一种城市静脉产业园系统的构建方法与流程

本发明涉及一种城市生活垃圾处理方法，特别是一种城市静脉产业园系统的构建方法。

背景技术：

我国城市垃圾处理缺乏顶层研究，对于垃圾产生的本源以及相对应的分类方式等缺乏深层研究，垃圾的分类收集、处理处置等实践缺乏理论指导，由此导致垃圾处理效率和效益水平低下。由于缺乏顶层理论指导，我国城市垃圾处理的技术研发和应用，立足点和出发点不清，根本目标不明，往往依赖可实现的、单一的“无害化”处理技术来主导垃圾处理的工艺路线，在一定程度上背离了“资源化”的方向和原则。以城市作为有机整体的相关理论研究不够，垃圾收集、处置和资源利用存在严重的行业分割、技术分割、物料分割，管理、技术以及工程建设的综合性不够，呈碎片化倾向。总体上缺乏适合中国特点的垃圾分类、处理和资源利用的系统思路和最佳技术路线。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种城市静脉产业园系统的构建方法，其以生态文明为指导，将城市作为有机整体和生命体，形象地采用“动脉”和“静脉”的概念，着重研究静脉产物的净化和循环利用机理，提出了城市垃圾集中处理和资源利用新路径，形成城市静脉产业园，突出体现整体性、系统性和实用性，实现城市垃圾处理领域的绿色、循环、低碳发展。

其中，城市“动脉”是指城市中将自然资源加工成产品，并对产品进行消费使用，从而使得产品逐渐失去其功能而变成废弃物的产业过程。简单的总结为：资源——产品——消费过程——废弃物。城市“静脉”是指城市中将废弃物转换为再生资源，从而使得资源再循环利用的产业过程，产生的再生产品又循环参与“动脉”过程。简单的总结为：废弃物——再生——再生产品。城市静脉产业园是指建立以静脉产业为主导的生态工业园，通过静脉产业尽可能地把传统的“资源——产品——废弃物”的线性经济模式，改造为“资源——产品——再生资源”的闭环经济模式，实现生活和工业垃圾变废为宝、循环利用。

本发明的技术解决方案是：一种城市静脉产业园系统的构建方法，包括如下步骤：

A)、垃圾分选

分选城市生活垃圾，所述城市生活垃圾包括生物质类垃圾和化石类垃圾，从所述城市生活垃圾中分拣出建筑垃圾和旧家电；

B)、生物质分离处理

对经过步骤A)分选后的城市生活垃圾经过破袋、干湿分离后，形成干垃圾和湿垃圾；

C)、城市垃圾能源转化

C1)、将步骤B)中的湿垃圾与污泥通过厌氧消化形成沼气、含氮滤液和生物碳土；将所述沼气通过沼气提纯技术形成天然气，供天然气汽车使用；将所述含氮滤液通过含氮消化液净化技术形成再生水和生物碳土；所述再生水和生物碳土用于盆栽育树；

C2)、将步骤A)中分拣出的建筑垃圾、旧家电和步骤B)中的干垃圾通过破碎、拆解、分选/分离，获得再生能源和再生材料，所述再生能源通过垃圾衍生燃料制备技术获得燃料。

进一步的，步骤B)中的厌氧消化包括如下步骤：

C111)、将污泥通过输送装置进入污泥接收仓后通过进行热水解系统热水解；

C112)、将步骤B)中形成的湿垃圾通过输送装置进入湿垃圾接收仓；

C113)、湿垃圾和热水解后的污泥通过进料装置送入混合罐混合后流入换热器中，与循环水进行间接换热；

C114)、换热后的循环水回流至热水解系统，作为热源为污泥接收仓的污泥的热水解提供热量，换热冷却后的湿垃圾和污泥混合流体进入厌氧消化罐，进行厌氧消化反应；

C115)、厌氧消化反应产生的沼气进入沼气提纯系统进行沼气提纯；厌氧消化反应形成的沼液进入脱水机脱水，对脱水后的污泥进行干化处理，形成生物碳土；滤液为含氮滤液,所述含氮滤液进入脱水滤液池后进入含氮消化液净化系统。

