CN103801550B - 有机垃圾闷烧无害化减量处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机垃圾闷烧无害化减量处理方法，包括：筛分垃圾原料去除其中的无机物，得到筛分后的垃圾物料；将垃圾物料置于反应釜内；利用红外射线对反应釜内的垃圾物料进行加热；向反应釜内注入活性催化元素；调节反应釜内的温度控制在第二设定温度范围内，实现稳定的闷烧；反应结束后通过出料口将闷烧处理后的垃圾残渣取出。本发明实现了在较低温度环境下的有机垃圾无害化减量处理，大幅度减少了垃圾体积、节省了能量。
Description
技术领域
本发明涉及一种对有机垃圾进行无害减量、资源化处理的方法。
背景技术
二恶英是一种毒性十分大的一类有机化合物，它的毒性是砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称，万分之一甚至亿分之一克的二恶英就会给健康带来严重的危害。国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。二恶英除了具有致癌毒性以外，还具有生殖毒性和遗传毒性，直接危害子孙后代的健康和生活。并且，自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子结构影响较小，环境中的二恶英很难自然降解消除。因此二恶英污染是关系到人类存亡的重大问题，必须严格加以控制。
研究表明，大气环境中的二恶英90%来源于城市和工业垃圾焚烧。含铅汽油、煤、防腐处理过的木材以及石油产品、各种废弃物特别是医疗废弃物，在无组织焚烧时，极易产生二恶英。解决垃圾处理中产生二恶英的问题也就成为攻克二恶英污染问题的重中之重。正因为这样，人们在这方面投入了大量精力，开发研究，了解了二恶英的特性，并在垃圾处理方面取得了重大的突破。
对二恶英的属性研究表明， 二恶英是由苯环与氧、氯等组成的芳香族化合物在一定温度下产生的一类物质，在一定温度下也会分解失效。产生二恶英的温度在270～420℃范围内，在705℃以下非常稳定，在850℃以上几乎100%分解。可以看到，避开270～420℃的温度段，即可避免大量二恶英产生，并且当加热到850度以上，二恶英就几乎不存在了。正因为这样，控制无组织的垃圾焚烧，提高焚烧温度（1000-1200℃以上），降低二恶英类的排放量，就成为垃圾焚烧技术发展的主流。
对二恶英的形成过程机理的研究还表明，当垃圾高温焚烧裂解后所产生的废气中尚存的苯环与氧、氯等组成的芳香族化合物在缓慢冷却过程中，降到420℃-270℃温度段时，又会重新聚合形成二恶英类的多氯二苯并-对-二恶英 （PCDDs）和多氯二苯并呋喃 （PCDFs）的众多异构体。这样，废气的排出同样对环境带来严重的污染。因此，作为目前的垃圾高温焚烧技术流程中必须还有一个对焚烧产物（包括残渣和高温废气）的快速冷却的工序，使其快速降至420-270℃温度段以下，从而不再聚合形成二恶英类的多氯二苯并-对-二恶英 （PCDDs）和多氯二苯并呋喃 （PCDFs）的众多异构体，达到了垃圾的无害化处理（减量和资源化）的最终目标。
显然，这类垃圾焚烧主流技术的核心就是采用高温焚烧防止二恶英的产生，同时在焚烧后，其焚烧产物（包括残渣和高温废气）的快速冷却，阻止再次聚合产生二恶英类的异构体。以确保处理后垃圾的产物无害化。当然，这二个核心工序已有相应的成熟技术来实施。但这也必然带来高温焚烧所需要的可观的能耗以及实现快速冷却所必需的激冷措施（如喷水激冷等）。并且这样往往会因焚烧产物冷却不均匀或不够快，而导致排放废气中二恶英残留过高的问题。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种有机垃圾无害化减量处理方法。
