CN109647864A - 一种农村生活垃圾原位低温热处理装置及应用 - Google Patents
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Abstract
一种农村生活垃圾原位低温热处理装置，由热解反应器、氮气分布装置和微波发生装置、电磁发生装置、气体净化分离装置组成，通过热解反应器的中部和底部的电磁加热和微波发生器耦合加热物料，在氮气流化作用下将反应完全的残余物排出装置，产生的尾气通过负压风机依次经水吸收装置、紫外净化装置和氮气分离装置进行净化后排放，分离后的氮气在体系内循环使用，所使用的导热介质具有磁性，经回收后可重复使用。本发明的优点是：该处理装置结构简单、易于操作，混合状态的农村生态垃圾无需分拣且无害化、减量化速度快、效果好，产生的废气经处理后达标排放，无二噁英产生，整个处理过程对环境无二次污染，具有显著的经济、社会和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及农村生活垃圾原位低温热处理技术，特别是一种农村生活垃圾原位低温热处理装置及应用。
背景技术
我国农村生活垃圾治理工作还处于起步阶段。目前，我国农村约有6.5亿常住人口，年产生生活垃圾约1.1亿吨，其中有0.7亿吨未做任何处理。农村生活垃圾产生量随季节变化较大，在采暖季由于农户自家烧煤取暖，会产生大量的煤渣土垃圾。许多地方处理模式粗放，收运处理过程污染严重，一般有三种情况：较差的情况是，基本没有垃圾收运处理设施，垃圾随处乱堆，甚至直接倾倒在河道；一般的情况是，设有简易垃圾收集点，但没有密封、清洁措施，最终采取简易堆放；较好的情况是，收集点转运至简易垃圾填埋场，但成本较高，资源浪费。近年来，各地大力推进农村生活垃圾治理，推广普及“村收集、镇转运、县处理”治理模式，但存在的问题仍很突出，甚至导致农村生活垃圾处理困难，包括：农村生活垃圾“进城”加剧，给城市垃圾处理带来压力；“村收集、镇转运、县处理”治理模式运行成本高，农村生活垃圾治理体系难以持续良性运转；部分偏远地区采取非规范化填埋和焚烧处理，环境隐患凸显。
农村生活垃圾具有产生量大、分布分散、有机质含量较低、环境污染严重等特点，现有的收运体系和处理模式导致地方财政的经济负担沉重。为了解决农村生活垃圾的处理难题，本专利开发设计了针对农村小区域的原位低温热处理技术装置。该装置采用微波联合磁脉冲高效加热技术，在不高于200℃下将农村生活垃圾中的有机物质进行分解。将装置置于单个村落，可将该村落每天产生的生活垃圾进行原位减量化、无害化和资源化。该技术和装置操作简单、处理效率高，能够将混合状态的生活垃圾不经分类直接处理，处理后的产出物含有丰富的氮磷钾等营养元素，可作为园林土壤养护基质，不但能够改良土壤，而且消除了农村生活垃圾对环境的污染，有效推进美丽乡村建设工作。
发明内容
本发明目的在于针对上述存在问题，提供一种农村生活垃圾原位低温热处理装置及应用，与现有设备相比，该技术装置结构简单、易于操作、节省占地面积、降解过程中无二次污染，可有效提高装置的处理效率、节约能源消耗、降低处理成本。
本发明的技术方案：