进一步的，步骤C1)中的沼气提纯技术包括如下步骤：

C121)、步骤B)中的湿垃圾与污泥通过厌氧消化产生的沼气通过输送管路进入储气柜；

C122)、储气柜内存储的沼气依次通过增压、缓冲、过滤、脱硫、脱水、脱碳、脱氮、脱卤化物、脱氮氧化物后形成天然气，所述天然气增压后进入天然气贮存装置；

C123)、将贮存装置内的天然气输送到加气柱或加气站，供天然气汽车使用。

进一步的，步骤C1)中的含氮消化液净化技术包括如下步骤：

C131)、步骤C1)中的含氮滤液通过输送装置进入存储池存储；

C132)、存储池存储的含氮滤液通过输送装置进入亚消化反应器进行脱氮后进入厌氧氨氧化反应器进行二次脱氮；

C133)、脱氮后的滤液进入沉淀池进行污泥沉淀，形成污泥和清液；

C134)、沉淀的污泥进入脱水机房，脱水后的污泥经过干化处理后形成生物碳土，清液通过滤膜过滤后形成再生水。

进一步的，步骤C1)中的再生水和生物碳土用于盆栽育树包括如下步骤：

C141)、取45-55重量份的步骤C1)形成的生物碳土并粉碎后过0.1-2mm的筛，得到生物碳土主料；

C142)、取15-25重量份的浮石或15-25重量份的沸石并粉碎后过0.1-1mm的筛；取25-40重量份的膨润土并粉碎后过0.1-0.5mm的筛；将粉碎过筛的浮石或沸石与粉碎过筛的膨润土混合作为辅料；

C143)、将主料与辅料混合后加入20-30重量份步骤C1)形成的再生水搅拌形成混合物；

C144)、用造粒机将步骤C143)形成的混合物制成直径为3-6mm的颗粒状生物碳土土壤改良剂；

C145)、将步骤C144)形成的颗粒状生物碳土土壤改良剂加入土壤中改良土质，并施以再生水淋浴浇灌，进行盆栽育树。

进一步的，步骤C2)中将步骤A)中分拣出的建筑垃圾旧家电和步骤B)中的干垃圾通过破碎、拆解、分选/分离，获得再生能源和再生材料，所述再生能源通过垃圾衍生燃料制备技术获得燃料，包括如下步骤：

