专利名称：一种生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法
技术领域：
本发明属于将生活垃圾和生化污泥进行处理的方法，具体地说，涉及一种生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法。
背景技术：
随着人口的增长、城市化的进展和城市规模的扩大，我国的城市垃圾产生量也日渐增多，不仅严重危害了环境，也占用了大量的土地资源，有些城市甚至造成了垃圾围城的局面。据全国668个城市统计，目前全国I年产生的生活垃圾已达1. 5亿t，人均垃圾产生量在450 500kg左右，并且还在以每年8% 9%的增长率不断增加。生活垃圾经过适当压缩后，密度约为O. 8t/m3,因此，1. 5亿吨生活垃圾相当于1. 875亿立方米。此外随着城镇污水处理水平的提高，相应的生化污泥的处理越来越成为一个难题。目前世界上工程应用最广泛并行之有效的生化垃圾和生化污泥处理方法主要有卫生填埋、焚烧、堆肥三种。卫生填埋是一种固态残余物的最终处理方式，是一种必不可少的处置方式。但卫生填埋最大的问题是场地选择困难，填埋场封场后再寻找合适的填埋场地更是越来越难，远离城市的填埋场将增加更多的运输费用。另外，随着填埋处置标准的提高，卫生填埋法的处理成本也会越来越高；垃圾填埋场也带来了很多不利因素，填埋场的利用容积减少，沼气产气率降低，渗滤液成分复杂且难于处理，由于工程实施不可预见因素而导致填埋处置的效果达不到设计要求，从而造成周围环境的二次污染。焚烧处理可使垃圾减少容积，减量化较彻底、处理速度快，在环境保护和生态化建设中发挥着重要的作用，但是由于我国垃圾的热值较低，导致焚烧处理投资和运行费用大，我国在建和已建的垃圾焚烧厂很多都需要借助泼油燃烧和加碳燃烧才可燃烧。在焚烧技术和工艺中，仍有许多问题需要解决，比如有提高焚烧效果，使燃烧更加充分，减少生活垃圾焚烧过程中污染物的生成量；研究、开发经济有效的NOx、重金属及有机类污染物的净化技术和工艺，尤其是加强对二噁英的处理和避免二噁英的产生；灰渣处理后卫生填埋。但垃圾焚烧还有一个衍生的优点就是可以将附近污水厂的生化污泥(干化后)一并加入焚烧炉进行处理，这样就有同一地区的污水厂的污泥处理找到了新的出路。堆肥是依靠自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物的代谢活动来降解垃圾中的有机物质，使之稳定化的过程。微生物的生长繁殖受到下列多种因素的影响垃圾中有机物质的含量、含水率、通风供氧情况、翻拌要求、碳氮比(根据需要添加有机肥)、堆肥温度、PH值以及自然气候条件等。有效地促进和控制堆肥过程中微生物的正常繁衍是整个堆肥处理技术的核心。近年来，我国各级政府逐渐重视城市生活垃圾和生化污泥的处理，环保界从垃圾和污泥处理的工艺和设备，以及最终处理的模式也在不断摸索。随着科学技术的发展，垃圾和污泥无害化、减量化、资源化技术日益增多，在保证项目社会效益和环境效益的前提下，寻求资源的综合回收利用将是生活垃圾和生化污泥处理的最佳途径。为此，专利申请号为98104732. 7的中国专利公开了一种在煤中添加废塑料，在氮气或焦炉干馏油气气氛下共热解或共焦化以增加焦油收率和减少水分的方法。该方法处理温度为650°C，属于低温处理工艺，但没有考虑废塑料收集、加工和废塑料在高温焦炉中焦化处理等工艺系统，不适合于大规模应用。专利号为JP2001187406、JP2001323280、JP2001139952、JP2001123180、JP2002012876的日本专利公开了一系列利用焦炉处理废塑料和将废塑料与煤混合炼焦的技术，但该系列方法中涉及到从城市生活垃圾中提炼废塑料作为炼焦炉与煤共焦化的原料的情况时，必须经过十分严格和复杂的分选和加工过程，最终只能利用垃圾中的废塑料作原料，因此也不适用于大规模应用。