近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法
2023-04-24 13:12:16
專利名稱：近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法
技術領域：
本發明涉及一種城鄉廢棄物的處理方法，具體的是近臨界水技術將城鄉垃圾製備 為有機肥的方法。
背景技術：
社會發展到今天，人們面臨著環保形勢嚴峻、資源緊張的難題，在人們的日常生活 中每天都在產生著大量的垃圾，而垃圾處理又因數量巨大，成份複雜，汙染環境而成為世界 難題。傳統的城鄉廢棄物處理方法主要以填埋、堆肥、焚燒為主；也有採用酸、鹼和酶催化等 水解工藝的，但是這些方法和技術沒有充分利用生物質及廢棄物，而且還容易對環境造成
二次汙染。公知的利用生活垃圾生產有機複合肥的方法主要是選取垃圾中的有機物細化成 顆粒，加入添加劑硫酸和磷化物混合後進行熟化處理，條件是在高溫高壓釜中通入溫度為 165-200°C的水蒸氣，壓力0. 7-1. IMpa，保溫保壓1_2小時。也有的是將有機物中加入稀硫 酸後進行水解水熱處理，條件是通入溫度為150-200°C的過熱蒸氣，壓力0. 8-1. OMpa，保壓 1. 5-2小時。這些方法處理垃圾存在以下問題1、以硫酸作為催化劑的工業水解方法存在 著化學反應條件劇烈、造成二次環境汙染；2、採用水解處理時溫度偏低，造成脂肪類生物質 及其廢棄物得不到充分降解，將影響植物的吸收和肥效。3、反應過程中水解液中的重金屬 沒有進行處理，不僅影響肥效而且對土壤及農作物的帶來危害。
發明內容
本發明的目的是針對現有城鄉垃圾處理存在的上述問題，提供一種近臨界水技術 將城鄉垃圾製備為有機肥的方法。本發明是採用科學的生產工藝，工業化和規模化的將垃 圾中的有機物製備成有機肥，本發明能徹底分解垃圾中的各種有機物，處理過程中不會對 環境造成二次汙染，本發明還對水解液中的重金屬進行處理，避免了殘留重金屬對農作物 帶來的危害。本發明所採用的技術方案為近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法，包 括分選和熱解，其特徵在於，具體工藝如下(1)垃圾分選城鄉垃圾首先經過人工分揀，將大件物揀出；再經破碎、篩分、重力選、風選、磁 選、粒徑選分選，把城鄉垃圾分成了有機物、無機物、可燃物、鐵磁性物質、金屬，取有機物備 用；(2)有機物原料處理分選出的有機物經粉碎及篩分，粒徑< 90mm原料輸送至有機物儲料倉；在原料處 理中再次磁選，去除鐵磁性材料；(3)熱解預處理將有機物原料送入熱解釜，達到熱解釜容積80%，加原料的同時加入經預熱至20-30°C的氧化劑，所述氧化劑為含氧量為10-25%的空氣與氧氣混合氣體，並加入過熱水 浸沒過原料表面，過熱水溫度為80-90°C，加入濃度為5-10%的氧化鎂，氧化鎂與有機物原 料的重量比為100 3-5 ；(4)熱解繼續加入氧化劑至熱解釜內壓力達到0. 1-0. 2Mpa時停止加氧化劑，熱解釜開始 升溫；低溫段，約10分鐘將溫度由常溫升至150°C，中溫段，約15分鐘將溫度由150°C升至 2000C，保溫10分鐘，高溫段，約10分鐘將溫度由200°C升至230°C，保溫10分鐘，整個熱解 過程中釜內壓力控制在0. 6-1. 25Mpa,反應50-70分鐘；保壓反應完成後將熱解釜內壓力洩 壓至0. 2Mpa時，停止洩壓，排放熱解釜內的水蒸氣及熱解液，加入低於100°C熱空氣把原料 烘至含水量< 30%，保壓在0. 3-0. 4Mpa，瞬間打開熱解釜排料閥，將釜內原料噴爆至噴爆 倉，完成熱解過程；熱解液去除其中的雜質及重金屬後，作為熱解用水循環使用；(5)熱解後的原料，調整PH值至6. 