一種生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法
2023-04-30 12:38:36 1
專利名稱：一種生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法
技術領域：
本發明屬於將生活垃圾和生化汙泥進行處理的方法，具體地說，涉及一種生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法。
背景技術：
隨著人口的增長、城市化的進展和城市規模的擴大，我國的城市垃圾產生量也日漸增多，不僅嚴重危害了環境，也佔用了大量的土地資源，有些城市甚至造成了垃圾圍城的局面。據全國668個城市統計，目前全國I年產生的生活垃圾已達1. 5億t，人均垃圾產生量在450 500kg左右，並且還在以每年8% 9%的增長率不斷增加。生活垃圾經過適當壓縮後，密度約為O. 8t/m3,因此，1. 5億噸生活垃圾相當於1. 875億立方米。此外隨著城鎮汙水處理水平的提高，相應的生化汙泥的處理越來越成為一個難題。目前世界上工程應用最廣泛並行之有效的生化垃圾和生化汙泥處理方法主要有衛生填埋、焚燒、堆肥三種。衛生填埋是一種固態殘餘物的最終處理方式，是一種必不可少的處置方式。但衛生填埋最大的問題是場地選擇困難，填埋場封場後再尋找合適的填埋場地更是越來越難，遠離城市的填埋場將增加更多的運輸費用。另外，隨著填埋處置標準的提高，衛生填埋法的處理成本也會越來越高；垃圾填埋場也帶來了很多不利因素，填埋場的利用容積減少，沼氣產氣率降低，滲濾液成分複雜且難於處理，由於工程實施不可預見因素而導致填埋處置的效果達不到設計要求，從而造成周圍環境的二次汙染。焚燒處理可使垃圾減少容積，減量化較徹底、處理速度快，在環境保護和生態化建設中發揮著重要的作用，但是由於我國垃圾的熱值較低，導致焚燒處理投資和運行費用大，我國在建和已建的垃圾焚燒廠很多都需要藉助潑油燃燒和加碳燃燒才可燃燒。在焚燒技術和工藝中，仍有許多問題需要解決，比如有提高焚燒效果，使燃燒更加充分，減少生活垃圾焚燒過程中汙染物的生成量；研究、開發經濟有效的NOx、重金屬及有機類汙染物的淨化技術和工藝，尤其是加強對二噁英的處理和避免二噁英的產生；灰渣處理後衛生填埋。但垃圾焚燒還有一個衍生的優點就是可以將附近汙水廠的生化汙泥(幹化後)一併加入焚燒爐進行處理，這樣就有同一地區的汙水廠的汙泥處理找到了新的出路。堆肥是依靠自然界廣泛存在的細菌、放線菌、真菌等微生物的代謝活動來降解垃圾中的有機物質，使之穩定化的過程。微生物的生長繁殖受到下列多種因素的影響垃圾中有機物質的含量、含水率、通風供氧情況、翻拌要求、碳氮比(根據需要添加有機肥)、堆肥溫度、PH值以及自然氣候條件等。有效地促進和控制堆肥過程中微生物的正常繁衍是整個堆肥處理技術的核心。近年來，我國各級政府逐漸重視城市生活垃圾和生化汙泥的處理，環保界從垃圾和汙泥處理的工藝和設備，以及最終處理的模式也在不斷摸索。隨著科學技術的發展，垃圾和汙泥無害化、減量化、資源化技術日益增多，在保證項目社會效益和環境效益的前提下，尋求資源的綜合回收利用將是生活垃圾和生化汙泥處理的最佳途徑。為此，專利申請號為98104732. 7的中國專利公開了一種在煤中添加廢塑料，在氮氣或焦爐乾餾油氣氣氛下共熱解或共焦化以增加焦油收率和減少水分的方法。該方法處理溫度為650°C，屬於低溫處理工藝，但沒有考慮廢塑料收集、加工和廢塑料在高溫焦爐中焦化處理等工藝系統，不適合於大規模應用。專利號為JP2001187406、JP2001323280、JP2001139952、JP2001123180、JP2002012876的日本專利公開了一系列利用焦爐處理廢塑料和將廢塑料與煤混合煉焦的技術，但該系列方法中涉及到從城市生活垃圾中提煉廢塑料作為煉焦爐與煤共焦化的原料的情況時，必須經過十分嚴格和複雜的分選和加工過程，最終只能利用垃圾中的廢塑料作原料，因此也不適用於大規模應用。