城市生活垃圾綜合利用及處理方法

2023-05-10 17:04:51

專利名稱：城市生活垃圾綜合利用及處理方法
技術領域：
本發明涉及一種環衛技術領域，特別是指城市生活垃圾綜合利用及處理方法。
背景技術：
隨著城市化進程的迅猛發展，城市生活垃圾的處理已成為制約各城市提升形象以及可持續發展的難題。目前，國內常規的垃圾處理方法主要有填埋法、堆肥法和焚燒法。各種方法的缺陷都較明顯，例如填埋法存在汙染環境、佔用大量土地資源的缺陷，適用價值逐漸降低；堆肥法的堆肥過程難以控制，對壞境的二次汙染風險較大，對有機物的利用不完全，肥料成份複雜，減量化較小等因素，將逐步被淘汰；焚燒法的爐渣中可燃物含量> 5%， 爐渣熱灼減率> 3%，運行處理成本高，排放的尾氣不易達標，尤其是尾氣中含有的劇毒物二噁英排放量長期不達標，嚴重阻礙了技術發展。造成上述情況的原因是由中國城市生活垃圾成分的特點而決定的。受消費習慣和環保意識的影響，國外大多數發達國家的垃圾投放及收集方法均為分類接收，在進入焚燒廠以前的垃圾已被良好分類，而且垃圾中的廚餘及泔腳類物質的量較少，水分及易腐爛物質較低，袋裝規範，均為焚燒利用創造了良好條件。而在中國，垃圾的收集方法均為傳統的混合接收，垃圾中的廚餘及泔腳類物質的含量較高，水分及易腐爛物質較高，袋裝也不規範，原始垃圾幾乎為「袋中袋」形式投放，且袋內物質成分複雜無法分類，行業內通稱這類垃圾為「高溼混合垃圾」，這類混合垃圾具備以下特性
1、熱值低普通垃圾焚燒爐的設計垃圾熱值在1200kcal/kg以上，而現在中國的城市生活垃圾均為不分類混合接收，廚餘、渣土等的含量高達60%以上，所以其熱值很難達到設計值。2、水分高由於垃圾中的廚餘、植物鮮體等的水分均在65%以上，所以，正常情況下，中國的城市生活垃圾中的水分均在50%以上，在梅雨季節或雨天其極限水分高達70%以上。3、不規範袋裝接收、垃圾形態、熱值不均勻國內城市的生活垃圾幾乎均為不分類袋裝接收，垃圾的組分極為複雜，其物理形態、熱值、分布空間、化學形態等均差距較大。採用垃圾有機物來生產沼氣是垃圾處理及回收利用的常用方式，現有的利垃圾制沼氣的工藝主要有高溫型垃圾有機質制沼工藝和低溫型垃圾有機質制沼工藝。其中，高溫型垃圾有機質制沼工藝是國內普遍採用的垃圾有機質制沼工藝，其典型代表為北京菲涅爾科技有限公司垃圾制沼發電工藝、深圳普新科技有限公司「零排放全資源化環境工程」工藝。這種工藝的特點是以沼氣為紐帶，充分利用太陽能、發電餘熱等能量實現沼氣的高溫發酵，使垃圾與糞汙變成沼氣能源、複合有機肥和免燒磚產品，它紐帶作用為農業生產安全糧食、綠色食品(蔬菜、水果)等提供優質的複合有機肥。高溫型垃圾有機質制沼工藝的資源化目標是採用厭氧發酵生產沼氣、沼氣淨化後發電供熱、沼渣液作有機肥，多餘沼渣作燃燒(用能)或脫水後直接作沼肥出售，多餘沼液用於稀釋糞便或用BBR系統處理後達標排放」。高溫型垃圾有機質制沼工藝的具體實施工藝流程如圖1所示。
然而，高溫型垃圾有機質制沼工藝存在如下問題
