CN109201706A - 生活垃圾生物干化处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了生活垃圾生物干化处理装置及处理方法，包括生物干化仓、废水蒸发系统、冷凝转化系统、辅助系统、废气供风在线监测系统、废气供风循环利用系统、生产集散自动控制系统。本发明的废水蒸发与冷凝转化技术可将高浓度渗滤液废水转化为低浓度的冷凝废水，降低废水处理难度和处理成本；在线监测与循环利用技术可减少新鲜风源的供风量、减少末端废气处理系统处理的废气量，降低废气处理成本；集散自动控制系统（DCS），可实现生物干化生产工艺参数在线监测、远程终端集中控制、程序自动化执行，提高项目自动化管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，特别是涉及一种生活垃圾生物干化处理装置及处理方法。
背景技术
随着城市人们生活水平提高，生活垃圾成分愈加复杂，垃圾量逐步增大。但我们对生活环境的质量要求一直在逐步提高，对各类污染的控制愈加重视、严格。因此，我们需要对生活垃圾的无害化、减量化、资源化提出新的要求和目标。
目前国内各城市陆续开展了垃圾分类工作，分类水平不高的厨余垃圾具有高含水率、高盐分、高有机质等特性，并依旧掺杂不少的非易腐类物质，如塑料、织物、纸类、玻璃、砂石等。对于此类厨余垃圾，若仍采用传统的焚烧、厌氧消化、好氧堆肥或填埋等技术，都有其各自弊端，容易造成或资源浪费、或处置成本过高、或易产生二次污染等问题。因此，我们需要适应新时代垃圾变化的特性，研发新型工艺技术作为有效的补充手段，与传统的生活垃圾处理工艺技术协同处置，更有效的实现厨余垃圾处置无害化、减量化和资源化目标。
当前对生活垃圾的处理方式主要有焚烧、厌氧消化、好氧堆肥及填埋等。其中采取焚烧或填埋技术处理的主要以混合生活垃圾为主，厌氧消化或好氧堆肥生物技术处理的主要以分类后较纯的厨余垃圾为主。现有产品（工艺技术）缺陷：厨余垃圾中含有大量高含水率的易腐垃圾，使垃圾颗粒之间粘性较大，将其直接进行自动化机械分选难度较大。但若将高含水率的厨余垃圾直接进行焚烧处置，垃圾中的水分是燃烧的致命点，过高的水分含量以及未分拣出来的重金属、不可燃惰性物质会导致低能效并提高二噁英等有毒物质生成的风险。厨余垃圾若采用厌氧消化技术处理，其对易腐垃圾原料的品质、纯度要求较高，真正能进入厌氧消化罐处置的易腐垃圾占厨余垃圾的比例较低。厨余垃圾若采用好氧堆肥处理，其堆肥处理周期需要近60天或者更长时间，处理周期过长影响项目处理能力，而且堆肥处理后的堆肥产品还需要面临市场推广使用困境。厨余垃圾若直接采用填埋处置，则会因易腐垃圾产生填埋气、恶臭、渗滤液等造成填埋场周边环境二次污染，同时每个城市都面临土地紧张、填埋场选址困难等问题，目前国家已经在逐步实施未经处置的原生生活垃圾不得直接填埋的政策。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种更加环保的生活垃圾生物干化处理装置。
本发明的另一个目的在于提供一种生活垃圾生物干化处理方法，可实现厨余垃圾生物干化处置无害化、减量化的过程，同时可尽量减少高浓度渗滤液和废气的产生。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种生活垃圾生物干化处理装置，包括生物干化仓、废水蒸发系统、冷凝转化系统、辅助系统、废气供风在线监测系统、废气供风循环利用系统、生产集散自动控制系统；
所述的废水蒸发系统包括渗滤液收集管、集液池、水泵、喷淋管道、喷淋头、电动阀；所述的冷凝转化系统，包括冷凝机、冷凝水流量计、电动阀；所述的辅助系统包括电动阀、渗滤液输水管；所述的废气供风在线监测系统包括室外新鲜风供风在线监测仪表、堆体入仓口在线检测仪表、废气出口在线检测仪表；所述的废气供风循环利用系统包括换热器、通风风机、供风管网、电动风阀及风管；