5-7. 5，粉碎及粒徑選，取Φ彡6mm顆粒為有機 肥。步驟(1)中所述的有機物為，生活和生產中產生的動植物廢棄物、餐飲、廚房垃圾 中動植物性廢棄物。步驟中所述的熱解釜的筒體為雙層結構，夾層內充填熱介質，熱介質在釜外 加熱後充填到夾層中，溫度保持120-150°C，所述的熱介質為耐高溫油、水。步驟(4)中所述 的去除熱解液中的雜質及重金屬的方法是採用絮凝法，用高分子量的陽離子絮凝劑捕捉重 金屬離子，用浮選法將絮團分離開，用高分子量的陰離子或非離子絮凝劑捕捉熱解液中的 微粒懸浮物，用沉澱法將絮團與水分離開；過濾收集到陰離子或非離子絮凝劑絮團，作為有 機物進入步驟C3)進行熱解處理；處理過後的水再通過超濾、深度淨化處理進入生產用水 系統。步驟⑵和(3)中所加入氧化劑的量為0. 3-0. 7M3/分鐘。垃圾是放錯了地方、混雜在一起的多種資源。本發明首先將城鄉垃圾分選成了有 機物、無機物、可燃物、鐵磁性物質以便分別利用。本發明的重點是對城鄉垃圾中的有機物 進行處理。城鄉垃圾中的有機物包括有動物和植物廢棄物，植物廢棄物包括有主要指廢棄 的果皮、蔬菜、秸杆等，動物廢棄物包括畜禽病屍、畜禽糞便、各種動物加工過程中產生的邊 角料、下腳料和皮毛內臟，餐飲及家庭廚房產生的動植物廢棄物。這些廢棄物容易發酵腐 爛、臭氣衝天、滋生蠅蟲、傳播疾病。這些廢棄物富含有機氮、磷、鉀，以及有機質、胺基酸、腐 植酸和微量元素，動物廢棄物富含動物蛋白有機質，這些廢棄物是製備有機肥料的上乘原 料。最傳統方法是將這些原料用堆慪的方法，使其自然發酵、分解，這種方法效率低、分解 慢、味道臭、原料中的病菌、寄生蟲及害蟲不能被徹底殺滅，容易傳染疾病，給農作物帶來病 蟲害。這種方法製備的肥料不便於運輸和貯藏，不能形成規模化生產。本發明採用科學的 生產工藝，工業化、規模化的方法將垃圾中的有機物製備為肥料。本發明是通過近臨界水技 術熱解的方法將有機物中的大分子切斷為小分子，以利植物的吸收。由於從垃圾中分選出 來的有機物成份複雜，為使垃圾中的各種成份都能充分熱解，本發明的熱解工藝中採用低 溫段、中溫段及高溫段三種熱解溫度，並在三個溫度段中採用不同的升溫時間和保溫時間。 熱解溫度在低溫段時，有機物中澱粉類得到熱解；當溫度升至中溫段時，經保溫時段，有機 物中的糖、粗纖維、蛋白質、腐殖酸類熱解；當溫度升至高溫段時，經保溫時段，有機物中的脂肪類得到降解。在熱解過程中，本發明採用了富氧空氣為氧化劑，既可降低生產成本，也 不會造成二次汙染。足夠的熱解時間可徹底殺滅原料中的病菌、病毒、寄生蟲及害蟲，保證 肥料的使用安全。本發明的原料經噴爆處理後，提高了肥料的溶解速度。生活垃圾中重金 屬是指比重較大，錳、銅、鋅等重金屬是生命活動所需要的微量元素，但是大部分重金屬如 汞、鉛、鎘等並非生命活動所必須，而且所有重金屬超過一定濃度都對人體有害。土壤中的 重金屬很難降解。本發明首先在原料多次分選中，將各種金屬與有機物分開，在熱解中加入 能吸附、包容游離態重金屬、鈍化重金屬活性的添加劑氧化鎂。熱解中殘留的重金屬進入熱 解液，由於該熱解液經處理後在生產中要循環使用，本發明採用絮凝法去除熱解液中的重 金屬，用高分子量的陽離子絮凝劑捕捉重金屬離子，用浮選法將絮團分離開。按本發明的方 法製備的產品經檢測，產品中氮磷鉀及有機質含量、大腸桿菌含量、蛔蟲卵及重金屬含量等 指標優於國家標準值，本發明的重要特點是資源利用最大化，在利用垃圾中的有機物製備 肥料的過程中利用熱解釜或鍋爐排放的廢氣加熱熱介質，再將熱介質輸入熱解釜夾層中， 不僅縮短了熱解的升溫時間還可起到保溫作用。本發明在熱解過程中產生的熱解液經處理 後循環使用。本發明所生產的為有機肥，可適用於蔬菜、水果、花卉及樹木的基肥和追肥，長 期使用可改善土質。本發明的有益效果是1、未使用酸鹼類催化劑，而是以富氧空氣為氧化劑，既使原 料被充分熱解氧化、分解完全，不會對環境造成二次汙染。2、足夠的熱解時間可徹底殺滅原 料中的病菌、病毒、寄生蟲及害蟲，保證肥料的使用安全。3、採用重金屬去除處理技術，有效 的防止產品中重金屬對土壤及農作物的危害。4、科學的熱解溫度使有機物中澱粉類、糖、粗 纖維、蛋白質及脂肪類都可充分降解。5、資源利用最大化，降低生產成本，減少浪費。6、生 產效率高，產品質量好。
