CN115055481A - 一种用于垃圾分选的工艺及其系统和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于垃圾分选的工艺及其系统和应用，涉及垃圾处理技术领域。该工艺包括：低温湿热水解、脱水：将垃圾破碎，低温湿热水解，脱水，得到脱水物料；低温湿热水解的温度为55℃‑65℃，时间为9h‑12h；生物干化：采用干化气体、嗜热菌和回流有机物，对脱水物料进行生物干化，得到干化物料；生物干化的温度为65℃‑75℃，时间为1.5天‑2.5天；机械分选：对干化物料进行机械分选。该工艺将低温湿热水解和生物干化结合，让生物质垃圾中的细胞破壁，细胞液流出，再通过接种嗜热菌，有效降解有机物，利用降解反应产生的热量，进一步降低垃圾中的含水量，最终解决生物质垃圾腐败后产生黏连无法实现有效机械分选的问题。

Description

一种用于垃圾分选的工艺及其系统和应用

技术领域

本发明涉及垃圾处理技术领域，特别是涉及一种用于垃圾分选的工艺及其系统和应用。

背景技术

受经济和社会发展等因素制约，目前我国大多数城市垃圾分选仍不彻底，仍然存在大量混合垃圾的转运模式。混合收运的垃圾往往具有高含水率、低热值和成分复杂等特点，如果直接采用焚烧或填埋的方式进行处理存在处理效率低、收益低、污染重、无法持续稳定运营的缺点。

当前混合垃圾分选技术主要采用机械分选的单一手段，但由于在垃圾运输过程中部分有机垃圾已开始腐败，产生滤液，导致机械分选设备无法处理富有水分和粘度的物料，使分选工作无法稳定运行。因此，需要一种能够将混合垃圾减量化、资源化、无害化的可用于垃圾分选的工艺和系统。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于垃圾分选的工艺，该工艺结合了低温湿热水解和生物干化两种工艺，让生物质垃圾中的细胞破壁，细胞液流出，得到并排出水解废水，降低了后续脱水的难度，水解后的物料在生物干化步骤中，通过直接接种嗜热菌和接种回流有机物中携带的嗜热菌，从而有效降解有机物，同时利用降解反应过程中产生的热量，进一步降低垃圾中的含水量，最终解决混合垃圾中因含有生物质垃圾，导致腐败后产生黏连无法实现有效的机械分选，进而导致垃圾的资源化困难问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于垃圾分选的工艺，该工艺包括以下步骤：

低温湿热水解、脱水：将垃圾破碎，得到待处理物料，对待处理物料进行低温湿热水解，得到水解物料和水解废水，对水解物料进行脱水，得到脱水物料和脱除废水；所述低温湿热水解的温度为55℃-65℃，所述低温湿热水解的时间为9h-12h；

生物干化：采用干化气体、嗜热菌和回流有机物，对脱水物料进行生物干化，得到干化废气和干化物料；所述生物干化的反应温度为65℃-75℃，所述生物干化的反应时间为1.5天-2.5天；

机械分选：对干化物料进行机械分选，得到回收物料和回流有机物。

采用上述工艺，能够将低温湿热水解和生物干化两种工艺结合起来，首先通过较低的水解温度、较长的水解时间，使生物质垃圾中的细胞破壁，使细胞液流出，降低物料的含水率，为后续的脱水降低难度，物料脱水后，使含水率进一步下降，使得物料的有机质含量得到极大提高，从而满足生物干化步骤中，有机物自身降解含固率的要求，为生物干化步骤提供了可靠的物料基础；同时，经过低温湿热水解、脱水这2步后，含水率的下降能使生物干化过程中干化和生物降解需氧量达到基本平衡的状态，若没有这2步，干化物料所需空气量将是生物降解需氧量的10-30倍，进而导致工业适用性急剧下降；还通过控制这2个步骤的温度，使低温湿热水解的温度比生物干化的温度低，不仅可以避免采用传统工艺中的高温水解后，进入生物干化步骤还需要降温的问题，低温湿热水解步骤与生物干化步骤的温度相近，减少了物料的换热，还能使生物干化步骤更好地利用物料从低温湿热水解步骤出来后附带的热量；不仅如此，机械分选后物料中的有机物，因为携带嗜热菌，故将其中的部分进行回流，使其回到生物干化步骤，从而使水解后的物料能够同时直接接种嗜热菌和接种回流有机物中携带的嗜热菌，从而有效降解有机物，使生物干化时间从常规的4-12天缩短为1.5天-2.5天。

在其中一个实施例中，所述干化废气包括回流废气和待排废气，所述干化气体包括回流废气，所述干化气体的温度为75℃-85℃，所述干化空气的含氧量为所述生物干化步骤需氧量的1-3倍，所述干化气体的相对湿度为8％-12％。