所述的生物干化仓堆体的底部设置有供风管网和渗滤液收集管，供风管网上设有温度传感器、风压传感器、风量传感器、氧气传感器及湿度传感器、通风风机、换热器、电动风阀，温度传感器、风压传感器、风量传感器、氧气传感器及湿度传感器用于监控进入生物干化仓堆体供风的温度、风压、风量、氧气及湿度并将检测信号反馈至DCS自控系统终端，做出相应的执行动作，风管与供风管网之间通过中间管道连通，在该中间管道上安装有冷凝机，冷凝机通过冷凝管道与冷凝水处理系统连通，在冷凝管道上设有流量计、电动阀；
所述的渗滤液收集管与集液池连通，集液池用于将生物干化仓堆体释放的渗滤液进行收集、存储。
所述的生产集散自动控制系统包括DCS自控系统终端，将生产系统中各类温度、风压、风量、氧气及湿度传感器、电机、限位开关、阀门、流量计等信号引入该系统，并经该系统编制的软件程序实现各设备、仪表、阀门的开启或关闭动作。
所述的生物干化仓上安装有生物干化仓大门。
本发明是一种生活垃圾生物干化处理方法，包括以下步骤：
步骤一：物料入仓，将需要处理的厨余垃圾放入生物干化仓；
步骤二：供风通风，开启阀门，启动通风风机，抽取新鲜风进入供风管网后进入生物干化仓内的厨余垃圾堆体，进行好氧发酵；
步骤三：废气循环利用与处置，关闭阀门、打开阀门时，废气经仓顶的抽风风管进入废气供风循环利用系统，再次流回仓内堆体使用；关闭阀门、打开阀门时，废气直接进入废气处理系统处置达标后排放；
步骤四：废水蒸发与冷凝转化，生物干化过程中，厨余垃圾发生生物降解反应，释放渗滤液，经渗滤液收集管排入集液池，随后经水泵、喷淋管道、喷淋头回喷至生物干化仓内堆体。回喷渗滤液的水分经堆体蒸发后，被废气携带进入废气供风循环利用系统，随后经冷凝机转换为冷凝水排放。
采用上述方案后，本发明具有以下几个优点：
（1）生物干化过程是厨余垃圾中有机物好氧发酵的一种方式。在发酵过程中因微生物消化、呼吸及繁殖等作用，堆体自身可产生热量，并维持一定的高温状态，达到无害化目的。同时堆体物料的有机质得到有效生物降解以及水分通过渗滤液释放以及水分蒸发等形式大幅降低，达到减量化目的。
（2）生物干化后的物料已经过无害化、减量化处理，进入填埋场处理时，可减少填埋的库容占用以及避免了原生垃圾直接填埋的二次污染问题。
（3）生物干化后的物料含水率较低，使垃圾颗粒之间粘性大幅度下降，之后的自动化机械分选可达到高质量的分选效果，将可回收物和不可燃惰性物质得到分离，分选出较高热值的固态回收燃料(SRF)进行焚烧处理，可提高焚烧效能并减少焚烧处理量。
（4）生物干化过程会产生大量的高浓度渗滤液废水。本发明的废水蒸发与冷凝转化技术，可将高浓度渗滤液废水转化为低浓度的冷凝废水，降低废水处理难度和处理成本。
（5）厨余垃圾生物干化过程会产生大量的高温高湿废气。本发明的废气（供风）在线监测与循环利用技术，可减少新鲜风源的供风量、减少末端废气处理系统处理的废气量，降低废气处理成本。
（6）本发明的集散自动控制系统（DCS），可实现生物干化生产工艺参数在线监测、远程终端集中控制、程序自动化执行，提高项目自动化管理水平。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种生活垃圾生物干化处理装置及处理方法，包括生物干化仓、废水蒸发系统、冷凝转化系统、辅助系统、废气供风在线监测系统、废气供风循环利用系统、生产集散自动控制系统；
所述的废水蒸发系统包括渗滤液收集管11、集液池（含液位开关）12、水泵13、喷淋管道2、喷淋头3、电动阀14；所述的冷凝转化系统，包括冷凝机9、冷凝水流量计21、电动阀22；所述的辅助系统包括电动阀15、渗滤液输水管16；所述的废气供风在线监测系统包括室外新鲜风供风在线监测仪表4（温度、风量传感器）、堆体入仓口在线检测仪表5（温度、风压、风量、氧气浓度、湿度传感器）、废气出口在线检测仪表6（温度、氧气浓度、湿度传感器）；所述的废气供风循环利用系统包括换热器7、通风风机（含变频器）8、供风管网10、电动风阀17、电动风阀18、电动风阀19及风管20。
