CN101725988B - 一种垃圾处理及利用的综合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种垃圾处理及利用的综合方法，属于环保技术领域。它解决了现有的垃圾处理过程中产生过多温室气体和有害烟尘的问题。本垃圾处理及利用的综合方法，包括以下步骤：A、垃圾焚烧；B、酸性气体和重金属成分的处理；C、二氧化碳利用。本垃圾处理及利用的综合方法使得垃圾焚烧彻底，废气利用率高，减少了温室气体二氧化碳的排放。

Description

一种垃圾处理及利用的综合方法

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理方法，具体地说涉及一种垃圾处理及利用的综合方法，属于环保技术领域。

背景技术

垃圾是人类日常生活和生产中产生的固体废弃物，由于排出量大，成分复杂多样，给处理和利用带来困难，如不能及时处理或处理不当，就会污染环境，影响环境卫生。垃圾处理的目的是无害化、资源化和减量化。当今广泛应用的垃圾处理方法是卫生填埋、堆肥和焚烧。

其中卫生填埋占地大、选址较困难，要考虑地形、地质条件和防止地表水、地下水污染。而且填埋地点一般远离市区，运输距离较远且成本高。堆肥形成的产品肥率低，对地表水、土壤、地下水及大气造成污染；焚烧垃圾，虽然对地表水、土壤和地下水污染较轻，但低温焚烧垃圾难以消除二噁英(Doxlin)，有毒有害气体污染大气。

中国专利申请(公开号：CN1873326A)涉及城市生活垃圾气化焚烧处理方法，该方法回收垃圾气化熔融焚烧的烟气余热获取的高温空气；垃圾经气化熔融焚烧后产生的高温烟气余热经高效蓄热室蓄存并加热空气再引入气化炉、熔融焚烧炉，作为垃圾气化所需的空气和熔融焚烧垃圾所需的助燃空气；在不加或少加辅助燃料条件下保证垃圾稳定气化、完全燃烧。虽然该方法解决二噁英、重金属、酸性气体的二次污染。但是由于在焚烧过程中还会产生大量的二氧化碳和有害烟尘，由于二氧化碳是温室气体，过多的排放在地球上使温室效应加强，而造成全球暖化的效应；有害烟尘会造成二次污染。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种垃圾处理及利用的综合方法，该方法不仅可以对垃圾进行综合处理，而且还可以充分利用垃圾处理过程中产生的二氧化碳，变废为宝，减少温室气体的排放。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：一种垃圾处理及利用的综合方法，该方法包括以下步骤：

A、垃圾焚烧：将垃圾初选分拣，堆存，渗沥水，然后输送到焚烧炉中，喷上吸附剂吸附烟尘，通入助燃空气，富氧暗火煅烧，炉温达到1000-1600℃的高温条件下，二噁英被彻底分解，废气通入净化器中，炉渣冷却后制成型砖放入碳化室中待碳化；

B、酸性气体和重金属成分的处理：将废气中的酸性气体在净化器中采用酸碱中和法处理，将废气中的重金属成分在净化器中采用沉淀分离法处理；

C、二氧化碳利用：废气经过上述净化处理后余下二氧化碳，通入碳化室将型砖碳化成碳化砖，然后将剩余的二氧化碳经过压缩机压入碳化塔中，被碳化塔中碱土金属氢氧化物吸收生成碳酸盐。

在上述的垃圾处理及利用的综合方法中，该方法还包括步骤D废水利用：将渗沥水经厌氧发酵制成沼气供热能，沼渣可做农业肥料，沼水用于灌溉植物。

本发明的垃圾处理及利用的综合方法是一个系统工程，包括垃圾初选分拣，堆存，渗沥水，输送，焚烧，炉渣、废气和废水处理与利用。

垃圾包括生活垃圾，工业废渣，固体废弃物，屠宰场和养殖场污染物，动物尸体残骸等，其中垃圾成分中富含钙和镁等元素。首先分拣垃圾中有用的物质(如金属、玻璃、废纸和可回收塑料等)，然后通过堆存和渗沥水来降低垃圾的含水量，提高其热值从而达到充分焚烧的目的，垃圾入炉时喷上吸附剂形成吸附层，可以有效地消除烟尘。在焚烧过程中二噁英被彻底分解。二噁英是苯环上氢原子被氯原子取代的衍生物，同分异构体多达200多种的总称，其根基是苯。实际上苯、甲苯、二甲苯都是普通溶剂，是毒性致癌物，氯代衍生物在低温300～500℃之间形成，在高温705℃开始分解。由于二噁英不溶于水，在常温条件很难降解。本发明采用高温方法来分解二噁英，具有简捷、消除彻底、成本低等特点。

