利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，属于资源与环境保护领域，尤其涉及垃圾处理，特别是城市生活垃圾填埋场的垃圾处理，依次由以下步骤组成：粗碎；粒度分选；重力粒度分选；气固混合物料处理；重质物料处理；轻质物料处理。本发明是一种解决城市垃圾填埋场占地、污染与城市生活垃圾日益增长的填埋场需求之间的矛盾，既实现大规模地处理垃圾又不影响干法水泥厂生产的垃圾处理方法。
【专利说明】利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于资源与环境保护领域，尤其涉及垃圾处理，特别是城市生活垃圾填埋场的垃圾处理。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，人民生活水平的提高和加快城镇化进程的实施，使城市生活垃圾的产生量与日俱增，给城市环保带来了巨大的压力。而卫生填埋仍然是目前城市生活垃圾处置的主要方法，使城市生活垃圾填埋场负荷加重，其使用寿命也逐步缩短，而寻找新的城市生活垃圾填埋场需要占用土地并兼顾周边环境及地形等，使填埋场选址难度也很大，同时还要投入大量资金进行建设，因此如何能延长城市生活垃圾填埋场的使用期限，同时使垃圾得到减量化、资源化、无害化处置则成为解决城市生活垃圾处理的难题。
[0003]城市生活垃圾，来源种类异常复杂，而且规模庞大，至今都没有一种可以工业化的方法可以简单有效地进行大规模的处理。
[0004]传统的一些处置生活垃圾的方法(包括堆肥、焚烧、发电等)也只能做到有限地减量化、资源化，不能做到无害化，这些处置方法给环境留下了新的污染隐患，同时也要投入大量资金新建处置厂。特别对于已经填埋的陈化垃圾，其中含有大量覆盖土，整体热值极低，根本不符合作为堆肥或焚烧的条件，上述方法则不适用。
[0005]现有的一些新型处理方法，如采用水泥厂焚烧垃圾制水泥，这种方案看似简单、理论上可行，但这项技术的难点在于，如何既实现大规模地垃圾处理又不影响水泥厂的生产。如不经分选直接将垃圾投入水泥厂焚烧制水泥，本发明人研究发现，实际上根本无法实现，会严重影响水泥厂的正常生产和产品质量，导致生产无法进行。而进行充分地分选垃圾的不同成分后(如事先将纸张、塑料、金属等可回收利用组分分选出来)仅保留有利于水泥生产的部分投入水泥厂焚烧，虽然解决了水泥厂生产的问题，但又使得分选过程过于复杂，效率低下，甚至不得不借助于人工分选，特别是陈化垃圾由于其不可燃组分含量较高，基本弃之不用，从而使垃圾不能得到彻底处置，乃至完全丧失工业化大规模高效率垃圾处理的可行性。而且，现有这些方法往往只是将少量新鲜垃圾掺入水泥生料中煅烧制水泥，处理规模小，远无法满足实际城市生活垃圾处理的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:提出一种解决城市垃圾填埋场占地、污染与城市生活垃圾日益增长的填埋场需求之间的矛盾，既实现大规模地处理垃圾又不影响干法水泥厂生产的垃圾处理方法。
[0007]本发明目的通过下述技术方案来实现:
[0008]一种利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，依次由以下步骤组成:
[0009]I)粗碎:将城市生活垃圾填埋场中经自然陈化后的陈化垃圾经粗碎并回收金属物后进行粒度分选；
[0010]2)粒度分选:粒径> 30mm的垃圾进一步进行重力粒度分选,粒径< 30mm的小颗粒物垃圾喂入干法水泥窑窑尾作为全部水泥原料直接焚烧；
[0011]3)重力粒度分选:重力粒度分选回收金属物并分选得到重质物料、轻质物料和气固混合物料；
[0012]4)气固混合物料处理:气固混合物料进行气固分选，气体排空，固体汇入前述轻质物料中；
[0013]5)重质物料处理:重质物料经破碎后送入所述干法水泥厂窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，超过水泥厂接纳量的部分直接返回填埋场作为覆盖土回用；
[0014]6)轻质物料处理:轻质物料经中碎、细碎后得到< 20mm粒径的物料送入水泥厂窑头作为燃料参与焚烧。
[0015]上述方案中，采用陈化垃圾进行处理，既可处理正在使用的垃圾填埋场的陈化垃圾，也可使用已覆土封闭的垃圾填埋场的陈化垃圾。