具體實施例方式近臨界水中熱解法將城鄉垃圾為肥料的方法，各實施方式的具體參數見表1，具體 工藝如下(1)垃圾分選城鄉垃圾首先經過人工分揀，將大件物揀出；再經破碎、篩分、重力選、風選、磁 選、粒徑選分選，把城鄉垃圾分成了有機物、無機物、可燃物、鐵磁性物質、金屬，取有機物備 用；(2)有機物原料處理分選出的有機物經粉碎及篩分，粒徑< 90mm原料輸送至有機物儲料倉；在原料處 理中再次磁選，去除鐵磁性材料，人工去除重金屬；所述的有機物為生活和生產中產生的動 植物廢棄物、餐飲、廚房垃圾中動植物性廢棄物，植物廢棄物包括有主要指廢棄的果皮、蔬 菜、秸杆等，動物廢棄物包括畜禽病屍、畜禽糞便、各種動物加工過程中產生的邊角料、下腳 料和皮毛內臟，餐飲及家庭廚房產生的動植物廢棄物等。(3)熱解預處理熱解釜的筒體為雙層結構，夾層內充填熱介質，熱介質為耐高溫油，也可以用水， 耐高溫油在釜外加熱後充填到夾層中，油溫保持120-150°C ；將有機物原料送入熱解釜的同 時，加入經預熱的氧化劑，氧化劑為空氣與氧氣混合氣體，氧化劑與有機物原料充分接觸，加入過熱水浸沒過原料表面，過熱水溫度為80-90°C，加入氧化鎂，熱解釜中原料達到容積 80%時，停止進料；(4)熱解繼續加入氧化劑至熱解釜內壓力達到0. 1-0. 2Mpa預壓時停止加氧化劑，熱解釜 開始升溫；低溫段，由常溫升至150°C，中溫段，由150°C升至200°C，保溫，高溫段，溫度由 200°C升至230°C，保溫，整個熱解過程中釜內壓力控制在0. 6-1. 25Mpa,反應50-70分鐘；反 應完成後將熱解釜內壓力洩壓至0. 2Mpa時，停止洩壓，排放熱解釜內的水蒸氣及熱解液， 加入低於100°C熱空氣把原料烘至含水量< 30%，保壓至0. 3-0. 4Mpa,瞬間打開熱解釜排 料閥，將釜內原料噴爆至噴爆倉，完成熱解過程；去除熱解液中的雜質及重金屬，作為熱解 用水循環使用；(5)熱解後的原料外觀為綜褐色柱狀顆粒，水分< 12%，調整PH值至6. 5-7. 5， 檢驗及調整氮磷鉀及有機質等有效份的含量，粉碎及粒徑選，取Φ 90%，顆粒抗碎力> 8N。(6)去除熱解液中的雜質及重金屬的方法是採用現有技術中的絮凝法，用高分子 量的陽離子絮凝劑捕捉重金屬離子，用浮選法將絮團分離開，用高分子量的陰離子或非離 子絮凝劑捕捉熱解液中的微粒懸浮物，用沉澱法將絮團與水分離開；過濾收集到陰離子或 非離子絮凝劑絮團，作為有機物進入步驟(3)進行熱解處理；處理過後的水再通過現有水 處理技術中的超濾、深度淨化處理，進入生產用水系統。表 權利要求
1.近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法，包括分選和熱解，其特徵在於，具體 工藝如下(1)垃圾分選城鄉垃圾首先經過人工分揀，將大件物揀出；再經破碎、篩分、重力選、風選、磁選、粒徑 選分選，把城鄉垃圾分成了有機物、無機物、可燃物、鐵磁性物質、金屬，取有機物備用；(2)有機物原料處理分選出的有機物經粉碎及篩分，粒徑< 90mm原料輸送至有機物儲料倉；在原料處理中 再次磁選，去除鐵磁性材料；(3)熱解預處理將有機物原料送入熱解釜，達到熱解釜容積80%，加原料的同時加入經預熱至 20-30°C的氧化劑，所述氧化劑為含氧量為10-25%的空氣與氧氣混合氣體，並加入過熱水 浸沒過原料表面，過熱水溫度為80-90°C，加入濃度為5-10%的氧化鎂，氧化鎂與有機物原 料的重量比為100 3-5 ；(4)熱解繼續加入氧化劑至熱解釜內壓力達到0. 