焚烧过程主要的化学反应方程式如下所示：

C+O₂→CO₂↑富氧煅烧

C+CO₂→2CO↑低温缺氧还原气氛

C+H₂O→CO+H₂水煤气助燃

C₆H₆+Cl₂→C₆H₅Cl+HCl(300～500℃)产生氯化衍生物有毒物质

C₆H₅Cl+7O₂→HCl+2H₂O+6CO₂↑(1000～1500℃)毒物氯苯被高温分解

-CH₂+CHCl+5/2O₂→HCl+H₂O+2CO₂↑高温分解氯乙烯。

垃圾经过高温焚烧后产生废气(含重金属成分)和炉渣。炉渣经配料可以先做成型砖，然后吸收废气中的二氧化碳碳化成性能较好的建筑材料——碳化砖。型砖的具体制作过程为：将炉渣粉碎后添加SiO₂、CaO、MgO等无机氧化物并加入水在常温下成型为型砖。

废气中的酸性气体采用酸碱中和法处理，废气中的重金属可以采用沉淀分离法处理。在处理过程中采用反应物包括有：石灰石、石灰、白云石、烧碱、氯化镁、高锰酸钾、发炮剂[烷基磺酸钠[R-(SO₃Na)]、三价铁盐、尿素等；作为优选，酸碱中和法处理酸性气体的反应物包括石灰石、石灰和白云石中的一种或多种，沉淀分离法处理重金属的反应物包括烧碱、高锰酸钾中的一种或两种。

在处理过程中的一些主要化学方程式为：

A、酸性气体(主要是HCl和SO₂)处理：中和反应和复分解反应

2HCl+CaCO₃→CaCl₂+H₂O+CO₂↑(复分解反应)

2HCl+Ca(OH)₂→CaCl₂+2H₂O(中和反应)

SO₂+CaCO₃+2H₂O+1/2O₂→CaSO₄·2H₂O+CO₂↑生成石膏和二氧化碳

SO₂+Ca(OH)₂+H₂O+1/2O₂→CaSO₄·2H₂O生成石膏

B、重金属成分(主要为汞和铅)处理，沉淀分离反应

①汞：灰色液体金属，密度13.55，熔点38.87℃，沸点356.9℃，易挥发。先用高锰酸钾氧化生成汞络合物。

2KMnO₂+2Hg+H₂O→MnO₂+3HgO↓+2KOH(高锰酸钾氧化成氧化汞)

MnO₂+2Hg→Hg₂MnO₂↓(汞与二氧化锰生成络合物沉淀)

Hg₂MnO₂+4H₂SO₄+MnO₂→2HgSO₄↓+2MnSO₄+4H₂O

②铅：蓝灰色金属固体，密度11.34，受热生成PbO，用1％烧碱吸收。

2Pb+O₂→2PbO

PbO+2NaOH→Na₂PbO₂↓+H₂O

废气净化后余下CO₂可以充分利用。首先，CO₂进入碳化室，一部分CO₂被预先放入碳化室中的型砖吸收将型砖碳化成气硬性物质——碳化砖，该碳化砖强度较高，比粘土红砖高一倍，可以作为理想的建筑材料。其次，从砖缝里出来多余的CO₂压入碳化塔被碱土金属(Ca、Mg、Sr、Ba)氢氧化物吸收生成相应的碳酸盐。碳酸盐产品如碳酸钙可以作为橡塑填充剂，还可以用作高级耐火保温材料，如碳酸镁可以制成石棉纺成石棉纤维材料。其中CO₂制造碳化砖和碳酸盐产品的化学反应式如下所示：

CO₂+Ca(OH)₂→CaCO₃+H₂O

CO₂+Mg(OH)₂→MgCO₃+H₂O。

在上述的垃圾处理及利用的综合方法中，步骤A中吸附剂在炉内起到消烟除尘作用，所述的吸附剂由以下重量百分比的成分配制而成：

废油：75％-95％；添加剂：5％-25％；其中所述的添加剂为弱碱、油酸中的一种或两种。原料中废油主要为废动、植物油，废矿物油，弱碱为氨水等。将废油中加入添加剂，搅拌均匀后即配制成吸附剂。

在上述的垃圾处理及利用的综合方法中，步骤A中垃圾输送到焚烧炉前水分含量低于60％，热值高于3000kj/kg；焚烧温度优选为1200-1500℃，垃圾灼烧量为80％-90％。

在焚烧垃圾过程中，强化通风，富氧暗火煅烧。由于风量可以调控，因此日焚烧量可在60～200m³/d之间方便调节。不同季节、不同地区的垃圾可利用自身热能连续焚烧。有机物分解放出可燃气体，剧烈燃烧。二噁英在1000～1500℃高温中被彻底分解。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的方法使得全部垃圾被综合处理和利用，垃圾焚烧彻底，细菌、病毒、二噁英被彻底消除，无二次污染。

2、本发明的垃圾处理及利用的综合方法资源利用率高，垃圾焚烧减容率高达80～90％，而且炉渣、废气全被利用。

3、本发明的方法使得焚烧和垃圾处理中产生的二氧化碳被充分利用制成碳化砖和碳酸盐产品，不仅实现了资源合理利用变废为宝的目的，而且减少了温室气体二氧化碳的排放，具有较高的环保意义。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。