一种有机垃圾闷烧无害化减量处理方法，包括：筛分垃圾原料去除其中的无机物，得到筛分后的垃圾物料；将垃圾物料置于反应釜内；利用红外射线对反应釜内的垃圾物料进行加热；向反应釜内注入活性催化元素；调节反应釜内的温度至第二设定温度范围，实现稳定的闷烧；反应结束后通过出料口将处理后的垃圾残渣取出。
可选的，所述筛分垃圾原料去除其中的无机物，包括去除金属、玻璃、陶瓷、或石块。
可选的，在将垃圾物料置于反应釜内之前还包括：通过红外射线对反应釜内部进行预热至第一设定温度范围内。
可选的，所述将垃圾物料置于反应釜内包括将垃圾物料堆放于加料仓，打开加料仓闸门，使得垃圾物料落入反应釜内。
可选的，所述向反应釜内注入活性催化元素包括活性催化元素包括活性氧或高锰酸钾。
可选的，所述调节反应釜内的温度至第二设定温度范围包括：根据检测到的反应釜内的温度调节红外射线的照射强度或活性催化元素的注入量，使得反应釜内的温度稳定在第二设定温度范围内，实现稳定的闷烧。
可选的，所述向反应釜内注入活性催化元素包括：通过高压放电电离空气产生所述活性催化元素，利用鼓风机通过进气阀门将电离后的空气吹入反应釜内。
可选的，所述调节反应釜内的温度至第二设定温度范围包括：根据检测到的反应釜内的温度调节所述鼓风机的转速、所述高压放电的放电电压、所述红外射线辐射强度或所述进气阀门的开度。
可选的，所述第二设定的温度范围为50oC-270 oC。
可选的，还包括对反应釜内产生的尾气进行水气分离，并对分离后的废水和废气进行处理。
本发明根据二恶英生成的特点，采用具有显著的温控效应和共振效应的远红外线，利用其较强的渗透力和辐射力，有效地使热被有机垃圾吸收，转化为有机垃圾的内能；同时，注入具有很强的化学反应活性的带有活性催化元素的空气，大幅度提升有机垃圾的氧化裂解反应过程动力学。使有机垃圾在温度不高的状态下（不超过可产生二恶英类产物的270℃），在活性氧、热及远红外射线辐射的综合因素作用下，发生连锁降解，最终生成单体化合物。并进一步与活性氧发生放热反应，维持反应釜温度，使垃圾彻底分解。经这样的对有机垃圾的降解、裂解反应产物的综合处理，实现了有机垃圾的无害减量和资源化。
附图说明
图1为本发明有机垃圾闷烧无害化减量处理流程图；
图2为本发明有机垃圾闷烧无害化减量处理装置结构示意图；
图3为本发明的温度控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明的有机垃圾闷烧无害化减量处理方法，对筛分后的垃圾，采用闷烧的方法进行无害化处理，闷烧指的是无火焰燃烧，无火焰燃烧是指物料芯部内燃，而火焰不向外表面传递的一种燃烧，即在垃圾处理过程中不会产生明火。
S101：筛分垃圾原料去除其中的无机物，得到筛分后的垃圾物料。
为了防止垃圾处理过程中产生二恶英类产物，本发明在对垃圾处理过程中采用较低的温度（不高于270℃），为此在对垃圾处理前需要对垃圾进行筛分，去除其中在低温下不能进行分解的垃圾，例如金属、陶瓷、玻璃、石块等。在具体筛分时可以采用磁选、风选等措施，例如通过磁选可以去除垃圾中的金属物质，通过风选可以将比重相对较大的陶瓷、玻璃、石块等去除，这些筛分技术为已有技术，在此不再详述，垃圾原料经过筛分后就得到了待处理的垃圾物料。
S102：将垃圾物料置于反应釜内。
反应釜为本发明的垃圾处理的主要部分，垃圾物料主要在反应釜内完成反应处理。本发明中的反应釜指的是可以容纳垃圾物料在其内部进行反应的密闭空间，反应釜可以是圆柱形、方柱形等，本发明对此并不做限定。
图2示出了本发明的其中一个反应釜的结构，反应釜包括反应釜本体7、设置于所述反应釜的本体7内部的远红外射线辐射板6、和沿反应釜本体7内壁均匀分布的多个温度传感器5，通过温度传感器5可以检测反应釜内的温度，除此之外，反应釜上还可以设置加料仓2、闸板阀3、和出炉渣门8，加料仓2位于反应釜本体7的上方，加料仓2通过闸板阀3与反应釜本体7相连，加料仓2可以用于临时储存待处理有机垃圾物料，通过控制闸板阀的开闭可以将加料仓中的垃圾物料投入反应釜本体7内，为了防止加料仓内垃圾气味的飘散，在加料仓2的顶部还可以设置一加料仓盖1，用于在向加料仓加入垃圾物料后关闭加料仓。出炉渣门8位于反应釜的底部，反应后的炉渣从出炉渣门取出。
