CN109226171A - 一种生活垃圾综合资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生活垃圾综合资源化处理方法，包括如下步骤：S1，对生活垃圾进行预处理，分选出第一组有机质、金属物质及第二组有机质，所述第一组有机质比第二组有机质更易腐化；S2，对所述步骤S1中的第一组有机质利用固体生物质反应器进行腐熟处理，腐熟完成后分选出无机物、腐殖质和第三组有机质；S3，对所述步骤S1中的第二组有机质和所述步骤S2中的第三组有机质进行热解处理，生成热解气和热解固体混合物；S4，对所述步骤S3中的热解固体混合物经过筛分处理，分选出热解碳及热解渣料。本发明具有适用范围广、资源化程度高，减量彻底，产物经济价值高，过程环保，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种生活垃圾综合资源化处理方法。
背景技术
随着人口增长及经济的发展，生活垃圾及工业垃圾量逐年增加。垃圾中所含塑料、织物、皮革、树脂、合成橡胶等物质都无法通过生物方法降解。填埋不仅占有大量的土地而且存在污染隐患。采用焚烧的方法处置投资大，建设周期长，还会产生大量的飞灰和二噁英，严重危及周边环境和居民身体健康，近年反对的呼声一浪高过一浪。况且，垃圾焚烧项目在大城市才有规模效应，量小的县、乡无法支撑焚烧项目持续运营。
消除生活垃圾污染的终极途径是以资源化方式进行垃圾处置，根据生活垃圾特点，充分利用垃圾各组分的特性，把垃圾转化成社会生活、生产活动的资源，人类才能从根本上免受垃圾困扰。中国生活垃圾特性是混合性与高水分含量。高水分含量是分选解决混合性的最大障碍，混合性是资源化利用最大障碍，解决中国生活垃圾资源化必须从解决水分和合理分选入手。
专利文献CN201610785342.8公开了一种将城市生活垃圾分类并进行资源化利用的方法，该方法使用人工分类与机械分类协同作业，将生活垃圾分类筛选得到玻璃、金属、无机颗粒、有机质、可燃物和混杂塑料六类，前述有机质生产合格的生物有机肥，混杂塑料制备为塑料颗粒，可燃物通过干馏制气技术生产清洁可燃气。上述方法虽然一定程度上解决了生活垃圾资源化的问题，但是其垃圾分选方式较为复杂，还需要人工分选出大体积物料，增加了人力成本；同时，对于生活垃圾中高水分的问题直接忽视，间接会影响垃圾分类的效果，进而影响垃圾资源化的效果。
另一专利文献CN 201610247290.9公开了一种生活垃圾资源化终端处理工艺，该工艺中生活垃圾除臭消毒后进行分类分选：①金属类垃圾；②湿型沤肥垃圾；③玻璃、渣土类垃圾；④塑胶、纤维类团状垃圾；⑤其它散料垃圾，湿型沤肥垃圾送至生物质反应系统制肥，塑胶、纤维类团状垃圾破碎烘干后资源化利用，其他类垃圾也各有用途。从上可知，该工艺在将各类生活垃圾分类处置的同时，考虑到水分的影响，如由于沤肥垃圾含水量多，不便烘干直接送至生物质系统造肥，塑胶、纤维类团状垃圾的处置包含烘干过程。但是沤肥垃圾中经过分类一般含有杂质，生物质反应仅可消除其中不稳定、易腐、含水率高的有机物，而其中稳定、难腐、含水率低的有机质则并不能进行资源化处理。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种生活垃圾综合资源化处理方法，以期望：一方面能够低成本、低污染处理生活垃圾的同时，将其转化为工业生产的能源产品；另一方面，以实现生活垃圾的资源化的方式彻底消除生活垃圾的污染属性，同时解决环保与资源两个问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种生活垃圾综合资源化处理方法，包括如下步骤：S1，对生活垃圾进行预处理，分选出第一组有机质、金属物质及第二组有机质，所述第一组有机质比第二组有机质更易腐化；S2，对所述步骤S1中的第一组有机质利用固体生物质反应器进行腐熟处理，腐熟完成后分选出无机物、腐殖质和第三组有机质；S3，对所述步骤S1中的第二组有机质和所述步骤S2中的第三组有机质进行热解处理，生成热解气和热解固体混合物；S4，对所述步骤S3中的热解固体混合物经过筛分处理，分选出热解碳及热解渣料。