[0016]对于正在使用的垃圾填埋场的陈化垃圾，利用现有垃圾填埋场已有的空间和设施对新鲜垃圾进行陈化处理，大幅度降低垃圾的水分和完成可降解成分的消解。将填埋场的陈化垃圾按不同组成分选后全部处置或回用，可使现有垃圾填埋场腾空并翻新重复使用。使垃圾填埋场可以分区域既在填埋新的垃圾同时也在处置陈化的垃圾。由于我国城市生活垃圾的水分很高，实际热值较低，通过利用垃圾填埋场宽阔的空间进行自然陈化，垃圾的水分大幅度降低，同时可降解成分完成降解，可以获得较低水分和可燃组分因缩减体积而增加热值的陈化垃圾，为后续的无害化处置及利用打下了良好的基础，由此达到现有正在使用的填埋场的生活垃圾存量不再增加，乃至逐渐减少。
[0017]而已覆土封闭的垃圾填埋场则可直接掘开使用已陈化的垃圾，则可最终实现原有填埋场的完全修复，重新回收利用原填埋场的大片土地资源。
[0018]本发明方案将填埋场陈化垃圾经过不同的步骤形成特定的多股不同物料，分别特定地投入新型干法水泥窑窑头和窑尾进行煅烧，既实现大规模地处理垃圾又不影响水泥厂生产:
[0019]填埋场陈化垃圾经过特定的粗碎、粒度分选、重力粒度分选、破碎等操作后，将不可燃这部分物料特定地投入窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，而不是如现有方法中那般只能针对新鲜垃圾，仅仅有少量不可燃物掺入常规水泥生料中，由此可以大规模批量地处理垃圾，同时分选过程中采用组合式分选，分选效率得到极大地提高，又不会影响水泥的正常生产。
[0020]本发明人对生活垃圾进行反复的研究发现，只需经过组合式的分选形成轻质物料和重质物料，经统计学研究发现，其中轻质物料富含可燃物，而重质物料则基本为不可燃物料，如此而无需复杂地分选过程，直接将垃圾进行大规模的处理，取得效率和效果的最佳平衡。轻质物料经过特定的中碎、细碎等操作后，将这部分物料特定地投入窑头作为燃料参与焚烧。由此进一步确保了垃圾的大规模处理同时不影响水泥生产。
[0021]而当送入窑尾部分份量较大，超过水泥厂允许接纳范围时，由于经过前述的特定的粗碎、粒度分选、重力粒度分选、破碎等操作，又可将这部分多余的物料作为填埋场覆盖土重复使用，不需要再去开挖新的覆盖土资源，进一步减少了对环境生态的损坏，取得一举两得的效果。
[0022]作为选择，所述重力粒度分选为风力分选，在风力分选中以物料在14?16m/s的风选速度下进行分选，其中以物料在该风速下的运动距离大于5.0米得到的为轻质物料，以物料在该风速下的运动距离不大于5.0米得到的为重质物料。
[0023]上述方案中，在本发明方案基础上，经统计学研究分析得出，采用该风选速度和分选方法下，能够有效地分别在窑头和窑尾进行充分焚烧，同时又不影响水泥生产；其中，极少数同样物料在不同风速下可能会划分为不同的轻质或重质物料，这部分物料介于轻重之间，性质特殊，且数量很少，无论怎样划分均不影响方案效果的本质变化。所述轻质物料通常来自:秸杆、塑料、橡胶、织物、竹木、厨余和皮革等。所述重质物料通常来自:砖瓦、石块、混凝土块、渣土、炉渣、陶瓷和玻璃等。
[0024]前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案:如本发明，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，在此不做穷举。
[0025]本发明的有益效果:
[0026]1、使目前使用的城市生活垃圾填埋场内陈化垃圾得到妥善处置，垃圾填埋总量不再增加，填埋场使用期限大幅度延长；已经封场的填埋场内陈化垃圾也可以取出进行处置，填埋场可重新使用，不需再建新填埋场。
[0027]2、既实现处理垃圾又不影响干法水泥厂生产，且垃圾处理规模大、效率高、成本低。
[0028]3、城市垃圾填埋场处理和现有干法水泥厂水泥生产结合，避免了二次污染的出现，真正实现了减量化、资源化、无害化。
[0029]4、整合了城市垃圾填埋场及现有干法水泥厂之间的有效协同处置城市垃圾，拓展了循环经济产业链，在环保、节能、资源保护等方面都有明显成效。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明的流程框图。
【具体实施方式】
[0031]下列非限制性实施例用于说明本发明。
[0032]实施例1:
[0033]如图1所示，一种利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，依次由以下步骤组成:
[0034]I)粗碎:将某一批次重量200kg的城市生活垃圾填埋场中经自然陈化后的陈化垃圾经粗碎并回收金属物后进行粒度分选，分选后重量198.9kg，主要组成为橡塑、灰土、沙砾、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷。
