背景技术 我国人口众多,每年产生的城市生活垃圾已超过一亿吨,全国已堆放80亿吨以上生活垃圾有待处理,三分之二的大城市处于垃圾包围之中,如何处理这些垃圾,已是迫在眉睫的任务;由于垃圾的综合分选和资源化当前还处于起步研究阶段,因此,长期以来垃圾的处理处置主要靠填埋,填埋不仅污染地下水源、而且现在几乎是无地可填;再就是垃圾焚烧和发电,它优点是占地小、处理能力大、还可以利用一部分能量,其缺点是容易产生二次污染,特别是会产生二恶英剧毒组分,当前,即使是引进高技术、高自动控制设备进行焚烧,也仅是达标排放而已,并不是不产生二恶英;而且,国产化的焚烧,还多数没有达到达标排放。
二恶英,是指含有两个氧键连接两个苯环的有机氯化物,包括多氯代二苯并二恶英、多氯代二苯呋喃和多氯代联苯等,其最大危险是具有不可逆的致畸、致癌、致突变毒性,其毒性相当于氰化钾的一千倍,被称之为“地球上毒性最强的毒物”,二恶英危害的另一个特点是它的长期性和隐匿性,有一个漫长的潜伏期,它影响的可能是人类的子孙后代;二恶英的污染,已经引起了国际社会的高度重视,成为近年最重要的国际化环境问题之一,建立和实施有效的控制手段和对策,成了当前国际社会最为紧迫的课题。
二恶英产生的条件,一个是燃烧含有氯元素的有机物,另一个是燃烧温度300~500℃最容易生成二恶英,因此,垃圾焚烧开始阶段、烟气冷却阶段、不完全燃烧时,均容易产生二恶英成分;当前,比较先进的控制技术,就是保持炉内温度在1000℃以上、烟气停留时间大于2秒、保持烟气中含氧量比大于6%以上、抑制氯化氢和氯化铜的产生、在烟气净化阶段采用急冷办法避开二恶英再合成的温度等,通过严格的控制技术,使二恶英的排放浓度≤1.0ngTEQ/Mm3;上述的处理办法,并没有完全排除二恶英的生成,仅仅是“治标”的办法;因此,如何从二恶英的生成条件上,从根本上入手,使二恶英没有条件产生,在“治本”上寻找解决的途径,找出切实可行的解决方案,即是当前垃圾焚烧发电技术普遍应用的当务之急;二恶英是人为产生的,当然应该人为的加以解决。
发明内容 本发明的目的在于无氯焚烧,从根本上解决二恶英的产生问题,即是设计一套垃圾焚烧前处理装置,将生活垃圾中含有氯元素的组份分选出来,不含氯元素的可燃组分进行焚烧发电,使整个焚烧过程不产生二恶英,从而徹底解决焚烧技术的后顾之忧。
为达到上述目的,本发明提供了如下的技术方案:
从二恶英的分子结构中知道,二恶英是由碳、氢、氧、氯元素组成的,这四个元素,缺一不可,只要缺少其中的一个元素,就不是二恶英,就不可能生成二恶英分子;因此,设法在垃圾焚烧之前,将氯元素去掉,使焚烧的生活垃圾中没有氯元素,那么不管燃烧温度高低,整个焚烧过程和烟气净化过程,都不会产生二恶英,而且还可使燃烧控制技术大为简化。
城市生活垃圾中含有氯元素的组分有:
1、塑料类物质,如聚氯乙烯塑料和化纤织物等;
2、食盐,即氯化钠,如厨余组分等;
3、橡胶类物质,如氯丁橡胶等;
4、含有氯漂白剂成分的纸张。
本发明分别对上述含氯组分进行独特的分选,使上述组分从生活垃圾中分选出来,具体技术方案是:
1、塑料类物质的分选,由于塑料与木材的比重基本相同,现有技术很难用机械化的风选或水洗中分离出来,本发明用独特的静电分选方法,利用塑料及化纤织物类物质容易携带静电荷、而木材类物质几乎不携带电荷的特性,将塑料携带正电荷,塑料会自动吸附到负电板中去而分选出来。
2、厨余垃圾中含有氯化钠(食盐)成分,可利用氯化钠易溶于水的特性,将它溶解在水中,然后进行水处理分选出来。
3、橡胶类物质的分选,由于橡胶的比重为1.20(自来水的比重为1.0),若用现有的水选法,橡胶会沉到底层中去与砖、石混在一起,还需要用人工才能分选出来;本发明用独特的“液选法”,即是用硫酸锌(30%,重量比,以下同)水溶液,其常温时的比重为1.383,用它作为二级液选介质,即可将浮在溶液表层的橡胶类物质分选出来。
