：不会产生有害固体、气体如：二恶英等。本方法中的电离气化过程其二氧化碳排放比焚烧减少了近40％，二氧化硫减少了90％以上、氮化物减少了近85％。垃圾产生的渗滤液被用于厌氧发酵，没有污水排放；对环境友好，没有环境风险。

减量化：能将混合生活垃圾减量化达到100％，是任何单一处理工艺难从以达到的。不需消耗任何外部能源，真正做到清洁、环保、可持续发展。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述的垃圾综合处理方法的流程框图；

图2为本发明所述的垃圾综合处理方法的工艺流程示意图；

图3为本发明所述垃圾分选设备流程图；

图4为本发明所述厌氧消化单元结构流程图；

图5为本发明所述的电离炉结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

下面以DPG生活垃圾处理系统为例，详细叙述本发明。

参看图1，DPG生活垃圾处理系统由五大单元组成：

分选单元

将进厂的原生垃圾中金属、大块可拣选的会缠绕破碎机的织物、无机物挑选出来；

厌氧消化单元

将垃圾中有机易降解垃圾通过厌氧消化处理，产生沼气，同时达到降解有机物目的；使垃圾由高湿度(50-60％)、低热值(800-1200Kcal/kg)；变成低水份25％高热值(2000-2500KCal/kg)；

厌氧消化单元采用快速厌氧发酵技术，该技术拥有以下优点；

a.对绿化、蔬菜、果皮、厨余垃圾等易降解有机物进行处理，使其转化为氢气、沼气、沼肥等高附加值产品；

b.处理过程无二次污染、无异味，对环境友好；

c.是唯一的能适应干物质达到30％的厌氧生化技术，避免了产生废水的问题。

d.它是唯一的能将产酸阶段产生的氢气和产甲烷阶段产生的沼气分别收集利用。

e.它集序批式和连续生物处理过程的优点，对物料要求低，是唯一可用于对垃圾进行降湿提热的生化预处理工艺，并采用了高温发酵从而实现了稳定、连续、高效的产气。

f.该技术独特的工艺设计及利用高效微生物使其发酵速度大大加快。产气高、占地少、投资低、回报快。

电离气化单元

将厌氧处理后的沼渣及分选后的有机难降解垃圾进行电离气化处理，产生可燃气体和残渣；电离原理是利用强大的电场能量使空气产生电离，从空气中剥离出的电子，将气体转化成为等离子体。从等离子弧中辐射出的能量相当巨大其温度可高达5,500℃，足以通过撕裂分子键，将垃圾粉碎成组成它们的基本元素。它几乎能分解所有的垃圾，将其转换成清洁的燃气和无机残渣。

发电单元

将气化、生化产生的可燃气体输入燃气锅炉产生蒸汽进入蒸汽轮机进行发电或进入燃气轮机组成联合循环系统进行发电。

灰渣制砖单元

将电离气化系统排出的残渣与厌氧发酵后分选出来的灰渣混合输入免烧灰渣制砖机，生产免烧砖。

参看图2，首先原生垃圾1由垃圾车运输到垃圾库2内，垃圾库内的垃圾经过垃圾分选模块3进行预分选，分选后的垃圾一部分进入电离气化模块4气化，另一部分进入厌氧消化模块5进行发酵。厌氧消化模块5产生生物燃气和沼渣，沼渣经过压滤和烘烤后进入电离气化模块4气化；电离气化模块4内的排渣经过熔渣激冷回收利用，例如制作免烧砖；电离气化模块4气化后产生可燃气体，气体经过余热蒸汽发生器和燃气布袋过滤后，再经过湿法脱硫送入燃气轮机6，进行热量发电；厌氧消化模块5产生的生物燃气也送入燃气轮机6，进行发电。

下面详细叙述各单元组成结构，工艺处理过程

垃圾分选单元

参看图3

板式进料机31将原生垃圾输送至破袋式滚筒筛32处进行破袋处理。在破袋式滚筒筛的进口处配有专门用于破袋的齿刀，当装有垃圾的塑料袋在滚筒筛内运动时，便自动进行破袋。塑料袋破开后，散落的垃圾被依次送进滚筒式筛分选33、磁选机34、重力弹跳分选机35等设备，并对垃圾进行分选。垃圾经过分选后便可去除垃圾中的部分砖石、金属、竹木、织物、玻璃等非有机杂物，这些非有机类杂物作为可回收利用的资源被分类集中收集。