进一步地，所述固体生物质反应器为静态膜式好氧生物质反应器或动态快速好氧生物质反应器或静态厌氧穴式生物质反应器。利用易腐有机质在微生物作用下极易腐败变质的特性，根据项目建设的条件，选择合适的反应器形式。
进一步地，在所述步骤S1中，生活垃圾预处理的具体办法为：S11，对生活垃圾进行粗破碎；S12，对粗碎后的生活垃圾进行筛分，形成筛上物料和筛下物料；S13，对所述步骤S12中得到的筛上物料和筛下物料分别进行磁选，分选出金属物质，剩余的筛上物料为第二组有机质，剩余的筛下物料为第一组有机质。
进一步地，所述步骤S3中第二组有机质和第三组有机质通过隔绝空气外部加热的方式进行热解处理。
进一步地，所述步骤S3中的热解气通过冷凝得到热解液和不凝性气体，所述热解液用于燃料化或化工原料提取的原料，所述不凝性气体净化后燃烧产生的热风用于给步骤S3中的热解系统供热。
进一步地，所述步骤S1中的第二组有机质进行步骤S3之前还包括如下精细化处理步骤：S01，将步骤S1中的第二组有机质暂存于存储坑进行好氧生物干化；S02，将所述步骤S01中的第二组有机质进行磁选、细碎处理，得到细碎物料；S03，将所述步骤S02中得到的细碎物料进行烘干、筛分处理，形成符合热解要求的物料，所述细碎物料烘干利用的余热来自于步骤S3为热解过程供热后的烟气。
进一步地，所述步骤S3为热解过程供热后的烟气经烘干系统回收利用后，通过尾气净化系统处理后排放。
进一步地，所述步骤S3的热解过程加入催化剂。催化剂要么可以有效的降低反应温度，加快热解速度，要么能够提高热解油产率。
进一步地，所述步骤S2生成的腐殖质经过提纯、磁选后，再腐熟生成有机肥料；或，所述步骤S2生成的腐殖质与生活污泥或工业污泥混合，通过添加赤泥、粉煤灰、页岩中的一种或多种用于烧制轻质建材。
进一步地，所述热解渣料包括无机物和金属物质，所述无机物用于制作建材，所述金属物质用于直接回收。
本发明提供的生活垃圾综合资源化处理方法，包括如下步骤：S1，对生活垃圾进行预处理，分选出第一组有机质、金属物质及第二组有机质，所述第一组有机质比第二组有机质更易腐化；S2，对所述步骤S1中的第一组有机质利用固体生物质反应器进行腐熟处理，腐熟完成后分选出无机物、腐殖质和第三组有机质；S3，对所述步骤S1中的第二组有机质和所述步骤S2中的第三组有机质进行热解处理，生成热解气和热解固体混合物；S4，对所述步骤S3中的热解固体混合物经过筛分处理，分选出热解碳及热解渣料。
相比现有技术，本发明在充分考虑中国生活垃圾混合性、高水分特点的基础上，首次提出按照对生活垃圾中有机质腐败特性进行主体分类的原则，突破了原来生活垃圾机械分类分选的思维限制，通过前述处理方法先将易腐化的第一组有机质类分选出来，第一组有机质类含水量高，既满足第一组有机质类进行腐熟的水分要求，同时可减少第二组有机质类的水分去除成本和降低热解能耗。此外，本发明利用固体生物质反应器中微生物反应消耗可以作为微生物养分的有机质，利用反应热实现物料中水分的低成本排除，降低物料水分。得到的腐殖质可以作为进一步资源化的原料；无机物选出金属后，作为建材或建材生产原料使用；得到的第三组有机质进入热解系统进行热解处理，反应充分，热解彻底，最终实现生活垃圾的彻底资源化。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的生活垃圾综合资源化处理方法的工艺流程图；
图2为本发明第二组有机质和第三组有机质热解处理的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明。
根据本发明一种生活垃圾综合资源化处理方法的实施例，参照图1，该方法包括如下步骤：