4、含有氯漂白剂成分的纸张,如生活用纸,由于它在水中容易被水搅碎而融入水中,可通过水处理工艺将它分离出来。
此外,在二级液选之前,还可以用硫酸锌(10%)水溶液,其常温时的比重为1.107,用它作为一级液选介质,分选设备也与水选设备相同,即可将厨余易腐有机物(瓜、果皮、剩菜等)分选出来。
本发明的不产生二恶英的生活垃圾焚烧前处理装置,包括压缩弹性剪切、过筛、磁选、静电分选、水选、一级液选和二级液选。其具体处理过程为:
1、将城市生活垃圾先用压缩机进行压缩,然后进行弹性剪切,所谓弹性剪切,是将剪切刀做成具有弹簧的性质,当它碰上钢板一类的硬金属时,可以不去剪切它,而将可以剪切的垃圾,全部剪切成8~16厘米的正方块形状,在外形上,使垃圾的“无序”状态变成“有序”状态。
2、然后将垃圾打散、过筛,将未经剪切的硬金属(统称为:大块金属)去回收利用。
3、将8~16厘米正方块垃圾进行磁选,可分选出铁一类的金属去回收利用。
4、然后进行垃圾的静电分选,包括滚筒(1)、负极内筒(2)、括料板(3)、塑料出料皮带机(4)、正极搅拌器(5)、直流电源(6)和绝缘胶垫(15);滚筒(1)用钢板制成,滚筒(1)直径在2~6米内选择,滚筒(1)长度在3~8米内选择;负极内筒(2)也用钢板制成,用绝缘胶垫(15)固定在滚筒(1)的内壁上;括料板(3)用扁钢制成,长度与滚筒(1)相等,括料板(3)厚度为10~40毫米,宽度为100~200毫米;塑料出料皮带机(4)采用宽度为300~800毫米的皮带输送机,长度应能够将括料板(3)括出来的全部塑料类组分输送出来;正极搅拌器(5)用直径300~500毫米的钢管焊上许多搅拌叶片(18)制成,搅拌叶片(18)长度L1=150~500毫米,宽度L2=100~200毫米、厚度L3=10~50毫米,搅拌叶片(18)的间距为200~400毫米,两相邻的搅拌叶片(18)安装角度为120度角;直流电源(6)的电压为220~2200伏,电压高低可以调节,以适应不同处理量的需要,正极连接在正极搅拌器(5)上,负极连接在负极内筒(2)上;静电分选的结构和工作原理是:将边长为8~16厘米的正方块垃圾进入负极内筒(2)内,滚筒(1)的安装倾角r为3~6度角,滚筒(1)的旋转方向与正极搅拌器(5)的旋转方向相反,两者转速2~6转/分可调,正极搅拌器(5)安装在负极内筒(2)的内壁下部,垃圾在负极内筒(2)内壁被正极搅拌器(5)进行不断的搅拌,使垃圾中的塑料和化纤织物带上正电荷而被吸附在负极内筒(2)的内壁上,并随着滚筒(1)的旋转,负极内筒(2)也旋转,塑料和化纤织物被安装在负极内筒(2)内壁顶上的括料板(3)括下来,括料板(3)不旋转,塑料和化纤织物正好掉入安装在括料板(3)下部的塑料出料皮带机(4)上被输送出来,刮料板(3)应有接地的地线,以防刮料板(3)本身也带电荷,A方向是塑料、塑膜及化纤织物组分的出口,出来后送去制粒回收利用,垃圾的其他组分流入导料管(7)中。
5、垃圾进行水选,使用的水为自来水,包括导料管(7)、旋转打捞机(8)、水选池(9)、出料皮带机(10)、水处理设备(11)、循环泵(12)和底层出料机(13);导料管(7)可做成正方形管上部装有漏斗;旋转打捞机(8)是在旋转轴上焊上4~6个打捞叶片构成,打捞叶片的外形尺寸为:L4=50~120厘米、L5=100~200厘米,L6=10~20厘米,L7=20~40厘米,打捞叶片钻有许多直径10毫米的小孔,可使水从孔中流出来;水选池(9)的上部做成正方形,边长L8=3~8米,水选池(9)的下部做成锤体状,底部安装有底层出料机(13),水选池上部有溢流出水口,使水流入水处理设备(11)中,水处理设备(11)由通用的水处理设备:加药-絮凝-液固分离组成,经水处理过的水由循环泵(12)打入水选池