C151)、将步骤A)中分拣出的建筑垃圾破碎后分拣出大件金属、塑料、玻璃；

C152)、将步骤C151)处理后的余下物料进行二级破碎、磁选，将小件的金属选出；

C153)、将步骤A)中分拣出的旧家电拆解，分离出金属、塑料和玻璃；

C154)、将步骤B)中形成的干垃圾破碎后分拣出金属、玻璃、塑料和电池；

C155)、将步骤C151)-步骤C154)分离和/或分拣出的金属、塑料和玻璃分类、回收利用，形成再生材料；

C156)、将步骤C154)处理后的余下物料通过垃圾衍生燃料制备技术形成燃料；

C157)、将步骤C152)和步骤C153)处理后的余下物料混合后过筛,筛选出粒度小于40mm的小块建筑垃圾后通过建筑垃圾固化再利用技术形成再生建筑材料；

C158)、将步骤C157)过筛后余下的粒度不小于40mm的余下物料进行燃烧，用于热电联产；残余固废用于制砖。

进一步的，将步骤C154)中的电池送入危废处理中心处理，回收金属，形成再生材料。

进一步的，步骤C153)中，将步骤A)中分拣出的旧家电拆解，分离出金属、塑料和玻璃包括如下步骤：

C161)、拆解分类：将废旧家电进行拆解和分类；

C162)、对步骤C161)拆解分类中得到的CRT玻璃进行破碎、焙烧，回收焙烧过程中产生的含汞类固体和玻璃；

C163)、对步骤C161)拆解分类中得到的印刷电路板、金属塑料体分离，分离出塑料和金属；

C164)、对步骤C163)中的金属进行酸浸处理；再对浸液依次进行置换提Ag、电解提Cu和碱熔提Au，获得金属。

进一步的，步骤C156)中，将步骤C154)处理后的余下物料通过垃圾衍生燃料制备技术形成燃料，包括如下步骤：

C171)、将步骤C154)处理后的余下物料粉碎至15-25mm；

C172)、按重量计，以步骤C171)粉碎后的物料作为标准重量，在步骤C171)粉碎后的物料中加入3％-5％的生石灰和2％-3％SiC，在300-400℃下反应0.5-2小时后，在20MPa的压力下压制成型，干燥后形成垃圾衍生燃料。

进一步的，步骤C158)中,将步骤C157)过筛后余下的粒度不小于40mm的余下物料进行燃烧，用于热电联产；残余固废用于制砖，包括如下步骤：将步骤C157)过筛后余下的粒度不小于40mm的余下物料在循环流化床锅炉燃烧，用于热电联产，在循环流化床锅炉燃烧处理后产生的炉渣，用于制砖；由热交换器将500-600℃的锅炉尾气迅速冷却，把热量截留下来用于制砖蒸压釜的热源。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明的城市静脉产业园系统的构建方法，将城市为一个有机生命体，引入动脉和静脉的概念：城市动脉供给各类原料、产品、能源等，维系城市运行，而在城市生产和消费过程中产生各类废物，作为静脉产物，通过静脉产业园的净化和再生，转化为新的资源和能源，注入城市动脉，继而形成良性的、健康的循环体系；

(2)、本发明的城市静脉产业园系统的构建方法，从人与自然关系的顶层分析，认识垃圾产生的两大本源，即生物质类垃圾和化石类垃圾，其中生物质类垃圾源于自然生态的产物，依赖于阳光、土地、空气和水等自然要素，以光合作用为基本机理，生产了植物和衍生动物，随着人对这些规律的认识和应用水平提升，形成农耕文明，高效地产出农耕产品，并成为城市生产生活的重要资源；由此形成的废物，本源是农耕产品，本质是生态产物，具有生物质特性；化石类垃圾源于人类工业的产物，随着人类科学的发展，工业革命进程加快，尤其是对化石物质的挖掘和利用能力的迅速提升，大量化石、化工产品问世，也成为城市生产生活的重要资源，由此形成的废物，本源是工业产品，本质是人工产物，具有化石类非生态特性；本发明的城市静脉产业园系统的构建方法从本源进行垃圾分类，构建了垃圾处理的良性、健康的循环体系；

(3)、本发明的城市静脉产业园系统的构建方法以“绿色、循环、低碳”的发展理念，作为城市静脉产业园构建的基本原则和要求，节能、节地、少用化学药剂、减少污染排放；

(4)、本发明的城市静脉产业园系统的构建方法实现了水循环、能量循环、营养物循环、二氧化碳循环，园区所有污水深度处理，再生水利用，替代自然水源，力求零排放；采用厌氧消化技术，产生优质甲烷；采用垃圾高效焚烧或气化技术，为园区提供电能、热能，尽最大可能实现能量平衡；利用生物质废物无害化、稳定化技术，生产生物碳土，将有机质和氮、磷、钾等营养物回归土地，用于林业或农业；利用生物碳土，在沙荒地、盐碱地、矿区修复地、垃圾填埋场等难以绿化的场地，大面积建设移动森林，形成新的碳汇。

附图说明

图1为本发明的城市静脉产业园系统的构建方法的总体流程图；

图2为本发明的城市静脉产业园系统的构建方法中厌氧消化技术流程图；

图3为本发明的城市静脉产业园系统的构建方法中沼气提纯技术流程图；

图4为本发明的城市静脉产业园系统的构建方法中含氮消化液净化技术流程图；

图5为本发明的城市静脉产业园系统的构建方法中再生水和生物碳土用于盆栽育树的流程图；

图6为本发明的城市静脉产业园系统的构建方法中旧家电拆解过程流程图。

具体实施方式

如图1-6所示，一种城市静脉产业园系统的构建方法，包括如下步骤：

A)、垃圾分选

分选城市生活垃圾，所述城市生活垃圾包括生物质类垃圾和化石类垃圾，所述生物质类垃圾包括餐厨垃圾、园林垃圾、秸秆、过期食品、死亡动物、污泥等；所述化石类垃圾包括塑料类制品、金属、玻璃、建筑混凝土等；从所述城市生活垃圾中分拣出建筑垃圾和旧家电。