采用上述工艺，能使一部分干化废气得到回收利用，减少了废气处理规模，且合理利用了回流废气携带的热能；使包括回流废气在内的干化气体达到上述温度、含氧量和相对湿度，不仅能使生物干化步骤具备合适的通风环境，还能使生物干化步骤得到较好的温度、湿度控制，是生物干化步骤中的有机物得到有效降解，且降解过程中产生的热量能进一步降低物料的含水量。

在其中一个实施例中，所述待处理物料的粒径≤80mm；所述水解物料的含水率为40％-50％；所述脱水物料的含水率为5％-15％。

采用上述粒径，使待处理物料的大小适合后续低温湿热水解步骤；通过低温湿热水解、脱水两步，使物料达到上述含水率，从而满足生物干化步骤中，有机物自身降解对于含固率的要求。

在其中一个实施例中，所述回收物料由金属、重物和其它物料组成；

所述机械分选包括磁力分选和风力分选，所述磁力分选用于分选金属，所述风力分选用于分选重物。

通过上述磁力分选和风力分选，从生物干化后的物料中将金属、重物分选出来，从而使物料得到充分的再利用。

在其中一个实施例中，所述嗜热菌包括枯草芽孢杆菌、高温放线菌或单孢子菌。

本发明还提供了一种用于垃圾分选的系统，该系统采用所述的工艺，该系统包括：依次连通的破碎机、低温湿热水解机、脱水机、生物干化机、机械分选设备，所述机械分选设备与所述生物干化机连通。

通过上述系统，能够使垃圾先被破碎成适合粒径，然后依次经过低温湿热水解、脱水、生物干化处理，最后通过机械分选将可回收利用的物料分选出来，同时将机械分选后得到的部分有机物进行回流，增强生物干化的效果。

在其中一个实施例中，所述系统还包括加热系统、除臭系统和污水收集系统；

所述加热系统包括混合器、鼓风机、换热器、蒸汽机，所述混合器与所述生物干化机连通，所述混合器与所述鼓风机连通，所述混合器与所述换热器连通，所述蒸汽机与所述换热器连通，所述蒸汽机与所述低温湿热水解机连通，所述换热器与所述低温湿热水解机连通，所述换热器与所述生物干化机连通；

所述除臭系统包括喷淋装置、滤池和排放装置，所述生物干化机通过所述喷淋装置与所述滤池连通，所述排放装置与所述滤池连通；

所述污水收集系统包括储液池，所述储液池与所述低温湿热水解机连通，所述储液池与所述脱水机连通，所述储液池与所述混合器连通。

上述加热系统中的鼓风机将新风导入混合器，使新风和回流废气在混合器内混合，进而使混合后的气体的含氧量达到要求，然后将混合后的气体导入换热器，蒸汽机将蒸汽导入换热器，使混合后的气体温度、湿度达到要求，得到的干化气体导入生物干化机，使生物干化步骤具备合适的通风环境、适宜反应的温度和湿度，进而使物料中的有机物得到有效降解。

在其中一个实施例中，所述机械分选设备包括磁力分选机和风力分选机，所述生物干化机与所述磁力分选机连通，所述磁力分选机与所述风力分选机连通，所述风力分选机与所述生物干化机连通。

采用上述设计，能通过磁力分选，将干化物料中的金属分选出来，进行回收利用；通过风力分选，将干化物料中的重物分选出来，留下轻质的物料中含有有机物，而该有机物一部分作为回流有机物，用来增强生物干化步骤的有机物降解效果，剩余部分可用作无氧热裂解等多种工艺原料。

在其中一个实施例中，所述破碎机设有接料装置，所述接料装置用于物料缓存；所述低温湿热水解机设有搅拌装置、无轴螺旋输送装置和沥水装置，所述破碎机通过滑道与所述沥水装置连通，所述低温湿热水解机通过所述无轴螺旋输送装置与所述脱水机连通，所述搅拌装置用于搅拌所述待处理物料；

所述脱水机通过皮带输送装置与所述生物干化机连通；

所述生物干化机通过皮带输送装置与所述磁力分选机连通，所述磁力分选机通过皮带输送装置与所述风力分选机连通。

采用上述接料装置，能够方便物料缓存，减少运送物料车辆的等待时间；采用上述沥水装置，使物料进入低温湿热水解机时首先进行沥水，降低后续工艺能耗；采用上述滑道连通破碎机和沥水装置，能够极大减少维修清洗频率。