專利公開號為CN1465655A的中國專利公開了一種城市生活垃圾高溫乾餾處理方法，利用傳統煉焦裝置、焦油回收裝置和乾餾油氣淨化回收裝置實現生活垃圾中有機輕質組分的高溫乾餾處理，但該方法要摻入一定比例的煤，因此在工業化應用上存在局限性。專利號為200510085232. 2的中國專利公開了一種高溫乾餾的垃圾焚燒爐及其焚燒工藝，將生活垃圾裝入焚燒車，然後焚燒車在閉合行車軌道上分別進入烘乾區、乾餾燃燒區和燃燼區，完成高溫乾餾過程，但由於我國垃圾成分複雜、水分含量高的特點，該技術產生的碳化物品質不佳，且需要補充一定的燃料，因此工業化應用存在一定問題。專利公開號為CN102061181A的中國專利公開了一種無焚燒的低溫乾餾垃圾炭化爐及其中和利用技術，將垃圾直接進入傾斜爐體的炭化爐乾餾，但鑑於我國垃圾成分複雜、水分含量高的特點，該技術的工業化應用也將面臨一系列問題。綜上所述，我國生活垃圾成分複雜，水分含量高，將成為生活垃圾乾餾資源化的重要障礙，而生化汙泥的乾餾資源化和乾餾殘渣綜合利用還基本是空白。
發明內容
針對我國生活垃圾成分複雜、水分含量高的特點，結合生化汙泥乾餾資源化和乾餾殘渣綜合利用基本空白的現狀，採取一種以「低溫乾餾」和「熔融焚燒」為核心工藝的生活垃圾和生化汙泥綜合處理方法，實現其中有用成分的充分資源化利用，及整個過程物料的無害化和減量化處理，並產生明顯的經濟效益和環境效益，以滿足工業化推廣應用的要求。為解決上述問題，本發明所採用的技術方案是一種生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於包括垃圾分選、汙泥幹化、低溫乾餾、熔融焚燒、油氣分離淨化和煙氣處理六個工序；具體步驟如下I)、將生活垃圾送入到垃圾分選工序，分選出可用燃料，將生化汙泥送入到汙泥幹化工序，產生的幹化汙泥；2)、將可用燃料和幹化汙泥送入到低溫乾餾工序，產生乾餾油氣和乾餾殘渣；3)、將乾餾油氣和乾餾殘渣分別送入到進油氣分離淨化和熔融焚燒工序；油氣分離淨化工序分離出焦油，作為最終產品外運銷售；熔融焚燒工序產生玻璃態固體殘渣，外運作為建材原料；4)、熔融焚燒工序產生的煙氣經過煙氣處理工序處理後，高空排放。進一步地說
所述垃圾分選工序是將生活垃圾分為可用燃料、無機雜質、有機質和金屬四大部分，其中可用燃料在進入到低溫乾餾工序時的含水率在109Γ30%，無機雜質可以外運做填埋處理，有機質可以外運做堆肥處理，金屬可以外運作為產品銷售。更進一步地說所述汙泥幹化工序所用的熱源為熔融焚燒工序產生的熱能；進入到低溫乾餾工序的幹化汙泥含水率為10% 30%。更進一步地說所述低溫乾餾工序是將可用燃料和幹化汙泥在100°C飛00°C條件下，隔絕空氣加熱 O. 5h lh，其中在 IOO0C 150°C、150°C "250°C>250°C 350°C和 350°C 500°C溫度區間的停留時間分別控制在O. lh 0. 25h、0. lh 0. 15h、0. lh 0. 2h、0. 2h 0. 4h。
所述低溫乾餾工序所用的燃料為油氣分離淨化工序產生的乾餾油氣。更進一步地說所述熔融焚燒工序是將乾餾殘渣在110(TC 1450°C條件下充分燃燒，產生的廢氣由廢熱鍋爐產生蒸汽，蒸汽供汙泥幹化工序使用，最後廢氣經煙氣處理工序後高空排放。更進一步地說所述油氣分離淨化工序是將乾餾油氣先後經過水洗冷卻、油水分離、間接冷卻、電捕焦油、除氨和脫硫工序，分離出焦油、汙水和乾餾油氣三部分，其中焦油作為產品外銷，汙水經處理後回用或外排，乾餾油氣供低溫乾餾工序做燃料。由於採用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明的技術優勢是( I)有利於解決垃圾和汙泥焚燒產生二噁英汙染的難題。