一种农村生活垃圾原位低温热处理装置，由热解反应器、氮气分布装置和微波发生装置、电磁发生装置、气体净化分离装置组成，热解反应器为倒箱形结构并固定于支架上，设有进料口、导热介质进口、出料口、氮气进气口、氮气分布器、尾气出口的排气管路，进料口位于热解反应器顶部中央，出料口位于热解反应器下部，导热介质进口位于进料口旁边，排气管路在反应器外设有负压风机，将反应器内产生的废气定向引出，热解反应器为夹层结构并在反应器的中上部装有微波发生器、下部装有电磁加热发生器，通过磁场和微波联合对反应器内部物料高速加热，热解反应器内设有测温传感器探头；利用氮气流将反应一定程度的物料在反应器内进行流化，气体分布器与底部支撑物料的托盘一体；在托盘外侧与反应器壁之间留有2-4cm空隙，使得反应充分的物质在流化状态下从反应器中排出进入出料口部位；反应后的产出物中混有超顺磁性导热介质，通过出料口处的带有直流电磁装置的分离室将超顺磁性导热介质在分离室中进行回收，并通过导热介质进口再利用；尾气处理装置为密封箱体并位于热解反应器外侧，尾气处理装置内固定有水吸收装置、紫外净化装置，在尾气处理装置后端通过负压风机进行引风操作；紫外净化装置是由185nm波长的远紫外净化器和254nm波长的紫外净化器串联组成，紫外净化装置中装填有德固赛P25 TiO2填料，经净化的尾气通过氮气分离装置将高纯氮气通过氮气出口送入反应器的氮气进气口，循环使用；剩余废气由尾气排放口排出。
一种农村生活垃圾原位低温热处理装置的应用，采用间歇式投入农村生活垃圾，通过电磁耦合微波热辐射加热处理技术将农村生活垃圾高效的减量化、无害化，有效去除农村生活垃圾对环境污染并无二次污染产生，步骤如下：
1）将农村生活垃圾装填进入反应器，导热介质通过导热介质进料口进入反应器内，并按照1:（10000-20000）的比例与生活垃圾进行混合，启动电磁加热和微波加热装置；
2）在微波辐射作用下，通过导热介质来加热反应物料并形成局部高温，物料被迅速加热，通过温度控制探头显示反应器内环境温度，利用温度控制探头通过程序控制来维持微波强度，从而维持体系温度稳定在150-190℃；
3）在反应持续5-7小时后，向体系内通入氮气，使尚未反应充分的物料在反应器内进行流化，从而加速物料的反应进程，同时开启反应器出口处的直流电磁装置；
4）开启负压风机和远紫外、紫外净化器，定向控制反应过程中产生的尾气，使尾气依次通过水吸收装置和远紫外、紫外净化器，达到除尘、除有机污染物的目的；
5）在向反应器内通入氮气的同时开启氮气分离装置，将尾气中的高浓度氮气进行分离，分离后的高浓度氮气回用于反应器内；
6）在流化状态下，充分降解后的无机盐残余物在流化状态下通过托盘外侧进入反应器出口，降解后的无机盐残余物与导热介质的混合物经过由直流电磁装置构成的强磁场分离装置与残余物进行分离，超顺磁性导热介质经收集后回用于反应装置，残余物从出口排出，降解过程持续8-10小时，农村生活垃圾中有机成分被完全降解。
所述农村生活垃圾为农村家庭日常生活中产生的废弃物，该废弃物无需分拣，为混合状态的生活垃圾。
所述的导热介质为SiC@Fe3O4，是由SiC与Fe(acac)3构成均匀混合溶液，在氮气保护的剧烈搅拌下，加热至280-300℃下，反应结束后冷却至室温，并用乙酸乙酯稀释，对固体物质使用乙醇洗涤3次并用永磁铁吸引，由此获得具有超顺磁性的导热介质SiC@Fe3O4。
本发明的优点和有益效果是：
农村生活垃圾原位低温热处理装置具有占地面积小、减量化程度高、能耗低、成本低、降解速度快、易于操作、安全可靠的特点，通过电磁加热耦合微波技术，通过导热介质作用产生均匀热能，热效率高，加热效果好；通过本装置处理能够有效减少农村生活垃圾对环境的污染；本装置通过精确的热电偶控温并在电磁耦合微波技术的辅助供能下，极大节约能源消耗，并提高了降解效率，缩短了降解时间。
附图说明
图1为农村生活垃圾原位低温热处理装置结构示意图。