所述的生物干化仓1堆体的底部设置有供风管网10和渗滤液收集管11，该供风管网10负责将收集的废气或室外新鲜风供应至生物干化仓堆体，该渗滤液收集管11负责将生物干化仓堆体释放的渗滤液进行收集、输送，供风管网10上设有温度传感器、风压传感器、风量传感器、氧气传感器及湿度传感器5、通风风机8、换热器7、电动风阀17，温度传感器、风压传感器、风量传感器、氧气传感器及湿度传感器5用于监控进入生物干化仓堆体供风的温度、风压、风量、氧气及湿度并将检测信号反馈至DCS自控系统终端23，做出相应的执行动作，风管20与供风管网10之间通过中间管道连通，在该中间管道上安装有冷凝机9，冷凝机9通过通过冷凝管道与冷凝水处理系统连通，在冷凝管道上设有流量计21、电动阀22。
所述的渗滤液收集管11与集液池12连通，集液池12用于将生物干化仓堆体释放的渗滤液进行收集、存储。
所述的生物干化仓1上安装有生物干化仓大门24。
所述的生产集散自动控制系统包括DCS自控系统终端23，将生产系统中各类温度、风压、风量、氧气及湿度传感器、电机、限位开关、阀门、流量计等信号引入该系统，并经该系统编制的软件程序实现各设备、仪表、阀门的开启或关闭动作，实现自动化、程序化生产。
本发明是一种生活垃圾生物干化处理方法，包括以下步骤：
步骤一：物料入仓，将需要处理的厨余垃圾放入生物干化仓1；
作用：生物干化仓为密闭式装置，可进行多个仓组合设计，但每个仓的生产仍独立管理、不会互相干扰，项目整体生产运行更加高效、稳定。
步骤二：供风通风，开启阀门17，启动通风风机8，抽取新鲜风进入供风管网10后进入生物干化仓内的厨余垃圾堆体，进行好氧发酵；
作用1：将供应给生物干化仓内厨余垃圾堆体的风源设计为两个来源，分别为室外新鲜风和生物干化仓内收集的废气。
作用2：供应给生物干化仓内厨余垃圾堆体的风温过低，会影响堆体微生物生存环境，影响好氧发酵效率。本发明专利对供风温度进行控制，使得厨余垃圾堆体微生物生存环境温度适宜，生物活性持续处于较强阶段，有助于提高生物干化效率，方法如下：
①在新鲜风入口端设计了在线监测仪表4（温度、风量传感器）、换热器7。当供风温度低于设定值时，换热器自动启动加热风源；当供风温度高于设定值时，换热器自动关闭，减少能耗。
②在供风管网仓外入口处设计了一套在线检测仪表5（温度、风压、风量、氧气浓度、湿度传感器）。可根据生物干化不同周期好氧发酵的作用，实现供风温度、风压、风量、氧气、湿度的控制。
作用3：供风管网的风穿透堆体时，会带走堆体的热量和水分，使得堆体顶部散溢的废气具有较高的温度以及携带饱和水蒸汽等特性。
步骤三：废气循环利用与处置，关闭阀门18、打开阀门19时，废气经仓顶的抽风风管20进入废气供风循环利用系统，再次流回仓内堆体使用；关闭阀门19、打开阀门18时，废气直接进入废气处理系统处置达标后排放；
作用1：废气携带了堆体的热量，相比室外自然风而言具有较高温度。虽经冷凝机9进行了初步降温，但仍将废气温度保留在适宜的中温阶段，再次循环输送回生物干化仓内堆体，有助于提高堆体有机质的腐熟降解以及水分的蒸发。
作用2：高温高湿废气经冷凝机转变为中温低湿空气后，再次进入堆体供氧并继续携带堆体中的水分、热量，往复循环，直至将堆体的高浓度废水大部分转换为低浓度冷凝水或者生物干化生产结束为止。
作用3：在生物干化仓废气风管20仓外出口处设计了一套在线检测仪表6（温度、氧气浓度、湿度传感器），可通过废气的温度、氧气浓度、湿度等指标计算出生物干化生产状况以及控制室外新鲜风的补充供应量、控制冷凝机开启时间，避免能耗浪费以及废气降温过多。
作用4：大部分废气设计优先进入循环利用系统，剩余少量废气进入后续的废气处理系统处置达标后排放，减少废气处理系统处理量，减少处置成本。
步骤四：废水蒸发与冷凝转化，生物干化过程中，厨余垃圾发生生物降解反应，释放渗滤液，经渗滤液收集管11排入集液池12，随后经水泵13、喷淋管道2、喷淋头3回喷至生物干化仓内堆体。回喷渗滤液的水分经堆体蒸发后，被废气携带进入废气供风循环利用系统，随后经冷凝机转换为冷凝水排放。
作用1：渗滤液属于高浓度废水，处理难度很高、成本很大，将其回喷至堆体中，因堆体好氧发酵发热蒸发或被堆体底部供应的大量中温低湿风携带而蒸发，成为饱和水蒸汽进入废气供风循环利用系统。
作用2：废气携带了堆体的饱和水蒸汽进入循环利用系统时，经冷凝机9冷却后将饱和水蒸汽转换为冷凝水。冷凝水是低浓度废水，相比高浓度的渗滤液，其处理技术难度和成本都较低。
作用3：冷凝水经排放管、电动阀22排入冷凝水处理系统，排放时需对冷凝水进行计量。通过冷凝水排放量计算生物干化水分减量效果。