本發明中熔融焚燒工序的原料為乾餾殘渣，而乾餾殘渣主要為碳化物，而且燃燒溫度很高，所以熔融焚燒工序基本沒有二噁英的產生。本發明所採用的技術將從根本上解決二噁英問題。(2)有利於生活垃圾和生化汙泥的資源化利用。從城市生活垃圾和生化汙泥中提取焦油等資源，變生活垃圾場為能源寶庫，既具有環境效益和社會效益，也具有經濟利益。我國每年產生約2. 5億噸城市生活垃圾和上億噸的生化汙泥，充分開發利用這些資源，有利於減輕對石化資源的過度依賴。(3)減少垃圾分類的難度。本項目採用簡單成熟的垃圾分揀技術即可達到後續工藝要求，因此無需改變現有的垃圾收運系統，減少了垃圾分類的難度。(4)便於工業化應用。本發明對工藝過程中的各種物料去向進行了優化組合，在此基礎上最大限度地消除了汙染物，充分回收了有用資源和熱量，能產生明顯的環境效益和經濟效益，因此工業化應用十分有利。
具體實施例方式實施例一種生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，包括垃圾分選、汙泥幹化、低溫乾餾、熔融焚燒、油氣分離淨化和煙氣處理六個工序。處理方法的具體步驟如下
I)、將生活垃圾送入到垃圾分選工序，分選出可用燃料，將生化汙泥送入到汙泥幹化工序，產生的幹化汙泥。2)、將可用燃料和幹化汙泥送入到低溫乾餾工序，產生乾餾油氣和乾餾殘渣。3)、將乾餾油氣和乾餾殘渣分別送入到進油氣分離淨化和熔融焚燒工序；油氣分離淨化工序分離出焦油，作為最終產品外運銷售；熔融焚燒工序產生玻璃態固體殘渣，外運作為建材原料。4)、熔融焚燒工序產生的煙氣經過煙氣處理工序處理後，高空排放。上述步驟中，生活垃圾首先進入垃圾分選工序，垃圾分選工序完全可以採用常規方法處理，推薦採用「一級人工分選+彈跳皮帶+破袋篩分+ 二級人工分選+磁選+破碎+篩分」的工藝流程。其中一級人工分選主要去除大件無機垃圾；彈跳皮 帶去除石頭、玻璃、陶瓷等小件無機垃圾。破袋篩分將垃圾分為可用燃料(篩上物)和有機質(篩下物)兩部分，其中可用燃料以塑料、橡膠、廢紙、竹木、皮革、織物等為主，而有機質以菜葉、果皮、廚餘等為主；可有燃料部分經過二級人工分選和磁選去除金屬和未分離乾淨的無機垃圾雜質，然後進入破碎和篩分工序進一步去除無機垃圾雜質後，進入低溫乾餾工序；有機質部分經過二級人工分選和磁選去除金屬和未分離乾淨的無機垃圾雜質後，可以外運做堆肥的優質原料；以上過程中分選下來的大件無機垃圾、石頭、玻璃、陶瓷、塵土等無機垃圾雜質由於缺乏回收利用價值，因此可以外運做填埋處理；而以上過程中分選下來的金屬則可以作為有用資源回收利用。需要特別說明的是，進入低溫乾餾工序的可用燃料主要成分為塑料、橡膠、廢紙、竹木、皮革、織物等，含水率控制在109Γ30%，非常有利於採取低溫乾餾的方式回收油氣等有用資源。生化汙泥首先進入汙泥幹化工序，主要用於脫除生化汙泥中的大部分水分。汙泥幹化工序完全可以採用常規方法處理，推薦採用槳葉型乾燥機。需要特別說明的是，由於熔融焚燒工序產蒸汽，汙泥幹化採用蒸汽加熱的方式；幹化後的含水率控制在109Γ30%，有機質佔汙泥幹基含量的409Γ80%，非常有利於採取低溫乾餾的方式回收油氣等有用資源。經過垃圾分選和汙泥幹化處理後的可用燃料和幹化汙泥直接混合進入低溫乾餾工序。低溫乾餾工序將可用燃料和幹化汙泥的混合物在隔絕空氣的條件下加熱到3500C飛00°C，整個加熱過程持續O. 5tTlh，其所含的有機物及揮發分就能絕大部分析出，乾餾後得到乾餾油氣和固體殘餘物兩種產品。加熱和乾餾使用的乾餾爐是此工序的核心設備。為保證整個過程溫度和物料混合的可控性，乾餾爐需要採用特殊的結構形式(I)乾餾爐爐膛呈環形，爐底可連續轉動，以最大限度地保證進出料的連續性及布料的均勻性。根據乾餾物料在爐內乾餾經過的不同熱過程，爐子圓周方向分為裝、出料區、預熱段、一反應段、二反應段和三反應段，其中預熱段和三個反應段採用蓄熱式輻射管供熱。