CN102924189B - 垃圾填埋场回收炭基碳酸氢铵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾填埋场回收炭基碳酸氢铵的方法，本方法利用价廉易得的生物质原料，将垃圾填埋场运行过程中产生的氨气、水蒸气和二氧化碳合成炭基碳酸氢铵作为氮肥实现废弃物的髙值化利用。具体步骤包括：调节垃圾渗滤液pH后吹脱，收集氨气；收集垃圾填埋场沼气燃烧产生的CO₂和水蒸气；将烘干后的生物质废弃物送入封闭炭化炉，进行缺氧干馏，得到多孔性生物质炭；在碳酸氢铵反应釜中以多孔性生物质炭作为晶核和载体，通入水蒸气、氨气和二氧化碳，反应后制得炭基碳酸氢铵。本方法综合利用垃圾填埋场的沼气燃烧尾气、垃圾渗滤液中氮素、生物质原料等，生产得到缓释氮肥。在填埋场内部实现资源的内循环利用，同时达到固碳减排的目的。

Description

垃圾填埋场回收炭基碳酸氢铵的方法

技术领域

本发明涉及一种垃圾填埋场回收炭基碳酸氢铵的方法。

背景技术

 根据我国的国情和经济发展状况，卫生填埋法因其操作简单、处理量大、运行费用低等优点，仍将是我国城市生活垃圾处理处置的主要方式。然而，垃圾填埋过程产生的大量含高浓度氨氮的垃圾渗滤液处理和填埋场温室气体减排是目前我国城市生活垃圾卫生填埋所面临的两大突出难题。

垃圾渗滤液的氨氮含量普遍较高，浓度一般在800~3000 mg/L，是污染源，但也是一种潜在的氮素资源库。以某一垃圾填埋场为例，垃圾渗滤液产生量1500 t/d，则垃圾填埋处理过程中每年氨氮以垃圾渗滤液形式的流失量高达432~1620吨。2008年我国出台了新的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008），对垃圾渗滤液脱氮处理提出更高的要求，要求处理出水NH₄ ⁺-N和TN浓度分别小于25 mg/L和40 mg/L。目前，我国垃圾渗滤液脱氮技术主要有生物脱氮法和物化法两种。生物脱氮法具有操作方便、经济适用性等特点，但根据传统生物硝化-反硝化脱氮的工艺，当污水中BOD₅/TKN大于4~6时，才足以实现完全脱氮。而垃圾渗滤液中的BOD₅/TKN一般在1~5之间，不能满足脱氮要求。物化法主要有氨吹脱法、折点加氯法、磷酸铵镁沉淀法等，其中折点加氯法和磷酸铵镁沉淀法由于处理成本较高限制了其在垃圾渗滤液处理上的应用。氨吹脱法是在碱性条件下，通过大量空气与废水接触而使其中的氨氮转换成游离氨被吹出，从而去除废水中的氨氮，去除率可达90%以上。该方法虽然具有工艺简单、操作灵活、占地面积小、运行成本适中和处理效率高等特点，但由于吹脱后氨气的经济高效回收技术问题一直未能突破，一般吹脱出的氨气直接进入大气，不仅造成空气污染而且也是氨氮资源的浪费。因此，垃圾渗滤液氨吹脱工艺的氮素回收与资源化利用技术问题亟待解决。

沼气是垃圾卫生填埋场的垃圾降解主要产物之一，成分是以甲烷和二氧化碳为主。两者都是温室气体，而CH₄ 的温室效应当量又是CO₂ 的20多倍。目前我国垃圾填埋场对沼气的处理与利用方式主要有燃烧排放，燃烧产生蒸汽、用于生活或工业供热，或经深度净化处理后用作管道煤气等。沼气燃烧后成分主要是CO₂和水蒸气等。沼气燃烧产生的CO₂的减排是垃圾填埋场温室气体排放控制的技术难题。

因此，寻找一种利用将垃圾填埋场运行过程中产生的氨氮和CO₂进行高效回收，并实现高值化利用和污染物的减排方法，正是本发明的关键所在。

发明内容

本发明的目的是针对垃圾填埋场垃圾渗滤液和沼气处理处置的特点，并利用价廉易得的生物质原料，提供一种适合垃圾填埋场废弃物回收炭基碳酸氢铵的方法，以实现废弃物资源的髙值化利用和污染物的减排。

本发明的垃圾填埋场回收炭基碳酸氢铵的方法，按如下步骤进行：

（1）将垃圾渗滤液的pH值调至10~11，送入吹脱塔中进行曝气，使游离氨从垃圾渗滤液中逸出，产生的氨气储存在氨气收集罐中，备用。

（2）收集垃圾填埋场的沼气，直接燃烧或焚烧发电，燃烧释放的热量用于烘干城市园林绿化修剪产生的生物质废弃物，产生的CO₂和水蒸气储存于收集罐中，备用。

（3）将烘干后的生物质废弃物粉碎后送入封闭炭化炉，利用焚烧垃圾填埋场沼气产生的热量对炭化炉加热，在400~600℃的条件下对炭化炉内的生物质废弃物进行缺氧干馏，得到多孔性生物质炭，产生的干馏气体导入沼气集气罐，用于烘干生物质废弃物或生物质废弃物的炭化。

（4）将得到的多孔性生物质炭放入碳酸氢铵反应釜中，向反应釜通入步骤1）收集的氨气和步骤2）收集的水蒸气以及二氧化碳，压力调至1~1.5 MPa，反应1~2 h出料，得到附有碳酸氢铵的生物质炭，碳酸氢铵反应釜中的残留气体用盐酸吸收。