S1，对生活垃圾进行预处理，分选出第一组有机质、金属物质及第二组有机质，所述第一组有机质比第二组有机质更易腐化。即通过将生活垃圾进行分类预处理，易腐化的有机质划为第一组有机质，难腐化的有机质划为第二组有机质，金属物质单独分离出来。易腐化的有机质如饭渣、菜渣、菜余、果余、青草、树叶等；难腐化的有机质如塑料、橡胶、织物、纸张、复合包装物、竹木等。
其中，在步骤S1中，生活垃圾预处理的具体办法为：
S11，对生活垃圾进行粗破碎，主要目的是破坏生活垃圾包装袋结构，使各种物料处于相对离散状态，便于筛分。
S12，对粗碎后的生活垃圾进行筛分，形成筛上物料和筛下物料。筛分的作用是将物料按照粒径大小分类。对于破袋后的生活垃圾而言，大块物料(筛上物料)主要以塑料、橡胶、织物、纸张、复合包装物、竹木等难腐有机质为主，细碎物料(筛下物料)主要以饭渣、菜渣、菜余、果余、青草、树叶等易腐有机质为主。通过筛分，利用物料尺寸不同，将生活垃圾中有机质腐败的难易特性不同的物料进行粗分类，不需要巨大的设备投入，简单易行且可节约成本。
S13，对步骤S12中得到的筛上物料和筛下物料分别进行磁选，分选出金属物质，剩余的筛上物料为第二组有机质，剩余的筛下物料为第一组有机质。
S2，对步骤S1中的第一组有机质利用固体生物质反应器进行腐熟处理，腐熟完成后分选出无机物、腐殖质和第三组有机质。第三组有机质为难腐化的有机质。该步骤微生物处置过程，不以腐殖质的直接资源化利用为目的，而是以易腐有机质粉化、稳定化和水分降低为目的，故而在设备设计和工艺设计保证的前提下，该过程可快速完成，达到减少生产用地的占用。
需要说明的是，本发明中将第一组有机质(易腐类有机质)进行腐熟处理的固体生物质反应器优选为静态膜式好氧反应器、动态快速好氧生物质反应器和静态厌氧穴式生物质反应器的任一种。固体生物质反应器的工作原理即利用微生物反应产生的热能实现物料中水分的无害化排除，达到降低物料水分，便于后续分选处理的目的，同时，在微生物和生物质反应器机械力的作用下，实现易腐有机质的粉化，为腐殖质的提纯和资源化利用提供便利，且易腐类有机质通过微生物处理，达到杀虫、灭菌效果。
第一组有机质腐熟后物料的分选分类目的是剔除其中夹杂的难腐有机质(第三组有机质)和不腐惰性的无机物。无机物和难腐有机质在腐熟过程中保持原态，经过腐熟过程，物料水分降低，易腐有机质与不腐物料彻底分离，通过筛分和风选可轻易实现无机物、腐殖质和第三组有机质的分离。得到的第三组有机质与第二组有机质一样进入热解系统进行热解处理；无机物再经过磁选，选出金属后，可作为建材或建材生产原料使用；得到的腐殖质经过初步腐熟，已经粉化，水分降至30％左右，可以作为进一步资源化的原料。
如果需要制肥，将上述腐殖质提纯，去除部分泥砂，剔除重金属和细小不腐物后，再经过腐熟即可成为纯净的有机肥料使用。或，该腐殖质还可作为衍生燃料直接使用：与生活污泥、工业污泥等高水分废弃物混合，改变其烘干特性，降低烘干成本，通过添加赤泥、粉煤灰、页岩等，用于轻质建材烧制，腐殖质起到内部燃料和烧蚀材料的双重作用。
S3，对步骤S1中的第二组有机质和步骤S2中的第三组有机质进行热解处理，生成热解气和热解固体混合物。需要说明的是，本实施例中步骤S3中的第二组有机质和第三组有机质即为RDF(垃圾衍生燃料)。
具体地，步骤S3中的热解气通过冷凝得到热解液和不凝性气体，热解液用于燃料化或化工原料提取的原料，不凝性气体净化后进入热解系统，具体进入外热式连续热解炉燃烧室内焚烧得到高温烟气，高温烟气进入热解炉夹套为热解炉加热，为热解炉供热后的烟气再次用于RDF烘干后进行尾气净化，除去颗粒物、酸性气体、碱性气体、有机气体后达标排放。