1、一垃圾分類不完全，影響發酵過程。由於中國的垃圾成分混合接收，其分選以人工輔以篩選的形式操作，其分選率、隨意性均較高。大量的廢塑料片、硬質纖維素(木頭類)均沒有完全的去處，在發酵過程中浮於發酵料漿頂部，形成嚴重「結殼」，影響沼氣析出，加速沼液酸化，COD轉化率較低。2、沼氣反應器(沼氣池)的結構不合理。由於採用靜態發酵工藝，除無法解決「結殼」現象外，還存在發酵周期長，發酵均勻性差問題，無法實現低溫快速發酵。只能依靠太陽能和發電餘熱進行發酵增溫處理，促進反應，增大投資及運行成本。3、沼氣產物的資源化利用水平低。沼氣產物利用資源化水平低，其汽、固、液三項產物的資源化回收處理手段及輸出產品單一，降低了項目的運營效益。由於上述高溫型垃圾有機質制沼工藝所存在的諸多弱點，中國農業部沼氣研究所，根據自身豐富的沼氣發酵經驗，採用中科院成都生物所研究的所培育的高效厭氧微生物菌種。成功開發了低溫型垃圾有機質制沼工藝，其工藝流程如圖2所示。而低溫型垃圾有機質制沼工藝的主要工藝特點是採用CSTER全混式發酵系統，實現了沼氣發酵系統的低溫快速降解，有效提高了單位COD沼氣的收率，減少佔地面積。該技術已被國內外廣泛採用。然而，低溫型垃圾有機質制沼工藝也存在如下問題
1、沒有完整的垃圾分選工藝。在該工藝上採用人工分類形式，在中國國內現階段無法實現，必須有機械化、自動化設施來預處理，方能保障進入處理系統的物料的均一性、穩定性。2、沒有完整的垃圾分選物資源化利用措施。中國垃圾中的塑料、布類及硬木類物質佔垃圾總量的20%以上，此類物料沒有良好的回收措施，將會造成極大的資源浪費和造成一定的二次汙染。3、沼氣發酵產物的深度資源化利用。由於大型垃圾資源化處理設施建設地屬於經濟發達的城市周邊地區，城市化水平高，農業及農村人口相對較少。所以沼氣發酵產物的高效增值利用是保障項目長期運行的必備條件。

發明內容
本發明實施例所要解決的技術問題在於，提供一種城市生活垃圾綜合利用及處理方法，以有效處理城市生活垃圾，並進行有效的資源化處理和利用。為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案一種城市生活垃圾綜合利用及處理方法，其包括如下步驟
垃圾分選步驟，城市生活垃圾，在杜絕人工分選的基礎上進行全機械化有效破碎後，再用分選設備將混合垃圾分選為金屬直接回收物類、填埋物類、厭氧消化制沼類、塑木製品原料類；
容代木產品成型步驟，將所分選出來的塑木製品原料粉碎成粉狀原料，再將粉狀原料送入塑木熱真空成型機進行真空模壓成型；
制沼步驟，採用全混式發酵系統工藝，以全混式厭氧發酵池作為主反應器來製備沼
氣；沼氣淨化及利用步驟，在催化劑條件下，採用吸收溶液，利用酸鹼中和反應，吸收沼氣中的酸性物質及易溶於水的氨類氣體，淨化過的沼氣經二次脫水和壓縮處理後用作汽車燃料CNG氣體，而吸收了雜質和氨類氣體的吸收溶液用蒸汽進行加熱至6(T70°C，使所吸收的二氧化碳氣體析出並經進一步提純壓縮後將二氧化碳氣體用作大棚蔬菜種植所需的光肥， 而剩餘溶液經過濾去除碳酸鈣沉澱後再調整PH值至預設範圍後供循環使用；
沼液處理步驟，制沼後剩餘的沼液經好氧生化處理後，以經過活化處理的粉煤灰作為吸附劑，對沼液進行預處理吸附NH3-N,飽和吸附NH3-N後的粉煤灰用作有機肥原料中的氮源；
沼渣利用步驟，將飽和吸附NH3-N的粉煤灰，加上所有的沼渣，並配入預設量的無機N、 P、K元素肥，生產出有機肥產品。進一步地，以上沼氣淨化及利用步驟中，所採用的催化劑為三氧化二鋁或氧化鎂， 吸收溶液為將PH值調配至8、的氫氧化鈣溶液。進一步地，N、P、K三元素的含量佔總重量的20%_30%。進一步地，在沼氣淨化及利用步驟中使二氧化碳氣體析出的處理以及沼渣利用步驟中有機肥的生產過程中需使用熱源，而所採用熱源來自製沼步驟所生產的沼氣的燃燒。進一步地，垃圾分選步驟所採用的水源為沼液或消納處理過的生活汙水。通過採用上述技術方案，本發明至少具有如下有益效果本發明通過對城市生活垃圾進行有效破碎後，採用多種方法綜合應用，將混合垃圾分類為可利用的工業或農業原料，再將這些原料轉化為容代木材料、汽車用CNG氣體、大棚蔬菜光肥、農用有機肥產品等相應產品，資料利用率高，而且環保經濟，具有顯著的環保效益和經濟效益。


