城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法
2023-05-20 02:55:56 1
專利名稱：城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法
技術領域：
本發明屬於城市生活垃圾的資源化分級利用技術領域，尤其涉及一種城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法。
背景技術：
隨著城市規模不斷擴大和城市人口的迅速增加，生活垃圾汙染已成為全球性的環境問題。據不完全統計，我國城市生活垃圾每年以8-10%的速度增長2010年日產量為60-70萬噸，年產量為25200萬噸。生活垃圾的主要成分包括廚餘物、廢紙、廢塑料、廢織物、廢金屬、廢玻璃陶瓷碎片、磚瓦渣土、糞便，以及廢家用器具、廢舊電器、庭園廢物等。表I為中國部分城市生活垃圾的組成表。表I我國部分城市生活垃圾組成(單位％)
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由表I可知，大城市與中小城市的垃圾構成有明顯的差別。大城市生活垃圾構成中有機物成分佔總量的30-36%，無機成分約佔60%，廢品約佔4-6% ;中小城市生活垃圾中有機物成分約佔總量的20%，無機物成分約佔75%。南方城市生活垃圾中有機物與可燃物比例高於北方城市。我國生活垃圾中廚餘類垃圾含量高，纖維素、木質素和其他降解緩慢的有機垃圾含量較低，廚餘類垃圾是分解非常迅速的生物垃圾，這樣就表現為利用城市生活垃圾進行厭氧發酵處理將成為我國城市生活垃圾資源化處理的重要趨勢。城市生活垃圾厭氧發酵處理技術具有過程可控制、易操作、降解快、生產過程全封閉，產物可計量和再利用等特點；現行的厭氧發酵技術主要分為溼法及幹法發酵。對於溼法發酵工藝，含水量高，可以稀釋抑制物的濃度，系統的抗抑制能力增強，但是垃圾首先需要進行破碎和磁力分選，增加了處理成本。幹發酵系統對進料的分選要求不高，原料進入處理系統前，只需用滾筒篩將大的顆粒物去除即可，這種工藝的主要缺點在於目前大規模運行的經驗十分有限。分析表明現行厭氧發酵工藝不能將城市生活垃圾進行有效的資源化利用。一家名為「日本食糧」的日本公司已經研究出了利用生活垃圾中的廢紙、木竹等纖維素類製取乙醇的方法，同時利用廚餘垃圾厭氧發酵產生沼氣工藝已經較為成熟，因此通過控制厭氧發酵的條件，將城市生活垃圾中可發酵分解的成分進行分級發酵技術較為可行，將有機物的厭氧發酵過程通過一系列有序反應來完成，從而使城市生活垃圾中的可發酵降解的有機物逐步資源化處理。該技術目前尚未被提出。垃圾厭氧發酵是廢棄物利用效率較高的方式，但是在日處理量上比焚燒、填埋方式低，不能對目前大量的城市垃圾進行快速處理，同時不能將城市生活垃圾中的塑料橡膠類進行完全分解。因此對於城市垃圾進行資源化處理的方法，應當是將厭氧發酵與其他高效的處理方法進行結合，將垃圾進行分級資源化綜合處理。熱分解法是將垃圾在高溫下進行熱解，使垃圾中所含的能量轉換成燃氣、油和炭的形式進行利用。垃圾中的氦、硫、氨等在熱解過程中保持還原狀態，因而對裝置的腐蝕較小。傳統的熱解處理系統主要以回收能源為目的處理系統，由於城市生活垃圾的物理化學成分極其複雜，如果將熱解產物作為資源回收，要保持產品具有穩定的性質十分困難，同時未分類的城市生活垃圾中含有大量易腐的廚餘類垃圾，廚餘垃圾含水量大，不能滿足垃圾 熱解的發熱量要求。因此以減少城市生活垃圾處理過程中造成的二次汙染和減少需要填埋處理的廢物量為目的無公害型熱解處理系統較為可行。將熱解作為厭氧發酵的輔助手段，利用熱解產物進一步分解厭氧發酵未能分解的廢物，可以改善廢物燃燒特性同時，可以避免二噁英、呋喃等汙染物的產生，同時熱解後的生物半焦是惰性物質，可以將垃圾中的金屬物質進行緊緊包覆，填埋後可避免對水體土壤造成二次汙染。熱解後生物半焦中的碳以惰性固體碳形式存在，這在全球變暖、CO2減排、節能低碳的國際形勢下無疑是一個較好的選擇。