炭基碳酸氢铵回收的基本原理为：氨气、水蒸气和二氧化碳以低温热解炭化形成的多孔性生物质炭作为晶核和载体进行接触反应，最终在生物质炭表面和空隙形成大量的碳酸氢铵，制成炭基碳酸氢铵。

本发明的有益效果在于：

1、将高浓度垃圾渗滤液吹脱后氨气收集用于合成碳酸氢铵，解决了氨吹脱法氨气的去路问题，将废弃的氨气资源化利用，防止了氨气直接进入大气并通过沉降作用造成对地表水体的二次污染。

2、利用沼气燃烧后的CO₂制备碳酸氢铵，不仅实现资源化利用，同时也大幅度削减了温室气体排放量。沼气主要成分为甲烷、水蒸气、二氧化碳等，一般燃烧利用后尾气直接排放，大量的CO₂等直接进入大气，而将尾气收集用于制备碳酸氢铵，不仅实现温室气体的减排，同时也实现尾气的资源化利用。

3、以氨气、CO₂和水蒸气为原料并利用多孔性生物质炭作为载体制备的产品为炭基碳酸氢铵。一方面，施用于土壤后表面碳酸氢铵可以快速溶于土壤溶液，而生物质炭孔隙内的碳酸氢铵则经过一段时间释放出来，达到缓释效果。此外，HCO₃ ^-和CO₃ ^2-通过施肥过程进入土壤，不易被微生物利用，从而实现固碳目的。另一方面，生物质炭本身可以改善土壤持水能力和养分持留能力，提高土壤肥力，增加作物产量。本发明将碳酸氢铵附着在多孔性生物质炭上制成炭基碳酸氢铵，不仅可以实现废弃生物质的资源利用，解决垃圾渗滤液氨氮回收与温室气体CO₂减排技术难题，而且可以在确保农作物稳产高产的情况下，显著减少高能耗化学合成的化肥的施用量，降低土壤中氮素养分流失，达到真正的综合节能减排效果。

4、利用园林绿化产生的生物质废弃物制备多孔性生物质炭，进而制备炭基碳酸氢铵，实现了废弃物的髙值化利用。

、综合利用垃圾填埋场的沼气燃烧尾气、垃圾渗滤液中氮素、生物质原料等，生产得到缓释氮肥。在填埋场内部实现资源的内循环利用，同时达到固碳减排的目的。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

参照图1，垃圾填埋场回收炭基碳酸氢铵的方法，其步骤如下：

（1）以调蓄池垃圾渗滤液为进水，通过管道进入吹脱塔，调整垃圾渗滤液pH值至10~11，吹脱塔底部安设微孔曝气管，压缩空气经曝气管被分散成微小气泡，让吹脱塔内的垃圾渗滤液与空气充分接触，垃圾渗滤液中呈饱和状态的氨氮穿过气液界面向气相扩散，从而达到脱除氨氮的目的，产生的氨气在氨气收集罐中储存；

（2）将垃圾填埋场逸出的沼气收集进入集气罐，集气罐中的沼气通过管道导入焚烧炉，燃烧释放的热量用于烘干城市园林绿化修剪产生的生物质废弃物，产生的CO₂和水蒸气储存于收集罐中，备用；

（3）将烘干后的生物质废弃物经过粉碎后送入封闭炭化炉，同样利用沼气导入焚烧炉产生的热能对炭炉加热，利用温度传感器控制温度在400~600℃之间。对炭化炉内的生物质废弃物进行缺氧干馏，得到多孔性生物质炭，产生的干馏气体导入沼气集气罐：

（4）碳酸氢铵反应釜设有减压排气阀，投料方式为间歇式投料，将变速器调至60~80 r/min，启动搅拌器，确定正转后从反应釜上部的进料口投入多孔生物质炭，首先通入水蒸气，10 min后再通入氨气，20 min后通入二氧化碳，气体均通过软管进入反应釜，1 h后停止进气，5 min后停止搅拌， 开出气阀门，釜内气体经过盐酸溶液吸收后排出，再次启动搅拌器调成反转，打开反应釜下部的出料口出料，收集附有碳酸氢铵的生物质炭。反应结束后，碳酸氢铵反应釜中通入空气，将残留气体通过盐酸吸收残留氨气。

Claims (1)

1.垃圾填埋场回收炭基碳酸氢铵的方法，其特征是按如下步骤进行：

（1）将垃圾渗滤液的pH值调至10~11，送入吹脱塔中进行曝气，使游离氨从垃圾渗滤液中逸出，产生的氨气储存在氨气收集罐中，备用；

（2）收集垃圾填埋场的沼气，直接燃烧或焚烧发电，燃烧释放的热量用于烘干城市园林绿化修剪产生的生物质废弃物，产生的CO₂和水蒸气储存于收集罐中，备用；

（3）将烘干后的生物质废弃物粉碎后送入封闭炭化炉，利用焚烧垃圾填埋场沼气产生的热量对炭化炉加热，在400~600℃的条件下对炭化炉内的生物质废弃物进行缺氧干馏，得到多孔性生物质炭，产生的干馏气体导入沼气集气罐，用于烘干生物质废弃物或生物质废弃物的炭化；

（4）将得到的多孔性生物质炭放入碳酸氢铵反应釜中，向反应釜通入步骤1）收集的氨气和步骤2）收集的水蒸气以及二氧化碳，压力调至1~1.5 MPa，反应1~2 h出料，得到附有碳酸氢铵的生物质炭，碳酸氢铵反应釜中的残留气体用盐酸吸收。