CN103113951A - 一种生活废弃物固体燃料添加剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明是通过利用生活废弃物的分类、粉碎、干燥、定形过程的有机废弃物添加剂固体燃料制造方法。有机废弃物和腐殖酸混合物，黑铅粉和氧化铁混合物及氢氧化钙或氢氧化镁制备添加剂，使其提高固体燃料的成形性、燃烧性、安定性，有效去除恶臭。

Description

一种生活废弃物固体燃料添加剂及其应用

技术领域

本发明涉及有机废弃物处理及综合利用领域，具体涉及一种生活废弃物固体燃料添加剂及其应用

背景技术

目前，产业和生活质量的不断发展，食品垃圾、下水污泥及牲畜粪尿的有机性废弃物和包含上述有机物的纸张类、树脂类、金属类、玻璃类等废弃物越来越多。在这之前我们用海洋投弃、填埋、焚烧等方法来处理大部分的生活垃圾。卫生填埋是国内外应用广泛的垃圾处理方法，尤其我国生活垃圾90%以上是卫生填埋的方式处理。卫生填埋是清洁工人每天将收集垃圾压紧后，送往填埋场当晚填埋场用土将当天运来的垃圾覆盖上，再压紧，以免鼠、虫鸟等前来吃垃圾，传播病菌。

填埋的处理工艺主要采取场底防渗、分层压实、每天覆盖土、填埋气导排、渗漏水处理等措施。此法因土地资源的逐渐匮乏其运行费用逐年提高，并且占用大量土地，填埋场使用时间有限，可回收资源被埋掉，地下水系受到污染的威胁。垃圾中含有大量的可燃物，在堆放过程中会产生甲烷等可燃气，遇明火或自燃易引起火灾。

现在我国在生活垃圾处理上对环境保护越来越重视。

为了把上述生活废弃物转换为资源，本领域现有多种方法，具有代表性的是把带有水分、金属类及玻璃等的不燃成分通过干燥、粉碎、分类等方法来进行除去，只把燃烧成分加工成固体燃料(RDF,RefuseDerived Fuel)的制作方法。但是，生活废弃物的水分含量一般在50～60%之间，如果把水分含量干燥到10%以下，物体本身的发热量会升高，但是干燥所投入的费用高，恶臭味严重，不适合资源再利用。

并且，食品垃圾含有大量水分，很难直接进行资源化。为了解决此问题，现使用热风干燥机、利用高温蒸汽的盘式干燥机和微波干燥机以热能源来强制干燥的方法。这些干燥机在能源上会产生相当大的损耗，经济效益也不高。以强制空气接触循环方式的发酵为基础的太阳干燥工法和以微生物发酵热的堆肥化干燥工法并行利用的大有存在，但是处理时间过长，恶臭味严重，同时微生物的新陈代谢活动，有机物被消化，导致热量减少，其燃料价值会降低。

在垃圾焚烧处理过程中暴露出垃圾的成分和热值波动大，水分和灰分含量高等特点容易造成燃烧不稳定等问题。焚烧产生的二恶英类、氯化氢、二氧化硫和重金属等有害成分重新进入环境，造成二次污染，同时尾气及炉渣的二次污染问题至今尚未完全解决，从目前已投入运行的垃圾焚烧项目来看，经济效益欠佳，有的甚至处于亏损状态。受燃料性质影响，焚烧炉工作效率低下，运行费用、尾气治理成本较高，影响电能输出和经济效益发挥，制约了整项技术的推广应用。