S103：利用红外射线对反应釜内的垃圾物料进行加热。
在加入垃圾物料后，本发明利用红外射线对反应釜内的垃圾进行加热，使得反应釜内的温度升高至设定温度，例如可以通过远红外射线辐射板6进行红外辐射。更为优选的是，在加入垃圾物料前可以对反应釜内进行预热，预热到第一设定温度范围，第一设定温度范围应不高于270℃，例如可以预热到200℃，在预热后再将垃圾物料投入反应釜内，这样可以使得垃圾物料迅速升温、起燃，减少垃圾处理时间。
S104：向反应釜内注入活性催化元素。
本发明在远红外射线的辐射下，通过向反应釜内注入的带有活性催化元素的空气，使得垃圾物料在反应釜内发生反应，逐渐开始裂解、降聚生成单体化合物。
为了向反应釜内注入活性催化元素，可以在反应釜的外部设置一催化元素添加器4，催化元素添加器4通过管道与反应釜连接，管道开口位于反应釜本体7的上部，这样设置可以防止向反应釜内通入活性空气的管道堵塞。反应中所使用的活性催化元素包括活性氧或高锰酸钾等，活性氧包括氧离子(O2-)及过氧化氢(H2O2) 和羟基(-OH)等。
催化元素添加器4还可以包括鼓风机和位于催化元素添加器4与反应釜本体7连接管道间的进气阀门，通过调节鼓风机的转速可以或进气阀门的开度可以调节进入反应釜本体内的空气的量，例如增加转速或增加开度可以增大空气注入量，反之则减小空气注入量。当活性催化元素为高锰酸钾时可以将高锰酸钾制成粉末状，从而通过鼓风机将含有高锰酸钾粉末的空气注入反应釜内。
众所周知，陶瓷、石头等是负离子的生成源，但这种方式所产生的活性氧量很少。为了能在短时间内产生大量的活性氧，催化元素添加器4内还可以包含高压放电电极，通过鼓风机将电离后的空气吹入所述反应釜内。活性氧的产生量可以通过调节放电电压的大小来调节，例如提高放电电压则会电离出较多的活性氧，相反减小放电电压则会减小活性氧的产生量。
S105：调节反应釜内的温度至第二设定温度范围。
为了实现对反应釜内垃圾的稳定的闷烧，防止在垃圾处理过程中产生二恶英类产物，本发明还需要对反应釜内的温度进行调节，例如可以通过温度控制装置实现温度调节，通过温度控制装置使得反应釜内的温度可以维持在设定的第二温度范围，第二温度范围优选为50℃~270℃，当温度低于50℃时反应速度会大幅减慢，当温度高于270℃时则会产生不希望的二恶英类产物。反应釜内的温度取决于两个因素，一是垃圾降解反应过程中所产生的热量，例如垃圾物料与活性氧发生放热反应，另外一个是远红外射线所辐射的热量。据此可以通过控制活性空气的注入量或远红外射线所辐射的热量来控制反应釜内的温度，实现稳定的闷烧。
具体而言，请参阅图3，具体的温度调节过程如下：
S301：接收检测到的反应釜内的温度值（实际温度值a）。例如可以通过设置于反应釜内的温度传感器5实现温度的检测。
S302：识别实际温度值是否位于第二设定温度范围内，例如可以通过DSP、单片机等判断50℃≦实际温度值a≦270℃。
S303：判断实际温度是低于设定的温度范围，还是高于设定温度范围。
S304：当判定实际温度值低于第二设定温度范围时，减小红外射线的照射强度或活性催化元素的注入量。例如当实际温度低于设定温度范围时，例如低于50℃时则增加鼓风机转速、或者加大进气阀门开度、或者提高放电电压、或者增大远红外射线辐射板6的电流量，通过这种方式就可以增加反应釜内的温度。
S305：当实际温度值高于第二设定温度范围时，增加红外射线的照射强度或活性催化元素的注入量。例如当实际温度高于设定温度范围，例如高于270℃时则减小鼓风机转速、或者减小进气阀门开度、或者减小放电电压、或者减小远红外射线辐射板6的电流量，通过这种方式就可以降低反应釜内的温度。