本发明中热解过程是在隔绝空气条件进行，利用外部热能将物料加热到400℃--500℃，物料中的有机质完全分解，变成气体，剩余固定碳与不分解惰性物质混合在一起成为热解固体混合物。在连续热解系统中，热解过程主要经历了干化段(105℃以下)、升温段(105-180℃)、热解断链段(180-350℃)和碳化段(350-400℃)，期间产生的热解碳则通过冷却排渣系统排出，热解气则进入到冷凝系统。
在本实施例中RDF热解工作原理如下：
RDF热解机理：RDF(化学式：～R—(R)n—R·H2O～)
RDF干化失水阶段原理：
RDF热解引发形成自由基反应：
RDF分子链断裂反应：
RDF分子链终止反应：
Rm·+Rn·→Rm—Rn
Rm·+ROn·→Rm-(OR)n
ROm·+ROn·→(RO)m-(OR)n
如图2所示，第二组有机质和第三组有机质热解产生的热解气冷凝系统，热解气温度降低后，高沸点组分凝结为液体被收集下来，称之为热解液，剩余的不凝气净化后进入热解系统的热风炉中，作为燃料燃烧产生热风，热风为热解系统供热。
同时，为热解过程供热后的烟气经烘干系统回收利用后，通过尾气净化系统处理后，达标排放。优选地，热解过程产生的尾气经过碱液喷淋塔净化处理后排放。
在进一步的技术方案中，为有效的降低反应温度，加快热解速度，提高热解液产率，步骤S3的热解过程中可以加入催化剂。
S4，对所述步骤S3中的热解固体混合物经过筛分处理，分选出热解碳及热解渣料。
此过程产生的热解碳热值高、固定碳含量高，可作为成型燃料、碳黑及活性碳生产的原料。热解渣料包括热解过程稳定的金属物质、泥砂和玻璃、陶瓷等无机物。通过筛分、风选、磁选等手段可实现上述物料的分选分类，为他们的资源化利用提供条件。即本发明利用RDF一少部分热能，将絮状、蓬松、组分复杂、性能不稳定的RDF转化为密度高，储存、运输方便，资源化升值空间大的热解液、热解碳、无机惰性物质和金属物质，既消除了生活垃圾的污染，又得到社会生产需要的原料和能源。此外，在将生活垃圾转化成资源的过程中，最大限度保护和环境。根据上述论述，热解不是焚烧，没有飞灰、尾渣、二噁英的二次污染物产生。
鉴于第二组有机质(难腐有机质类物料)以RDF为主，夹杂部分易腐有机质和大块无机物等，第二组有机质在进行步骤S3之前还包括如下精细化处理步骤：
S01，将步骤S1中的第二组有机质暂存于存储坑进行好氧生物干化。此过程一般为5-7天，利用微生物作用，一方面消耗掉易腐有机质，另一方面利用发酵产生的热量去除水分。
S02，将步骤S01中的第二组有机质进行磁选、细碎处理，得到细碎物料；
S03，将步骤S02中得到的细碎物料进行烘干、筛分处理，形成符合热解要求的物料，该细碎物料烘干利用的余热来自于步骤S3为热解过程供热后的烟气。
综上所述，本发明提供了一种生活垃圾综合资源化处理方法，相比现有技术，具有如下有益效果：
(1)本发明中，第一组有机质(易腐有机质)利用固体生物质反应器进行腐熟处理，实现了易腐有机质稳定化与降低水分的一揽子解决方案。微生物反应以易腐有机质为养分，促使其腐熟，消除腐败产生的恶臭和渗滤液污染，实现稳定化；同时，利用易腐有机质腐熟过程中微生物反应产生热能，促使物料中水分蒸发，达到无成本排除水分的目的。
(2)生产高值化热解油，同时得到热解碳。对于难腐有机质(第二组有机质和第三组有机质)通过RDF热解，产出热解液和热解碳，热解油的热值8500-10000千卡/kg，能量密度高，便于运输、加工和销售，作为原料油还可以加工成汽油、柴油和溶剂油，也可以作为化工原料提取的原料，具有很高的价值提升空间；产生的热解碳固定碳含量高，可作为成型燃料、碳黑及活性碳生产的原料。由于热解气经过冷凝收集热解液后剩余不凝气，不凝气经过净化除去HCl、SO2等酸性气体后，进入热风炉经过1100℃--1300℃的高温燃烧，得到干净的热风为热解炉供热后再用于RDF烘干，最后再次经过净化后排放，污染排放极低。
(3)本发明利用固体生物质反应器中微生物反应产生的热能实现物料中水分的无害化排除，降低物料水分，得到的腐殖质经过初步腐熟，已经粉化，水分降至30％左右，可以作为进一步资源化的原料；无机物再选出金属后，作为建材或建材生产原料使用；得到的第三组有机质进入热解系统进行热解处理，反应更充分，热解更彻底，最终实现生活垃圾的彻底资源化和减量化。
