CN108980850B - 一种城市环保垃圾处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于垃圾处理领域，公开了一种城市环保垃圾处理方法，所述的方法具体为：将垃圾置于带加热线圈的管道中进行燃烧处理；所述的加热线圈采用电磁加热线圈制成；所述的加热线圈由一氢气发电系统供电；所述的氢气发电系统包括依次连接的氢气发生器、氢气流量过滤器、氢缓存罐、燃料电池、蓄电池、变压器；所述的变压器与加热线圈电连接。本发明的城市环保垃圾处理方法具有环保、高效的优势。

Description

一种城市环保垃圾处理方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体涉及一种城市环保垃圾处理方法。
背景技术
前瞻产业研究院发布的《2017-2022年中国生活垃圾处理行业发展前景与投资预测分析报告》数据显示，2011年我国城市生活垃圾清运量达1.64亿吨，同比增加3.74％，无害化处理量1.3亿吨，有约3330万吨城市生活垃圾无法得到有益处理。到2016年我国城市生活垃圾清运量增加到2.17亿吨。目前，我国城市生活垃圾累积堆存量超过65亿吨，侵占约35亿平方米土地，全国660多个城市中，已有2/3的大中城市被垃圾包围，有1/4的城市被迫将解决垃圾危机的途径延伸到乡村，导致垃圾二次污染，城乡结合区域的生态环境迅速恶化。目前我国对垃圾处理主要有卫生填埋、垃圾焚烧、垃圾堆肥三种方法。(1)卫生填埋卫生填埋法指采取防渗、铺平、压实、覆盖等措施对城市生活垃圾进行处理和对气体、渗滤液、蝇虫等进行治理的垃圾处理方法。卫生填埋由于具有技术成熟、处理能力大、管理相对简单等优点，是目前我国城市垃圾集中处置的主要方式。然而，无论是早期的普通填埋或是近期的卫生填埋，对环境的影响和危害依然存在：①占用大量土地。一个一百万人的城市，设计储存5年垃圾的填埋场，占用的土地将为500-800亩左右。②渗滤液治理难度大，容易对地下水和土壤造成污染，垃圾中的有机物、重金属、塑料及病原性微生物的危害性不容忽视。③有害气体污染空气。垃圾发酵后形成的甲烷及其他成分构成的有害气体，排放到空气中对大气造成污染，这些气体的存在同时还会引发火灾和爆炸。(2)垃圾焚烧垃圾焚烧即通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应，使垃圾经过高温下的氧化进行减容，成为残渣或者熔融固体物质的过程。将垃圾用焚烧法处理后，垃圾能减量化，节省用地，还可消灭各种病原体，将有毒有害物质转化为无害物。但是垃圾焚烧存在的问题也是现阶段无法解决的。①焚烧法投资大，占用资金周期长。②焚烧对垃圾的热值有一定要求。③焚烧过程中产生的“二恶英”污染环境的问题，必须有很大的资金投入才能进行有效处理。④我国垃圾分类不健全，焚烧前的预处理较复杂。(3)垃圾堆肥堆肥法处理生活垃圾是指凭借微生物的生化作用，在人工控制条件下，将生活垃圾中有机质分解、腐熟、转换成稳定的类似腐殖质土的方法。垃圾堆肥生产投入小，可用作农业生产的肥料，提高能量的循环利用率。垃圾堆肥存在以下问题：①处理垃圾的时间长，垃圾减容效果差，可用作堆肥的有机物仅占垃圾的60％左右，40％的其他物质仍然需要填埋；②适用的垃圾范围较小，一般用于生活垃圾；③堆肥周期长、占地面积大；④垃圾分捡难度大，而且技术工艺复杂，技术先进性有待提高，从而使得堆肥产品的销路难以解决。目前，国内城市生活垃圾量大，而当前的垃圾处理方式都各有弊端，各有无法解决的痛处，如占用大量土地、成本高、造成空气污染或水质污染等。因此，垃圾处理急需一能种解决当前痛处的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种城市环保垃圾处理方法，该方法环保、高效的优势。
本发明的具体方案如下：一种城市环保垃圾处理方法，所述的方法具体为：将垃圾置于带加热线圈的管道中进行燃烧处理；
所述的加热线圈采用电磁加热线圈制成；
所述的加热线圈由一氢气发电系统供电；
所述的氢气发电系统包括依次连接的氢气发生器、氢气流量过滤器、氢缓存罐、燃料电池、蓄电池、变压器；所述的变压器与加热线圈电连接；