通过对原生垃圾的初分选，可大大减少后道工序的压力，提高生物处理的效率。将无机物分选出来，可减少后续等离子气化设备的规模和投资，有利于提高整个项目效益。

分选系统主要由下列子系统组成：

变频调节均料系统、自动筛选系统、复合式磁选分离系统、风力导送反馈系统、玻璃分选系统、在线监控系统等。

变频调节均料系统

进入生产线的原始物料成份及物料特性非常复杂，进料量的大小，将直接影响到垃圾的分类效果。变频调节均料系统工作时，根据物料的特点，通过信号反馈，合理调节物料的进料速度，对进料机的进料量进行控制。其参数的设定及调节范围将按生产线设备的生产能力进行调整。

自动筛选系统

自动筛选系统主要由滚筒筛组成，可根据垃圾的形状、体积将较有规格的无机物分选出来进行分类，滚筒筛内设有风选机将垃圾中的塑料袋、布料、纸类等较轻质物料全部风选出来分类回收。送至滚筒筛尾端，有机物则由滚筒筛下方的输送带集中运往厌氧消化处。

复合式磁选分离系统

复合式磁选分离系统根据固体废弃物(垃圾)比磁化系数的大小，可以对不同的磁性物料进行分离，一般可以分为强磁性物质和弱磁性物质二大类。

系统按物料所经过的区域，分别设置动磁场区、静磁场区，并按物料的特性及比磁化系数，分设不同磁场强度的磁选分离器及收集、输送系统，可将垃圾中的磁性物体分选出来并进行分类收集。

风力导送反馈系统

垃圾中含有大量的塑料制品，这些塑料制品也是回收利用价值较多的物质。当垃圾从滚动筛出口落下时，大量的落下物均为塑料。在滚动筛出口处设置有定量、定速、定向的风选机，使其按一定方向、位置前进下落。此时，塑料中夹带的一些有机质在前进过程中落下，设置于有机质落下位置处的回送装置可将其返回送至主输送带，一同送至电离气化工序处理。

玻璃分选系统

配置的玻璃分选系统采用磨擦跳跃技术，根据垃圾中各种物料对胶带的不同磨擦系数及不同的安息角而设置的胶带倾角，可使大部分物料随胶带前进，而弹性较大的块状、类圆筒状的玻璃则跳跃滚动下滑至规定位置被收集。

在线监控系统

在线监控系统主要包括：发酵温度检测系统、发酵物料氧气含量检测系统、环境质量检测系统。通过在线自动监测，实时提供生产过程信息，反馈历史趋势图，统计分析打印报表等方式，不仅可对工艺参数进行及时调整，为生产提供了必要的控制参数，而且还可对厂区环境质量进行实时监测和控制。

分选工序共设置了2条平行的自动分选线。可以根据生产处理能力的需求，调整工作班制生产。

分选主要工艺参数：

处理物料：经生物预处理后的物料

处理物料含水率：35％～40％

对非有机类杂物的二次分选率：≥90％

分选后物料容重：0.6t/m³。

厌氧消化单元

参看图4

经过分选的垃圾物料，进入发酵罐51，发酵罐51产生可燃性气体如甲烷和氢气，产生的甲烷储存在甲烷罐53内，另外发酵罐51产生的废液进入缓冲罐52内，缓冲罐52内液体经过循环系统回流到发酵罐51循环使用，另外发酵后的残渣进入固液分离器54，固液分离器54将残渣分为液体和固体。

厌氧消化的技术特性

(1)发酵系统采用喷射式混合器，因此在发酵罐内无任何运动部件以便于操作和管理；

(2)采用了先进的技术和工艺设计并使用了特殊的固体和液体分离装置，可以将固体充分地保持在发酵罐内，以实现干物质的稳定发酵；

(3)充分利用发电或其它余热，并采用发酵罐外部加热以实现低能量投入和高能量产出；

(4)采用了特殊的泵和物料输送系统可将含高干物质的物料无需粉碎而直接送入发酵罐；

(5)采用了高效的厌氧微生物种菌群，缩短了发酵时间、加快了产气速度。

(6)采用了先进且可靠的计算机数据采集和控制系统，用于控制温度、pH值、压力和流量，并可实现即时气体流量和成分检测，其中包括氢气，甲烷和二氧化碳成分的检测。

厌氧消化主要工艺参数：

有机废弃物转化产气率：每公斤干物质产气≥0.5M3

有机废弃物的转化率：≥70％

处理周期率：10-18天

电离气化单元

参看图5，电离炉41为竖直放置，内部具有气化腔，电离炉底部具有两个电离炬装置52，上部具有物料料入口53和燃气出口54，底部具有炉渣出口55。

经过预分选的垃圾和厌氧消化沼渣被送入垂直的炉内通道内。电离气化装置中还将有大块的焦炭输入用以提高反应效率和被气化的固体的多孔性。同时石灰也被加入用以调整矿渣的粘性。气化所产生的热量一部分是由气化反应本身产生的，另外每个气化器中的离子火被控制在最低浓度。熔融残渣由炉底连续排出，经水冷后变成黑色颗粒。离子气化产生的高温合成气是一种混合氢气和一氧化碳。合成气经过处理以后就可以作为能源加以回收。