(2)可用燃料和幹化汙泥由裝料裝置裝入轉底爐內，均勻地鋪放在爐底上，鋪料厚度約100 200mm。爐底機械帶動爐底連續轉動，鋪在爐底上的料層隨爐底轉動，依次經過爐子的預熱段、一反應段、二反應段和三反應段，最終被加熱到350°C飛00°C，並完成乾餾反應。其中預熱段溫度控制在100°C 150°C，停留時間控制在O.1tTO. 25h ;一反應段溫度控制在150°C 250°C，停留時間控制在O. lh 0. 15h ;二反應段溫度控制在250°C 350°C，停留時間控制在O.1tTO. 2h ;三反應段溫度控制在350°C 500°C，停留時間控制在O. 2tT0. 4h ；
(3)乾餾後殘留的固體殘餘物由出料裝置卸出爐外，立即進入熔融焚燒工序。(4)乾餾揮發出的乾餾油氣從爐膛的多個排出口排出，匯集後送往油氣分離工序進行處理。(5)乾餾爐加熱的燃料採用油氣分離工序產生的經淨化處理的乾餾油氣，採用輻射管以輻射傳熱方式對物料進行加熱。預熱段和三個反應段均布置足夠數量的輻射管。輻射管的特點是燃燒在管內進行，煙氣與爐膛內的氣氛完全隔絕，可保證乾餾油氣不被煙氣摻混。輻射管水平布置在爐頂之下、料層之上。通過控制爐體各區域輻射加熱管內通入的燃氣量來精確控制各個區域的溫度。乾餾殘渣由低溫乾餾工序的出料裝置進入熔融焚燒工序。熔融焚燒工序主要由焚燒爐和廢熱鍋爐兩部分組成，其中焚燒爐為本工序的核心設備。
在焚燒爐內乾餾殘渣在1100°C 1450°C條件下充分燃燒，產生的廢氣由廢熱鍋爐產蒸汽，並經煙氣處理後高空排放。焚燒產生的爐渣呈高溫熔融玻璃態，通過部分助燃空氣將爐渣冷卻下來，然後排出爐外，可以外運做地磚等建材原料的原料。由於乾餾殘渣主要為碳化物，而且燃燒溫度很高，所以熔融焚燒工序基本沒有二噁英的產生，而硫化物主要存在於乾餾油氣中，已在油氣分離淨化工序脫除，因此尾氣中的二氧化硫含量也微乎其微。低溫乾餾工序產生的乾餾油氣進入油氣分離淨化工序。來自低溫乾餾爐的乾餾油氣(350°C 500°C)首先進行水洗冷卻，被75°C 80°C的循環氨水連續噴灑激冷冷卻至80°C 85°C，產生的液體部分進油水分離工序，水洗後的乾餾油氣進間接冷卻工序；間接冷卻工序採用橫管換熱實現乾餾油氣的進一步冷卻，採用循環冷卻水將乾餾油氣冷卻至350C 40°C ;之後進入電捕焦油，除掉乾餾油氣中夾帶的焦油；再由鼓風機將乾餾油氣送至除氨工序，採用濃硫酸吸收乾餾油氣中的氨製成副產品硫酸銨；除氨後的乾餾油氣進入脫硫工序，乾餾油氣從裝有脫硫劑的脫硫塔下部進入，上部排出，乾餾油氣中的硫化氫被吸附脫除；脫硫後的乾餾油氣送至轉底爐作為燃料用氣，富餘部分乾餾油氣可以送熔融焚燒工序做燃料。由水洗冷卻工序分離下來的焦油和循環氨水進入油水分離工序，在此進行循環氨水、輕質焦油和重質焦油的分離。循環氨水由循環激冷水泵送至激冷氣液分離器內循環噴灑冷卻乾餾油氣，剩餘循環氨水採用生化處理和深度處理達到一定標準後，大部分回用做循環水的補充水，其餘達標外排。油水分離器分離出的焦油送至油庫外運銷售。油水分離器底部沉降的焦油渣排至焦油渣車，定期與乾餾殘渣摻混進熔融焚燒工序焚燒處理或外運銷售作燃料。熔融焚燒工序產生的廢氣進煙氣處理工序，煙氣處理主要去除煙氣中的粉塵和氮氧化物，採用常規的「布袋除塵+選擇性催化還原法(SCR)」工藝，能夠滿足煙氣排放標準的要求。以某城市生活垃圾及生化汙泥的實驗結果為例，具體實施方式
如下某城市生活垃圾組分如下表所示
if.1I I 11友革 I I j-4' ι κ I I
,,有機賴紙類-T^^77", mm竹木 /丄金屬 F^ - .1濟1:類jij__PE、PP 硬塑料陶瓷類 I_
I I 58.5% 7.3% I 16—3% [ (I—9% | 1% | 4% [ (16% [ 3% ] 8.4% |
某城市生化汙泥組分如下表所示
權利要求