突出表现在以下几方面：

（1）我国垃圾发热值较低，一般只有4000～6000KJ／kg，水分含量较高，达40％～60％，灰分高达20％～50％，因而燃烧温度常达不到垃圾焚烧炉标准规定的850℃，12J，需添加大量助燃物质和热能补充物质。（2）受垃圾粒度及各组分燃烧特性影响，焚烧过程停留时间不易控制，不完全燃烧情况突出，既加大排渣量，又影响尾气排放质量，热能利用率低。（3）受垃圾不稳定成分影响，炉内温度分布不均匀，焚烧质量差。（4）垃圾经简单处理，甚至不经处理，直接进焚烧炉，炉内孔隙率低，炉膛填充系数大，故与空气混合程度低，不利于燃烧。（5）原生垃圾受热后因其着火点差距大，容易出现局部塌陷，影响氧气供应，造成尾气排放质量差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用生活废弃物来制作固体燃料的添加剂以及该添加剂的应用，达到除掉恶臭味、助燃、提高粘着性的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种生活废弃物固体燃料添加剂，所述添加剂的组分配比为，成分A包括50～150目的粉碎食品垃圾、下水污泥和牲畜粪尿及有机性废弃物，成分B包括150～250目的粉碎腐殖酸，A与B的重量比为1：0.2～0.3，A与B的混合物重量为100重量份，成分C包括300～350目粉碎的黑铅粉和氧化铁，黑铅粉与氧化铁重量比为1：1～3，成分C的重量为5～15重量份；成分D为300～350目粉碎的氢氧化钙或者氢氧化镁0.1～1.0重量份。

其中，每100重量份的生活废弃物中，加入10～30重量份的所述添加剂。

其中，所述的粉碎食品垃圾、下水污泥和牲畜粪尿及有机性废弃物中，研究测试干质物中含有粗蛋白16.73％、粗脂肪28.82％、粗纤维2.52％，及其它矿物质，粗蛋白消化率为89.63％，粗脂肪消化率88.26％。

一种所述添加剂的应用，其特征在于，应用步骤如下：

包含食品垃圾、下水道污泥、牲畜粪尿的有机性废弃物，以及包括前述有机性废弃物，另包括纸张类、树脂类、金属类、玻璃的生活废弃物废物投入到处理装置的阶段；

上述投入的生活废弃物中使用磁力除去铁质金属物的阶段；

上述铁质金属物质除去后的生活废弃物粉碎阶段；

上述粉碎的生活废弃物里添加添加剂的混合阶段；

上述添加的添加剂混合成的生活废弃物的干燥阶段；

从上述干燥好的生活废弃物到非铁金属物质被除去后粉碎的阶段；以及并把上述非铁金属性物质除掉后被粉碎成型的生活废弃物冷却阶段。

其中，所述干燥阶段为了供给空气具备空气供给部，每日搅拌2～3次，为了保持常温状态还具有加热部，进行干燥处理。

本发明是关于利用包含有机性废弃物的添加剂来制作生活废弃物的固体燃料的制作方法。通过对生活废弃物的分类、粉碎、干燥、成型的过程制作固体燃料时，把有机性废弃物和腐殖酸的混合物、黑铅和氧化铁的混合物，以及加入氢氧化钙或氢氧化镁中任意一种的添加剂进行混合，提高固体燃料的成型性、燃烧性及安全性，并能有效除去恶臭，利用包含有机性废弃物的添加剂来制作生活垃圾固体燃料。

