CN115518519A - 生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺及系统，工艺包括：S1：将生活垃圾进行沥水发酵，实现固液相分离；S2：通过焚烧系统将分离出的固相垃圾进行焚烧；S3：将焚烧系统产生的烟气进行降温及净化；S4：将净化后的烟气通入固碳曝气单元，将烟气中CO2与水相充分混合；S5：通过预处理系统将液相渗滤液进行污水处理；S6：通过厌氧膜处理系统将液相渗滤液去除有机污染物；S7：将厌氧膜处理系统处理后的渗滤液通入培养基预处理单元调配为用于藻类生长的培养用水；S8：将培养用水通入固碳曝气单元；S9：将混合后的气水通入多级光生物反应器反应器繁殖微藻；S10：通过藻水分离单元将藻液进行固液分离。本发明能够对生活垃圾进行完全处理。

Description

生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺及系统
技术领域
本发明涉及污水处理，更具体地说，涉及生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺及系统。
背景技术
目前，垃圾焚烧是生活垃圾最主要的两种处置方式之一。垃圾焚烧通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应，利用高温氧化减量垃圾，生成残渣或熔融固体物质的过程。与填埋法相比，垃圾焚烧占地面积小、效率高，焚烧产生的热量用于发电，是生活垃圾减量化、能源化的有效方式。主要问题包括：1）垃圾焚烧后产生大量CO2随烟囱进入大气，造成温室气体排放；2）垃圾焚烧电厂渗滤液处理问题，特别是高浓度氨氮、总氮去除问题，现有工艺多采用缺氧-好氧（A/O）工艺，不仅能耗高，且产生大量生化污泥需要进一步处理；3）垃圾焚烧未实现生活垃圾物质的资源化利用，也无其他价值的产品产出；4）现有垃圾焚烧发电技术，能源整体利用效率较低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺及系统以解决上述问题。
本发明将微藻固碳技术与传统垃圾焚烧工艺进行耦合，利用微藻的生长繁殖过程中，通过光合作用将垃圾焚烧烟气中的CO2和渗滤液中的氨氮等营养物转化为高价值的有机碳（生物质），实现垃圾焚烧厂碳捕集、固定和利用及渗滤液中氨氮的资源化利用，为垃圾焚烧厂“低碳、零碳工厂”提供具体可实施技术解决途径
本发明采用如下的技术方案。
一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，包括：
S1：将生活垃圾进行沥水发酵，实现固液相分离；
S2：通过焚烧系统将分离出的固相垃圾进行焚烧；
S3：将焚烧系统产生的烟气进行降温及净化；
S4：将净化后的烟气通入固碳曝气单元，将烟气中CO2与水相充分混合；
S5：通过预处理系统将液相渗滤液进行污水处理
S6：通过厌氧膜处理系统将液相渗滤液去除有机污染物；
S7：将厌氧膜处理系统处理后的渗滤液通入培养基预处理单元调配为用于藻类生长的培养用水；
S8：将培养用水通入固碳曝气单元；
S9：将混合后的气水通入多级光生物反应器反应器繁殖微藻；
S10：通过藻水分离单元将藻液进行固液分离。
进一步的，在步骤S2中还包括：将固相垃圾焚烧后的炉渣用于制备环保砖。
进一步的，步骤S3：将焚烧系统产生的烟气进行净化包括：
将烟气依次通过脱酸塔、布袋除尘器，以初步去除烟气中的污染物；
将烟气经汽-烟气换热器升温后通入选择性催化还原脱硝反应器，以进一步去除烟气中的NOx；
经过选择性催化还原脱硝反应器处理后的烟气通入低温蒸发单元换热降温，为低温蒸发设备提供热源；
经换热后的烟气通入喷淋塔，进一步去除烟气中的SOx，反应过程产生的减湿废水汇入纳滤处理单元协同处理。
进一步的，步骤S6中，厌氧膜处理系统在去除有机污染物的同时，将有机物通过厌氧微生物反应产生沼气；产生的沼气分为两路：一路通入焚烧系统作为燃烧气体，另一路通过沼气锅炉发电产生电能，沼气锅炉发电过程产生烟气通入固碳曝气单元。
进一步的，步骤S9及S10之间还包括步骤：对多级光生物反应器反应器末端藻液，进行回流处理，回流藻液第一支路回流至培养基预处理单元，进行藻种接种适应预接种和培养基水质调配，第二支路回流入多级光生物反应器反应器前端，调节多级光生物反应器反应器内藻液生长。