专利公开号为CN1465655A的中国专利公开了一种城市生活垃圾高温干馏处理方法，利用传统炼焦装置、焦油回收装置和干馏油气净化回收装置实现生活垃圾中有机轻质组分的高温干馏处理，但该方法要掺入一定比例的煤，因此在工业化应用上存在局限性。专利号为200510085232. 2的中国专利公开了一种高温干馏的垃圾焚烧炉及其焚烧工艺，将生活垃圾装入焚烧车，然后焚烧车在闭合行车轨道上分别进入烘干区、干馏燃烧区和燃烬区，完成高温干馏过程，但由于我国垃圾成分复杂、水分含量高的特点，该技术产生的碳化物品质不佳，且需要补充一定的燃料，因此工业化应用存在一定问题。专利公开号为CN102061181A的中国专利公开了一种无焚烧的低温干馏垃圾炭化炉及其中和利用技术，将垃圾直接进入倾斜炉体的炭化炉干馏，但鉴于我国垃圾成分复杂、水分含量高的特点，该技术的工业化应用也将面临一系列问题。综上所述，我国生活垃圾成分复杂，水分含量高，将成为生活垃圾干馏资源化的重要障碍，而生化污泥的干馏资源化和干馏残渣综合利用还基本是空白。
发明内容
针对我国生活垃圾成分复杂、水分含量高的特点，结合生化污泥干馏资源化和干馏残渣综合利用基本空白的现状，采取一种以“低温干馏”和“熔融焚烧”为核心工艺的生活垃圾和生化污泥综合处理方法，实现其中有用成分的充分资源化利用，及整个过程物料的无害化和减量化处理，并产生明显的经济效益和环境效益，以满足工业化推广应用的要求。为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是一种生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于包括垃圾分选、污泥干化、低温干馏、熔融焚烧、油气分离净化和烟气处理六个工序；具体步骤如下I)、将生活垃圾送入到垃圾分选工序，分选出可用燃料，将生化污泥送入到污泥干化工序，产生的干化污泥；2)、将可用燃料和干化污泥送入到低温干馏工序，产生干馏油气和干馏残渣；3)、将干馏油气和干馏残渣分别送入到进油气分离净化和熔融焚烧工序；油气分离净化工序分离出焦油，作为最终产品外运销售；熔融焚烧工序产生玻璃态固体残渣，外运作为建材原料；4)、熔融焚烧工序产生的烟气经过烟气处理工序处理后，高空排放。进一步地说
所述垃圾分选工序是将生活垃圾分为可用燃料、无机杂质、有机质和金属四大部分，其中可用燃料在进入到低温干馏工序时的含水率在109Γ30%，无机杂质可以外运做填埋处理，有机质可以外运做堆肥处理，金属可以外运作为产品销售。更进一步地说所述污泥干化工序所用的热源为熔融焚烧工序产生的热能；进入到低温干馏工序的干化污泥含水率为10% 30%。更进一步地说所述低温干馏工序是将可用燃料和干化污泥在100°C飞00°C条件下，隔绝空气加热 O. 5h lh，其中在 IOO0C 150°C、150°C "250°C>250°C 350°C和 350°C 500°C温度区间的停留时间分别控制在O. lh 0. 25h、0. lh 0. 15h、0. lh 0. 2h、0. 2h 0. 4h。
所述低温干馏工序所用的燃料为油气分离净化工序产生的干馏油气。更进一步地说所述熔融焚烧工序是将干馏残渣在110(TC 1450°C条件下充分燃烧，产生的废气由废热锅炉产生蒸汽，蒸汽供污泥干化工序使用，最后废气经烟气处理工序后高空排放。更进一步地说所述油气分离净化工序是将干馏油气先后经过水洗冷却、油水分离、间接冷却、电捕焦油、除氨和脱硫工序，分离出焦油、污水和干馏油气三部分，其中焦油作为产品外销，污水经处理后回用或外排，干馏油气供低温干馏工序做燃料。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的技术优势是( I)有利于解决垃圾和污泥焚烧产生二噁英污染的难题。