CN113028417A - 一种城市生活垃圾综合处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及垃圾处理技术领域，具体提供一种城市生活垃圾综合处理方法及装置。所述城市生活垃圾综合处理方法包括如下步骤：将城市生活垃圾进行冷冻干燥，所述冷冻干燥冷源来自于LNG汽化产生的冷能，冷冻干燥后的固态城市生活垃圾焚烧，冷冻干燥产生的淡水则用于灌溉。解决现有技术中城市生活垃圾处理过程中，内部含有大量水分，难以焚烧或掩埋处理，而发酵处理气味大，且生活垃圾脱水过程中产生的大量水分也难以处理的问题。

Description

一种城市生活垃圾综合处理方法及装置

技术领域

本公开涉及垃圾处理技术领域，具体提供一种城市生活垃圾综合处理方法及装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

随着社会经济快速发展，城市生活垃圾产生量与日俱增，同时对城市环境状况也带来巨大压力。城市生活垃圾分类管理体系的建立，可以根据所含成分将垃圾进行有效划分，有助于实现更具有针对性的垃圾回收与资源化途径。其中，厨余垃圾占所有城市生活垃圾的50％以上，是城市生活垃圾资源化道路上首先要解决的重要问题。厨余垃圾因其具有较高的含水量(普遍含水量为50～70％)，导致其热值很低，难以直接通过焚烧处理，也会增加填埋处理的渗滤液，因此不适宜直接通过焚烧法或填埋法直接处理。现有技术中通常对于城市生活垃圾体系需要进行脱水预处理，脱水不仅可以提高生活垃圾的热值，还可以减少运输、储存过程中产生的垃圾渗滤液，同时也减少因长期堆放发酵而产生的异味。

然而，发明人发现，脱水处理虽然一方面可以减少厨余垃圾长期堆放产生的异味，但另一方面，脱水处理后产生的大量废水还需要后续进行处理，另外，由于厨余垃圾多为水果、蔬菜等，内部依旧含有大量水分，难以焚烧或掩埋处理，虽然现有技术中提供了发酵处理法，但发酵处理气味大，只能将发酵厂设置在远郊，增加运输成本。

发明内容

针对现有技术中城市生活垃圾处理过程中，内部含有大量水分，难以焚烧或掩埋处理，而发酵处理气味大，且生活垃圾脱水过程中产生的大量水分也难以处理的问题。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种城市生活垃圾综合处理方法，包括如下步骤：将城市生活垃圾进行冷冻干燥，所述冷冻干燥冷源来自于LNG汽化产生的冷能，冷冻干燥后的固态城市生活垃圾焚烧，冷冻干燥产生的淡水则用于灌溉。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种实现权利要求上述城市生活垃圾综合处理方法的装置，包括冷冻干燥装置，所述冷冻干燥装置包括冷回收换热器，所述冷回收换热器中由LNG气化提供冷量，所述冷冻干燥装置中包括可拆卸底盘。

上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：

1)本公开在实现城市生活垃圾脱水的基础上，借助冷冻干燥这一干燥形式，最大限度的保证了原料在脱水过程的损耗，同时借助LNG冷能以提供冷源的思路和回收利用冻干过程中所脱除的淡水资源提高了整个城市生活垃圾脱水过程的经济性，为解决城市生活垃圾资源化这一难题提供了一种解决思路。

2)城市生活垃圾通过冷冻干燥预处理后，水分升华后会聚集在冷源处形成冰块。由于这部分水是通过低温升华后凝结而来，因此它不会含有重金属、盐类以及结构复杂的有机化合物。将这一部分淡水资源充分利用起来将进一步提高城市生活垃圾冷冻干燥脱水预处理过程的经济性。因为原料主要来源于城市生活垃圾中的厨余垃圾部分，所以本公开提出了将这一部分淡水资源用于城市绿化或农林业灌溉。在实验室阶段通过用冻干水与自来水对植物进行灌溉培养的对照实验，植物在冻干水中培养与在自来水中培养并无差别，生长状态良好。