有益效果：

1、在固体燃料中加入本申请的添加剂，可以除掉臭味，并且通过加强固定碳来改善固体燃料的燃烧性。

2、本申请中的添加剂可以增加固体燃料的摩擦热，并且在固体燃料燃烧时提供充分的氧气。

3、本申请的添加剂通过自然干燥可以防止在热风干燥的低温情况下挥发所带来的损耗，并且可以节省热风烘干时带来的烘干机设备费用。

附图说明

图1为添加剂应用流程；

图2为城市生活废弃物的低位发热量的年度变化图表。

具体实施方式

本发明在把各种性状的多种生活废弃物投入到废弃物处理设备里，首先将钢铁金属物质用磁力分类出来，这样可以减少粉碎工人的人数。

把钢铁金属物质分类出来后的生活废弃物，可以粉碎成一定规格的大小。

钢铁金属物质分类除去后把生活废弃物按照一定的规格加入添加剂进行搅拌。添加剂的量是生活废弃物100重量份的10～30%比例左右。本发明的添加剂使用食品垃圾、下水污泥、牲畜粪尿似的燃烧性有机性废弃物。即，被粉碎的有机性废弃物150～250目里放入50～150目的添加剂，重量对比为1：0.2～0.3。有机性废弃物和腐蚀性混合物100为重量里300～350目粉碎的黑铅粉和氧化铁重量对比1：1～3的比率混合石灰粉和氧化铁混合物5～15重量及300～350目的已被粉碎的氢氧化钙和氢氧化镁0.1～1.0比例。上述添加剂以有机性废弃物为主原料的添加剂，水分含量较少的粉末形态来形成，所以废弃物处理设备投入的生活废弃物的含水量减少。即添加剂在混合前生活废弃物的含有量是65%～75%,添加剂混合的情况含水量降低在50%以下。

包含添加剂的有机性废弃物50～150目粉碎后与腐殖酸混合，腐殖酸150～250目粉碎后与有机性废弃物的重量对比为1：0.2～0.3的比率进行混合。有机性废弃物中食品垃圾在干燥之前水份是79.36%，可燃成分是17.65%，灰分2.99%。干燥后水份是10.73%，挥发分68.72%，固定碳9.35%，灰分9.26%，高级发热量是4，560Kcal/kg水准来形成。食品垃圾含大量水份，干燥后燃烧性挥发分增加可以改变成燃烧性好的材质。但是固定碳较少燃烧的持续性会有所下降，因此为了燃烧很难维持适度的温度。本发明可以加强固定碳除掉臭味。腐殖酸是腐蚀成分中的一种，是酸性无定型状态的黄褐色或黑褐色物体。其组成是二氧化镁50～60%，氢气3～5%，氮1.5～1.6%，硫磺1%内外，灰分1%内外，氧气30～50%。它于阳离子置换容量为400～870meq/100g非常高，是与+1阳离子结合的水溶性物质。但是，Ca²⁺，Mg²⁺，Fe³⁺，Al³⁺等多价离子相结合的盐有不溶于水的特性。

上述腐蚀性食品垃圾等参入到有机性废弃物时可以加强不足的固定碳，同时除去臭味。腐殖酸给有益微生物提供磷酸及碳，使其可以增进微生物的活性，在最短时间内可以增加微生物的密度。腐殖酸如果可以增加微生物的活性，其微生物增产大量生物酶，分解恶臭物质，从而达到去除恶臭的效果。

腐殖酸同时具有亲水基和亲油基，可以处理生活废弃物中水分和油分的附着处理。因而利用腐殖酸可以除去油的特点，可以提高对生活废弃物处理的效率。

如果把生活废弃物烘干，出现废弃物间凝聚或坚硬的现象。即内部的生活废弃物和外部的空气接触被隔绝，内部的生活废弃物腐烂，表面干枯都粘在一起导致无法处理的现象。腐殖酸的阳离子置换能力很强，解离盐和阳离子，解除废弃的粒子之间相互作用的引力，使其粒子间的排序处于不衔接状态。这样，废弃物粒子就像海面一样处于松散蓬松的状态，空气接触面积变大，缩短干燥时间，满足好气性微生物的繁殖条件，从而抑制恶臭的发生。

微生物生存时产生的副产物和死灭时点露出的代谢系的中间产物，起PH值为酸性，是有机化合反应性很强的物质。可以除去菌的蔓延，提供酵母菌增殖的环境。

在制作添加剂过程当中添加剂的主成分—腐殖酸和有机废弃物的重量比例是1:0.2～0.3。有机废弃物1中加入0.2以下与其混合时，除臭、去盐分效果以及缩短干燥时间的效果变得微小；超过0.3时，除臭、去盐分及缩短干燥时间效果虽好，但经济性不足。