本发明还提供了一种垃圾的处理方法，采用所述工艺对垃圾进行处理，所述垃圾包括生物质垃圾。

采用上述工艺对生物质垃圾进行处理，在低温湿热水解步骤，无需添加试剂调节pH值，极大降低了除臭器风量；同时采用生物干化，进一步降低物料中的含水率，并且通过将机械分选后的有机物回流接种、采用嗜热菌高温耗氧堆肥、加热干化气体辅助等组合措施，使生物干化步骤的时间从传统的4-12天缩短为1.5-2.5天。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种用于垃圾分选的工艺及其系统和应用，该工艺结合了低温湿热水解和生物干化两种工艺，让生物质垃圾中的细胞破壁，细胞液流出，得到并排除水解废水，降低了后续脱水的难度，与现有的高温湿热水解相比，具有操作温度低，无需添加试剂调节pH值，极大降低除臭器风量等优点，与高温湿热水解相比，工艺能耗降低了90％；水解后的垃圾在生物干化步骤中，通过直接接种嗜热菌和接种回流有机物中携带的嗜热菌，有效降解有机物，同时利用降解反应过程中产生的热量，进一步降低垃圾中的含水量，最终解决混合垃圾中因含有生物质垃圾，导致腐败后产生黏连无法实现有效的机械分选，进而导致垃圾的资源化困难问题；同时，因采用将机械分选后得到的有机物回流接种、采用嗜热菌高温耗氧堆肥、加热干化气体等辅助措施，使生物干化步骤的时间大幅缩短，生物干化后的物料减量化达50％左右。该工艺克服了混合垃圾的传统机械分选工艺存在的路线复杂、设备体积大、占地面积大、投资高、清洗频率高、稳定性能差、分选效率低等缺点。

附图说明

图1为实施例1的用于垃圾分选的系统示意图。

其中，1为破碎机，2为低温湿热水解机，3为脱水机，4为生物干化机，5为磁力分选机，6为风力分选机，7为混合器7，8为鼓风机，9为换热器，10为蒸汽机，11为滤池，12为排放装置，13为储液池，14为喷淋装置。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连通”另一个元件，它可以是直接连通到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

定义：

本发明所述的生物质垃圾：指人类在利用生物质的过程中生产和消费产生的垃圾，仍然属于生物质的宏观范畴，但是能量密度、可利用性等都有显著的降低。

来源：

本实施例所用材料和零件如无特殊说明，均为市售来源；实验方法如无特殊说明，均为本领域的常规实验方法。

实施例1

一种用于垃圾分选的系统和工艺。

一、一种用于垃圾分选的系统，如图1所示，该系统包括：破碎机1、低温湿热水解机2、脱水机3、生物干化机4、磁力分选机5、风力分选机6、加热系统、除臭系统和污水收集系统。

破碎机1、低温湿热水解机2、脱水机3、生物干化机4、磁力分选机5、风力分选机6依次连通，风力分选机6与生物干化机4连通；破碎机1设有接料装置，接料装置的体积约20立方米，低温湿热水解机2设有搅拌装置、无轴螺旋输送装置和沥水装置，破碎机1通过滑道与滤水装置连通，低温湿热水解机2通过无轴螺旋输送装置与脱水机3连通，搅拌装置用于搅拌低温湿热水解机2内的物料，脱水机3通过皮带输送装置与生物干化机4连通，生物干化机4通过皮带输送装置与磁力分选机5连通，磁力分选机5通过皮带输送装置与风力分选机6连通。

加热系统包括混合器7、鼓风机8、换热器9和蒸汽机10；混合器7与生物干化机4连通，混合器7与鼓风机8连通，混合器7与换热器9连通；蒸汽机10与换热器9连通，蒸汽机10与低温湿热水解机2连通；换热器9与低温湿热水解机2连通，换热器9与生物干化机4连通。

除臭系统包括喷淋装置14、滤池11和排放装置12，生物干化机4通过喷淋装置14与滤池11连通，喷淋装置14设于生物干化机4与滤池11之间，排放装置12与滤池11连通。

污水收集系统包括储液池13，储液池13与低温湿热水解机2连通，储液池13与脱水机3连通，储液池13与混合器7连通。

在本实施例中，低温湿热水解机2为低温湿热水解罐，脱水机3为螺旋挤压脱水机3，排放装置12为烟囱。

二、一种用于垃圾分选的工艺。

该工艺包括以下步骤：

1、低温湿热水解、脱水。

垃圾进入破碎机1，破碎成粒径≤80mm的待处理物料，将待处理物料导入低温湿热水解机2，蒸汽机10将蒸汽导入低温湿热水解机2，进行低温湿热水解，得到水解物料和水解废水，低温湿热水解的温度为60℃，低温湿热水解的时间为9h-12h，水解物料的含水率为45％；