1.一種生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於包括垃圾分選、汙泥幹化、低溫乾餾、熔融焚燒、油氣分離淨化和煙氣處理六個工序；具體步驟如下1)、將生活垃圾送入到垃圾分選工序，分選出可用燃料，將生化汙泥送入到汙泥幹化工序，產生的幹化汙泥；2)、將可用燃料和幹化汙泥送入到低溫乾餾工序，產生乾餾油氣和乾餾殘渣；3)、將乾餾油氣和乾餾殘渣分別送入到進油氣分離淨化和熔融焚燒工序；油氣分離淨化工序分離出焦油，作為最終產品外運銷售；熔融焚燒工序產生玻璃態固體殘渣，外運作為建材原料；4)、熔融焚燒工序產生的煙氣經過煙氣處理工序處理後，高空排放。
2.根據權利要求1所述的生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於所述垃圾分選工序是將生活垃圾分為可用燃料、無機雜質、有機質和金屬四大部分，其中可用燃料在進入到低溫乾餾工序時的含水率在109Γ30%，無機雜質可以外運做填埋處理，有機質可以外運做堆肥處理，金屬可以外運作為產品銷售。
3.根據權利要求1所述的生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於所述汙泥幹化工序所用的熱源為熔融焚燒工序產生的熱能；進入到低溫乾餾工序的幹化汙泥含水率為10% 30%。
4.根據權利要求1所述的生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於所述低溫乾餾工序是將可用燃料和幹化汙泥在100°C飛00°C條件下，隔絕空氣加熱O. 5tTlh，其中在IOO0C 150°C、150°C "250°C>250°C 350°C和350°C 500°C溫度區間的停留時間分別控制在 O. lh 0. 25h、0. lh 0. 15h、0. lh 0. 2h、0. 2h 0. 4h。
5.根據權利要求1所述的生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於所述低溫乾餾工序所用的燃料為油氣分離淨化工序產生的乾餾油氣。
6.根據權利要求1所述的生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於所述熔融焚燒工序是將乾餾殘渣在1100°C 1450°c條件下充分燃燒，產生的廢氣由廢熱鍋爐產生蒸汽，蒸汽供汙泥幹化工序使用，最後廢氣經煙氣處理工序後高空排放。
7.根據權利要求1所述的生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在於所述油氣分離淨化工序是將乾餾油氣先後經過水洗冷卻、油水分離、間接冷卻、電捕焦油、除氨和脫硫工序，分離出焦油、汙水和乾餾油氣三部分，其中焦油作為產品外銷，汙水經處理後回用或外排，乾餾油氣供低溫乾餾工序做燃料。
全文摘要
本發明公布了一種生活垃圾及生化汙泥的資源化處理方法，其特徵在是包括垃圾分選、汙泥幹化、低溫乾餾、熔融焚燒、油氣分離淨化和煙氣處理，具體步驟如下1)將生活垃圾送入垃圾分選工序，分選出可用燃料；將生化汙泥送入汙泥幹化工序，產生幹化汙泥；2)將可用燃料和幹化汙泥送入低溫乾餾工序，產生乾餾油氣和乾餾殘渣；3)將乾餾油氣和乾餾殘渣送入進油氣分離淨化和熔融焚燒工序，分離出焦油和玻璃態固體殘渣；4)熔融焚燒工序產生的煙氣經煙氣處理工序處理後高空排放。本發明有利於解決垃圾和汙泥焚燒產生二噁英汙染的難題，有利於生活垃圾和生化汙泥的資源化利用，減少垃圾分類的難度，便於工業化應用。
文檔編號B09B5/00GK103008331SQ20121055354
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者曲福堂 申請人:北京華福環境工程科技有限公司