本发明中使用的添加剂由有机废弃物和腐殖酸混合合成，100单位重量黑铅粉和氧化铁重量比是1:1～3混合的混合物5～15重量。使用被粉碎成300-350目的黑铅粉和氧化铁粒子扩大比表面积，从而提高添加剂的效率。黑铅粉的主要成分碳素与腐殖酸一样，促进固定干燥后的生活废弃物的燃烧。氧化铁在混合搅拌时增加产生摩擦热，提高燃烧效率。本发明中上述两种物质首混合，然后与有机废弃物和腐殖酸混合。上述四种物质同时混合虽也无妨，但为了增加混合效率，提高混合后添加剂的除臭、去水分和盐分效果，有机废弃物和腐殖酸1次混合后再与黑铅粉和氧化铁的混合物2次混合为最佳混合方式。

黑铅粉和氧化铁混合物与有机性废弃物和腐殖酸混合物在未满五重量部混合时，发热量会降低，添加效果不明显，这种方法经济性差。超过十五重量部进行混合时，因为摩擦所引起的发热量会有所上升，燃烧时需要提供充分的氧气，所这种方法经济性也很差。具备合理性的是把上述黑铅粉和氧化铁的混合物与有机性废弃物和腐殖酸混合物混在一起时对于一百重量部保持8～12重量部可以维持发热量最具经济性。

本发明的添加剂是有机性废弃物和腐殖酸混合物一百重量部中加入氢氧化钙或氢氧化镁0.1～1.0重量部的混合物。上述氢氧化钙或氢氧化镁可以促进燃烧。在有机性废弃物和腐殖酸混合物里添加黑铅粉和氧化铁进行混合，使用粉碎成300～350目的颗粒，提高粒子的比表面积，可以提高并促进燃烧性。选择氢氧化钙或氢氧化镁，加入量未满0.1时，燃烧效率提高甚微；超过1.0时，燃烧效率有所提高，但经济性变低。最佳方式是把氢氧化钙或氢氧化镁和有机废弃物与腐殖酸混合物100重量部中保持0.4～0.8重量部，使之提高燃烧和经济性。

有机性废弃物和腐殖酸混合物，黑铅粉和氧化铁混合物，氢氧化钙或氢氧化镁中选则其中一个混合的添加剂以有机性废弃物为主要原料，价格便宜。通过氧化铁及氢氧化镁或氢氧化钙的促进燃烧的性能，解决了各种生活废弃物燃烧点不同的问题，从而提高着火点安定性。而且，本发明使用的添加剂包括有机废弃物里的淀粉有较强的附着能力，可以提高固体燃料制作的成形效率。腐殖酸的催化剂作用提高除臭能力。

添加添加剂后下一步干燥生活废弃物。热烘干时在低温状态下可以消灭生活废弃物的挥发分，减少热量；干燥所需设备费用过高。但是本发明则利用自然干燥方式干燥生活废弃物。

投入的生活废弃物的添加剂混合前含水量在50～60%,，加入添加剂进行混合以后，含水量将降低至50%以下。本发明的添加剂是在废弃物处理装置中投入的生活废弃物100重量部里占10～30重量比。因为添加剂是粉末状态，仅仅是通过与生活废弃物的混合也能达到降低生活废弃物含水量的效果。加入的添加剂量未满10重量部时，生活废弃物制作的固体燃料的发热量会降低，降低燃料的价值。超过30重量部时，则经济性差。最佳方式是在100重量部的生活废弃物中添加15～25重量部左右，这样既可以保持稳定的发热量，既保持了合理的经济性。

本发明为了对生活废弃物进行干燥，把加入添加剂的生活废弃物置入干燥系统。本干燥系统需具备空气供给装置、搅拌机、还有为保持常温状态的加热装置。搅拌机一天可以搅拌2～3回的生活废弃物，搅拌1回需要1～3个小时。夏天不需加热，但是在温度低的冬季，为了保持25度的常温，要时常运转。通过上述办法进行干燥7～8天后，生活废弃物的含水量就可以保持在20%以下。