图中：
1.进料口 2.导热介质进口 3.热解反应器 4.负压风机
5.微波发生器 6.电磁加热发生器 7.氮气进口 8.物料托盘
9. 直流电磁装置 10.出料口 11.气体出口管路
12-I、12-II. 测温传感器探头 13.氮气分离器 14.高纯氮气出口
15.水吸收装置 16.远紫外反应装置 17.紫外反应装置 18.尾气排放口
19.P25填料。
具体实施方式
本发明通过以下实施例结合附图进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1：
一种农村生活垃圾原位低温热处理装置，由热解反应器、氮气分布装置和微波发生装置、电磁发生装置、气体净化分离装置组成，热解反应器3为倒箱形结构并固定于支架上，设有进料口1、导热介质进口2、出料口10、氮气进气口7、尾气出口的排气管路11，进料口1位于热解反应器顶部中央，出料口10位于热解反应器下部，导热介质进口2位于进料口1旁边，排气管路11在反应器外设有负压风机4，将反应器内产生的废气定向引出，热解反应器3为夹层结构并在反应器的中上部装有微波发生器5、下部装有电磁加热发生器6，通过磁场和微波联合对反应器内部物料高速加热，热解反应器内设有测温传感器探头12-I、12-II；利用氮气流将反应一定程度的物料在反应器内进行流化，气体分布器与底部支撑物料的托盘8一体；在托盘8外侧与反应器壁之间留有2-4cm空隙，使得反应充分的物质在流化状态下从反应器中排出进入出料口10部位；反应后的产出物中混有超顺磁性导热介质，通过出料口处的带有直流电磁装置9的分离室将超顺磁性导热介质在分离室中进行回收，并通过导热介质进口2再利用；尾气处理装置为密封箱体并位于热解反应器3外侧，尾气处理装置内固定有水吸收装置15、紫外净化装置，在尾气处理装置后端通过负压风机4进行引风操作；紫外净化装置是由185nm波长的远紫外净化器16和254nm波长的紫外净化器17串联组成，紫外净化装置中装填有德固赛P25 TiO2填料，经净化的尾气通过氮气分离器13将高纯氮气通过氮气出口14送入反应器的氮气进气口7，循环使用；剩余废气由尾气排放口18排出。
该实施例中，热解反应器的尺寸为长4m、宽4m、高5m，其生活垃圾装填量为1吨；负压风机采用型号为1380，东莞市常平敏欣机电有限公司产品；测温装置的控温热电偶为型号WRE，江苏金湖仪表电器设备厂产品；微波发生器采用型号为MY1500S，南京汇研微波系统工程有限公司。上述农村生活垃圾原位低温热处理装置由天津尚誉盛科技发展有限公司制造。
以下实施例为利用上述农村生活垃圾原位低温热处理装置进行农村生活垃圾降解。
实施例2：
一种农村生活垃圾原位低温热处理装置的应用，采用间歇式投入农村生活垃圾，通过电磁耦合微波热辐射加热处理技术将农村生活垃圾高效的减量化、无害化，有效去除农村生活垃圾对环境污染并无二次污染产生，步骤如下：
1）将农村生活垃圾装填进入反应器，导热介质通过导热介质进料口进入反应器内，并按照1:13000的比例与生活垃圾进行混合，启动电磁加热和微波加热装置；
2）在微波辐射作用下，通过导热介质来加热反应物料并形成局部高温，物料被迅速加热，通过温度控制探头显示反应器内环境温度，利用温度控制探头通过程序控制来维持微波强度，从而维持体系温度稳定在170℃；
3）在反应持续7小时后，向体系内通入氮气，使尚未反应充分的物料在反应器内进行流化，从而加速物料的反应进程，同时开启反应器出口处的直流电磁装置；