进一步的，步骤S10中，经分离产生的液相水通入深度处理系统，以进一步去除污染物，净化后的出水作为回用水全部回收利用，深度处理过程中产生的浓缩液进入蒸发系统蒸发结晶。
进一步的，步骤S10中，经固液产生的固相微藻生物质进行油脂提取或提取生物蛋白，提油或提取生物蛋白过程产生的生物质残渣，输送至前端的厌氧膜反应器，通过厌氧降解生产产沼气，回收能源。
进一步的，步骤S2-S4与步骤S5-S8 同时执行。
一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化系统，用于生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，包括：
垃圾仓，用于存储垃圾并实现固液相分离；
焚烧系统，用于焚烧固相垃圾，炉内燃烧温度为850~1100℃，控制烟气在850℃以上至少停留2s；
余热锅炉，管道连接所述焚烧系统，产生过热蒸汽用于蒸汽轮机发电；
脱酸塔，管道连接所述余热锅炉，用于降低烟气中酸度；
布袋除尘单元，管道连接所述脱酸塔，用于去除烟气中粉尘；
蒸汽加热单元，管道连接所述布袋除尘单元，用于加热烟气，蒸汽加热单元的蒸汽抽取自余热锅炉产生的饱和蒸汽；
选择性催化还原脱硝反应器，管道连接所述蒸汽加热单元，用于进一步处理烟气中NOx含量；
渗滤液预处理系统，用于初步去除渗滤液内杂质；
厌氧膜生物反应器，连接于所述渗滤液预处理系统，通过厌氧反应降低渗滤液中有机污染物浓度，厌氧反应产生沼气一部分入炉焚烧，另一部份接入沼气发电单元；
培养基预处理单元，连接于所述厌氧膜生物反应器，将经营养调节后的回流藻液与厌氧膜生物反应器出水混合；
固碳曝气单元，连接于所述培养基预处理单元，用于将烟气中CO2与水相混合；
多级光生物反应器反应器，连接于所述固碳曝气单元，使微藻利用水中溶解的CO2、氨氮及投加的磷等营养物，通过光合作用生长，多级光生物反应器反应器末端藻液，进行回流处理，回流藻液第一支路回流至培养基预处理单元，进行藻种接种适应预接种和培养基水质调配，第二支路回流入多级光生物反应器反应器前端，调节多级光生物反应器反应器内藻液生长；
藻水分离单元，连接于所述多级光生物反应器反应器，将多级光生物反应器反应器产生的藻液进行固液分离。
进一步的，所述生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化系统还包括：
提油单元，连接于所述藻水分离单元，用于加工微藻产生藻油；
深度处理单元，连接于所述藻水分离单元，用于净化藻水分离单元分离的水相；
低温蒸发单元，分别连接所述深度处理单元及选择性催化还原脱硝反应器，用于加热浓液形成结晶。
有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
1）提出了全新的垃圾焚烧厂烟气固碳技术路线，实现垃圾焚烧厂碳捕集，为垃圾焚烧厂“低碳、零碳工厂”提供了具体可实施的技术路线
2）提出了全新的垃圾焚烧渗滤液处理技术路线，降低传统A/O工艺曝气耗能，显著降低生化污泥产量，实现节能减排和氨氮资源化。
3）烟气无需烟囱排放，经过清净烟气曝气并伴随微藻培养吸收，末端烟气污染物浓度几乎为零，实现垃圾焚烧烟气极低排放。
4）充分利用入厂垃圾热值，通过烟气余热换热利用，实现渗滤液浓液减量化处置，并提高厂内能源综合利用率。
5）通过对微藻提油资源化利用，抵消厂内外购轻柴油物料消耗，并可通过外售为焚烧厂提供创收渠道。
6）利用垃圾焚烧厂发电为LED等功能，可实现光生物反应器反应器24小时持续补光运行。
附图说明
图1为本发明实施例的垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺流程图。
图2为本发明实施例1的垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺物料平衡图。
图3为本发明实施例2的垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺物料平衡图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
请参见图1，本发明实施例提供一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺。
以下对本发明中提到的术语进行说明：
微藻（Microalgae）：细小藻类群体的总称，通常存在于淡水和海洋系统中，在陆地系统也有分布，体积从几微米到几百微米不等。