所述的氢气发生器包括氢气反应罐、与氢气反应罐连接的加料罐、连接在氢气反应罐底部的废液收集罐、设置在氢气反应罐的供气管和排气管，所述的供气管和排气管上均设置有气路控制阀；所述的加料罐和氢气反应罐之间设有加料控制阀；所述的气路控制阀、加料控制阀均为电控阀且与蓄电池电连接；
所述的氢气反应罐中装有水，所述的加料罐内设有制氢剂；
所述的制氢剂为铝锰合金掺杂纳米零价铁的制氢合金，包括60-70wt％的Al、10-20％的Mn、余量的纳米零价铁。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，所述的制氢剂包括64-67wt％的Al、13-15％的Mn、余量的纳米零价铁。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，所述的制氢合金通过机械球磨法制备得到。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，所述的制氢合金通过以下步骤制备得到：
步骤1：机械球磨；
步骤2：加压成型；
步骤3：粉碎成为颗粒。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，所述的纳米零价铁的制备方法为：
将水葫芦提取液与铁盐或亚铁盐在以一定的体积比在保护气体的保护下混合反应，搅拌状态下溶液颜色由黄绿色变为黑色，得到含有修复材料的溶液，将生成的材料离心分离，离心得到的材料洗涤、干燥后，得到棕黑色固体，即绿色合成的纳米零价铁。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，所述的步骤2的加压压力在5-10吨。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，所述的步骤1中球磨采用行星球磨机，球料比为12：1；钢球中包含1个30g的钢球、3个20g钢球、3个10g钢球；15个5g钢球；球磨时间为1-2h；球磨机转速为50Hz。
所述的管道的加热部分置于地下5米，所述的管道的进口和出口设置在地面。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，还包括运输轨道，所述的运输轨道的部分设置在地面，所述的运输轨道的其余部分设置在管道内；所述的轨道上设置垃圾运输车。
在上述的城市环保垃圾处理方法中，所述的管道的外壁设有陶瓷石棉隔热层。
本发明的有益效果为：
本发明的合金采用零价铁作为阻止氧化膜形成的重要材料，通过铝和锰形成高活性的合金金格，提高整个反应中与水反应的活性，避免氧化膜的形成。
利用电磁导热技术，通过高温将垃圾化为灰烬。其工作环境是持续3000摄氏度的高温，需要耗费大量的电能。如果由一般发电厂为其供电，则发电成本太高。本方案利用氢能发电这一技术供电，成本低至0.04元/千瓦时，大幅降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。
如无特殊说明，本实施例以及对比例中用量均为重量份或重量百分比。
实施例1：
如图1所示，一种城市环保垃圾处理方法，所述的方法具体为：将垃圾置于带加热线圈1的管道2中进行燃烧处理；
所述的加热线圈1采用电磁加热线圈1制成；
所述的加热线圈1由一氢气发电系统供电；
所述的氢气发电系统包括依次连接的氢气发生器a、氢气流量过滤器b、氢缓存罐c、燃料电池d、蓄电池e、变压器f；所述的变压器f与加热线圈1电连接；
所述的氢气发生器a包括氢气反应罐、与氢气反应罐连接的加料罐、连接在氢气反应罐底部的废液收集罐、设置在氢气反应罐的供气管和排气管，所述的供气管和排气管上均设置有气路控制阀；所述的加料罐和氢气反应罐之间设有加料控制阀；所述的气路控制阀、加料控制阀均为电控阀且与蓄电池e电连接；
所述的氢气反应罐中装有水，所述的加料罐内设有制氢剂。通过加料罐将制氢剂加入到氢气反应罐中进行反应，产生的氢气从供气管输入至氢缓存罐c，排气管一般不开放。氢缓存罐c内的氢气进入燃料电池d发电，经过变压器f升压后供加热线圈1工作。
在管道2侧，所述的管道2的加热部分置于地下5米，所述的管道2的进口和出口设置在地面，此外，还包括运输轨道3，所述的运输轨道3的部分设置在地面，所述的运输轨道3的其余部分设置在管道2内；所述的轨道上设置垃圾运输车4。