1-0. 2Mpa時停止加氧化劑，熱解釜開始升溫； 低溫段，約10分鐘將溫度由常溫升至150°C，中溫段，約15分鐘將溫度由150°C升至200°C， 保溫10分鐘，高溫段，約10分鐘將溫度由200°C升至230°C，保溫10分鐘，整個熱解過程 中釜內壓力控制在0. 6-1. 25Mpa,反應50-70分鐘；保壓反應完成後將熱解釜內壓力洩壓至 0. 2Mpa時，停止洩壓，排放熱解釜內的水蒸氣及熱解液，加入低於100°C熱空氣把原料烘至 含水量< 30%，保壓在0. 3-0. 4Mpa，瞬間打開熱解釜排料閥，將釜內原料噴爆至噴爆倉，完 成熱解過程；熱解液去除其中的雜質及重金屬後，作為熱解用水循環使用；(5)熱解後的原料，調整PH值至6.5-7. 5，粉碎及粒徑選，取Φ彡6mm顆粒為有機肥。
2.根據權利要求1所述的近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法，其特徵在 於，步驟(1)中所述的有機物為，生活和生產中產生的動植物廢棄物、餐飲、廚房垃圾中動 植物性廢棄物。
3.根據權利要求1所述的近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法，其特徵在 於，步驟中所述的熱解釜的筒體為雙層結構，夾層內充填熱介質，熱介質在釜外加熱後 充填到夾層中，溫度保持120-150°C，所述的熱介質為耐高溫油、水。
4.根據權利要求1所述的近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法，其特徵在 於，步驟(2)和(3)中所加入氧化劑的量為0. 3-0. 7M3/分鐘。
5.根據權利要求1所述的近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法，其特徵在 於，步驟中所述的去除熱解液中的雜質及重金屬的方法是採用絮凝法，用高分子量的 陽離子絮凝劑捕捉重金屬離子，用浮選法將絮團分離開，用高分子量的陰離子或非離子絮 凝劑捕捉熱解液中的微粒懸浮物，用沉澱法將絮團與水分離開；過濾收集到陰離子或非離 子絮凝劑絮團，作為有機物進入步驟03)進行熱解處理；處理過後的水再通過超濾、深度淨 化處理進入生產用水系統。
全文摘要
近臨界水技術將城鄉垃圾製備為有機肥的方法垃圾分選，有機物原料處理，熱解預處理，原料送入熱解釜，加入氧化劑，加入過熱水浸沒過原料表面，加入氧化鎂；繼續加入氧化劑至壓力達到要求，熱解釜升溫，低溫段，常溫-150℃，中溫段150-200℃，保溫保壓，高溫段200-230℃，保溫，保壓反應完成後洩壓，排放水蒸氣及熱解液，原料烘至幹，保壓，將釜內原料噴爆；熱解液去除雜質及重金屬循環使用；熱解後的原料，調整PH值，粉碎及粒徑選有機肥。本發明的有益效果是以富氧空氣為氧化劑，使原料被充分熱解氧化、分解完全，避免二次汙染。足夠的熱解時間可徹底殺滅病菌、病毒、寄生蟲，保證肥料的使用安全。採用重金屬去除處理技術，防止產品中重金屬對土壤及農作物的危害。合理的熱解溫度使有機物中各成份都可充分降解。資源利用最大化，生產成本低，減少浪費。
文檔編號C05F9/00GK102093092SQ20101055750
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者楊健 申請人:楊健