微藻生物固碳（Carbon Dioxide Sequestration by Microalgae）：利用微藻生长繁殖快、周期短的特点，通过光合作用吸收二氧化碳（CO2）转化为碳水化合物，以有机碳（生物质）的形式固定在植物体内的过程。常见固碳微藻包括螺旋藻、红球藻、小球藻等。
渗滤液（Leachate）：是指垃圾在堆放过程中因重力压实、发酵等物理、生物及化学作用产生的废液。
厌氧膜生物反应器（Anaerobic membrane bioreactor, AMBR）：厌氧生物技术与高效膜分离技术相结合的新型水处理技术，该技术具有占地面积小、微生物浓度高、有机负荷高、能使大分子物质得到充分降解，更重要的是应用该技术处理高浓度有机废水（e.g.填埋渗滤液）的同时可以回收能源，剩余污泥产量低。
光生物反应器（Photo Bioreactor，PBR)：指能够用于光合微生物及其具有光合作用能力的组织或者细胞培养的一类装置。这种反应器和一般的生物反应器具有相似的结构，在一般的条件下都需要一定的光照、温度以及营养物质等来对微生物进行培养和对系统的环境进行调节和控制。用于藻类生长培养。
汽-烟气换热器（Steam Gas Heater，SGH）:一种管壳式换热器，壳侧内流动介质为烟气，入口管侧介质为低压饱和或过饱和蒸汽，利用蒸汽的汽化潜热加热烟气。
生活垃圾（1）放置于垃圾仓（2）内5~7天，充分沥水发酵，目的是实现固液相充分分离；
固相垃圾进入焚烧系统（3）进行焚烧，液相渗滤液进入预处理等系统进行污水处理；
将固相垃圾焚烧后的炉渣用于制备环保砖，实现炉渣的末端处置；
将垃圾焚烧系统产生的热能利用余热锅炉（5）转化产生过热蒸汽，并通入蒸汽发电系统（6）发电；
将垃圾焚烧系统产生的烟气依次通过脱酸塔（8）、布袋除尘器（9），目的是初步去除烟气中的污染物（如SOx、NOx、粉尘等），并在脱酸塔（8）和布袋除尘（9）工艺中喷射石灰、活性炭等，目的是进一步控制烟气中酸性气体浓度并实现二恶英的吸附；
经初步处理后的烟气经SGH升温后进入选择性催化还原脱硝（SCR）反应器（11），目的是进一步去除烟气中的NOx;
经过SCR反应器（11）后的烟气进入低温蒸发单元（12）换热降温，目的是为低温蒸发设备提供热源；
经换热后的烟气进入喷淋塔（13），目的是进一步去除烟气中的SOx，反应过程产生的减湿废水汇入纳滤处理单元协同处理。
上述工艺处理后的烟气通过风机增压通入固碳曝气处理单元（14），目的是进行水中CO2饱和过程，经曝气后的清洁达标烟气随曝气过程直接排放；
液相渗滤液经过渗滤液预处理（4）除杂后通入厌氧膜处理系统（15），目的是在去除有机污染物的同时，将有机物通过厌氧微生物反应转化为沼气，从而回收能源，减少温室气体排放。厌氧产生的沼气可分为两路：一路通入焚烧系统（3）作为助燃气体，另一路通过沼气锅炉（16）发电产生电能，沼气锅炉发电过程产生烟气通入固碳曝气系统（14）。
厌氧出水经过膜过滤，不仅将厌氧微生物截留在反应器中，提升厌氧反应器效率，而且出水水质显著提升，其中的悬浮物固体（SS）得到完全去除，出水浊度极低，显著提升出水透明度，有利于下一步的微藻生长；同时厌氧出水中含有大量的氨氮，可作为微藻生长的营养物。
厌氧膜生物反应器（15）出水进入培养基预处理单元（17），在该单元投加适量的磷酸盐等培养基（29），进行N\P等营养元素的配比调节。并与PBR藻液回流水充分混合，调配为用于藻类生长的培养用水；
将培养用水通入固碳曝气单元（14），将烟气中CO2与水相充分混合，使培养用水溶解CO2浓度基本达到饱和；
经过固碳曝气单元（14）的气水混合水通入多级PBR反应器（18）。在PBR反应器中，微藻利用水中溶解的CO2、氨氮及投加的磷等营养物，通过光合作用，不断生长繁殖。
PBR反应器（18）的光源来自两方面：白天可充分利用太阳光光照，在日光不足时，可采用人工光源，如LED灯光照；而PBR反应器的人工光源所需电能可来自厂区焚烧发电或/和厌氧沼气发电；
对PBR反应器末端藻液，进行回流处理，回流藻液第一支路回流至培养基预处理单元，进行藻种接种适应预接种和培养基水质调配，第二支路回流入PBR反应器前端，调节PBR反应器内藻液生长；
经PBR反应器产生的高浓度藻液进入藻水分离单元（19）进行固液分离，经分离产生的液相水通入深度处理系统（20）（包括但不限于纳滤、反渗透等处理方式），在深度处理系统中，盐类及其他污染物得到进一步去除，净化后的出水作为回用水全部回收利用（21）（如作为冷却塔补水），深度处理过程中产生的浓缩液进入蒸发系统（12）蒸发结晶，实现垃圾渗滤液近零排放；