4）开启负压风机和远紫外、紫外净化器，定向控制反应过程中产生的尾气，使尾气依次通过水吸收装置和远紫外、紫外净化器，达到除尘、除有机污染物的目的；
5）在向反应器内通入氮气的同时开启氮气分离装置，将尾气中的高浓度氮气进行分离，分离后的高浓度氮气回用于反应器内；
6）在流化状态下，充分降解后的无机盐残余物在流化状态下通过托盘外侧进入反应器出口，降解后的无机盐残余物与导热介质的混合物经过由直流电磁装置构成的强磁场分离装置与残余物进行分离，超顺磁性导热介质经收集后回用于反应装置，残余物从出口排出，降解过程持续10小时，农村生活垃圾中有机成分被完全降解。
所述农村生活垃圾为农村家庭日常生活中产生的废弃物，该废弃物无需分拣，为混合状态的生活垃圾。
所述的导热介质为SiC@Fe3O4，是由SiC与Fe(acac)3构成均匀混合溶液，在氮气保护的剧烈搅拌下，加热至290℃下，反应结束后冷却至室温，并用乙酸乙酯稀释，对固体物质使用乙醇洗涤3次并用永磁铁吸引，由此获得具有超顺磁性的导热介质SiC@Fe3O4。
利用本发明装置及技术能够快速实现农村生活垃圾的减量化和无害化，减量化程度不低于70%，且运行成本低，占地面积小，无二噁英等有毒有害物质排放。
实施例3：
一种农村生活垃圾原位低温热处理装置的应用，采用间歇式投入农村生活垃圾，通过电磁耦合微波热辐射加热处理技术将农村生活垃圾高效的减量化、无害化，有效去除农村生活垃圾对环境污染并无二次污染产生，步骤如下：
1）将农村生活垃圾装填进入反应器，导热介质通过导热介质进料口进入反应器内，并按照1:14000的比例与生活垃圾进行混合，启动电磁加热和微波加热装置；
2）在微波辐射作用下，通过导热介质来加热反应物料并形成局部高温，物料被迅速加热，通过温度控制探头显示反应器内环境温度，利用温度控制探头通过程序控制来维持微波强度，从而维持体系温度稳定在190℃；
3）在反应持续5小时后，向体系内通入氮气，使尚未反应充分的物料在反应器内进行流化，从而加速物料的反应进程，同时开启反应器出口处的直流电磁装置；
4）开启负压风机和远紫外、紫外净化器，定向控制反应过程中产生的尾气，使尾气依次通过水吸收装置和远紫外、紫外净化器，达到除尘、除有机污染物的目的；
5）在向反应器内通入氮气的同时开启氮气分离装置，将尾气中的高浓度氮气进行分离，分离后的高浓度氮气回用于反应器内；
6）在流化状态下，充分降解后的无机盐残余物在流化状态下通过托盘外侧进入反应器出口，降解后的无机盐残余物与导热介质的混合物经过由直流电磁装置构成的强磁场分离装置与残余物进行分离，超顺磁性导热介质经收集后回用于反应装置，残余物从出口排出，降解过程持续8小时，农村生活垃圾被完全降解。
所述农村生活垃圾为农村家庭日常生活中产生的废弃物，该废弃物无需分拣，为混合状态的生活垃圾。
所述的导热介质为SiC@Fe3O4，是由SiC与Fe(acac)3构成均匀混合溶液，在氮气保护的剧烈搅拌下，加热至286℃下，反应结束后冷却至室温，并用乙酸乙酯稀释，对固体物质使用乙醇洗涤3次并用永磁铁吸引，由此获得具有超顺磁性的导热介质SiC@Fe3O4。
利用本发明装置及技术能够快速实现农村生活垃圾的减量化和无害化，减量化程度不低于70%，且运行成本低，占地面积小，无二噁英等有毒有害物质排放。
Claims (4)