电离气化主要工艺参数：

燃烧温度：5500℃以上

烟气温度：1250℃以上

气化后灰渣中未燃成份含量≤3％？

发电单元

将气化、生化产生的可燃气体输入燃气锅炉产生蒸汽进入蒸汽轮机进行发电或进入燃气轮机组成联合循环系统进行发电。

灰渣制砖单元

将电离气化系统排出的残渣与厌氧发酵后分选出来的灰渣混合输入免烧灰渣制砖机，生产免烧砖。

电离气化单元燃烧后灰渣落入出渣机，出渣机将炉渣送到炉渣输送机，出渣机采用水封法，以冷却炉渣并防止灰尘飞扬。灰渣由运输带送到储渣场，用作于制砖原料。

主要设备包括出渣机、输送机、灰渣铲车、灰渣制砖机等。

本发明与传统城市生活垃圾处理工艺的比较：

比较项目	卫生填埋	焚烧	堆肥	DPG工艺
					适用条件	适用范围广	垃圾热值大于5000kJ/kg	垃圾中有机物大于40％	适用范围广，特别适合高水份、低热值的垃圾
无害化程度	渗滤液和臭气污染较为严重，填埋库区易造或土壤污染。对生态景观影响最大。	焚烧尾气排放易造成大气污染，处理不当二恶英容易超标，渗滤液需要处理。噪音污染较大。对生态景观影响较小。	臭气污染较为严重，渗滤液需要处理，需控制堆肥中重金属含量和pH值避免土壤污染。对生态景观影响大。	系统排气基本可达到清洁排放要求。无需处理的渗滤液，有一定的噪音污染。对生态景观影响较小。

比较项目	卫生填埋	焚烧	堆肥	DPG工艺
					资源化程度	封场后恢复土地利用，沼气收集后可用于发电。不可持续发展	焚烧可发电供热，能量转换利用率20％。残渣可综合利用。	好氧工艺可生产有机肥。厌氧工艺可产沼气发电，沼渣可用作有机土。	产生可燃气可用于发电供热，能量转换利用率35％，残渣用于制砖。
减量化	不减量	有10-20％的残渣需处理	不可堆肥部分还需填埋，约占进厂垃圾30-50％	100％减量，没有需二次处理剩余物。
					投资与效益	投资小，效益低。	投资较大，效益效高	投资低，效益低	投资高，效益更高

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)垃圾分选，主要对原生垃圾按照有机物和非有机物进行分类集中；

2)厌氧消化，将垃圾分选步骤中产出的有机易降解垃圾采用厌氧技术发酵，并产生可燃性气体、沼渣；

3)电离气化，将垃圾分选步骤中产出的有机难降解垃圾和厌氧消化步骤中产生的沼渣送入电离炉内燃烧，并产可燃气体和炉渣；

4)能量回收，将厌氧消化步骤中产生的生物燃气和电离气化步骤中产生的可燃气体送入燃烧设备进行发电；

5)灰渣利用，将电离气化步骤中产生的炉渣输入免烧砖机进行制砖。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述垃圾分选步骤中，首先将原生垃圾进行破袋处理，然后经过筛选、磁选、重力弹跳分选，将处理过的垃圾进行归类。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述厌氧消化步骤中，首先将分选后的有机易降解垃圾送入发酵罐，有机垃圾在发酵罐内快速发酵，发酵后产生包含氢气和甲烷的可燃性气体，有机垃圾发酵后产生沼渣。

4.根据权利要求3所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述厌氧消化步骤中，有机垃圾发酵过程中产生的废液通过缓冲罐回收，并通过循环系统流回发酵罐内再次利用。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述电离气化步骤中，电离炉内加入焦炭一起反应，电离炉内加入石灰用于制造炉渣。

6.根据权利要求5所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述电离气化步骤中，电离炉内设置有两个及其以上的电离炬，且电离炬设置在电离炉底部。

7.根据权利要求5所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述电离气化步骤中，电离炉温度内反应温度为5500℃，电离炉反应后产生含有氢气和一氧化碳混合气。

8.根据权利要求1所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述能量回收步骤中，燃烧设备为蒸汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组。

9.根据权利要求1所述的一种垃圾综合处理的方法，其特征在于，所述灰渣利用步骤中，对于电离炉反应后产生的灰渣，灰渣经过水封和冷却后，通过输送带输送的储渣厂。

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