[0035]2)粒度分选:粒径> 30mm的垃圾进一步进行重力粒度分选，重量为32.5kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷，粒径< 30_的小颗粒物垃圾喂入干法水泥窑窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，重量为166.4kg，主要组成为灰土、沙砾及其它小块杂质。
[0036]3)重力粒度分选:重力粒度分选回收金属物并分选得到重质物料、轻质物料和气固混合物料；重力粒度分选采用风力分选，在风力分选中以物料在14m/s风速下的运动距离(L = 5.0米)作为指标为分界点，其中以物料在该风速下的运动距离大于5.0米得到的为轻质物料，重量为21.2kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹，以物料在该风速下的运动距离不大于5.0米得到的为重质物料，重量为11.3kg，主要组成为石块、玻璃、陶瓷。
[0037]4)气固混合物料处理:气固混合物料进行气固分选，气体排空，固体汇入前述轻质物料中。
[0038]5)重质物料处理:重质物料经破碎后送入所述干法水泥厂窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，超过水泥厂接纳量的部分直接返回填埋场作为覆盖土回用。
[0039]6)轻质物料处理:轻质物料经中碎、细碎后得到< 20mm粒径的物料送入水泥厂窑头作为燃料参与焚烧。
[0040]最后的处理结果:陈化垃圾处置结果，经过预处理后的陈化垃圾可减量198.9kg(99.45% ),而且在新型干法水泥生产线上焚烧完全，可在水泥窑> 1200°C的高温烟气位置中停留时间超过2秒，不产生二次污染；水泥生产结果，协同处置陈化垃圾后，新型干法水泥生产线所生产的水泥质量合格。
[0041]实施例2:
[0042]一种利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，依次由以下步骤组成:
[0043]I)粗碎:将某一批次重量200kg的城市生活垃圾填埋场中经自然陈化后的陈化垃圾经粗碎并回收金属物后进行粒度分选，分选后重量198.5kg，主要组成为橡塑、灰土、沙砾、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷。
[0044]2)粒度分选:粒径> 30mm的垃圾进一步进行重力粒度分选，重量为31.8kg,主要组成为橡塑、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷，粒径< 30_的小颗粒物垃圾喂入干法水泥窑窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，重量为166.7kg，主要组成为灰土、沙砾及其它小块杂质。
[0045]3)重力粒度分选:重力粒度分选回收金属物并分选得到重质物料、轻质物料和气固混合物料；重力粒度分选采用风力分选，在风力分选中以物料在15m/s风速下的运动距离(L = 5.0米)作为指标为分界点，其中以物料在该风速下的运动距离大于L得到的为轻质物料，重量为21.6kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹，以物料在该风速下的运动距离不大于5.0米得到的为重质物料，重量为10.2kg，主要组成为石块、玻璃、陶瓷。
[0046]4)气固混合物料处理:气固混合物料进行气固分选,气体排空，固体汇入前述轻质物料中；
[0047]5)重质物料处理:重质物料经破碎后送入所述干法水泥厂窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，超过水泥厂接纳量的部分直接返回填埋场作为覆盖土回用；
[0048]6)轻质物料处理:轻质物料经中碎、细碎后得到< 20mm粒径的物料送入水泥厂窑头作为燃料参与焚烧。
[0049]最后的处理结果:陈化垃圾处置结果，经过预处理后的陈化垃圾可减量198.5kg而且在新型干法水泥生产线上焚烧完全，可在水泥窑> 1200°C的高温烟气位置中停留时间超过2秒，不产生二次污染；水泥生产结果，协同处置陈化垃圾后，新型干法水泥生产线所生产的水泥质量合格。
