CN102101122B - 一种城镇小区生活垃圾和污水综合处理系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种城镇小区生活垃圾和生活污水综合处理装置，由生活垃圾预处理及分选系统、超临界水氧化系统、气化系统和发电系统组成；所述生活垃圾预处理及分选系统，用于储存生活垃圾，并将生活垃圾分选及粉碎，送往气化系统；所述超临界水氧化系统，用于对输入的废水进行超临界水氧化处理，产生无机盐和高温蒸汽；所述气化系统，用于接收生活垃圾预处理及分选系统输送的可燃物和臭气、超临界水氧化过程产生的高温蒸汽，将可燃物进行气化，产生的烟气经除尘和洗焦装置后输出净化后的合成气，气化合成气驱动燃气轮机，洗焦装置产生的洗焦废水送入超临界水氧化系统处理，所述发电系统，接收气化系统的气化合成气驱动燃气轮机进而驱动发电机产生电能。
Description
技术领域
本发明涉及到一种城镇小区生活垃圾和污水处理，更具体地说涉及利用生活垃圾气化技术和超临界水氧化技术对城镇小区产生的生活垃圾和生活污水进行综合处理的系统和方法。
背景技术
21世纪，人类进入知识经济、循环经济时代。世界各国正把“发展循环经济”和“建立循环型社会”作为实现可持续发展的重要途径，循环经济要求以废旧物资 “减量化，无害化，资源化，再使用，再循环”为社会经济活动的行为准则。
城市生活垃圾处理技术的现状：
1、填埋
所谓卫生填埋，就是能对渗滤液和填埋气体进行控制的填埋方式。大多数填埋场的设计、建设和运营仍存在很多问题，表现在：
（1） 设计理念比较落后，土地填埋利用率不高，占用了大量土地资源，大部分生活垃圾填埋场缺乏有效的基础和边坡防渗措施，由于生活垃圾的含水率往往高达50%～60%，同时由于缺乏有效的雨污水分流措施，缺乏压实和覆盖，导致渗滤液产量大、浓度高，没有有效处理，地下水污染地表水的污染事故不断出现；
（2） 生活垃圾中可以实现资源回收的部分被一并填埋，即使考虑填埋气的回收利用，混合垃圾填埋的资源化水平仍很低；
（3） 分期建设没有得到很好的实施，运行粗放，没有分区分单元，大面积、大厚度填埋较为普遍，大多没有能够在填埋作业过程中做到按照标准压实、覆盖；
（4） 填埋气体处理与利用系统刚刚开始发展，多为敞开式排放或通过竖井排放，绝大部分填埋场的填埋气仍处于无组织排放状态，没有有效利用，不仅引起了温室效应，而且也是产生恶臭的主要原因。
2、堆肥
高温堆肥可以使生活垃圾中的有机成分成为可供施用的农田肥料，同时消除其环境污染，杀灭垃圾中的病菌，具有无害化和资源化特征。但我国的堆肥厂主要处理混合生活垃圾，其局限性主要表现在：
（1） 由于我国目前还没有开展普遍的生活垃圾分类收集，因此入厂垃圾中含有石块、金属、玻璃、塑料等多种不可降解组分，这些废弃物必须分拣出来，另行处理，分选工艺复杂，费用很高；
（2） 即使采用了分选工艺，生活垃圾中的不利于堆肥处理的组分也不能完全剔除，许多有毒、有害物质会进入堆肥，如农田长期大量使用堆肥，可能会造成潜在污染，特别是一些重金属在土壤中富集将随食物链进入人体。
3、 焚烧
垃圾焚烧与填埋处理相比，具有占地小、处理时间短、减量化显著、无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点，在发达国家得到越来越广泛应用。但焚烧混合垃圾有以下缺陷：
（1）我国生活垃圾含水率高，热值低，需要更多的辅助燃料，此外生活垃圾中灰土含量多也会影响焚烧效果，最终导致焚烧成本上升。我国目前除少数经济较发达的城市外，其它城市的混合生活垃圾热值低，含渣量高，不适宜焚烧；
（2）另一方面，由于我国混合垃圾中厨余垃圾较多，含盐量较高，对烟气中氯化物贡献较大，HCl会腐蚀焚烧炉，也增加了烟气处理的难度和污染控制成本。焚烧产生的二噁英问题，难以解决。