经藻水分离单元（19）经固液产生的固相微藻生物质可进行进一步的高值化利用。如油脂提取（23），提取的生物油脂可外售或用于厂内焚烧系统（3）助燃燃料；又如可提取微藻细胞内部的蛋白质，加工生产生物蛋白产品。提油或提取生物蛋白过程产生一定量的生物质残渣，可输送至前端的厌氧膜反应器（AMBR）（15），通过厌氧降解生产产沼气，回收能源。
本发明实施例还提供一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化系统，用于生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，包括：
垃圾仓，用于存储垃圾并实现固液相分离；
焚烧系统，用于焚烧固相垃圾，炉内燃烧温度为850~1100℃，控制烟气在850℃以上至少停留2s；
余热锅炉，管道连接所述焚烧系统，产生过热蒸汽用于蒸汽轮机发电；
脱酸塔，管道连接所述余热锅炉，用于降低烟气中酸度；
布袋除尘单元，管道连接所述脱酸塔，用于去除烟气中粉尘；
蒸汽加热单元，管道连接所述布袋除尘单元，用于加热烟气，蒸汽加热单元的蒸汽抽取自余热锅炉产生的饱和蒸汽；
选择性催化还原脱硝反应器，管道连接所述蒸汽加热单元，用于进一步处理烟气中NOx含量；
渗滤液预处理系统，用于初步去除渗滤液内杂质；
厌氧膜生物反应器，连接于所述渗滤液预处理系统，通过厌氧反应降低渗滤液中有机污染物浓度，厌氧反应产生沼气一部分入炉焚烧，另一部份接入沼气发电单元；
培养基预处理单元，连接于所述厌氧膜生物反应器，将经营养调节后的回流藻液与厌氧膜生物反应器出水混合；
固碳曝气单元，连接于所述培养基预处理单元，用于将烟气中CO2与水相混合；
多级光生物反应器反应器，连接于所述固碳曝气单元，使微藻利用水中溶解的CO2、氨氮及投加的磷等营养物，通过光合作用生长，多级光生物反应器反应器末端藻液，进行回流处理，回流藻液第一支路回流至培养基预处理单元，进行藻种接种适应预接种和培养基水质调配，第二支路回流入多级光生物反应器反应器前端，调节多级光生物反应器反应器内藻液生长；
藻水分离单元，连接于所述多级光生物反应器反应器，将多级光生物反应器反应器产生的藻液进行固液分离。
进一步的，所述生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化系统还包括：
提油单元，连接于所述藻水分离单元，用于加工微藻产生藻油；
深度处理单元，连接于所述藻水分离单元，用于净化藻水分离单元分离的水相；
低温蒸发单元，分别连接所述深度处理单元及选择性催化还原脱硝反应器，用于加热浓液形成结晶。
所述垃圾仓为钢砼结构，垃圾仓库存量为5~7天垃圾存储量。
所述焚烧系统采用炉排炉焚烧，配置一次风、二次风等燃烧空气系统，炉内燃烧温度为850~1100℃，要求控制烟气在850℃以上至少停留2s，控制烟气二恶英的产生，燃烧后的炉渣降温后进入钢砼渣坑，通过汽车运输砖厂制成生态砖。
所述余热锅炉为中温中压锅炉，设有过热器、蒸发器、省煤器等结果，产生过热蒸汽用于蒸汽轮机发电，控制蒸汽压力4Mpa，蒸汽温度400℃，亦可配置采用中温次高压（5.3MPa、450 ℃/6.4 MPa、450 ℃/6.4 MPa、485 ℃）或超高压（13MPa、485℃）等型号余热发电技术。
在焚烧系统中喷射氨水，喷射开孔位置设置在余热锅炉水冷壁鳍片，控制烟气NOx浓度，经处理后的烟气NOx控制在200~250 mg/Nm3。
所述脱酸塔设置于余热锅炉省煤器出口后，脱酸塔进气温度190~220℃，烟气量根据项目规模决定，烟气进口SOx浓度600 mg/Nm3以上，HCl浓度1200 mg/Nm3以上，经过脱酸塔和消石灰干粉、活性炭喷射后烟气SOx浓度下降至50 mg/Nm3以下，HCl浓度10 mg/Nm3以下。
所述布袋除尘单元设置于脱酸塔后，主要去除烟气中粉尘等污染物，布袋除尘单元出口温度约150℃，粉尘浓度控制在10 mg/Nm3以下；布袋除尘处理后的烟气利用SGH升温，升温后烟气温度190℃以上，SGH蒸汽抽取自余热锅炉产生的饱和蒸汽。
所述低温SCR设置于SGH单元后，用于进一步处理烟气中NOx含量，经SNCR系统处理后的烟气NOx控制在100 mg/Nm3以下，氨逃逸控制在3 mg/Nm3以下，出口烟气温度175℃~180℃。