[0050]实施例3:
[0051]一种利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，依次由以下步骤组成:
[0052]I)粗碎:将某一批次重量200kg的城市生活垃圾填埋场中经自然陈化后的陈化垃圾经粗碎并回收金属物后进行粒度分选，分选后重量197.6kg，主要组成为橡塑、灰土、沙砾、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷。
[0053]2)粒度分选:粒径> 30mm的垃圾进一步进行重力粒度分选，重量为32.2kg,主要组成为橡塑、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷，粒径< 30_的小颗粒物垃圾喂入干法水泥窑窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，重量为165.4kg，主要组成为灰土、沙砾及其它小块杂质。
[0054]3)重力粒度分选:重力粒度分选回收金属物并分选得到重质物料、轻质物料和气固混合物料；重力粒度分选采用风力分选，在风力分选中以物料在16m/s风速下的运动距离(L = 5.0米)作为指标为分界点，其中以物料在该风速下的运动距离大于L得到的为轻质物料，重量为22.3kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹，以物料在该风速下的运动距离不大于5.0米得到的为重质物料，重量为9.9kg，主要组成为石块、玻璃、陶瓷。
[0055]4)气固混合物料处理:气固混合物料进行气固分选，气体排空，固体汇入前述轻质物料中；
[0056]5)重质物料处理:重质物料经破碎后送入所述干法水泥厂窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，超过水泥厂接纳量的部分直接返回填埋场作为覆盖土回用；
[0057]6)轻质物料处理:轻质物料经中碎、细碎后得到< 20mm粒径的物料送入水泥厂窑头作为燃料参与焚烧。
[0058]最后的处理结果:陈化垃圾处置结果，经过预处理后的陈化垃圾可减量197.6kg而且在新型干法水泥生产线上焚烧完全，可在水泥窑> 1200°C的高温烟气位置中停留时间超过2秒，不产生二次污染；水泥生产结果，协同处置陈化垃圾后，新型干法水泥生产线所生产的水泥质量合格。
[0059]对比例1:
[0060]一种利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，依次由以下步骤组成:
[0061]I)粗碎:将某一批次重量200kg的城市生活垃圾填埋场中经自然陈化后的陈化垃圾经粗碎并回收金属物后进行粒度分选，分选后重量196.4kg，主要组成为橡塑、灰土、沙砾、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷。
[0062]2)粒度分选:粒径> 30mm的垃圾进一步进行破碎，重量为29.1kg,主要组成为橡塑、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷，粒径< 30_的小颗粒物垃圾喂入干法水泥窑窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，重量为167.3kg，主要组成为灰土、沙砾及其它小块杂质；
[0063]3)大粒度物料处理:粒径> 30mm的垃圾经破碎后送入所述干法水泥厂窑尾作为全部水泥原料直接焚烧。
[0064]最后的处理结果:陈化垃圾处置结果，经过预处理后的陈化垃圾可减量196.4kg，而且在新型干法水泥生产线上焚烧完全，在水泥窑850°C的高温烟气位置中停留时间超过2s，产生二次污染；水泥生产结果，协同处置陈化垃圾后，新型干法水泥生产线所生产的水泥质量合格。
[0065]对比例2:
[0066]某一利用水泥窑协同处置生活垃圾的方法1，主要步骤包括:
[0067]I)收集，某一批次重量200kg城市生活垃圾收集后直接进入预处理工厂；
[0068]2)筛分，将进入预处理工厂的生活垃圾进行筛分，筛上物进入后续风选工序，重量为35.5kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷，筛下物进入垃圾填埋场，重量为164.5kg，主要组成为灰土、沙砾及其它小块杂质；