水解物料导入脱水机3，进行脱水，得到脱水物料和脱除废水，脱水物料的含水率为10％；水解废水、脱除废水排入储液池13。

2、生物干化。

采用干化气体、嗜热菌和回流有机物，对脱水物料进行生物干活，得到干化废气和干化物料，生物干化的反应温度为70℃，生物干化的反应时间为2天；

干化废气由回流废气和待排废气组成，鼓风机8将干净空气鼓入混合器7，和回流废气混合，得到混合气体和凝结水；

将凝结水排入储液池13，将混合气体导入换热器9，和蒸汽机10导入的蒸汽进行热交换，得到干化气体和加热凝结水，干化气体的温度为80℃，含氧量为生物干化步骤需氧量的2倍，相对湿度为10％；

将干化气体导入生物干化机4促进有机物降解，将加热凝结水导入低温湿热水解机2进行辅助加热；

待排废气经喷淋装置14的喷淋处理、滤池11进行净化处理后，通过排放装置12排出，在本实施例中，喷淋处理为酸碱喷淋，滤池11为生物滤池。

机械分选：对干化物料进行机械分选，在本实施例中，机械分选包括磁力分选和风力分选，磁力分选将干化物料中的金属选出，风力分选将干化物料中的重物选出，剩余物料包括有机物，将该有机物中的一部分作为回流有机物，将其导入生物干化机4进行生物干化步骤。

排入储液池13的水解废水、脱除废水和凝结水，经过污水处理后，达标排放。

在本实施例中，上述嗜热菌包括枯草芽孢杆菌、高温放线菌或单孢子菌。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于垃圾分选的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

低温湿热水解、脱水：将垃圾破碎，得到待处理物料，对待处理物料进行低温湿热水解，得到水解物料和水解废水，对水解物料进行脱水，得到脱水物料和脱除废水；所述低温湿热水解的温度为55℃-65℃，所述低温湿热水解的时间为9h-12h；

生物干化：采用干化气体、嗜热菌和回流有机物，对脱水物料进行生物干化，得到干化废气和干化物料；所述生物干化的反应温度为65℃-75℃，所述生物干化的反应时间为1.5天-2.5天；

机械分选：对干化物料进行机械分选，得到回收物料和回流有机物。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述干化废气包括回流废气和待排废气，所述干化气体包括回流废气，所述干化气体的温度为75℃-85℃，所述干化空气的含氧量为所述生物干化步骤需氧量的1-3倍，所述干化气体的相对湿度为8％-12％。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述待处理物料的粒径≤80mm；所述水解物料的含水率为40％-50％；所述脱水物料的含水率为5％-15％。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述回收物料由金属、重物和其它物料组成；

所述机械分选包括磁力分选和风力分选，所述磁力分选用于分选金属，所述风力分选用于分选重物。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的工艺，其特征在于，所述嗜热菌包括枯草芽孢杆菌、高温放线菌或单孢子菌。

6.一种用于垃圾分选的系统，其特征在于，该系统采用权利要求1-5中任一项所述的工艺，该系统包括：依次连通的破碎机、低温湿热水解机、脱水机、生物干化机、机械分选设备，所述机械分选设备与所述生物干化机连通。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括加热系统、除臭系统和污水收集系统；

所述加热系统包括混合器、鼓风机、换热器、蒸汽机，所述混合器与所述生物干化机连通，所述混合器与所述鼓风机连通，所述混合器与所述换热器连通，所述蒸汽机与所述换热器连通，所述蒸汽机与所述低温湿热水解机连通，所述换热器与所述低温湿热水解机连通，所述换热器与所述生物干化机连通；

所述除臭系统包括喷淋装置、滤池和排放装置，所述生物干化机通过所述喷淋装置与所述滤池连通，所述排放装置与所述滤池连通；

所述污水收集系统包括储液池，所述储液池与所述低温湿热水解机连通，所述储液池与所述脱水机连通，所述储液池与所述混合器连通。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述机械分选设备包括磁力分选机和风力分选机，所述生物干化机与所述磁力分选机连通，所述磁力分选机与所述风力分选机连通，所述风力分选机与所述生物干化机连通。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述破碎机设有接料装置，所述接料装置用于物料缓存；所述低温湿热水解机设有搅拌装置、无轴螺旋输送装置和沥水装置，所述破碎机通过滑道与所述沥水装置连通，所述低温湿热水解机通过所述无轴螺旋输送装置与所述脱水机连通，所述搅拌装置用于搅拌所述待处理物料；

所述脱水机通过皮带输送装置与所述生物干化机连通；

所述生物干化机通过皮带输送装置与所述磁力分选机连通，所述磁力分选机通过皮带输送装置与所述风力分选机连通。

10.一种垃圾的处理方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述工艺对垃圾进行处理，所述垃圾包括生物质垃圾。

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