垃圾与污泥碳化臭气零排放处理方法与流程

本发明涉及到垃圾“臭气”处理技术领域，具体地说，是一种垃圾与污泥碳化臭气零排放处理方法。

背景技术：

随着全球经济和工业化的快速发展，城市规模的不断扩大，城市生活垃圾产生总量与日俱增，在工业化处理城市生活垃圾的的过程中,为达到减量化和完整处理垃圾，都是以焚烧和填埋二种方式进行处理。带来了无法根除的隐患：臭气污染问题。

由于人们对大气污染环境意识加强，对垃圾产生的臭气污染，要求治理呼声越来越高，目前，世界各国最常见的对垃圾为臭气源头的处理方式，只有填埋和焚烧二种主流方式；高温堆肥、RDF衍生燃料等辅助方式，臭气问题也同样未彻底解决！

高温堆肥

堆肥法是利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物的新陈代谢作用机理，在适宜的温度、湿度条件下进行自我增生、繁殖、代谢，从而将有机脂、纤维质类降解，消除垃圾减量。

“堆肥技术”适合处理易腐烂、可降解类有机质垃圾。将其成转化为可用的有机肥料，减小环境污染，杀灭垃圾中的一定量病菌，具有无害化和资源化的“特征”。但微生物对生存环境有一定的要求，如：温度、PH值、有机物含量、通风供氧情况，碳、氮、氨比例及自然气候等诸多条件的影响。而且发酵处理周期长、占地面积大。此过程中无法去除硫酸根离子等，反而使土壤板结，污染土地，发酵中产生挥发性硫化氢大量“臭气”污染大气，严重危害人类的身体健康。

卫生填埋

卫生填埋是将垃圾运送到选定好的场所进行填埋。填埋法具有技术成熟、操作简单、投资和运营成本低、处理量大、适用于所有类型垃圾等诸多优点，是目前采用最多的处理方式。

但是，填埋的垃圾并没有进行前期无害化处理，大量的细菌、病毒、重金属污染。其垃圾堆放地渗漏液还会长久污染地下水资源，所以，这种方法潜在危害极大，会给子孙后代带来无穷的后患。垃圾填埋场周围几公里散发的“臭气”无法解决；目前，填埋法随着我国“土十条”的颁布而被永久停止。

焚烧法

该工艺是一种高温热处理技术，就是将城市生活垃圾作为固体燃料，投入到焚烧炉中与煤、或石油、或天燃气混合燃烧，在高温条件下，空气中的氧气与垃圾中的可燃物质发生氧化还原反应释放热量，使其垃圾减量为固态炉渣、飞灰。混合复杂“臭气”也无法有效处理排放。

垃圾焚烧法可缩小垃圾的体积，一般焚烧处理后可减容80％-90％，减容效果相当显著。占地面积较小、选址灵活，靠市区较近、减少垃圾运输费用，处理周期短。同时，可以回收垃圾焚烧的热能用来发电，余气用来取暖，变废为宝，资源化程度高。

缺点是：①焚烧的尾气含有大量的颗粒物、硫氧化物SOx、氮氧化物NOx、重金属、二噁英等多种“臭气”污染物无法有效处理，②由于无分选工艺，完全混合焚烧，残渣含大量重金属而无法无害处置，存在二次污染问题。

二噁英是一种毒性十分大的一类有机化合物，万分之一甚至亿分之一克的二噁英就会给健康带来严重的危害。国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。二噁英除了具有致癌毒性以外，还具有生殖毒性和遗传毒性，直接危害子孙后代的健康。并且，自然界的微生物和水解作用对二噁英的分子结构影响较小，环境中的二噁英很难自然降解消除，只能1200-1500℃高温裂解。因此二噁英污染是关系到人类存亡的重大问题，必须严格加以控制。