经SCR处理后的烟气经换热为浓液低温蒸发系统供热，换热后的烟气温度110℃~120℃，换热后烟气通入喷淋塔进一步控制烟气酸性气体、粉尘等污染物，经喷淋塔处理后的烟气SOx浓度下降至10 mg/Nm3以下，HCl浓度5mg/Nm3以下，粉尘浓度控制在5 mg/Nm3以下,达到超低排放清洁烟气的标准。喷淋塔单元产生的减湿废水通入纳滤单元协同处理，喷淋塔后烟气温度60℃~70℃。
所述渗滤液预处理系统采用自清洗过滤器、初沉池、调节池等流程工序，目的是去除渗滤液站的粗大杂质，通过调节使进入后续单元的水质相对均衡，经预处理稳定后的污水COD浓度约30000~50000 mg/L,氨氮浓度约1500~2000 mg/L，SS约5000~10000 mg/L。
所述厌氧膜生物反应器系统包括厌氧罐和膜分离装置。采用分置式厌氧生物反应器或/和一体式厌氧膜生物反应器。厌氧反应器加热热源来自汽机二抽低品位蒸汽，亦可来自SCR后烟气换热。通过厌氧反应有效去除渗滤液中COD等有机污染物浓度，经厌氧处理后的，出水可降解COD浓度降为200mg/L以下，SS在30mg/L以下。
厌氧反应产生沼气CH4浓度达到65%~75%，一部分作为助燃气入炉焚烧，另一部份接入沼气发电单元，沼气发电单元产生电能接入全厂电力系统回路，沼气锅炉所产烟气通入固碳曝气单元吸收燃烧后的CO2。
所述AMBR出水进入培养基预处理单元，将经营养调节后的回流藻液于AMBR出水充分混合，回流藻液的回流比控制30倍以上，经处理后的污水培养基COD浓度约200mg/L，氨氮浓度约100mg/L。
所述固碳曝气单元，采用射流曝气形式（也包括采用旋流或微孔曝气），将烟气通入污水培养基内，经固碳曝气单元处理后的烟气CO2体积分数下降约2~5%，曝气后的烟气部分直接排放，另一部分通入PBR反应器为微藻生长进一步供碳。
所述PBR反应器采用立柱式封闭培养系统（也包括采用横管式），采用高度透明材质制造，包括但不限于有机玻璃或高透明亚克力等，固碳曝气后的烟气在PBR反应器内流向与藻液流向相反。
PBR反应器所培养的藻液一部分作为回流藻液经营养调节单元补充磷酸盐后回流至
PBR反应器前端和培养基预处理前端，剩余藻液进入微藻收获单元进行藻类（固相）和水相的分离。
所述微藻收获单元采用超滤膜法进行固液分离（亦可采用生物法、水热化学法等），所分离后的水相COD浓度150mg/L以下，氨氮浓度30mg/L以下，进入深度处理系统，进一步处理污染物。深度处理系统产水COD浓度50mg/L以下，氨氮浓度10mg/L以下，产水达到厂内回用水标准后厂内回用。
深度处理浓水协同进入低温蒸发单元，低温蒸发单元运行温度约70℃~100℃，热源来自SCR出口烟气换热，所结晶盐分含水率1%以下，最终填埋处置。
所述藻液收获单元产生的固相微藻进入提油单元，提油方法采用压榨法（亦可采用水酶解、索氏提取法、有机浸提法等），所产生藻油可作为辅助燃料通入焚烧系统焚烧，也可作为生物柴油向市场售卖，提油过程所产生的残渣输送是厌氧罐内，为厌氧反应提供底物。
通过本发明工艺技术，可实现以下目的：
1）对垃圾焚烧厂CO2实现捕集，降低垃圾焚烧厂碳排放。
2）可通过该工艺培养特定的产油微藻，提取油脂；或培养其他类型微藻，生产高附加值产品，实现资源化利用。
3）提升垃圾渗滤液处理工艺，降低渗滤液处理能耗。
4）回收利用垃圾渗滤液中的有机物、氨氮。
5）充分利用烟气余热处理渗滤液浓液，提高厂内能源综合利用率。
6）通过藻液固碳曝气，进一步减少烟气污染物成分，实现烟气极低排放。
7）优化渗滤液生化处理工艺，显著降低剩余污泥产生。
本专利将垃圾焚烧技术、渗滤液处理技术、微藻技术进行首创性协同耦合，为打造有新一代低碳、零碳垃圾焚烧技术概念厂提供具体技术路线。
实施例1
请参见图2，图2是以本发明工艺路线在开展实施例1的物料平衡图；
本实施例生活垃圾焚烧厂处理量为36.5万t/a（即1000 t/d），生活垃圾进入焚烧厂后，首先进入垃圾仓静置5-7天沥水发酵，之后产生的固相（生活垃圾干质，约为29.2万t/a）进入焚烧-发电-烟气净化系统，液相（渗滤液，约为7.3万t/a）进入渗滤液处理系统。
生活垃圾焚烧系统中，参与焚烧过程的物料主要包括生活垃圾干质（约29.2万t/a）、助燃空气（约150-180万t/a）、渗滤液系统产生的沼气（约0.1-0.2万t/a）及外喷入的氨水（约350-400 t/a），其次还包括渗滤液处理系统定期排出的厌氧污泥（约200-300 t/a）以及焚烧系统启动过程需要的生物柴油助燃剂（微藻提油产物，约100-140 t/a），即每年参与焚烧系统的物料总量大概为180-210万吨。经焚烧处理后，约产生4万t/a的炉渣，用于制砖工艺，高温烟气等进入余热锅炉。