实施例1

将运输过来的垃圾首先进行初选分拣，筛选出如金属、玻璃、废纸和塑料等有用物质，堆存备用，然后渗沥水，渗沥后使垃圾水分含量低于60％，热值高于3000kj/kg。

渗沥水后的垃圾经提升机由焚烧炉顶进入焚烧炉内，喷上由表1中实施例1的重量百分比成分配制的吸附剂，形成吸附层，烟尘被吸附层吸附，回落到燃烧层烧尽，使废气呈白雾状态。助燃空气从炉底及炉底周边双道进入。在炉温为1200℃的条件下焚烧，使二噁英彻底分解，垃圾灼烧量为80％。废气从焚烧炉顶侧面排到净化器中，炉渣从焚烧炉底排出，制成型砖放入碳化室中待碳化。

将废气中的酸性气体在净化器中采用酸碱中和法处理，处理酸性气体的反应物包括石灰石、石灰和白云石。将废气中的重金属成分采用沉淀分离法处理，处理重金属的反应物包括烧碱、高锰酸钾。

废气经过上述净化处理后余下二氧化碳，将二氧化碳通入碳化室与型砖充分反应生成气硬性物质——碳化砖，从砖缝里出来多余的二氧化碳气体经过空气压缩机压缩，输入碳化塔中被碱土金属(Ca、Mg、Sr、Ba)氢氧化物吸收生成相应的碳酸盐，经压滤、烘干、粉碎即为成品。将渗沥水经厌氧发酵制成沼气供热能，沼渣可做农业肥料，沼水用于灌溉植物。

实施例2

采用的吸附剂由表1中实施例2的重量百分比成分配制而成，焚烧温度为1300℃，垃圾灼烧量为85％。其它工艺同实施例1，不再赘述。

实施例3

采用的吸附剂由表1中实施例3的重量百分比成分配制而成，焚烧温度为1500℃，垃圾灼烧量为90％。其它工艺同实施例1，不再赘述。

表1：实施例1-3采用的吸附剂的重量百分比成分

垃圾经过本发明综合处理后有害气体中SO₂低于5.6mg/m³，HCl低于56mg/m³，HF低于1mg/m³，NOx低于35mg/m³，CO排放量为零。重金属元素中Hg的残余量为零，镉的残余量低于1×10^-4mg/m³，铅的残余量低于1×10^-3mg/m³，烟尘低于5.3mg/m³，黑度的林格曼级为1级，对环境无二次污染。而且1吨垃圾焚烧后可产生约400公斤左右的二氧化碳，并可制成相当数量的碳化砖和碳酸盐产品，碳化砖强度较高，可以作为理想的建筑材料；碳酸盐产品如碳酸钙可以作为橡塑填充剂，还可以用作高级耐火保温材料，如碳酸镁可以制成石棉纺成石棉纤维材料。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (5)

1.一种垃圾处理及利用的综合方法，该方法包括以下步骤：

A、垃圾焚烧：将垃圾初选分拣，堆存，渗沥水，然后输送到焚烧炉中，喷上吸附剂吸附烟尘，通入助燃空气，富氧暗火煅烧，炉温达到1000-1600℃的高温条件下，二噁英被彻底分解，废气通入净化器中，炉渣冷却后制成型砖放入碳化室中待碳化；所述的吸附剂由以下重量百分比的成分组成：

废油：75％-95％；添加剂：5％-25％；其中所述的添加剂为弱碱、油酸或两者的混合物；

B、酸性气体和重金属成分的处理：将废气中的酸性气体在净化器中采用酸碱中和法处理，将废气中的重金属成分在净化器中采用沉淀分离法处理；

C、二氧化碳利用：废气经过上述净化处理后余下二氧化碳，通入碳化室将型砖碳化成碳化砖，然后将剩余的二氧化碳经过压缩机压入碳化塔中，被碳化塔中碱土金属氢氧化物吸收生成碳酸盐。

2.根据权利要求1所述的垃圾处理及利用的综合方法，其特征在于：该方法还包括步骤D废水利用：将渗沥水经厌氧发酵制成沼气。

3.根据权利要求1或2所述的垃圾处理及利用的综合方法，其特征在于：步骤A中垃圾输送到焚烧炉前水分含量低于60％，热值高于3000kj/kg。

4.根据权利要求1或2所述的垃圾处理及利用的综合方法，其特征在于：步骤A中焚烧温度为1200-1500℃，垃圾灼烧量为80％-90％，二噁英被彻底分解。

5.根据权利要求1或2所述的垃圾处理及利用的综合方法，其特征在于：步骤B中酸碱中和法处理酸性气体的反应物包括石灰石、石灰和白云石中的一种或多种，沉淀分离法处理重金属的反应物包括烧碱、高锰酸钾中的一种或两种。