(9)循环使用,若水量不够可用自来水补充;出料皮带机(10)采用宽度为300~800毫米的皮带输送机;底层出料机(13)采用直径为400~800毫米的螺旋推料机;垃圾水选的工作原理是:用自来水作为分选介质,垃圾投放水中,使比重小于水的轻组分,主要是木材和其他可燃物组分浮在水面上,用旋转打捞机(8)打捞上来,然后掉入出料皮带机(10)中而分选出来,B方向是木材和其他可燃物组分,已不含氯元素,可送去焚烧发电,实现无氯燃烧,而沉入水底的(比重比水大的)组分即由底层出料机(13)送去下一级处理。
6、然后垃圾进入一级液选,一级液选与上述“5、垃圾进行水选”的设备和分选原理均完全相同,也即是与下述设备完全相同:旋转打捞机(8)、水选池(9)、出料皮带机(10)、水处理设备(11)、循环泵(12)和底层出料机(13);不同的是:水选池(9)的名称改为:一级液选池(16);第二个不同的是:在自来水中加入硫酸锌,加入硫酸锌的数量为自来水量的10%(重量百分比,以下同),其常温时的溶液的比重为1.107,即可使厨余易腐有机物(瓜、果皮、剩菜等)浮在液面上而分离出来,C方向是厨余易腐有机物组分,它送去生产生物肥料。
7、然后垃圾进入二级液选,二级液选与前述“5、垃圾进行水选”的设备和分选原理均完全相同,也即是与下述设备完全相同:旋转打捞机(8)、水选池(9)、出料皮带机(10)、水处理设备(11)、循环泵(12)和底层出料机(13);不同的是:水选池(9)的名称改为:二级液选池(17);第二个不同的是:在自来水中加入硫酸锌,加入硫酸锌的数量为自来水量的30%,其常温时的溶液的比重为1.383,由于橡胶的比重为1.20,就可以使橡胶组分浮在液面上而分离出来,D方向是橡胶组分,使橡胶也可以回收利用;最后,比重最大的组分:砖、石、玻璃、陶瓷(比重1.80~3.20左右)均沉入池底,由底层出料机送出,E方向是砖、石、玻璃、陶瓷组分,可以制砖作建材使用。
在实施本发明的过程中,向自来水中加入的硫酸锌为“一水硫酸锌”,分子式:ZnSO4·HzO,分子量179.45,为白色流动性粉末,易潮解,易溶于水,质量指标HG/T2326-92,为工业级合格品,主含量(以Zn计)≥34.61%,水不溶物含量≤0.10%,外观为白色或微黄色结晶或粉末。
在实施本发明过程中,在静电分选时,必须掌握静电压高低对分选效果的影响,当电压过低时,影响塑料组分的分出率,当电压过高时,又会浪费电源,因此,要调节好最适宜的电压参数;在进行一级液选和二级液选时,应调节硫酸锌的最适宜浓度,使分选效果达到较佳状态。
本发明的独特之处在于:1、发明了静电分选生活垃圾技术,使难以分选的塑料组份与木材组份能用机械化的方法进行分选,进而解决无氯焚烧的难题;2、发明了硫酸锌液体作为液选介质,使橡胶类组份与砖石类组份,两者能用机械化的液选方法进行比较理想的分选。
与现有技术相比,本发明具有以下明显的优点:1、现在的工业化生活垃圾焚烧,在焚烧前、中、后(烟气)期,都需要严格控制二恶英的生成,成套装置设备费高达几亿元以上;本发明实现无氯焚烧,本发明用普通的焚烧手段代替现行的昂贵的二恶英控制焚烧,使焚烧设备及控制大为简化,可节省焚烧设备投资和操作费用三分之一以上;2、本发明既避免了二恶英的产生,消除了人们对焚烧的恐惧心理,又可使塑料类和橡胶类较有经济价值的组份回收利用,还可使不可燃组份分离出来,实现高热值燃烧,收到一举三得的效益,可实现显著的生活垃圾无害化、减量化、资源化的三化要求,使垃圾焚烧发电技术升级换代,使垃圾焚烧发电的原有优点能够得到充分的发挥,使它成为当前比较理想的垃圾处理方式;3、本发明生活垃圾焚烧的前处理装置,可做到没有三废污染的清洁型生产,并可实现全机械化、自动化、大型化的生产作业,本发明在经济效益、环保效益和社会效益上有广阔的发展空间和发展前景。