圖1是現有的高溫型垃圾有機質制沼工藝的工藝流程圖。圖2是現有的低溫型垃圾有機質制沼工藝的工藝流程圖。圖3是本發明城市生活垃圾綜合利用及處理方法的工藝流程圖。
具體實施例方式請參考圖3所示的本發明的一個實施例的流程圖，本發明提供一種城市生活垃圾綜合利用及處理方法，其包括如下步驟
垃圾分選步驟，城市生活垃圾，在杜絕人工分選的基礎上進行全機械化有效破碎後，再用分選設備將混合垃圾分選為金屬直接回收物類、填埋物類、厭氧消化制沼類、塑木製品原料類，其中的金屬直接回收物類可直接回收利用，而填埋物類則送至填埋場進行填埋處理，厭氧消化制沼類則用於後續的制沼步驟，塑木製品原料類用於後續的容代木產品成型步驟；
容代木產品成型步驟，將所分選出來的塑木製品原料粉碎成粉狀原料，再將粉狀原料送入塑木熱真空成型機進行真空模壓成型，所採用的塑木熱真空成型機是一種全能型的熱成型機組，以真空成型為主，兼能空壓成型、模壓成型及綜合成型，可加工幾乎所有的熱成型塑料片材；
制沼步驟，採用全混式發酵系統工藝，採用全混式厭氧發酵池作為主反應器來製備沼
5氣，因發酵原料預處理後均呈「漿狀」，流動性和均勻性俱佳，完全滿足全混式厭氧發酵技術的原料要求，因此選擇全混式厭氧池作為沼氣反應的主反應器，從而可以提高沼氣的產氣率、減少發酵時間、降低反應溫度，具有其他工藝無可比擬的先進性；
沼氣淨化及利用步驟，在催化劑條件下，採用吸收溶液，利用酸鹼中和反應，吸收沼氣中的酸性物質及易溶於水的氨類氣體，淨化過的沼氣經二次脫水和壓縮處理後用作汽車燃料CNG氣體，而吸收了雜質和氨類氣體的吸收溶液用蒸汽進行加熱至6(T70°C，使所吸收的二氧化碳氣體析出並經進一步提純壓縮後將二氧化碳氣體用作大棚蔬菜種植所需的光肥， 而剩餘溶液經過濾去除碳酸鈣沉澱後再調整PH值至預設範圍後供循環使用，在本步驟中， 所採用的催化劑優選為三氧化二鋁或氧化鎂，而吸收溶液則優選PH值調配至8、的氫氧化鈣溶液；
沼液處理步驟，制沼後剩餘的沼液經好氧生化處理後，以經過活化處理的粉煤灰作為吸附劑，對沼液進行預處理，經吸附NH3-N飽和的粉煤灰用作有機肥原料中的氮源，由於沼液經好氧生化處理後，其中NH3-N及CODCr的去除成為汙水後續利用的決定條件，以經過活化處理的粉煤灰作為吸附劑，對沼液進行預處理，具有較好的效果，工業試運行結果表明， 經過改性的粉煤灰對沼液的CODCr、NH3-N有較好的去除能力，CODCr去除率至少72%，而 NH3-N去除率超過83%，指標低於汙水綜合排放標準(GB8978-1996)中規定的汙染物最高允許排放濃度；
沼渣利用步驟，從吸收NH3-N所得的粉煤灰，加上所有的沼渣，輔以配入預設量的無機 N、P、K元素肥，生產出有機肥產品，N、P、K三種元素含量佔總重量的20%-30%，具體地，是根據不同作物專用有機肥的標準配方比例進行配比。以上各步驟中，在沼氣淨化及利用步驟中使二氧化碳氣體析出的處理以及沼渣利用步驟中有機肥的生產過程中需使用熱源，而所採用熱源來自製沼步驟所生產的沼氣的燃燒。而垃圾分選步驟所採用的水源為沼液或消納處理過的生活汙水。通過採用本發明的方法，以日處理100噸垃圾規模為例，可粗略得出如下的實施成效