B)、生物质分离处理

对经过步骤A)分选后的城市生活垃圾经过破袋、在80Ma-100Mpa高压积压下完成干湿分离后，形成干垃圾和湿垃圾。

C)、城市垃圾能源转化

C1)、将步骤B)中的湿垃圾与污泥通过厌氧消化形成沼气、含氮滤液和生物碳土；将所述沼气通过沼气提纯技术形成天然气，供天然气汽车使用；将所述含氮滤液通过含氮消化液净化技术形成再生水和生物碳土；所述再生水和生物碳土用于盆栽育树。

所述厌氧消化包括如下步骤：

C111)、将污泥通过输送装置进入污泥接收仓后通过进行热水解系统热水解。所述污泥内含有粪便，通过高温热水解，可提高污泥的流动性，同时实现卫生杀菌，改善了污泥的稳定性及脱水性，提高了消化的产气率以及容积利用率，同时降低了消化的含硫量以及浮渣的产生量。

C112)、将步骤B)中形成的湿垃圾通过输送装置进入湿垃圾接收仓。

C113)、湿垃圾和热水解后的污泥通过进料装置送入混合罐混合后流入换热器中，与循环水进行间接换热。

C114)、换热后的循环水回流至热水解系统，作为热源为污泥接收仓的污泥的热水解提供热量，换热冷却后的湿垃圾和污泥混合流体进入厌氧消化罐，进行厌氧消化反应。

C115)、厌氧消化反应产生的沼气进入沼气提纯系统进行沼气提纯；厌氧消化反应形成的沼液进入脱水机脱水，对脱水后的污泥通过太阳能干化场进行干化处理，形成生物碳土；滤液为含氮滤液,所述含氮滤液进入脱水滤液池后进入含氮消化液净化系统。

所述沼气提纯技术包括如下步骤：

C121)、步骤B)中的湿垃圾与污泥通过厌氧消化产生的沼气通过输送管路进入储气柜。

C1221)、储气柜内存储的沼气通过无油润滑压缩机增压至1.5-2MPa，优选为1.7Mpa，使用无油润滑压缩机，可以减少润滑油对沼气的污染。

C1222)、将增压后的沼气通过输送管道进入缓冲罐缓冲，设置缓冲罐可以保证维持后续过程中沼气维持稳定的运行压力。

C1223)、将缓冲罐内的沼气依次经过第一过滤器、第二过滤器和第三过滤器完成三次过滤，所述第一过滤器过滤精度是3微米，第二过滤器过滤精度是1微米，第三过滤器过滤精度是0.01微米，过滤后最大残余油份含量为0.01ppmw/w。

C1224)、将缓冲罐内的沼气依次通过脱硫装置、脱水装置、脱碳装置、脱氮装置、脱卤化物装置、脱氮氧化物装置后完成脱硫、脱水、脱碳、脱氮、脱卤化物、脱氮氧化物形成天然气；其中，脱硫是为了避免腐蚀设备和H₂S中毒，如果沼气燃烧放出SO₂，会比H2S造成更大的危害，SO₂会降低露点，溶于水后生产亚硫酸有腐蚀性，优选的，采用DDS脱硫技术；脱水是因为导气管中如果积累了水会溶解H₂S而腐蚀管道；脱碳主要是去除CO₂，因为CO₂降低了沼气的能量密度，如果所用的沼气需要达到天然气标准或者被用作汽车燃料，那么就必须对其中的CO₂进行去除；优选的，脱卤化氢装置采用改性活性炭的吸附作用来去除卤化烃，从而达到对有害气体的净化目的。