RDF衍生燃料

RDF是垃圾衍生燃料简称(RDF)。RDF具有热值高、燃烧稳定、易于运输、易于储存、二次污染低和二恶英类物质排放量低等特点，广泛应于各类燃烧煤质锅炉应用中。

该工艺是把垃圾中的可燃物(橡胶、塑料、木材及其它有机物质)通过破碎、干燥、成型等过程，制成用于干燥工程、水泥制造、供热工程和发电工程等领域。但是这种燃料也有缺点，因燃料中含有大量的塑料及橡胶制品，在燃烧过程中产生大量残碳灰、焦油、混合“臭气”且极易产生二噁英，也会带来如卫生填埋和焚烧发所带来的问题。

综合以上论述，我们可以看到，世界各国最常见的垃圾处理方式有填埋和焚烧二种，不仅在无害化方面没有达到人们要求，而且还产生大量重金属有害残渣和混合臭气污染。垃圾焚烧法，尽管它回收了垃圾焚烧时产生的热能发电，余气用来取暖，但只是辅助燃料。有研究表明，城市垃圾热值的利用率仅为15％-20％，其中相当部分有价值的资源在焚烧中变成废气而排放，而且二噁英排放一直超标排放，给环境带来更多负面影响。

针对世界各国对的垃圾臭气源头处理，都存在这样或那样的不足及应用的局限性，本发明提供一种对生活垃圾混合污泥碳化过程中臭气零排放的处理方法，以实现生活垃圾处理中“臭气”无害化零排放。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供：一种垃圾与污泥碳化臭气零排放处理方法，该方法基于干法脱酸脱焦技术，能够分类逐级有效地进行臭气去除，实现达标排放。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种垃圾与污泥碳化臭气零排放处理方法，其关键在于：包括以下六道工序；

第一步为干法脱酸脱焦工序，将碱性石灰干粉与垃圾污泥混合隔氧加热碳化后，排出的高温混合臭气按比例混合，并进入旋风高速混合反应塔中进行中和除酸、吸附焦油、初步脱臭、降温；

第二步为布袋除尘工序，将反应后混合气体中合成的酸钙颗粒、焦油粒、粉尘进行排出，剩下弱酸性无尘臭气；

第三步为强制冷凝工序，将弱酸性无尘臭气在不接触冷媒的热交换中，以足够热当量冷媒进行热交换，将臭气降至一定温度；

第四步为自洁循环水洗与生物菌噬滤床工序，将冷凝后的无尘臭气进行水洗净尘、脱酸，并滞留一段时间由菌噬体分秘胶原体吸附；

第五步为臭氧紫外光解工序，将菌噬吸附后排放的净化气中遗漏的异味分子体，经紫外光强烈瞬时照射，击碎并氧化遗漏逃逸出的异味分子体；

第六步为活性炭吸附工序，将紫外光解后任逃逸的残余异味有机分子、以及前几道工序产生的全部二氧化碳气体，通过活性炭进行彻底吸附。

进一步的，在干法脱酸脱焦工序中，通过双螺旋高速反应塔旋转空气流，让石灰干粉与混合臭气充分接触反应，并对混合气体进行降温冷却。

通过上述手段，最大限度让石灰干粉在高温、高湿环境与混合臭气接触反应，并充分利用气流高速旋转碰撞让石灰干粉增大与混合臭气的表面接触机会，让第一步酸碱达到最大限度中合，由于又在逐步降温过程中，粉尘最大限度与焦油附着，酸碱反应后生成合成碳酸钙、硫酸钙等大、小粉尘颗粒，后经脉冲反吹布袋除尘器去除各类粉尘。

进一步的，在强制冷凝工序中，所述的冷媒选用水，换热媒介选用不锈钢加散热翅片，并以不锈钢耐压基数及取材厚薄决定热交换常数，从而以此依据换算冷凝换热总量、所需时间和需水量，进行热交换后将无尘臭气的温度降至30℃度。