生活垃圾气化是将生活垃圾中有机成分在还原性气氛下与气化剂反应生成燃气的过程。整个气化过程分为热解阶段、氧化阶段和还原阶段。在热解过程中，高分子有机物受热后分解为低碳链的有机化合物，其中一部分挥发分在常温下以气态形式存在，也有一部分发生脱水聚合反应生成焦油。热解阶段产生的挥发分会与通入气化反应器的氧气发生气化燃烧反应，在此阶段中，生活垃圾气化反应体系的温度迅速升高。物料通过氧化区以后便进入还原阶段，热解和氧化阶段产生的CO2和未参加反应的固定碳进一步反应形成CO，同时也伴随着H2O和CO2、CO反应形成CH4等其他物质的反应。气化产生的合成气不仅可以用来发电供暖，还可以用于生产化工原料。
与填埋、焚烧、堆肥等生活垃圾处理方法相比，气化法具有资源利用灵活、效益高和环境污染小等特点，更符合废弃物处理的资源化、无害化和减量化原则。
城镇小区生活污水处理现状：
城镇小区产生的生活污水包括洗涤用水、厨房用水、冲厕水等，如何对其进行有效处理一直都是很难解决的问题。过去常用的化粪池沉淀和厌氧发酵，虽然对悬浮物质和寄生虫卵有一定的去除作用，但BOD5的去除率很低，且不具备脱氮除磷功能，已不能满足水污染防治和水环境保护的需要。
超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是一种新兴的有机废物和废水处理技术。该技术在20世纪80年代中期由美国学者Modell提出，成为继光催化、湿式催化氧化技术之后国内外专家的研究热点。SCWO是在水的超临界状态下，有机物在超临界水中与氧化剂发生强烈氧化反应的过程，整个过程中由于超临界水可与有机物和氧气、空气等以任意比例互溶，气液两相界面消失成为均一的单相体系，使本来发生的多相反应转化为单相反应，反应不会因相间转移而受到限制，从而加快了反应速率，一般只需几秒至几分钟即可将有机物彻底氧化分解，去除率可达99.99%以上。从理论上讲，SCWO技术适用于处理任何含有机污染物的废物：高浓度的有机废液、有机蒸汽、有机固体、有机废水、污泥、悬浮有机溶液或吸附了有机物的无机物，在很短的时间内将难降解的、危险的有机物中的碳氢组成彻底转化为CO2和H2O，将氮转化为N2或N2O等无害物质，将的磷、氯、硫等元素氧化，以无机盐的形式从超临界水中沉积下来，实现有机有毒污染物的无害化。与传统处理生活、工业废物的各种技术相比，SCWO法具有以下突出的优点：
(1)有机组分在适当的温度、压力下能被完全分解成CO2、H2O、N2、SO4 2-等无机组分，分解率可达99.99％以上，无中间产物，无二次污染；
(2)适用范围广，可用于处理各种有毒难降解有机物；
(3)氧化反应为均相反应，反应速率快，停留时间短；
(4)反应为放热反应，在有机物含量>3％时，可依靠反应自身的氧化放热来维持反应的进行；
(5)无机组分和盐类在超临界水中的溶解度极低，使反应过程中的分离变得容易。
综合以上分析，随着城市生活垃圾气化技术和超临界水氧化技术的成熟，可以将城镇生活垃圾和生活污水利用上述两种技术进行综合处理，实现废旧物资的 “减量化，无害化，资源化，再使用，再循环”。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种节能环保的，能够将城镇小区生活垃圾和生活废水得到综合处理的系统和方法。采用该方法可使治理过程中的能量和水资源得到循环利用。
实现本发明的一个技术方案是：一种城镇小区生活垃圾和生活污水综合处理系统，由生活垃圾预处理及分选系统、超临界水氧化系统、气化系统和发电系统组成；
所述生活垃圾预处理及分选系统，用于储存生活垃圾，并将生活垃圾分选及粉碎，分选出其中的金属、玻璃、电池等回收利用，将渗沥液、厨余液送入超临界水氧化系统，可燃物粉碎后经加料装置送往气化系统；