C1225)、天然气经过压缩机压缩增压后进入天然气贮存装置，所述天然气压缩机利用大面积活塞的低压气体驱动而在小面积活塞上产生高压气体，输出气压可通过驱动气压无级调节；当驱动气体作用于气活塞时，工作活塞随气驱动就可获得较大的输出流量；所述天然气压缩机可以改善沼气压力不足的现象，使天然气燃烧更充分，火力更大；压缩机可把天然气压缩成1∶200，压缩后专用撬车可运载2000-5000m3天然气。

C123)、将贮存装置内的天然气输送到加气柱或加气站，供天然气汽车使用。

所述含氮消化液净化技术包括如下步骤：

C131)、步骤C1)中的含氮滤液通过输送装置进入存储池存储。

C132)、存储池存储的含氮滤液通过输送装置进入亚消化反应器进行脱氮后进入厌氧氨氧化反应器进行二次脱氮。

C133)、脱氮后的滤液进入沉淀池进行污泥沉淀，形成污泥和清液。

C134)、沉淀的污泥进入脱水机房，脱水后的污泥经过通过太阳能干化场干化处理后形成生物碳土，清液通过滤膜过滤后形成再生水。

所述再生水和生物碳土用于盆栽育树包括如下步骤：

C141)、取45-55重量份的步骤C1)形成的生物碳土并粉碎后过0.1-2mm的筛，得到生物碳土主料。

C142)、取15-25重量份的浮石或15-25重量份的沸石并粉碎后过0.1-1mm的筛；取25-40重量份的膨润土并粉碎后过0.1-0.5mm的筛；将粉碎过筛的浮石或沸石与粉碎过筛的膨润土混合作为辅料。

C143)、将主料与辅料混合后加入20-30重量份步骤C1)形成的再生水搅拌形成混合物。

C144)、用造粒机将步骤C143)形成的混合物制成直径为3-6mm的颗粒状生物碳土土壤改良剂。

C145)、将步骤C144)形成的颗粒状生物碳土土壤改良剂加入土壤中改良土质，并施以再生水淋浴浇灌，进行盆栽育树。

C2)、将步骤A)中分拣出的建筑垃圾、旧家电和步骤B)中的干垃圾通过破碎、拆解、分选/分离，获得再生能源和再生材料，所述再生能源通过垃圾衍生燃料制备技术获得燃料，具体包括如下步骤：

C151)、将步骤A)中分拣出的建筑垃圾破碎后分拣出大件金属、塑料、玻璃。

C152)、将步骤C151)处理后的余下物料进行二级破碎、磁选，将小件的金属选出。

C153)、将步骤A)中分拣出的旧家电拆解，分离出金属、塑料和玻璃。具体包括如下步骤：

C161)、拆解分类：将废旧家电进行拆解和分类；

C1621)、破碎：将CRT玻璃破碎成片；

C1622)、焙烧：将步骤C1621)得到的CRT玻璃碎片在500～600℃温度下焙烧1.5-2小时；把剩下的CRT玻璃碎片取出冷却回收；焙烧过程中，抽出产生的Hg气体和其它气体；在该温度和时间下，Hg可以得到充分汽化。

C1623)、冷却：将步骤C1622)抽出的气体进行冷却，得到Hg液体并收集，再抽出余气；

C1624)、吸收：对步骤C1623)得到的气体用KMnO₄进一步吸收；并对沉淀下来的HgO和Hg₂(MnO₂)固体进行回收。优选的，KMnO₄的浓度优选是0.1N。

C163)、对步骤C161)拆解分类中得到的印刷电路板、金属塑料体进行粉碎，分选出铁、有色金属卷粒和塑料。

C1641)、浓硫酸浸出：先把步骤C163)得到的有色金属卷粒浸在H₂SO₄内，优选的，H₂SO₄浓度是54％～66％，保持反应温度在70～80℃，间歇搅拌7-8小时；