高温烟气携带的热量供给余热锅炉产过热蒸汽，蒸汽进而进入发电系统发电。余热锅炉产生的烟气在排放前需要进入烟气净化系统进行净化，包括脱酸、除尘、升温换热、低温SCR、二次喷淋脱酸等处理步骤。具体的：
1）烟气（约为176-206万t/a）首先通过余热锅炉省煤器出口的脱酸塔去除SOx、HCl、H2S等酸性气体，然后进入布袋除尘装置，产生的飞灰（约6万t/a）进一步处理，剩余烟气（约174-202万t/a）进入SGH系统进行蒸汽换热。为了进一步控制烟气中酸性气体浓度并实现二恶英的吸附，在脱酸塔和布袋除尘工艺中添加了消石灰、活性炭（约4万t/a）。换热后的烟气温度约为190℃，再经低温SCR系统进一步去除NOx，处理后烟气温度约180℃，系统总漏风量约为7-10万t/a，其余烟气进入渗滤液浓水低温蒸发系统作为浓水换热热源，同时实现烟气的进一步降温。降温后的烟气（约167-194万t/a）再进入喷淋塔进一步去除SOx、HCl、H2S等酸性气体，产生的减湿废水（约20.5-25.5万t/a，烟气温度约为60-70℃）进入渗滤液处理纳滤系统中进一步处理，经喷淋塔处理后的烟气SOx浓度下降至10 mg/Nm3以下，HCl浓度5mg/Nm3以下，粉尘浓度控制在5 mg/Nm3以下，达到超低排放清洁烟气的标准，清洁烟气产生量约为167-194万t/a。
2）CO2含量约为10%-15%（v/v）的清洁烟气经风机增压后进入固碳曝气系统，使污水培养基和烟气中CO2充分混合后形成CO2饱和溶解液进入PBR反应器，多余的烟气一部分直接排放，另一部分继续通入PBR反应器，以对PBR反应器中不断消耗减少的CO2进行及时补充，之后经多次吸收捕集CO2后的尾气逸散排空。其中，固碳曝气采用射流曝气形式，经固碳曝气单元处理后的烟气CO2体积分数下降约2%-5%。至此，整个焚烧厂产生的烟气经各步骤处理后，以超低排放标准达标排放。
生活垃圾渗滤液处理系统中，渗滤液处理主要分为预处理、厌氧消化、MBR、PBR微藻处理及深度处理等步骤。具体的：
1）首先，渗滤液（约7.3万t/a）经预处理系统（包括自清洗过滤器、初沉池、调节池等处理流程）、AMBR系统去除99%以上的SS、90%以上的COD（SS低于30 mg/L），同时提升后续PBR微藻处理渗滤液的透光率。厌氧系统产生的沼气和定期外排的污泥进入焚烧炉焚烧处理，同时厌氧罐接收后续微藻提油过程产生的残渣（约6-9万t/a）。
2）然后，AMBR出水（约13-16万t/a）与经营养调节后高倍数回流（回流比控制在30倍以上）的微藻藻液充分混合后，进入SBR等培养基预处理系统，经2-3天的停留时间后，一方面可以进一步去除其中的COD，一方面高倍数的藻液回流可以对进入PBR系统的渗滤液进行稀释，最终使得经处理后的污水培养基COD浓度约200 mg/L，氨氮浓度约100 mg/L。
3）经处理后的渗滤液（约403-406万t/a）进入固碳曝气系统吸收、溶解烟气中的CO2，产生的CO2饱和液（约562-610万t/a）进入PBR反应器中作为微藻生长的培养基。
PBR反应器采用立柱式封闭培养系统，采用高度透明材质制造，反应器单只高度2000 mm以上，反应器内径300 mm以上，固碳曝气后的烟气在PBR反应器内流向与藻液流向相反，被PBR完全利用后的烟气CO2体积分数降至2%以下，PBR反应器末端藻液浓度达到500-1500 mg/L。
PBR反应器所培养的藻液一部分作为回流藻液（约382-398万t/a）经营养调节单元补充磷酸盐（约2-10万t/a）后回流至PBR反应器前端和培养基预处理前端，其中至PBR反应器前端的回流量约为2-10万t/a，至培养基预处理前端的会流量约为390万t/a，剩余藻液（约14-18万t/a）进入微藻收获单元进行藻类固相和水相的分离。
PBR反应器内培养的主要藻种为小球藻，微藻培养需要的光源主要来自于太阳光，辅助光源来自于焚烧厂自发电供给的LED灯。
4）在微藻收获系统中，PBR反应器排出的藻液经超滤膜法固液分离后得到的固相（即高纯度微藻，约7.5-10.7万t/a）进入微藻提油单元提取生物油脂（约1.4-1.6万t/a），所产生物油脂主要外售，也用于焚烧炉启动过程的助燃剂，提油过程产生的残渣（约6-9万t/a）富含高有机质，可以输送至厌氧系统继续降解产沼气；得到的水相（约6.5-7.3万t/a）COD浓度低于150 mg/L，氨氮浓度低于30 mg/L，进入深度处理系统。