[0069]3)风选，经过筛分后的筛上物物料经过风选，风速为lOm/s，轻质物料进入后续的破碎工序，重量为18.3kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹，重质物料进入垃圾填埋场，重量为17.2kg，主要组成为木竹、石块、玻璃、陶瓷；
[0070]4)破碎，轻质物料进入破碎系统，破碎后的粒径为80mm ；
[0071]5)焚烧，破碎完成后的粒径为80_的物料送入新型干法水泥生产线处置，喂入回转窑窑尾焚烧。
[0072]最后的处置结果:城市生活垃圾处置结果，经过预处理后的陈化垃圾减量
18.3kg，而且在新型干法水泥生产线上焚烧，在水泥窑850°C的高温烟气位置中停留时间超过2秒，产生二次污染；水泥生产结果，协同处置陈化垃圾后，新型干法水泥生产线所生产的水泥质量合格。
[0073]对比例3:
[0074]某一利用水泥窑协同处置生活垃圾的方法2，主要步骤包括:
[0075]I)收集，某一批次重量200kg的城市生活垃圾收集后直接进入预处理工厂；
[0076]2)筛分，将进入预处理工厂的生活垃圾进行筛分，筛上物进入后续风选工序，重量为37.1kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹、石块、玻璃、陶瓷，筛下物进入垃圾填埋场，重量为162.9kg，主要组成为灰土、沙砾及其它小块杂质；
[0077]3)风选，经过筛分后的筛上物物料经过风选，风速为13m/s，轻质物料进入后续的破碎工序，重量为19.7kg，主要组成为橡塑、纺织品、木竹，重质物料进入垃圾填埋场，重量为17.4kg，主要组成为木竹、石块、玻璃、陶瓷；
[0078]4)破碎，轻质物料进入破碎系统，破碎后的粒径为60mm ；
[0079]5)焚烧，破碎完成后的粒径为60_的物料送入新型干法水泥生产线处置，喂入回转窑窑尾焚烧。
[0080]最后的处置结果:城市生活垃圾处置结果，经过预处理后的陈化垃圾减量
19.7kg，而且在新型干法水泥生产线上焚烧，在水泥窑850°C的高温烟气位置中停留时间超过2秒；水泥生产结果，协同处置陈化垃圾后，新型干法水泥生产线所生产的水泥质量合格。
[0081]对比例4:
[0082]某一利用垃圾发电处置城市生活垃圾作为处置城市垃圾的方法，主要步骤包括:
[0083]I)收集，某一批次的城市生活垃圾收集后进入垃圾发电厂；
[0084]2)熟化，生活垃圾在垃圾发电厂内垃圾池内熟化3?5天脱水；
[0085]3)破碎,将垃圾进行破碎至粒径80?160mm ；
[0086]4)焚烧，将破碎后的垃圾直接喂入垃圾焚烧炉内焚烧。
[0087]最后的处置结果:城市生活垃圾处置结果，生活垃圾可完全处置，只能在水泥窑850°C的高温烟气位置中停留时间2秒，属垃圾处理最低要求；焚烧完成后飞灰中的二噁英含量较高，属于危险废弃物，即采用垃圾发电的处置方法会产生二次污染的问题。
[0088]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，其特征在于依次由以下步骤组成: 1)粗碎:将城市生活垃圾填埋场中经自然陈化后的陈化垃圾经粗碎并回收金属物后进行粒度分选； 2)粒度分选:粒径>30mm的垃圾进一步进行重力粒度分选,粒径< 30mm的小颗粒物垃圾喂入干法水泥窑窑尾作为全部水泥原料直接焚烧； 3)重力粒度分选:重力粒度分选回收金属物并分选得到重质物料、轻质物料和气固混合物料； 4)气固混合物料处理:气固混合物料进行气固分选，气体排空，固体汇入前述轻质物料中； 5)重质物料处理:重质物料经破碎后送入所述干法水泥厂窑尾作为全部水泥原料直接焚烧，超过水泥厂接纳量的部分直接返回填埋场作为覆盖土回用； 6)轻质物料处理:轻质物料经中碎、细碎后得到<20mm粒径的物料送入水泥厂窑头作为燃料参与焚烧。
2.如权利要求1所述的利用水泥窑大规模协同处置填埋场陈化生活垃圾的方法，其特征在于:所述重力粒度分选为风力分选，在风力分选中以物料在14?16m/s的风选速度下进行分选，其中以物料在该风速下的运动距离大于5.0米得到的为轻质物料，以物料在该风速下的运动距离不大于5.0米得到的为重质物料。
【文档编号】F23G5/033GK104132349SQ201410408888
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】温宗国, 陈涛, 田海奎 申请人:成都建筑材料工业设计研究院有限公司, 清华大学, 武安市新峰水泥有限责任公司