对通过干燥装置的生活废弃物进行分类，除去非金属性物质等不燃物质。对剩下的生活废弃物进行粉碎、成型及冷却。干燥处理结束的生活废弃物进行粉碎后可以得到固体燃料，成型时添加剂的摩擦可以引起65度以上的高温反应，因此需安装制冷装置，对产出的固体燃料进行冷却保管。

图表2是以《食品垃圾的政策变化给城市生活废弃物的结构变化带来的影响》为主题，韩国世明大学生物环境工学尹石彪

教授所发表的论文（2008年1月登记，2008年3月5日采用）中反映的关于生活废弃物的刺激发热量变化的图。食品垃圾的填埋在2004年被禁止前生活废弃物低位发热量为1801.1Kcal/kg，2005年禁止填埋时为2434.21Kcal/kg，食品垃圾填埋政策决定之后的2007年为3565.6Kcal/kg。即上述图表2中可以看到2004年食品垃圾低位发热量为1801.1Kcal/kg，2007年为3565.6Kcal/kg，可以以此为例进行比较。

本发明根据实验来看，包括食品垃圾有机性废弃物100kg和腐殖酸20kg的混合物100重量部中黑铅粉2.5kg和氧化铁7.5kg混合的黑铅粉和氧化铁的混合物8.3重量部，有机性废弃物和腐殖酸混合物混合以后形成氢氧化钙0.5kg。投入到废弃物装置，除去钢铁金属物和粉碎的生活废弃物100kg把添加剂20kg进行混淆后，干燥，非铁性金属分类出来后通过粉碎及成型冷却过程得到的固体燃料燃烧结果是4431.32Kcal/kg的低位发热量结果。实验投入的生活废弃物食品垃圾和上述结果及图2的2004年图表进行低位发热量比较时，根据本发明制作的固体燃料的发热量高出2.46倍。

本发明的实验例2和上述的实验1按照同样的条件进行实验，并都不使用食品垃圾。其结果是低位发热量为5195.03Kcal/kg。上述结果和图2的2007年度图表中的低位发热量比较，会发现按照本发明制作的生活废弃物固体燃料的发热量增加1.46倍。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种生活废弃物固体燃料添加剂，其特征在于：所述添加剂的组分配比为，成分A包括50～150目的粉碎食品垃圾、下水污泥和牲畜粪尿及有机性废弃物，成分B包括150～250目的粉碎腐殖酸，A与B的重量比为1：0.2～0.3，A与B的混合物重量为100重量份，成分C包括300～350目粉碎的黑铅粉和氧化铁，黑铅粉与氧化铁重量比为1：1～3，成分C的重量为5～15重量份；成分D为300～350目粉碎的氢氧化钙或者氢氧化镁0.1～1.0重量份。

2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：每100重量份的生活废弃物中，加入10～30重量份的所述添加剂。

3.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：所述的粉碎食品垃圾、下水污泥和牲畜粪尿及有机性废弃物中，研究测试干质物中含有粗蛋白16.73％、粗脂肪28.82％、粗纤维2.52％，及其它矿物质，粗蛋白消化率为89.63％，粗脂肪消化率88.26％。

4.一种权利要求1所述的添加剂的应用，其特征在于，应用步骤如下：

包含食品垃圾、下水道污泥、牲畜粪尿的有机性废弃物，以及包括前述有机性废弃物，另包括纸张类、树脂类、金属类、玻璃的生活废弃物废物投入到处理装置的阶段；

上述投入的生活废弃物中使用磁力除去铁质金属物的阶段；

上述铁质金属物质除去后的生活废弃物粉碎阶段；

上述粉碎的生活废弃物里添加添加剂的混合阶段；

上述添加的添加剂混合成的生活废弃物的干燥阶段；

从上述干燥好的生活废弃物到非铁金属物质被除去后粉碎的阶段；

以及并把上述非铁金属性物质除掉后被粉碎成型的生活废弃物冷却阶段。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述干燥阶段为了供给空气具备空气供给部，每日搅拌2～3次，为了保持常温状态还具有加热部，进行干燥处理。

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