进一步的，在自洁循环水洗与生物菌噬滤床工序中，所需滞留时间至少为30秒。

该步工序中，将冷凝至30℃度左右的无尘臭气，再次进行水洗净尘、脱酸，基本反应式为：恶臭气体+O₂^微生物细胞代谢物+CO₂+H₂O。然而由于恶臭气体成分不同，其分解产物不同，不同种类的微生物，分解代谢的产物也不一样。因此，无尘臭气必须滞留30秒以上，以保证菌噬体分秘的胶原体能够尽量吸附臭气。

进一步的，在臭氧紫外光解工序中，所述异味分子体为臭气中未被破坏的各类长碳链体、短碳链体、单分子体、小孢子、单细胞等异味分子体。

进一步的，在活性炭吸附工序中，所述活性炭为具有多层透气结构箱体，且颗粒为多腔结构，腔径0.5～1.7nm，由活跃的C_12-18碳颗粒组成。

本发明的显著效果是：本发明创新的应用了干法脱酸、脱焦技术，放弃了传统喷淋法脱酸、脱焦、脱尘产生大量废水，浪费资源的工艺技术，再加上成熟的旋风和布代除尘技术、生物滤床技术、紫外光解氧化技术以及活性炭吸附等除臭技术进行综合逐级臭气去除，最终实现了排放出的气体达到和超越国家标准，且实现了整个生产过程的零排放。

附图说明

图1是本发明的方法流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种垃圾与污泥碳化臭气零排放处理方法，包括以下六道工序；

污泥与粉碎至5mm内的生活垃圾筛下物混合，造粒后进行隔氧加热碳化，固体物碳化成生物质可燃炭。该混合物在隔氧加热碳化过程中，由于富含植物纤维、淀粉、糖、各有机酸脂、絮凝剂酯等物质，在隔氧高温热风环境中形成大量粉尘和焦油，除植物纤维自身C、H、O有一部份氧化还原放热外，淀粉、糖、酸、脂等之前经发酵己产生大量臭气，此时旋窑内缺氧高温热辐射，促使各类有机物、无机物因热辐射效应发生二次化学反应，再次形成含有各种有机、无机酸、挥发油酸、水的混合臭气，因此需要进行脱酸、脱焦。

首先进入第一步：干法脱酸脱焦工序，即将碱性石灰干粉与垃圾污泥混合隔氧加热碳化后，排出的高温、湿混合臭气按比例混合，进入单螺旋高速反应塔中进行中和除酸、吸附焦油、初步脱臭、降温，实现一级臭气处理，并排除反应生成的粉尘；

由于是隔氧热辐射烘制，高温恶臭混合气体中含大量酸、氨氮、CO2、H₂O等等。基本反应式：

硝酸氨类：Ca(OH)₂+2NH₄O₃＝NH₃+H₂O+Ca(NO₃)₂，

(NH₄)SO₄+Ca(OH)₂＝2NH+2H₂O+CaSO₄。

二氧化硫类：SO₂+CaCO₃＝CaSO₄+2H₂O；

热交换反应类：Ca(HCO₃)₂＝CaCO₃+CO₂+H₂O。

第二步为布袋除尘工序，本例中为了保证出成效过与脱酸脱焦的彻底性，在此先经双螺旋高速反应塔将热空气高速旋转，让石灰干粉与混合臭气更加充分接触反应，充分利用高速旋转碰撞，让石灰粉增大与混合臭气的表面接触机会，让酸碱达到最大限度中和。由于又引入空气流进行降温，粉尘最大限度与焦油附着后反应生成合成碳酸钙、硫酸钙等大、小粉尘颗粒，因此经双螺旋旋风可除尘去除粗颗粒物，然后经布袋除尘器的脉冲反吹作用去除微尘颗粒物，排出的颗粒物经由排渣系统排出，并进行资源再利用作为制砖原料，剩下弱酸性无尘臭气，实现了第一级臭气处理；