具体实施方式

下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

针对现有技术中城市生活垃圾处理过程中，内部含有大量水分，难以焚烧或掩埋处理，而发酵处理气味大，且生活垃圾脱水过程中产生的大量水分也难以处理的问题。

本公开旨在提供一种经济性高且效果更好的城市生活垃圾脱水预处理工艺，以有助于实现后续城市生活垃圾资源化、废物利用的过程。本发明以城市生活垃圾为原料，借助于LNG接收沿海城市港口区上岸的LNG本身储备的大量冷能为冷源进行冷冻干燥脱水处理，将所得到的冻干水用于城市绿化或林木业灌溉，而脱水后的城市生活垃圾由于其变脆变硬的性质而容易粉碎成分，可用于焚烧或气化等热化学处理过程。通过将城市生活垃圾脱水处理，减少了储存、填埋过程中垃圾渗滤液的释放，同时所得垃圾粉末也无明显异味。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种城市生活垃圾综合处理方法，包括如下步骤：将城市生活垃圾进行冷冻干燥，所述冷冻干燥冷源来自于LNG汽化产生的冷能，冷冻干燥后的固态城市生活垃圾焚烧，冷冻干燥产生的淡水则用于灌溉。

城市生活垃圾主要为厨余垃圾，其中，厨余垃圾主要为动植物，内部含有大量水分，难以直接焚烧，为此，对城市生活垃圾进行冷冻干燥，冷冻干燥后的城市垃圾会变脆硬，这为后续城市生活垃圾粉粹磨粉提供了便利。粉碎后的原料粉末具有更大的比表面积，在焚烧或者气化过程提高反应的接触面积，有利于提升反应效率。

目前主要的干燥手段包括高温蒸发和冷冻干燥。由于垃圾中含水量较高而且水的比热容较高，高温蒸发所需能耗较高，在加热过程中会损失一部分低沸点可燃挥发分，从而降低可燃部分的收率，同时会产生恶臭；在升温过程中可能会产生粘稠焦油，附着在加热设备上，降低换热效率，增加再处理能耗，缩短设备使用寿命。冷冻干燥是通过低温条件下将原料中的水分凝结为冰，再通过负压(真空)条件将原料中水分升华从而实现脱水。相比于高温干燥，冷冻干燥过程对原料的形貌结构保存较好，而且由于温度始终保持在零度以下，几乎不产生异味，对于低沸点的可燃挥发分的损失也较少，有利于提高产品的总热值。

另外，冷冻干燥用于食品领域通常有如下优点：(1)最大限度地保存食品的色、香、味，如蔬菜的天然色素保持不变，各种芳香物质的损失可减少到最低限度；冷冻干燥对保存含蛋白质食品要比普通冷冻保存的好。(2)对热敏性物质特别适合，可以使热敏性的物料干燥后保留热敏成分；能保存食品中的各级营养成分，尤其对维生素C，能保存90％以上，因此，冷冻干燥处理后的厨余垃圾，芳香类物质、色素等均留置于厨余垃圾内部，冷冻干燥获得的水分几乎为纯淡水，适合作为灌溉使用。

预冷冻过程中的冷源由LNG气化所释放的冷能提供，以提高整个工艺过程的经济性。

冷冻干燥过程最主要的成本在于制冷阶段，因此提出以LNG冷能作为冷源的提供者。LNG是液化天然气的缩写，海上气田产出的天然气需经过净化和层层压缩低温液化，冷却至凝点(-161.5℃)变为液体以方便运输，然后通过液化天然气船运送。在沿海LNG接收城市港口区(例如，天津、青岛)需要先将LNG气化后再输送以用于热力发电或是城市居民用气。在LNG气化的过程中会从外界吸收热量，产生约920.50KJ/kg的冷能，如果能将这部分冷源利用起来作为冷冻干燥过程的冷源将大大降低冷冻干燥过程的成本，从而使得对于城市生活垃圾冷冻干燥脱水预处理过程更加具有经济竞争性。