所述的制氢剂为铝锰合金掺杂纳米零价铁的制氢合金，包括65wt％的Al、15％的Mn、20wt％的纳米零价铁；
其制备方法为：
步骤1：机械球磨；将Al粉、Mn粉、纳米零价铁粉混合后置于行星球磨机，Al粉、Mn粉原料的粒径应当越小越好，研究发现，当铝粉和锰粉的原料粒径低于100μm时，可以达到实验要求。
球磨的球料比为12：1；钢球中包含1个30g的钢球、3个20g钢球、3个10g钢球；15个5g钢球；球磨时间为1.5h；球磨机转速为50Hz。
需要说明的是，钢球的组成可以适当调整，只要达到一定的球磨效率即可。但是球磨时间需要和钢球进行匹配。在本实施例中，采用上述规格的钢球后需要控制球磨时间，经过研究发现，球磨时间短期粉末混合以及粉末粒径达不到要求，球磨时间过长，粉末之间容易球化，粒径增大。在球磨时间1-2h时，会表现出较好的粒径分布效果，在显微镜下，粒径分布小于10μm；当球磨时间为3-4h时，粒径分布小于10μm的颗粒降低到40-50％；部分颗粒粒径为100-200微米之间。
步骤2：加压成型；加压压力在8吨左右。
步骤3：粉碎成为颗粒。颗粒粒径最佳控制在0.8-1mm左右。
需要说明的是，本实施例的纳米零价铁的意义在于：纳米零价铁具有不团聚的优越性能，因为大多数通过氢气还原法或者其他方法制备得到的零价纳米铁粉都具有团聚的特性，一旦发生团聚，其对于零价铁的包裹性能会造成严重的影响。
纳米零价铁可以采用大多数的植物还原性材料制备，在本实施例中采用如CN201610668385.8一种利用水葫芦提取液绿色合成纳米零价铁的方法及应用中所述的方法制备得到。
众所周知的茶叶提取物也可以制备出纳米零价铁，在此不过多阐述。
实施例2
与实施例1大体相同，不同的地方在于：所述的铝锰合金掺杂纳米零价铁的制氢合金，包括60wt％的Al、20％的Mn、20wt％的纳米零价铁；
其制备方法为：
步骤1：机械球磨；将Al粉、Mn粉、纳米零价铁粉混合后置于行星球磨机，球料比为12：1；钢球中包含1个30g的钢球、3个20g钢球、3个10g钢球；15个5g钢球；球磨时间为2h；球磨机转速为50Hz。
步骤2：加压成型；加压压力在10吨左右。
步骤3：粉碎成为颗粒。颗粒粒径最佳控制在0.8-1mm左右。
在本实施例中采用如CN 201610668385.8一种利用水葫芦提取液绿色合成纳米零价铁的方法及应用中所述的方法制备得到。
实施例3
与实施例1大体相同，不同的地方在于：所述的铝锰合金掺杂纳米零价铁的制氢合金，包括70wt％的Al、10％的Mn、20wt％的纳米零价铁；
其制备方法为：
步骤1：机械球磨；将Al粉、Mn粉、纳米零价铁粉混合后置于行星球磨机，球料比为12：1；钢球中包含1个30g的钢球、3个20g钢球、3个10g钢球；15个5g钢球；球磨时间为2h；球磨机转速为50Hz。
步骤2：加压成型；加压压力在5吨左右。
步骤3：粉碎成为颗粒。颗粒粒径最佳控制在0.8-1mm左右。
在本实施例中采用如CN 201610668385.8一种利用水葫芦提取液绿色合成纳米零价铁的方法及应用中所述的方法制备得到。
实施例4
与实施例1大体相同，不同的地方在于：所述的铝锰合金掺杂纳米零价铁的制氢合金，包括70wt％的Al、20％的Mn、10wt％的纳米零价铁；
其制备方法为：
步骤1：机械球磨；将Al粉、Mn粉、纳米零价铁粉混合后置于行星球磨机，球料比为12：1；钢球中包含1个30g的钢球、3个20g钢球、3个10g钢球；15个5g钢球；球磨时间为2h；球磨机转速为50Hz。
步骤2：加压成型；加压压力在5吨左右。
步骤3：粉碎成为颗粒。颗粒粒径最佳控制在0.8-1mm左右。
在本实施例中采用如CN 201610668385.8一种利用水葫芦提取液绿色合成纳米零价铁的方法及应用中所述的方法制备得到。
对比例1
与实施例1的制氢剂的制备方法大体相同，不同的地方在于，不含纳米零价铁。
对比例2
与实施例1的制氢剂的制备方法大体相同，不同的地方在于，不含Mn。
对比例3
与实施例1的制氢剂的制备方法大体相同，不同的地方在于，纳米零价铁采用高温氢气还原法制备得到，还原温度在600-700℃。
对比例4
与实施例1的制氢剂的制备方法大体相同，不同的地方在于，纳米零价铁的含量在5wt％；Al含量增加到70wt％；锰含量增加到25wt％。