5）深度处理系统包括纳滤和反渗透系统。
纳滤系统，膜通量12-14LMH，采用管式错流过率形式，纳滤产水COD浓度80 mg/L以下，氨氮浓度20 mg/L以下，纳滤产水（约21-27.8万t/a）通入反渗透处理单元，浓水（约5万t/a）进入低温蒸发系统。
反渗透系统，膜通量约12LMH，采用管式错流过率形式，反渗透产水COD浓度50 mg/L以下，氨氮浓度10 mg/L以下，产水（约29-35.8万t/a）达到厂内回用水标准后厂内回用，浓水（约5.5万t/a）进入低温蒸发系统。
纳滤和反渗透浓水（约10.5万t/a）进入低温蒸发单元处理，处理温度约70-100℃，热源来自SCR出口烟气换热。处理产生的冷凝水（约8万t/a）进行厂内回用，结晶盐（约2000t/a）填埋处理。
实施例2
请参见图3，图3是以本发明工艺路线在开展实施例2的物料平衡图；
本实施例生活垃圾焚烧厂处理量为1000t/d，其处理工艺及物料核算与实施例1相近，可作为将本专利具体实施的一种代替应用方式，实施例2与实施例1在工艺上的主要差别在于：
1）关于厌氧罐所产生沼气的利用方式，实施例2中将沼气应用于沼气锅炉发电使用，所产生烟气直接通入固碳曝气单元进行CO2吸收，所利用的沼气锅炉型号为为190℃，1.25Mpa；
2）关于微藻收获后的利用方式，实施例2中将微藻固相部分，提取其细胞内部的生物蛋白质，加工生产为生物蛋白产品直接销售厂外，实现CO2的高附加值利用。
以下为实施例2工艺实施过程的表述：
固相垃圾焚烧产生的烟气经脱酸塔-布袋除尘-SGH升温-低温SCR-浓液蒸发换热-喷淋塔等处理系统后达到超低排放清洁烟气水平，经过上述工艺后的烟气约167~194万t/a。
垃圾液相成分（渗滤液）经与处理后进入厌氧罐，厌氧罐内除接收预处理系统来水外还接收后续MBR回流浓水及资源化后的藻类残渣，厌氧罐处理负荷约13.8~16万t/a。厌氧罐出水经MBR处理后与回流藻液（约390万t/a）混合后经预处理调制成污水培养基（404~406万t/a）。
厌氧罐所产沼气（0.1~0.2万t/a）在沼气锅炉内，与助燃空气混合，燃烧发电后供产生燃烧烟气约1~2万t/a。此部分烟气与垃圾固相焚烧烟气直接混合通入后续固碳曝气单元固定CO2。
固碳曝气单元和后续PBR反应器中烟气与污水培养基和部分回流藻液充分混合，吸收烟气中的CO2和其他污染物组分，同时污水中的COD和氨氮等物质充分反应吸收，PBR反应器内物质约565~612万t/a。
PBR反应器内物质中的气相成分已属于近空气性质的极低浓度清洁烟气最后通过逸散方式排空（约168~196万t/a），反应器末端藻液大部分回流至前序单元（约382~398万t/a），其余成熟藻液进入微藻收获单元（约15~18t/a）。
微藻收获单元内进行固相（藻类浓缩物）与水相（处理后污水）分离，固相部分经过提起生物蛋白生产约1~1.5万t/a生物蛋白可直接外售，液相部分与洗烟减湿废水混合后经纳滤-反渗透等深度处理系统处理，并对膜系统浓水进行低温蒸发处理，共生成回用水约29~36万t/a。
实施例2所涉及的其他工艺部分，与实施例1相同，不再重复表述。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，包括：
S1：将生活垃圾进行沥水发酵，实现固液相分离；
S2：通过焚烧系统将分离出的固相垃圾进行焚烧；
S3：将焚烧系统产生的烟气进行降温及净化；
S4：将净化后的烟气通入固碳曝气单元，将烟气中CO2与水相充分混合；
S5：通过预处理系统将液相渗滤液进行污水处理
S6：通过厌氧膜处理系统将液相渗滤液去除有机污染物；
S7：将厌氧膜处理系统处理后的渗滤液通入培养基预处理单元调配为用于藻类生长的培养用水；
S8：将培养用水通入固碳曝气单元；
S9：将混合后的气水通入多级光生物反应器反应器繁殖微藻；
S10：通过藻水分离单元将藻液进行固液分离；
S11：回收使用藻水分离单元分离的固相微藻生物质及液相。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，在步骤S2中还包括：将固相垃圾焚烧后的炉渣用于制备环保砖。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，步骤S3：将焚烧系统产生的烟气进行净化包括：
将烟气依次通过脱酸塔、布袋除尘器，以初步去除烟气中的污染物；