查詢中國專利CN1094802C，申請號為97105152，該專利公開了城市生活垃圾處理方法，將城市生活垃圾分區堆放在存貯池內，自然發醇4-6天；發酵後的滲出液噴入爐內高溫裂解；發酵逸出的有害氣體,在爐內分解成無臭氣體；發酵垃圾在焚燒爐內焚燒,產生的固態爐渣經磁選分離回收廢鐵後再進行篩分利用；焚燒產生的高溫煙氣使爐內的水受熱汽化，生成飽和蒸汽或過熱蒸汽，供蒸汽汽輪發電機組發電或對外供熱，該技術的優勢在於減容效果好，而且不汙染環境。該方法將城市生活垃圾以熱能的形式進行利用，未能實現將城市生活垃圾中的有機物進行資源化循環利用，同時燃燒產生的煙氣增加了空氣匯總CO2的排放。查詢中國專利CN1468818A，申請號為03112645. 6，該專利公開了一種城市生活垃圾處理工藝，將城市生活垃圾進行儲存發酵、發酵過程中廢氣作為爐內助燃空氣被燃燒，廢水被送至汙水處理廠去處理，發酵後的垃圾經分揀、烘乾後送入燃燒爐進行燃燒。該工藝減少了廢水、廢氣處理過程中的二次汙染，使得垃圾的減容量達到95%。但是該工藝僅僅將生活垃圾以熱能的形式進行回收，沒能將城市生活垃圾進行資源化循環利用，同時垃圾處理過程中增加了 CO2排放量。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種可實現城市生活垃圾的無害化、資源化，並通過固碳技術減少CO2排放量的城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法。本發明的技術方案是這樣實現的。按照本發明，城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法，其特徵在於聯合採用二段厭氧發酵技術、熱解技術及填埋技術，具體步驟如下1)一段厭氧發酵單元
將原料城市生活垃圾給入滾壓粉碎機將非金屬無機物質粉碎，將原料城市生活垃圾擠壓至含水率15%以下，分離出液體垃圾和固體垃圾；將固體垃圾經垃圾粉碎機粉碎至80目以下，再與液體垃圾經一段攪拌單元混合攪拌後共同進入一段發酵罐中，然後加入熱纖梭菌ATCC27405及熱解糖梭菌進行發酵產生乙醇，其中熱纖梭菌的加入量為原料城市生活垃圾的O. 2-4. 8%，熱解糖梭菌的加入量按原料城市生活垃圾的1-20%的量加入，發酵溫度控制在35-45°C，pH值為3-6，發酵時間3_5天，間歇式攪拌，一段發酵罐發酵後的沼液、沼渣進行固液分離，分離得到的沼液60-90°C常壓下進行閃蒸得到工業乙醇，經閃蒸後的廢液和一段發酵罐發酵後固液分離得到的沼渣共同進入二段厭氧發酵單元；
2)二段厭氧發酵單元
將閃蒸後的廢液和一段發酵罐發酵後固液分離得到的沼渣給入二段攪拌單元進行攪拌混合後，送入二段發酵罐中加入沼氣微生物菌劑進行厭氧發酵，其中沼氣微生物菌劑的 加入量為二段厭氧發酵原料的2-30%，pH值控制在7. 0-8. 5之間，發酵溫度為45_55°C，發酵時間10-15天，產生沼氣，沼氣作為氣體燃料進行儲存，二段發酵罐發酵產生的沼液沼渣進行固液分離，固液分離得到的沼渣進入熱解單元進行進一步熱分解處理，固液分離產生的沼液返回到一段攪拌單元循環使用；
3)熱解單元
將二段發酵罐發酵產生的沼渣進入熱解單元的熱解爐進行常壓熱解，熱解溫度控制在600-700 V之間，熱解爐產生的垃圾熱解氣作為氣體燃料進行儲存，熱解爐產生的垃圾半焦經壓縮成型後進行填埋進行最終處理。所述的微生物菌劑採用四川朝能沼氣工程有限公司生產的「朝能」沼氣發酵劑，主要成分為甲烷菌群、產氫產乙酸菌群、水解酸化菌群。本發明與現有技術相比，具有以下優點I、城市生活垃圾進行資源化分級處理之前，不需要進行分類處理，降低了城市生活垃圾處理過程的成本和能耗，而且也節約的大量的人力和物力。另外由於採用兩段厭氧發酵技術，提高了城市生活垃圾的資源化效率，同時產生氣體和液體燃料產品，具有較高的經濟效益。2、熱解後的垃圾半焦固體中惰性的炭質材料能夠將垃圾中的金屬物質進行包覆，經壓縮成型後進行填埋處理，避免了對土壤、地下水及空氣的二次汙染；同時填埋後的垃圾半焦具有高效的固碳作用，減少了大氣中二氧化碳的排放。3、將二段厭氧發酵後的沼渣進行熱解處理，將厭氧發酵中不能生物降解的有機物進行進一步熱化學分解，實現了對垃圾的高效處理；同時熱解氣中不產生二噁英等有毒氣體，減少了對環境的汙染，並減少了對設備的腐蝕作用，可滿足日益嚴格的環保排放要求。