将上述实施例1的制氢剂和对比例1-4制氢剂在过量的水中进行反应，测试反应完全情况下氢气的收率。
其计算方法如下：
1molAl对应1.5mol氢气；1mol锰对应1mol氢气，3mol铁对应4mol氢气。
根据收集到的氢气体积(标准大气压下)与理论上所有金属完全反应收集到的氢气体积相比，即可得到收率。
实施例1的收率为92％；对比例1的收率为0；对比例2的收率为40.22％；对比例3的收率为21.5％；对比例4的收率为25.7％。
通过分析可以发现，实施例1的收率表明Al和Mn基本完全反应，并且在反应过程中零价铁也部分参与反应。可能是随着Al和Mn的降低，单价铁的增多，导致零价铁的反应活性降低，剩余的零价铁无法完全反应。
对比例1基本不反应，对比例2仅部分铝反应；对比例3也仅仅部分铝反应，并且锰的加入还降低了铝的反应活性；对比例4中铝和锰均部分反应。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的方法具体为：将垃圾置于带加热线圈的管道中进行燃烧处理；
所述的加热线圈采用电磁加热线圈制成；
所述的加热线圈由一氢气发电系统供电；
所述的氢气发电系统包括依次连接的氢气发生器、氢气流量过滤器、氢缓存罐、燃料电池、蓄电池、变压器；所述的变压器与加热线圈电连接；
所述的氢气发生器包括氢气反应罐、与氢气反应罐连接的加料罐、连接在氢气反应罐底部的废液收集罐、设置在氢气反应罐的供气管和排气管，所述的供气管和排气管上均设置有气路控制阀；所述的加料罐和氢气反应罐之间设有加料控制阀；所述的气路控制阀、加料控制阀均为电控阀且与蓄电池电连接；
所述的氢气反应罐中装有水，所述的加料罐内设有制氢剂；
所述的制氢剂为铝锰合金掺杂纳米零价铁的制氢合金，包括60-70wt％的Al、10-20％的Mn、余量的纳米零价铁。
2.根据权利要求1所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的制氢剂包括64-67wt％的Al、13-15％的Mn、余量的纳米零价铁。
3.根据权利要求1或2所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的制氢合金通过机械球磨法制备得到。
4.根据权利要求3所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的制氢合金通过以下步骤制备得到：
步骤1：机械球磨；
步骤2：加压成型；
步骤3：粉碎成为颗粒。
5.根据权利要求4所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的纳米零价铁的制备方法为：
将水葫芦提取液与铁盐或亚铁盐在以一定的体积比在保护气体的保护下混合反应，搅拌状态下溶液颜色由黄绿色变为黑色，得到含有修复材料的溶液，将生成的材料离心分离，离心得到的材料洗涤、干燥后，得到棕黑色固体，即绿色合成的纳米零价铁。
6.根据权利要求4所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的步骤2的加压压力在5-10吨。
7.根据权利要求4所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的步骤1中球磨采用行星球磨机，球料比为12：1；钢球中包含1个30g的钢球、3个20g钢球、3个10g钢球；15个5g钢球；球磨时间为1-2h；球磨机转速为50Hz。
8.根据权利要求1所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的管道的加热部分置于地下5米，所述的管道的进口和出口设置在地面。
9.根据权利要求8所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，还包括运输轨道，所述的运输轨道的部分设置在地面，所述的运输轨道的其余部分设置在管道内；所述的轨道上设置垃圾运输车。
10.根据权利要求1所述的城市环保垃圾处理方法，其特征在于，所述的管道的外壁设有陶瓷石棉隔热层。
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