本发明中熔融焚烧工序的原料为干馏残渣，而干馏残渣主要为碳化物，而且燃烧温度很高，所以熔融焚烧工序基本没有二噁英的产生。本发明所采用的技术将从根本上解决二噁英问题。(2)有利于生活垃圾和生化污泥的资源化利用。从城市生活垃圾和生化污泥中提取焦油等资源，变生活垃圾场为能源宝库，既具有环境效益和社会效益，也具有经济利益。我国每年产生约2. 5亿吨城市生活垃圾和上亿吨的生化污泥，充分开发利用这些资源，有利于减轻对石化资源的过度依赖。(3)减少垃圾分类的难度。本项目采用简单成熟的垃圾分拣技术即可达到后续工艺要求，因此无需改变现有的垃圾收运系统，减少了垃圾分类的难度。(4)便于工业化应用。本发明对工艺过程中的各种物料去向进行了优化组合，在此基础上最大限度地消除了污染物，充分回收了有用资源和热量，能产生明显的环境效益和经济效益，因此工业化应用十分有利。
具体实施例方式实施例一种生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，包括垃圾分选、污泥干化、低温干馏、熔融焚烧、油气分离净化和烟气处理六个工序。处理方法的具体步骤如下
I)、将生活垃圾送入到垃圾分选工序，分选出可用燃料，将生化污泥送入到污泥干化工序，产生的干化污泥。2)、将可用燃料和干化污泥送入到低温干馏工序，产生干馏油气和干馏残渣。3)、将干馏油气和干馏残渣分别送入到进油气分离净化和熔融焚烧工序；油气分离净化工序分离出焦油，作为最终产品外运销售；熔融焚烧工序产生玻璃态固体残渣，外运作为建材原料。4)、熔融焚烧工序产生的烟气经过烟气处理工序处理后，高空排放。上述步骤中，生活垃圾首先进入垃圾分选工序，垃圾分选工序完全可以采用常规方法处理，推荐采用“一级人工分选+弹跳皮带+破袋筛分+ 二级人工分选+磁选+破碎+筛分”的工艺流程。其中一级人工分选主要去除大件无机垃圾；弹跳皮 带去除石头、玻璃、陶瓷等小件无机垃圾。破袋筛分将垃圾分为可用燃料(筛上物)和有机质(筛下物)两部分，其中可用燃料以塑料、橡胶、废纸、竹木、皮革、织物等为主，而有机质以菜叶、果皮、厨余等为主；可有燃料部分经过二级人工分选和磁选去除金属和未分离干净的无机垃圾杂质，然后进入破碎和筛分工序进一步去除无机垃圾杂质后，进入低温干馏工序；有机质部分经过二级人工分选和磁选去除金属和未分离干净的无机垃圾杂质后，可以外运做堆肥的优质原料；以上过程中分选下来的大件无机垃圾、石头、玻璃、陶瓷、尘土等无机垃圾杂质由于缺乏回收利用价值，因此可以外运做填埋处理；而以上过程中分选下来的金属则可以作为有用资源回收利用。需要特别说明的是，进入低温干馏工序的可用燃料主要成分为塑料、橡胶、废纸、竹木、皮革、织物等，含水率控制在109Γ30%，非常有利于采取低温干馏的方式回收油气等有用资源。生化污泥首先进入污泥干化工序，主要用于脱除生化污泥中的大部分水分。污泥干化工序完全可以采用常规方法处理，推荐采用桨叶型干燥机。需要特别说明的是，由于熔融焚烧工序产蒸汽，污泥干化采用蒸汽加热的方式；干化后的含水率控制在109Γ30%，有机质占污泥干基含量的409Γ80%，非常有利于采取低温干馏的方式回收油气等有用资源。经过垃圾分选和污泥干化处理后的可用燃料和干化污泥直接混合进入低温干馏工序。低温干馏工序将可用燃料和干化污泥的混合物在隔绝空气的条件下加热到3500C飞00°C，整个加热过程持续O. 5tTlh，其所含的有机物及挥发分就能绝大部分析出，干馏后得到干馏油气和固体残余物两种产品。加热和干馏使用的干馏炉是此工序的核心设备。为保证整个过程温度和物料混合的可控性，干馏炉需要采用特殊的结构形式(I)干馏炉炉膛呈环形，炉底可连续转动，以最大限度地保证进出料的连续性及布料的均匀性。根据干馏物料在炉内干馏经过的不同热过程，炉子圆周方向分为装、出料区、预热段、一反应段、二反应段和三反应段，其中预热段和三个反应段采用蓄热式辐射管供热。