C1642)、加水稀释至pH＝2～3；抽出反应中产生的SO₂酸雾，用Ca(OH)₂溶液进行吸收，再过滤得到滤液和CaSO₄滤渣，达到零排放；

C1643)、对步骤C1642)得到滤液和滤渣进行处理，依次进行置换提Ag、电解提Cu和碱熔提Au，具体步骤如下：

a)、常温下，在步骤C1633)加Cu粉，间歇搅拌充分反应7-8小时；再过滤，得到滤液和滤渣，清洗所述滤渣到银。

b)、将步骤a)得到的滤液进行电解；使用电解液浓度为200～250g/L的CuSO₄·5H₂O，电解液酸度为50～70g/L H₂SO₄，电极阴极为铜板，在常温下电解；电解过程中，用碱溶液吸收回收电解过程中的酸雾；把电解后整个铜阴极水洗干燥后回收。

c)、将步骤a)得到的滤渣与KOH混合均匀；再把混合物加热熔解；然后对熔融物冷却后加9％～11％的KOH溶液进行浸渍，再过滤得到的滤渣和滤液，所述滤渣即为Au；

d)、把步骤c)得到的滤液加水稀释，至pH＝9～10，此时Pb(OH)₂和Sn(OH)₂析出，再过滤得到滤渣和滤液，加热滤渣Pb(OH)₂和Sn(OH)₂，即得PbO和SnO的混合物，即为焊锡；

e)、把步骤d)得到的滤液用于e)；再加稀释滤液H₂SO₄中和至pH＝6～8；然后再将中和得到的溶液冷却至不大于0℃，K₂SO₄析出；然后经过滤得到滤渣和滤液，该滤渣即为K₂SO4即钾肥，滤液为水，水用于步骤c)。

C164)、对步骤C163)中的金属进行酸浸处理；再对浸液依次进行置换提Ag、电解提Cu和碱熔提Au，获得金属。

C154)、将步骤B)中形成的干垃圾破碎后分拣出金属、玻璃、塑料和电池；将电池送入危废处理中心处理，回收金属，形成再生材料。

C155)、将步骤C151)-步骤C154)分离和/或分拣出的金属、塑料和玻璃分类、回收利用，形成再生材料。

C156)、将步骤C154)处理后的余下物料通过垃圾衍生燃料制备技术形成燃料。具体包括如下步骤：

C171)、将步骤C154)处理后的余下物料粉碎至15-25mm。

C172)、按重量计，以步骤C171)粉碎后的物料作为标准重量，在步骤C171)粉碎后的物料中加入3％-5％的生石灰和2％-3％SiC，在300-400℃下反应0.5-2小时后，在20MPa的压力下压制成型，干燥后形成垃圾衍生燃料。：所述压制成型后的垃圾衍生燃料为圆柱状固体，直径为φ10-20mm，高度为20-80mm；热值为14600-21000kJ/kg。

C157)、将步骤C152)和步骤C153)处理后的余下物料混合后过筛,筛选出粒度小于40mm的小块建筑垃圾后通过建筑垃圾固化再利用技术形成再生建筑材料。具体包括如下步骤：将步骤C152)和步骤C153)处理后的余下物料混合后过筛,筛选出粒度小于40mm的小块建筑垃圾后将40-45重量份的水、20-25重量份的卤片或卤粉、55-60重量份的轻烧镁、0.2-0.8重量份的调整剂和55-80重量份的筛选出的粒度小于40mm的小块建筑垃圾搅拌均匀后，倒入模具成型，制成再生建筑材料，所述再生建筑材料可制成免烧砖、砌块、铺筑路基。

优选的，所述调整剂为硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸镁、高锰酸钾、脲醛树脂、氯化铵、盐酸、磷酸、乳化硅油中的一种或几种。

C158)、将步骤C157)过筛后余下的粒度不小于40mm的余下物料进行燃烧，用于热电联产；残余固废用于制砖。具体包括如下步骤：将步骤C157)过筛后余下的粒度不小于40mm的余下物料在循环流化床锅炉燃烧，用于热电联产，在循环流化床锅炉燃烧处理后产生的炉渣，用于制砖；由热交换器将500-600℃的锅炉尾气迅速冷却，把热量截留下来用于制砖蒸压釜的热源。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。