垃圾處理能力100噸/天； 配套汙水消納利用200噸/天； 回收容代木產品2(Γ30噸/天(根據區域有變化)； 回收金屬類3飛噸/天(根據區域有變化)； 生產車用CNG氣體1(Γ15噸/天(根據區域有變化)； 生產大棚蔬菜光肥1(Γ15噸/天； 回收生產農用有機肥產品50噸/天(需配無機元素肥)； 經綜合處理後的填埋物總量< 15噸/天。由上述可知，本發明方法實施效果顯著，具有良好的環保效益和經濟效益。
權利要求
1.一種城市生活垃圾綜合利用及處理方法，其特徵在於，包括如下步驟垃圾分選步驟，城市生活垃圾，在杜絕人工分選的基礎上進行全機械化有效破碎後，再用分選設備將混合垃圾分選為金屬直接回收物類、填埋物類、厭氧消化制沼類、塑木製品原料類；容代木產品成型步驟，將所分選出來的塑木製品原料粉碎成粉狀原料，再將粉狀原料送入塑木熱真空成型機進行真空模壓成型；制沼步驟，採用全混式發酵系統工藝，以全混式厭氧發酵池作為主反應器來製備沼氣；沼氣淨化及利用步驟，在催化劑條件下，採用吸收溶液，利用酸鹼中和反應，吸收沼氣中的酸性物質及易溶於水的氨類氣體，淨化過的沼氣經二次脫水和壓縮處理後用作汽車燃料CNG氣體，而吸收了雜質和氨類氣體的吸收溶液用蒸汽進行加熱至6(T70°C，使所吸收的二氧化碳氣體析出並經進一步提純壓縮後將二氧化碳氣體用作大棚蔬菜種植所需的光肥， 而剩餘溶液經過濾去除碳酸鈣沉澱後再調整PH值至預設範圍後供循環使用；沼液處理步驟，制沼後剩餘的沼液經好氧生化處理後，以經過活化處理的粉煤灰作為吸附劑，對沼液進行預處理吸附NH3-N,飽和吸附NH3-N後的粉煤灰用作有機肥原料中的氮源；沼渣利用步驟，將飽和吸附NH3-N的粉煤灰，加上所有的沼渣，並配入預設量的無機N、 P、K元素肥，生產出有機肥產品。
2.如權利要求1所述的城市生活垃圾綜合利用及處理方法，其特徵在於，以上沼氣淨化及利用步驟中，所採用的催化劑為三氧化二鋁或氧化鎂，吸收溶液為將PH值調配至8、 的氫氧化鈣溶液。
3.如權利要求1所述的城市生活垃圾綜合利用及處理方法，其特徵在於，N、P、K三元素的含量佔總重量的20% 30%。
4.如權利要求1所述的城市生活垃圾綜合利用及處理方法，其特徵在於，在沼氣淨化及利用步驟中使二氧化碳氣體析出的處理以及沼渣利用步驟中有機肥的生產過程中需使用熱源，而所採用熱源來自製沼步驟所生產的沼氣的燃燒。
5.如權利要求1所述的城市生活垃圾綜合利用及處理方法，其特徵在於，垃圾分選步驟所採用的水源為沼液或消納處理過的生活汙水。
全文摘要
一種城市生活垃圾綜合利用及處理方法，步驟如下將混合垃圾分選為金屬直接回收物類、填埋物類、厭氧消化制沼類、塑木製品原料類；將塑木製品原料粉碎後進行真空模壓成型；以全混式厭氧發酵池為主反應器製備沼氣；製得的沼氣經吸收溶液處理、二次脫水和壓縮處理後用作汽車燃料氣體，吸收溶液經溶液自淨和氣體再生處理釋放吸收的雜質和氣體，釋放的氣體提純壓縮後用作大棚蔬菜種植所需的光肥；用活化處理過的粉煤灰預處理好氧生化處理過的沼液以吸附NH3-N；將飽和吸附NH3-N的粉煤灰加上沼渣和預設量的無機N、P、K元素肥，生產有機肥。本發明將混合垃圾分選後再分別製得容代木產品、車用CNG氣體、大棚蔬菜光肥、農用有機肥等產品，經濟又環保。
文檔編號C05F9/00GK102441555SQ20111024817
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者傅淑芳 申請人:深圳市艾科斯達投資有限公司