第三步为强制冷凝工序，将中和脱酸后的弱酸性无尘臭气在不接触冷媒的热交换中，按出风口的排放气体量及温度，进行计算，以水为冷媒、以不锈钢加散热翅片为换热媒介，以在不锈钢耐压基数及取材厚薄决定热交换常数，以此依据换算足够换热当量的趐片展开面积，在乘以水冷凝此换热总量所需时间和需水量进行热交换，将其臭气温度降至30度左右，恶臭蒸汽因降温冷凝产生极少量冷凝臭水，经专用污水净化系统处理后无害排放，或用于免烧制砖用水，实现第二级臭气处理；

第四步为自洁循环水洗与生物菌噬滤床工序，将冷凝至30度的无尘臭气，首先进行水洗净尘、脱酸，实现第三级臭气处理，长期脱酸后溶液PH在4-6之间时，该溶液经加碱中和、净化处理后循环利用；接着进行生物菌噬滤床部分，即将无尘臭气滞留30秒以上实现菌噬体分秘胶原体吸附，实现第四级臭气处理。在此过程中，臭气按照反应式-恶臭+O₂^微生物细胞代谢物+CO₂+H₂O-进行反应，菌噬体分秘胶原体吸附之后，经其箱内微生物菌群、虫群进行自我循环代谢，一段时间后虫群代谢物沉积超标探测仪报警时，自动控制喷淋进行水洗，洗下含有虫群各种代谢物混合溶液，代谢物经菌群自我繁殖修复又循环使用。

在具体实施时，由于恶臭气体成分不同，其分解产物不同，不同种类的微生物，分解代谢的产物也不一样。对于不含氮的有机物质如苯酚、羧酸、甲醛等，其最终产物为二氧化碳和水；对于硫类恶臭成分，在好氧条件下被氧化分解为硫酸根离子和硫；对于像胺类这样的含氮恶臭物质经氨化作用放出NH₃，NH₃可被亚硝化细菌氧化为亚硝酸根离子，再进一步被硝化细菌氧化为硝酸根离子，最终生成H₂O、CO₂，即实现第四级臭气处理。

能量代谢方式：

第五步为臭氧紫外光解工序，将菌噬吸附后排出的净化气体中未被吸附的长碳链、短碳链、单细胞异味分子体等，引入高能紫外光强烈瞬时照射，击碎并氧化遗漏逃逸出的异味分子体，实现第五级臭气处理。TiO₂反应产生的臭氧，OH(羟基自由基)对恶臭气体(硫化氢、氨气、硫醇)进行协同分解氧化反应，同时，恶臭气体分子链在紫外线作用下结构断全链，使其转化为“无臭味”的小分子化合物或矿化、生成水和CO₂；光解反应方式：

有机废气→溦波+光解+O₂→O-+O*(活性氧)O+O₂→CO₂+H₂O；

第六步为活性炭吸附工序，以上五项工序最终产物都有H₂O、CO₂产生，还有可能逃逸的小分子体等异味体，采用由多腔活跃的C_12-18碳颗粒构成的多层透气活性炭结构箱体，将CO₂和残余异味体有机物彻底吸附，实现第六级臭气处理。而活性炭吸附CO₂的最佳腔经为0.5～1.7nm。

本实施例中，所述活性炭在吸附饱和之后还采用脱附处理，然后将该活性炭循环使用三次以节约成本，之后不再使用时作浮法锅炉炉燃料使用为碳化炉提供热量，其碳灰又可作为肥料进行资源化利用，从而实现了本方案对臭气处理的零排放。

本发明创新的应用了干法脱酸、脱焦技术，放弃了传统喷淋法脱酸、脱焦、脱尘产生大量废水，浪费资源的工艺技术，再加上成熟的旋风和布代除尘技术、生物滤床技术、紫外光催氧化技术以及活性炭吸附等除臭技术进行组合臭气去除，实现了六级臭气处理，并最终实现了排放出的气体达到国家标准，且实现了整个过程的固、液、气全零排放。