将烟气经汽-烟气换热器升温后通入选择性催化还原脱硝反应器，以进一步去除烟气中的NOx；
经过选择性催化还原脱硝反应器处理后的烟气通入低温蒸发单元换热降温，为低温蒸发设备提供热源；
经换热后的烟气通入喷淋塔，进一步去除烟气中的SOx，反应过程产生的减湿废水汇入纳滤处理单元协同处理。
4.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，步骤S6中，厌氧膜处理系统在去除有机污染物的同时，将有机物通过厌氧微生物反应产生沼气；产生的沼气分为两路：一路通入焚烧系统作为燃烧气体，另一路通过沼气锅炉发电产生电能，沼气锅炉发电过程产生烟气通入固碳曝气单元。
5.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，步骤S9及S10之间还包括步骤：对多级光生物反应器反应器末端藻液，进行回流处理，回流藻液第一支路回流至培养基预处理单元，进行藻种接种适应预接种和培养基水质调配，第二支路回流入多级光生物反应器反应器前端，调节多级光生物反应器反应器内藻液生长。
6.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，步骤S10中，经分离产生的液相水通入深度处理系统，以进一步去除污染物，净化后的出水作为回用水全部回收利用，深度处理过程中产生的浓缩液进入蒸发系统蒸发结晶。
7.根据权利要求6所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，步骤S10中，产生的固相微藻生物质进行油脂提取或提取生物蛋白，提油或提取生物蛋白过程产生的生物质残渣，输送至前端的厌氧膜反应器，通过厌氧降解生产产沼气，回收能源。
8.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，步骤S2-S4与步骤S5-S8 同时执行。
9.一种生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化系统，用于如权利要求1-8中任意一项所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化工艺，其特征在于，包括：
垃圾仓，用于存储垃圾并实现固液相分离；
焚烧系统，用于焚烧固相垃圾，炉内燃烧温度为850~1100℃，控制烟气在850℃以上至少停留2s；
余热锅炉，管道连接所述焚烧系统，产生过热蒸汽用于蒸汽轮机发电；
脱酸塔，管道连接所述余热锅炉，用于降低烟气中酸度；
布袋除尘单元，管道连接所述脱酸塔，用于去除烟气中粉尘；
蒸汽加热单元，管道连接所述布袋除尘单元，用于加热烟气，蒸汽加热单元的蒸汽抽取自余热锅炉产生的饱和蒸汽；
选择性催化还原脱硝反应器，管道连接所述蒸汽加热单元，用于进一步处理烟气中NOx含量；
渗滤液预处理系统，用于初步去除渗滤液内杂质；
厌氧膜生物反应器，连接于所述渗滤液预处理系统，通过厌氧反应降低渗滤液中有机污染物浓度，厌氧反应产生沼气一部分入炉焚烧，另一部份接入沼气发电单元；
培养基预处理单元，连接于所述厌氧膜生物反应器，将经营养调节后的回流藻液与厌氧膜生物反应器出水混合；
固碳曝气单元，连接于所述培养基预处理单元，用于将烟气中CO2与水相混合；
多级光生物反应器反应器，连接于所述固碳曝气单元，使微藻利用水中溶解的CO2、氨氮及投加的磷等营养物，通过光合作用生长，多级光生物反应器反应器末端藻液，进行回流处理，回流藻液第一支路回流至培养基预处理单元，进行藻种接种适应预接种和培养基水质调配，第二支路回流入多级光生物反应器反应器前端，调节多级光生物反应器反应器内藻液生长；
藻水分离单元，连接于所述多级光生物反应器反应器，将多级光生物反应器反应器产生的藻液进行固液分离。
10.根据权利要求9所述的生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化系统，其特征在于，所述生活垃圾焚烧耦合微藻固碳资源化系统还包括：
提油单元，连接于所述藻水分离单元，用于加工微藻产生藻油；
深度处理单元，连接于所述藻水分离单元，用于净化藻水分离单元分离的水相；
低温蒸发单元，分别连接所述深度处理单元及选择性催化还原脱硝反应器，用于加热浓液形成结晶。
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