所述超临界水氧化系统，用于接收城镇污水系统输入的冲厕水和洗涤废水、生活垃圾预处理及分选系统的渗沥液和厨余液，以及气化系统输出的洗焦废水，并对这些输入废水进行超临界水氧化处理，产生无机盐和高温蒸汽，高温蒸汽经过换热器换热后，一部分蒸汽输入气化系统，一部分蒸汽驱动蒸汽轮机，换热后的排水输出至洗焦装置、发电系统或城镇供热供水系统；
所述气化系统，用于接收生活垃圾预处理及分选系统输送的可燃物和臭气、超临界水氧化过程产生的高温蒸汽，将可燃物进行气化，产生的烟气经除尘和洗焦装置后输出净化后的合成气，驱动燃气轮机，洗焦装置产生的洗焦废水送入超临界水氧化系统处理；
所述发电系统，接收气化系统的气化合成气驱动燃气轮机进而驱动发电机产生电能，接收超临界水氧化系统产生的高温蒸汽驱动蒸汽轮机进而驱动发电机产生电能，产生的电能输送至气化系统、超临界水氧化系统加热或小区居民供电系统。
实现本发明的另一个技术方案是：一种城镇小区生活垃圾和生活污水综合处理方法，包括：
1）将从小区收集来的生活垃圾送入分选系统，通过人工和机械分选，将生活垃圾分为四类：可回收物、可燃物、厨余、灰土，可回收物作回收处理；
2）将垃圾堆放和分选过程中产生的垃圾渗沥液集中收集后用泵输送到超临界水氧化系统处理；
3）将小区居民的洗涤废水、冲厕污水分别用高压柱塞泵输入超临界水氧化装置处理，对超临界水氧化反应后排出的高温高压汽气混合物进行换热，换热后的排水用于冲洗厕所、洗焦和发电，换热过程产生的高温蒸汽分别通入气化炉和发电系统；
4）将垃圾堆放过程中产生的臭气连同由超临界水氧化装置产生的高温蒸汽作为气化剂输送入气化炉，可燃物粉碎后由加料装置送入气化炉进行气化处理，气化炉产生的气化合成气经除尘、洗焦后进入发电系统；洗焦过程中产生的洗焦废水输入超临界水氧化装置处理；
5）气化合成气驱动燃气轮机进而驱动发电机发电，高温蒸汽驱动蒸汽轮机进而驱动发电机发电，产生的电能用于气化系统和超临界水氧化系统加热及小区居民用电。
本发明将生活垃圾气化系统和超临界水氧化系统有机的结合到一起，使生活垃圾和生活污水得到综合处理。生活污水、生活垃圾处理过程中产生的垃圾渗沥液、洗焦废水和厨余液进入超临界水氧化系统处理，不仅使用于气化的生活垃圾热值大大提高，而且水氧化系统产生的高温蒸汽又可作为气化系统的气化剂，处理后的排水可回收用于冲洗厕所、洗焦、发电。实现了废旧物资的 “减量化，无害化，资源化，再使用，再循环”。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种城镇小区生活垃圾和生活污水综合处理系统，由生活垃圾预处理及分选系统、超临界水氧化系统、气化系统和发电系统组成；
生活垃圾预处理及分选系统，用于储存生活垃圾，并将生活垃圾分选及粉碎，分选出其中的金属、玻璃、电池等回收利用，将渗沥液、厨余液用泵送入超临界水氧化系统，可燃物粉碎后经加料装置送往气化系统；
超临界水氧化系统，用于接收城镇污水系统输入的冲厕水和洗涤废水、生活垃圾预处理及分选系统的渗沥液和厨余液，以及气化系统输出的洗焦废水，并对这些输入的废水进行超临界水氧化处理，产生无机盐和高温蒸汽，高温蒸汽经过换热器换热后，一部分蒸汽作为气化剂输入气化系统，一部分蒸汽用于驱动蒸汽轮机；换热后的排水输出至洗焦装置、发电系统或城镇供热供水系统；
气化系统，用于接收生活垃圾预处理及分选系统输送的可燃物和臭气、超临界水氧化过程产生的高温蒸汽，将可燃物进行气化，产生的烟气经除尘和洗焦装置后输出净化后的合成气，气化合成气驱动燃气轮机，洗焦装置产生的洗焦废水用泵送入超临界水氧化系统处理；
发电系统，接收气化系统的气化合成气驱动燃气轮机进而驱动发电机产生电能，接收超临界水氧化系统产生的高温蒸汽驱动蒸汽轮机进而驱动发电机产生电能，产生的电能输送至气化系统、超临界水氧化系统加热或小区居民供电系统。