圖I為本發明城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法的工藝流程圖。
具體實施例方式選取5kg城市生活垃圾進行資源化分級處理，選取三組不同組份的城市生活垃圾(MSW)原料，給入滾壓粉碎機將非金屬無機物質粉碎，將原料城市生活垃圾擠壓，分離出液體垃圾和固體垃圾；將固體垃圾經垃圾粉碎機粉碎至80目以下，再與液體垃圾經一段攪拌單元混合攪拌後共同進入一段發酵罐中，加入熱纖梭菌ATCC27405及熱解糖梭菌，pH值控制在7. 0-8. 5之間，間歇攪拌，發酵溫度為45-55°C，發酵時間10-15天，發酵、閃蒸產生乙醇；
將閃蒸後的廢液和一段發酵罐發酵後固液分離產生的沼渣混合攪拌後，送入二段發酵罐中，加入沼氣微生物菌劑進行厭氧發酵，產生沼氣，對二段發酵罐發酵產生的沼液、沼渣進行固液分離，固液分離得到的沼渣進入熱解單元進行進一步熱分解處理，固液分離產生的沼液返回到一段攪拌單元循環使用；
將二段發酵罐發酵產生的沼渣給入熱解爐進行常壓熱解，熱解溫度控制在600-700°C之間，熱解爐產生的垃圾熱解氣作為氣體燃料進行儲存，熱解爐產生的垃圾半焦經壓縮後進行填埋進行最終處理。其中利用鶴壁市鑫泰高科儀器製造有限公司生產的KZCH-2000型微機快速自動測氫儀，測試熱解後得到的垃圾半焦中固體碳含量，按照GB476-91進行測試。三組城市生活垃圾(MSW)組成如表I所示，發酵條件及熱解溫度如表2至表4所表I城市生活垃圾組份
權利要求
1.一種城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法，其特徵在於聯合採用二段厭氧發酵技術、熱解技術及填埋技術，具體步驟如下 1)一段厭氧發酵單元 將原料城市生活垃圾給入滾壓粉碎機將非金屬無機物質粉碎，將原料城市生活垃圾擠壓至含水率15%以下，分離出液體垃圾和固體垃圾；將固體垃圾經垃圾粉碎機粉碎至80目以下，再與液體垃圾經一段攪拌單元混合攪拌後共同進入一段發酵罐中，然後加入熱纖梭菌ATCC27405及熱解糖梭菌進行發酵產生乙醇，其中熱纖梭菌的加入量為原料城市生活垃圾的O. 2-4. 8%，熱解糖梭菌的加入量按原料城市生活垃圾的1-20%的量加入，發酵溫度控制在35-45°C，pH值為3-6，發酵時間3_5天，間歇式攪拌，一段發酵罐發酵後的沼液、沼渣進行固液分離，分離得到的沼液60-90°C常壓下進行閃蒸得到工業乙醇，經閃蒸後的廢液和一段發酵罐發酵後固液分離得到的沼渣共同進入二段厭氧發酵單元； 2)二段厭氧發酵單元 將閃蒸後的廢液和一段發酵罐發酵後固液分離得到的沼渣給入二段攪拌單元進行攪拌混合後，送入二段發酵罐中加入沼氣微生物菌劑進行厭氧發酵，其中沼氣微生物菌劑的加入量為二段厭氧發酵原料的2-30%，pH值控制在7. 0-8. 5之間，發酵溫度為45_55°C，發酵時間10-15天，產生沼氣，沼氣作為氣體燃料進行儲存，二段發酵罐發酵產生的沼液沼渣進行固液分離，固液分離得到的沼渣進入熱解單元進行進一步熱分解處理，固液分離產生的沼液返回到一段攪拌單元循環使用； 3)熱解單元 將二段發酵罐發酵產生的沼渣進入熱解單元的熱解爐進行常壓熱解，熱解溫度控制在600-700°C之間，熱解爐產生的垃圾熱解氣作為氣體燃料進行儲存，熱解爐產生的垃圾半焦經壓縮成型後進行填埋進行最終處理。
2.根據權利要求I所述的城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法，其特徵在於所述的微生物菌劑採用四川朝能沼氣工程有限公司生產的「朝能」沼氣發酵劑，主要成分為甲烷菌群、產氫產乙酸菌群、水解酸化菌群。
全文摘要
本發明屬於城市生活垃圾的資源化分級利用技術領域，尤其涉及一種城市生活垃圾資源化分級利用及固碳處理方法，其特徵在於聯合採用二段厭氧發酵技術、熱解技術及填埋技術。本發明的優點是可實現城市生活垃圾的無害化、資源化，並通過固碳技術減少CO2排放量。
文檔編號C12P7/08GK102808000SQ20121030158
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月23日 優先權日2012年8月23日
發明者餘江龍, 韓豔娜, 尹豐魁, 徐靜, 張東柯 申請人:遼寧科技大學