作用4：厨余垃圾生物干化需要依靠堆体大量的中高温好氧菌群进行生物降解反应，快速生物降解、释放水分以及产生热量蒸发水分。渗滤液回喷至生物干化仓，可进行有效的接种作用，提高菌种种群数量。
作用5：中高温好氧菌群适宜的生存环境需要适宜的含水率（约50%-60%）。因此，渗滤液回喷至生物干化仓，可调节生物干化仓堆体含水率，特别是在生物干化周期后期。当渗滤液不需要回喷时可以进行暂存或者排入渗滤液处理系统处置。
（5）生物干化生产集散自动控制系统（DCS）
本发明设计了一套生产集散自动控制系统（DCS），以DCS自控系统终端23为主，将生产设施、仪表各执行机构信号引入该系统，并经该系统编制的软件程序实现各设备、仪表、阀门的开启或关闭动作，实现自动化、程序化生产。
作用1：本发明专利采用DCS自控系统自动化生产，使得生物干化的供风更科学合理，生物干化生产效率更好，提高项目自动化管理水平
（6）本发明每个干化仓均为配置密闭大门的生产装置。
作用：干化仓密闭设计，臭气不会散溢至室外环境中，不会污染环境，提高项目环境保护管理水平。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (4)
1.一种生活垃圾生物干化处理装置，其特征在于：包括生物干化仓、废水蒸发系统、冷凝转化系统、辅助系统、废气供风在线监测系统、废气供风循环利用系统、生产集散自动控制系统；
所述的废水蒸发系统包括渗滤液收集管、集液池、水泵、喷淋管道、喷淋头、电动阀；所述的冷凝转化系统，包括冷凝机、冷凝水流量计、电动阀；所述的辅助系统包括电动阀、渗滤液输水管；所述的废气供风在线监测系统包括室外新鲜风供风在线监测仪表、堆体入仓口在线检测仪表、废气出口在线检测仪表；所述的废气供风循环利用系统包括换热器、通风风机、供风管网、电动风阀及风管；
所述的生物干化仓堆体的底部设置有供风管网和渗滤液收集管，供风管网上设有温度传感器、风压传感器、风量传感器、氧气传感器及湿度传感器、通风风机、换热器、电动风阀，温度传感器、风压传感器、风量传感器、氧气传感器及湿度传感器用于监控进入生物干化仓堆体供风的温度、风压、风量、氧气及湿度并将检测信号反馈至DCS自控系统终端，做出相应的执行动作，风管与供风管网之间通过中间管道连通，在该中间管道上安装有冷凝机，冷凝机通过冷凝管道与冷凝水处理系统连通，在冷凝管道上设有流量计、电动阀；
所述的渗滤液收集管与集液池连通，集液池用于将生物干化仓堆体释放的渗滤液进行收集、存储。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾生物干化处理装置，其特征在于：所述的生产集散自动控制系统包括DCS自控系统终端，将生产系统中各类温度、风压、风量、氧气及湿度传感器、电机、限位开关、阀门、流量计等信号引入该系统，并经该系统编制的软件程序实现各设备、仪表、阀门的开启或关闭动作。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾生物干化处理装置，其特征在于：所述的生物干化仓上安装有生物干化仓大门。
4.一种根据权利要求1所述的生活垃圾生物干化处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：物料入仓，将需要处理的厨余垃圾放入生物干化仓；
步骤二：供风通风，开启阀门，启动通风风机，抽取新鲜风进入供风管网后进入生物干化仓内的厨余垃圾堆体，进行好氧发酵；
步骤三：废气循环利用与处置，关闭阀门、打开阀门时，废气经仓顶的抽风风管进入废气供风循环利用系统，再次流回仓内堆体使用；关闭阀门、打开阀门时，废气直接进入废气处理系统处置达标后排放；
步骤四：废水蒸发与冷凝转化，生物干化过程中，厨余垃圾发生生物降解反应，释放渗滤液，经渗滤液收集管排入集液池，随后经水泵、喷淋管道、喷淋头回喷至生物干化仓内堆体；回喷渗滤液的水分经堆体蒸发后，被废气携带进入废气供风循环利用系统，随后经冷凝机转换为冷凝水排放。
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