综合处理方法如下：
将从小区收集来的生活垃圾送入分选系统，通过人工和机械分选，将生活垃圾分为四类：可回收物（金属、玻璃、电池等）、可燃物（碎纸、塑料、橡胶等）、厨余、灰土。可回收物作回收处理，灰土可制成建材或固化处理，将厨余及垃圾渗滤液进行超临界水氧化系统处理。
将垃圾堆放和分选过程中产生的垃圾渗沥液集中收集后用泵输送到超临界水氧化系统处理。
将垃圾堆放过程中产生的臭气连同由超临界水氧化装置产生的高温蒸汽作为气化剂输送入气化炉，可燃物经破碎后由加料装置送入气化炉作气化处理。气化炉产生的气化合成气经除尘、洗焦后进入发电系统。
洗焦过程产生的洗焦废水输入超临界水氧化装置处理。
将小区居民的洗涤废水、冲厕污水分别用高压柱塞泵输入超临界水氧化装置进行处理，对超临界水氧化反应后排出的高温高压汽气混合物进行换热，换热后的排水用于冲洗厕所、洗焦和发电，换热过程产生的蒸汽分别通入气化炉和发电系统。
发电系统接收气化系统的气化合成气驱动燃气轮机进而驱动发电机发电，并且接收超临界水氧化系统产生的高温蒸汽驱动蒸汽轮机进而驱动发电机发电。产生的电能又可用于气化系统和超临界水氧化系统加热及小区居民用电。
Claims (2)
1.一种城镇小区生活垃圾和生活污水综合处理装置，其特征在于，该装置由生活垃圾预处理及分选系统、超临界水氧化系统、气化系统和发电系统组成；
所述生活垃圾预处理及分选系统，用于储存生活垃圾，并将生活垃圾分选及粉碎，分选出其中的金属、玻璃、电池回收利用，将渗沥液、厨余液送入超临界水氧化系统，可燃物粉碎后经加料装置送往气化系统；
所述超临界水氧化系统，用于接收城镇污水系统输入的冲厕水和洗涤废水、生活垃圾预处理及分选系统的渗沥液和厨余液，以及气化系统输出的洗焦废水，并对这些输入的废水进行超临界水氧化处理，产生无机盐和高温蒸汽，高温蒸汽经过换热器换热后，一部分蒸汽作为气化剂输入气化系统，一部分蒸汽用于驱动蒸汽轮机，换热后的排水输出至洗焦装置、发电系统或城镇供热供水系统；
所述气化系统，用于接收生活垃圾预处理及分选系统输送的可燃物和臭气、超临界水氧化过程产生的高温蒸汽，将可燃物进行气化，产生的烟气经除尘和洗焦装置后输出净化后的合成气，气化合成气驱动燃气轮机，洗焦装置产生的洗焦废水送入超临界水氧化系统处理；
所述发电系统，接收气化系统的气化合成气驱动燃气轮机进而驱动发电机产生电能，接收超临界水氧化系统产生的高温蒸汽驱动蒸汽轮机进而驱动发电机产生电能，产生的电能输送至气化系统、超临界水氧化系统加热或小区居民供电系统。
2.一种城镇小区生活垃圾和生活污水综合处理方法，其特征在于，该方法包括：
1）将从小区收集来的生活垃圾送入分选系统，通过人工和机械分选，将生活垃圾分为四类：可回收物、可燃物、厨余液、灰土，可回收物作回收处理；
2）将垃圾堆放和分选过程中产生的垃圾渗沥液集中收集后用泵输送到超临界水氧化系统处理；
3）将小区居民的洗涤废水、冲厕污水分别用高压柱塞泵输入超临界水氧化系统进行处理，对超临界水氧化反应后排出的高温高压汽气混合物进行换热，换热后的排水用于冲洗厕所、洗焦和发电，换热过程产生的高温蒸汽分别通入气化炉和发电系统；
4）将垃圾堆放过程中产生的臭气连同由超临界水氧化系统产生的高温蒸汽作为气化剂输送入气化炉，可燃物粉碎后由加料装置送入气化炉进行气化处理，气化炉产生的气化合成气经除尘、洗焦后进入发电系统；洗焦过程中产生的洗焦废水输入超临界水氧化系统进行处理；
5）气化合成气驱动燃气轮机进而驱动发电机发电，高温蒸汽驱动蒸汽轮机进而驱动发电机发电，产生的电能用于气化系统和超临界水氧化系统加热及小区居民用电。
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