(2)可用燃料和干化污泥由装料装置装入转底炉内，均匀地铺放在炉底上，铺料厚度约100 200mm。炉底机械带动炉底连续转动，铺在炉底上的料层随炉底转动，依次经过炉子的预热段、一反应段、二反应段和三反应段，最终被加热到350°C飞00°C，并完成干馏反应。其中预热段温度控制在100°C 150°C，停留时间控制在O.1tTO. 25h ;一反应段温度控制在150°C 250°C，停留时间控制在O. lh 0. 15h ;二反应段温度控制在250°C 350°C，停留时间控制在O.1tTO. 2h ;三反应段温度控制在350°C 500°C，停留时间控制在O. 2tT0. 4h ；
(3)干馏后残留的固体残余物由出料装置卸出炉外，立即进入熔融焚烧工序。(4)干馏挥发出的干馏油气从炉膛的多个排出口排出，汇集后送往油气分离工序进行处理。(5)干馏炉加热的燃料采用油气分离工序产生的经净化处理的干馏油气，采用辐射管以辐射传热方式对物料进行加热。预热段和三个反应段均布置足够数量的辐射管。辐射管的特点是燃烧在管内进行，烟气与炉膛内的气氛完全隔绝，可保证干馏油气不被烟气掺混。辐射管水平布置在炉顶之下、料层之上。通过控制炉体各区域辐射加热管内通入的燃气量来精确控制各个区域的温度。干馏残渣由低温干馏工序的出料装置进入熔融焚烧工序。熔融焚烧工序主要由焚烧炉和废热锅炉两部分组成，其中焚烧炉为本工序的核心设备。
在焚烧炉内干馏残渣在1100°C 1450°C条件下充分燃烧，产生的废气由废热锅炉产蒸汽，并经烟气处理后高空排放。焚烧产生的炉渣呈高温熔融玻璃态，通过部分助燃空气将炉渣冷却下来，然后排出炉外，可以外运做地砖等建材原料的原料。由于干馏残渣主要为碳化物，而且燃烧温度很高，所以熔融焚烧工序基本没有二噁英的产生，而硫化物主要存在于干馏油气中，已在油气分离净化工序脱除，因此尾气中的二氧化硫含量也微乎其微。低温干馏工序产生的干馏油气进入油气分离净化工序。来自低温干馏炉的干馏油气(350°C 500°C)首先进行水洗冷却，被75°C 80°C的循环氨水连续喷洒激冷冷却至80°C 85°C，产生的液体部分进油水分离工序，水洗后的干馏油气进间接冷却工序；间接冷却工序采用横管换热实现干馏油气的进一步冷却，采用循环冷却水将干馏油气冷却至350C 40°C ;之后进入电捕焦油，除掉干馏油气中夹带的焦油；再由鼓风机将干馏油气送至除氨工序，采用浓硫酸吸收干馏油气中的氨制成副产品硫酸铵；除氨后的干馏油气进入脱硫工序，干馏油气从装有脱硫剂的脱硫塔下部进入，上部排出，干馏油气中的硫化氢被吸附脱除；脱硫后的干馏油气送至转底炉作为燃料用气，富余部分干馏油气可以送熔融焚烧工序做燃料。由水洗冷却工序分离下来的焦油和循环氨水进入油水分离工序，在此进行循环氨水、轻质焦油和重质焦油的分离。循环氨水由循环激冷水泵送至激冷气液分离器内循环喷洒冷却干馏油气，剩余循环氨水采用生化处理和深度处理达到一定标准后，大部分回用做循环水的补充水，其余达标外排。油水分离器分离出的焦油送至油库外运销售。油水分离器底部沉降的焦油渣排至焦油渣车，定期与干馏残渣掺混进熔融焚烧工序焚烧处理或外运销售作燃料。熔融焚烧工序产生的废气进烟气处理工序，烟气处理主要去除烟气中的粉尘和氮氧化物，采用常规的“布袋除尘+选择性催化还原法(SCR)”工艺，能够满足烟气排放标准的要求。以某城市生活垃圾及生化污泥的实验结果为例，具体实施方式
如下某城市生活垃圾组分如下表所示
if.1I I 11友革 I I j-4' ι κ I I
,,有机賴纸类-T^^77", mm竹木 /丄金属 F^ - .1濟1:类jij__PE、PP 硬塑料陶瓷类 I_
I I 58.5% 7.3% I 16—3% [ (I—9% | 1% | 4% [ (16% [ 3% ] 8.4% |
某城市生化污泥组分如下表所示