具体调节时可以采用PID调节器、模糊调节器等，在此不再详述。
S106：反应结束后通过出料口将处理后的垃圾残渣取出。例如可以通过设置于反应釜底部的出炉渣门8将炉渣取出。
为了能对处理过程中所产生的废气、废水进行处理，本发明还包括对反应釜内产生的尾气进行水气分离，例如可以采用旋风式水气分机对水气进行分离，对分离后的废水和废气进行处理，废水和废气的处理属于现有技术，在此不再详述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种有机垃圾闷烧无害化减量处理方法，其特征在于，包括：
筛分垃圾原料去除其中的无机物，得到筛分后的垃圾物料；
通过红外射线对反应釜内部进行预热至第一设定温度范围内；
将垃圾物料置于反应釜内；
所述反应釜包括反应釜本体(7)、设置于所述反应釜的本体(7)内部的远红外射线辐射板(6)、和沿所述反应釜本体(7)内壁均匀分布的多个温度传感器(5)，所述温度传感器(5)用于检测反应釜本体(7)内的温度；所述反应釜上设置有加料仓(2)、闸板阀(3)、和出炉渣门(8)，所述加料仓(2)位于所述反应釜本体(7)的上方，所述加料仓(2)通过所述闸板阀(3)与所述反应釜本体(7)相连，所述加料仓(2)用于临时储存待处理有机垃圾物料，通过控制所述闸板阀(3)的开闭将所述加料仓(2)中的垃圾物料投入所述反应釜本体(7)内；所述反应釜的外部设置一催化元素添加器(4)，所述催化元素添加器(4)通过管道与反应釜连接，管道开口位于所述反应釜本体(7)的上部；
利用红外射线对反应釜内的垃圾物料进行加热；
向反应釜内注入活性催化元素；
调节反应釜内的温度，控制在第二设定温度范围内，实现稳定的闷烧；具体的温度调节过程如下：接收检测到的反应釜内的实际温度值；识别实际温度值是否位于第二设定温度范围内；判断实际温度是低于设定的温度范围，还是高于设定温度范围；当判定实际温度值低于第二设定温度范围时，减小红外射线的照射强度或活性催化元素的注入量；当实际温度值高于第二设定温度范围时，增加红外射线的照射强度或活性催化元素的注入量；
反应结束后通过出料口将处理后的垃圾残渣取出。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述筛分垃圾原料去除其中的无机物，包括去除金属、玻璃、陶瓷、或石块。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述将垃圾物料置于反应釜内包括将垃圾物料堆放于加料仓，打开加料仓闸门，使得垃圾物料落入反应釜内。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述活性催化元素包括活性氧或高锰酸钾。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述向反应釜内注入活性催化元素包括：通过高压放电电离空气产生所述活性催化元素，利用鼓风机通过进气阀门将电离后的空气吹入反应釜内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调节反应釜内的温度至第二设定温度范围包括：根据检测到的反应釜内的温度调节所述鼓风机的转速、所述高压放电的放电电压、所述 红外射线辐射强度或所述进气阀门的开度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二设定的温度范围为50℃-270℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对反应釜内产生的尾气进行水气分离，并对分离后的废水和废气进行处理。
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