具体冷冻干燥操作过程如下：将预冷冻的原料放入冷冻干燥装置中，开启抽真空装置使装置内形成负压，同时借助LNG冷能作为冷源保证装置内低温环境，待原料中绝大多数水分升华，在装置底部聚集凝结成冰块时关闭冷冻干燥装置。

优选的，在冷冻干燥之前，还包括脱水处理过程，所述脱水处理过程为脱除城市生活垃圾表面的水分，以垃圾表面的水分不成股流下为准。

优选的，所述冷冻干燥的绝对压力为18-22Pa，优选为20Pa。

优选的，所述冷冻干燥的温度为-55～-45℃；优选为-50℃。本公开通过实验证明了，在该绝对压力与温度下，一方面冷冻干燥后的固态城市垃圾能够达到焚烧标准，另一方面，获得的淡水与自来水相比，最适合灌溉植物。

优选的，所述冷冻干燥后的固态城市垃圾焚烧之前还包括粉碎步骤。经过冷冻干燥后的城市生活垃圾具有变脆变硬的性质，所以容易被粉粹机打碎成细粉状，

优选的，所述固态城市垃圾粉碎成粉末；优选的，粉末粒径在50目以下。

优选的，还包括淡水收集过程，所述淡水收集包括如下步骤：待冷冻干燥过程中产生的淡水露天自然熔化，对淡水进行收集。

优选的，所述城市生活垃圾包括蔬菜、鱼、肉、主食中的一种或多种；

优选的，所述主食为米饭或面食；

优选的，其中，各类型垃圾的质量比为蔬菜45-55份、鱼和肉混合物16-20份、主食22-24份；优选为蔬菜48.5份、鱼和肉混合物17.6份、主食22.1份。

优选的，还包括预冷冻过程，包括如下步骤：在-20～-10℃的环境下冷冻20-30小时；进一步优选的，在－15℃的环境下冷冻24小时。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种实现权利要求上述城市生活垃圾综合处理方法的装置，包括冷冻干燥装置，所述冷冻干燥装置包括冷回收换热器，所述冷回收换热器中由LNG气化提供冷量，所述冷冻干燥装置中包括可拆卸底盘。

冷冻干燥过程中装置应该具有较好的气密性以防止气压泄露，从而避免反复抽真空操作，提高整个工艺过程的经济性。

优选的，还包括粉碎机，所述粉碎机将可拆卸底盘出料的固态城市生活垃圾粉碎。

进一步优选的，冷冻干燥装置底部应设计为不锈钢底盘，用于与冷源接触进行换热，同时便于升华后的水气在上面凝结成冰。

实施例1

本实施例提供一种厨余垃圾的处理方法，包括如下步骤：

厨余垃圾：由某大学餐厅提供，采样时对垃圾桶内的餐厨垃圾进行充分搅拌，待混合均匀后用取样工具采取1kg左右的垃圾作为试验样本。

通过直接用镊子将样品中的蔬菜、鱼、肉、主食(米饭、面食)等分拣出来依次称量得到数据如下——蔬菜：48.5％、鱼/肉：17.6％、主食：22.1％、其它：11.8％，其中，其它为无法分辨种类的厨余垃圾。

称取500g样品放入冰箱，在-15℃的环境下预冷冻24小时。而后快速转移至冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理，在绝对压力为20Pa，制冷温度为-50℃下冷冻干燥12小时后将冻干产品取出。依据国标GB 5009.3-2016测量其含水量，得到其含水量为3.17％。总碳含量达到了43.46％，灰分含量为6.29％，达到了焚烧标准。同时通过冷冻干燥脱水过程，回收淡水327.5g。

实施例2

本实施例提供一种厨余垃圾的处理方法，包括如下步骤：

厨余垃圾：由某大学餐厅提供，采样时对垃圾桶内的餐厨垃圾进行充分搅拌，待混合均匀后用取样工具采取1kg左右的垃圾作为试验样本。

通过直接用镊子将样品中的蔬菜、鱼、肉、主食(米饭、面食)等分拣出来依次称量得到数据如下——蔬菜：50％、鱼/肉：20.7％、主食：23％、其它：6.3％，其中，其它为无法分辨种类的厨余垃圾。