权利要求
1.一种生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于包括垃圾分选、污泥干化、低温干馏、熔融焚烧、油气分离净化和烟气处理六个工序；具体步骤如下1)、将生活垃圾送入到垃圾分选工序，分选出可用燃料，将生化污泥送入到污泥干化工序，产生的干化污泥；2)、将可用燃料和干化污泥送入到低温干馏工序，产生干馏油气和干馏残渣；3)、将干馏油气和干馏残渣分别送入到进油气分离净化和熔融焚烧工序；油气分离净化工序分离出焦油，作为最终产品外运销售；熔融焚烧工序产生玻璃态固体残渣，外运作为建材原料；4)、熔融焚烧工序产生的烟气经过烟气处理工序处理后，高空排放。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于所述垃圾分选工序是将生活垃圾分为可用燃料、无机杂质、有机质和金属四大部分，其中可用燃料在进入到低温干馏工序时的含水率在109Γ30%，无机杂质可以外运做填埋处理，有机质可以外运做堆肥处理，金属可以外运作为产品销售。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于所述污泥干化工序所用的热源为熔融焚烧工序产生的热能；进入到低温干馏工序的干化污泥含水率为10% 30%。
4.根据权利要求1所述的生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于所述低温干馏工序是将可用燃料和干化污泥在100°C飞00°C条件下，隔绝空气加热O. 5tTlh，其中在IOO0C 150°C、150°C "250°C>250°C 350°C和350°C 500°C温度区间的停留时间分别控制在 O. lh 0. 25h、0. lh 0. 15h、0. lh 0. 2h、0. 2h 0. 4h。
5.根据权利要求1所述的生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于所述低温干馏工序所用的燃料为油气分离净化工序产生的干馏油气。
6.根据权利要求1所述的生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于所述熔融焚烧工序是将干馏残渣在1100°C 1450°c条件下充分燃烧，产生的废气由废热锅炉产生蒸汽，蒸汽供污泥干化工序使用，最后废气经烟气处理工序后高空排放。
7.根据权利要求1所述的生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在于所述油气分离净化工序是将干馏油气先后经过水洗冷却、油水分离、间接冷却、电捕焦油、除氨和脱硫工序，分离出焦油、污水和干馏油气三部分，其中焦油作为产品外销，污水经处理后回用或外排，干馏油气供低温干馏工序做燃料。
全文摘要
本发明公布了一种生活垃圾及生化污泥的资源化处理方法，其特征在是包括垃圾分选、污泥干化、低温干馏、熔融焚烧、油气分离净化和烟气处理，具体步骤如下1)将生活垃圾送入垃圾分选工序，分选出可用燃料；将生化污泥送入污泥干化工序，产生干化污泥；2)将可用燃料和干化污泥送入低温干馏工序，产生干馏油气和干馏残渣；3)将干馏油气和干馏残渣送入进油气分离净化和熔融焚烧工序，分离出焦油和玻璃态固体残渣；4)熔融焚烧工序产生的烟气经烟气处理工序处理后高空排放。本发明有利于解决垃圾和污泥焚烧产生二噁英污染的难题，有利于生活垃圾和生化污泥的资源化利用，减少垃圾分类的难度，便于工业化应用。
文档编号B09B5/00GK103008331SQ20121055354
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者曲福堂 申请人:北京华福环境工程科技有限公司