1.一种农村生活垃圾原位低温热处理装置，其特征在于：由热解反应器、氮气分布装置和微波发生装置、电磁发生装置、气体净化分离装置组成，热解反应器为倒箱形结构并固定于支架上，设有进料口、导热介质进口、出料口、氮气进气口、氮气分布器、尾气出口的排气管路，进料口位于热解反应器顶部中央，出料口位于热解反应器下部，导热介质进口位于进料口旁边，排气管路在反应器外设有负压风机，将反应器内产生的废气定向引出，热解反应器为夹层结构并在反应器的中上部装有微波发生器、下部装有电磁加热发生器，通过磁场和微波联合对反应器内部物料高速加热，热解反应器内设有测温传感器探头；利用氮气流将反应一定程度的物料在反应器内进行流化，气体分布器与底部支撑物料的托盘一体；在托盘外侧与反应器壁之间留有2-4cm空隙，使得反应充分的物质在流化状态下从反应器中排出进入出料口部位；反应后的产出物中混有超顺磁性导热介质，通过出料口处的带有直流电磁装置的分离室将超顺磁性导热介质在分离室中进行回收，并通过导热介质进口再利用；尾气处理装置为密封箱体并位于热解反应器外侧，尾气处理装置内固定有水吸收装置、紫外净化装置，在尾气处理装置后端通过负压风机进行引风操作；紫外净化装置是由185nm波长的远紫外净化器和254nm波长的紫外净化器串联组成，紫外净化装置中装填有德固赛P25 TiO2填料，经净化的尾气通过氮气分离装置将高纯氮气通过氮气出口送入反应器的氮气进气口，循环使用；剩余废气由尾气排放口排出。
2.根据权利要求1所述的一种农村生活垃圾原位低温热处理装置的应用，其特征在于：一种农村生活垃圾原位低温热处理装置的应用，采用间歇式投入农村生活垃圾，通过电磁耦合微波热辐射加热处理技术将农村生活垃圾高效的减量化、无害化，有效去除农村生活垃圾对环境污染并无二次污染产生，步骤如下：
1）将农村生活垃圾装填进入反应器，导热介质通过导热介质进料口进入反应器内，并按照1:（10000-20000）的比例与生活垃圾进行混合，启动电磁加热和微波加热装置；
2）在微波辐射作用下，通过导热介质来加热反应物料并形成局部高温，物料被迅速加热，通过温度控制探头显示反应器内环境温度，利用温度控制探头通过程序控制来维持微波强度，从而维持体系温度稳定在150-190℃；
3）在反应持续5-7小时后，向体系内通入氮气，使尚未反应充分的物料在反应器内进行流化，从而加速物料的反应进程，同时开启反应器出口处的直流电磁装置；
4）开启负压风机和远紫外、紫外净化器，定向控制反应过程中产生的尾气，使尾气依次通过水吸收装置和远紫外、紫外净化器，达到除尘、除有机污染物的目的；
5）在向反应器内通入氮气的同时开启氮气分离装置，将尾气中的高浓度氮气进行分离，分离后的高浓度氮气回用于反应器内；
6）在流化状态下，充分降解后的无机盐残余物在流化状态下通过托盘外侧进入反应器出口，降解后的无机盐残余物与导热介质的混合物经过由直流电磁装置构成的强磁场分离装置与残余物进行分离，超顺磁性导热介质经收集后回用于反应装置，残余物从出口排出，降解过程持续8-10小时，农村生活垃圾被完全降解。
3.根据权利要求2所述的一种农村生活垃圾原位低温热处理装置的应用，其特征在于：所述农村生活垃圾为农村家庭日常生活中产生的废弃物，该废弃物无需分拣，为混合状态的生活垃圾。
4.根据权利要求2所述的一种农村生活垃圾原位低温热处理装置的应用，其特征在于：所述的导热介质为SiC@Fe3O4，是由SiC与Fe(acac)3构成均匀混合溶液，在氮气保护的剧烈搅拌下，加热至280-300℃下，反应结束后冷却至室温，并用乙酸乙酯稀释，对固体物质使用乙醇洗涤3次并用永磁铁吸引，由此获得具有超顺磁性的导热介质SiC@Fe3O4。
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