称取500g样品放入冰箱，在-15℃的环境下预冷冻24小时。而后快速转移至冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理，在绝对压力为22Pa，制冷温度为-55℃下冷冻干燥12小时后将冻干产品取出。依据国标GB 5009.3-2016测量其含水量，得到其含水量为3.3％。总碳含量达到了41％，灰分含量为7.44％，达到了焚烧标准。同时通过冷冻干燥脱水过程，回收淡水379.3g。

对比例1

本实施例提供一种厨余垃圾的处理方法，与实施例1区别在于：

通过直接干燥法(GB 5009.3-2016)进行干燥，测量水分，得到餐饮垃圾中所含水分为71.33％。测量垃圾中总碳含量平均为14.53％，灰分为2％左右。通常认为城市生活垃圾可焚烧性的界限值为含水量≤50％，灰分≤60％，可燃成分(总碳)≥25％，虽然样品灰分低于界限值，但是其含水量和总碳含量远远不及焚烧标准界限值。

通过实施例1与对比例1的对比可知，显然冷冻干燥法使城市垃圾中的水分含量降低，并尽量保持了碳量，大大提高了其可燃性。

对比例2

本实施例提供一种厨余垃圾的处理方法，与实施例1区别在于：在绝对压力为10Pa，制冷温度为-70℃下冷冻干燥12小时后将冻干产品取出。

实施例3

本实施例将实施例1,2对比例2进行多组平行试验，并对产生的淡水进行收集，培养绿萝5个月，并以自来水为对照组进行参考。其结果如表1所示。

表1

从表1可以看出，本公开实施例1,2制得的淡水培育的绿萝效果较好，与自来水相当。

以上所揭露的仅为本公开的优选实施例而已，当然不能以此来限定本公开之权利范围，因此依本公开申请专利范围所作的等同变化，仍属本公开所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，包括如下步骤：将城市生活垃圾进行冷冻干燥，所述冷冻干燥冷源来自于LNG汽化产生的冷能，冷冻干燥后的固态城市生活垃圾焚烧，冷冻干燥产生的淡水则用于灌溉。

2.如权利要求1所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，在冷冻干燥之前，还包括脱水处理过程，所述脱水处理过程为脱除城市生活垃圾表面的水分，以垃圾表面的水分不成股流下为准。

3.如权利要求1所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，所述冷冻干燥的绝对压力为18-22Pa，优选为20Pa。

4.如权利要求1所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为-55～-45℃；优选为-50℃；

或，所述冷冻干燥时间为10-15小时，优选为12小时。

5.如权利要求1所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，所述冷冻干燥后的固态城市垃圾焚烧之前还包括粉碎步骤。

6.如权利要求5所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，所述固态城市垃圾粉碎成粉末；优选的，粉末粒径在50目以下。

7.如权利要求1所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，还包括淡水收集过程，所述淡水收集包括如下步骤：待冷冻干燥过程中产生的淡水露天自然熔化，对淡水进行收集。

8.如权利要求1所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，所述城市生活垃圾包括蔬菜、鱼、肉、主食中的一种或多种；

优选的，所述主食为米饭或面食；

优选的，其中，各类型垃圾的质量比为蔬菜45-55份、鱼和肉混合物16-20份、主食22-24份；优选为蔬菜48.5份、鱼和肉混合物17.6份、主食22.1份。

9.如权利要求1所述的城市生活垃圾综合处理方法，其特征在于，还包括预冷冻过程，包括如下步骤：在-20～-10℃的环境下冷冻20-30小时；进一步优选的，在－15℃的环境下冷冻24小时。

10.一种实现权利要求1-9任一项城市生活垃圾综合处理方法的装置，其特征在于，包括冷冻干燥装置，所述冷冻干燥装置包括冷回收换热器，所述冷回收换热器中由LNG气化提供冷量，所述冷冻干燥装置中包括可拆卸底盘；

优选的，还包括粉碎机，所述粉碎机将可拆卸底盘出料的固态城市生活垃圾粉碎。