总之，此工艺方案处理生活垃圾脱水成本低廉，有效消除恶臭与渗滤液污染，分类分选效率高，设备投入小，系统稳定，产出物品质高，过程环保等优点，实现了生活垃圾的资源化，解决了环保与资源两个问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，对生活垃圾进行预处理，分选出第一组有机质、金属物质及第二组有机质，所述第一组有机质比第二组有机质更易腐化；
S2，对所述步骤S1中的第一组有机质利用固体生物质反应器进行腐熟处理，腐熟完成后分选出无机物、腐殖质和第三组有机质；
S3，对所述步骤S1中的第二组有机质和所述步骤S2中的第三组有机质进行热解处理，生成热解气和热解固体混合物；
S4，对所述步骤S3中的热解固体混合物经过筛分处理，分选出热解碳及热解渣料。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述固体生物质反应器为静态膜式好氧生物质反应器或动态快速好氧生物质反应器或静态厌氧穴式生物质反应器。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，生活垃圾预处理的具体办法为：
S11，对生活垃圾进行粗破碎；
S12，对粗碎后的生活垃圾进行筛分，形成筛上物料和筛下物料；
S13，对所述步骤S12中得到的筛上物料和筛下物料分别进行磁选，分选出金属物质，剩余的筛上物料为第二组有机质，剩余的筛下物料为第一组有机质。
4.根据权利要求1所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述步骤S3中第二组有机质和第三组有机质通过隔绝空气外部加热的方式进行热解处理。
5.根据权利要求4所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述步骤S3中的热解气通过冷凝得到热解液和不凝性气体，所述热解液用于燃料化或化工原料提取的原料，所述不凝性气体净化后燃烧产生的热风用于给步骤S3中的热解系统供热。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述步骤S1中的第二组有机质进行步骤S3之前还包括如下精细化处理步骤：
S01，将步骤S1中的第二组有机质暂存于存储坑进行好氧生物干化；
S02，将所述步骤S01中的第二组有机质进行磁选、细碎处理，得到细碎物料；
S03，将所述步骤S02中得到的细碎物料进行烘干、筛分处理，形成符合热解要求的物料，所述细碎物料烘干利用的余热来自于步骤S3为热解过程供热后的烟气。
7.根据权利要求6所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述步骤S3为热解过程供热后的烟气余热经烘干系统回收利用后，通过尾气净化系统处理后排放。
8.根据权利要求1所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述步骤S3的热解过程加入催化剂。
9.根据权利要求1所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述步骤S2生成的腐殖质经过提纯、磁选后，再腐熟生成有机肥料；或，所述步骤S2生成的腐殖质与生活污泥或工业污泥混合，通过添加赤泥、粉煤灰、页岩中的一种或多种用于烧制轻质建材。
10.根据权利要求1所述的生活垃圾综合资源化处理方法，其特征在于，所述热解渣料包括无机物和金属物质，所述无机物用于制作建材，所述金属物质用于直接回收。
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