一种带污水循环利用的城市垃圾无害化资源化处理系统的制作方法

本发明涉及一种城市垃圾处理系统，特别涉及一种带污水循环利用的城市垃圾无害化资源化处理系统。

背景技术：

随着城市建设的发展和人口的增加、城市功能的扩大和居民生活水平的提高，城市垃圾的产生量与积存量急剧上升，据中国城市环境卫生协会统计，我国每年产生近10亿吨垃圾，其中生活垃圾产生量约4亿吨，建设垃圾5亿吨左右，此外，还有餐厨垃圾1000万吨左右，中国的垃圾总量是世界上数一数二的；随着我国城镇化进程的加快以及人民生活水平的提高，城镇生活垃圾还在以每年5%-8%左右的速度递增，垃圾危害已成为严重的环境与社会问题。

目前，对城市垃圾的处理主要有四种方法：填埋法、热解法、焚烧法、堆肥法。

上述几种方法具备以下特点：

1、“填埋法”操作较容易，但存在着大量占用土地资源、产生二次污染和潜在的危险及投资巨大、使用期有限等问题，并损失了大量的可回收资源。

2、“热解法”能控制有害气体排放，但仍有填埋量大和二次污染的问题，投资也不少。

3、“堆肥处理法”有利于垃圾中有机物的利用，但对所处理垃圾成份要求严格，而且垃圾中的重金属等有害成份会污染土壤和地下水，从而进入城乡居民的食物链，且其残余物的处理与病菌、病毒的控制也十分棘手。

4、“焚烧法”是城市垃圾减量化的重要处理方法，也是我国不少城市已经或正在实施的主要方法之一；但垃圾焚烧设备投资大、运行成本高，尤其是焚烧过程中往往会产生如氯化氢、氧化氮、氧化硫和剧毒的二嗯英等有害气体；而且，还有原垃圾重量10%左右的垃圾灰必须再次填埋或作为危险废物特别处理。

因此，探索一种可实现垃圾处理四大目标——减量化、资源化、无害化、安定化的垃圾处理的方法，是社会各界人士长期追求的目标。

技术实现要素：

利用回转窑处理城市垃圾并生产建材原料的技术及设备，用回转窑代替焚烧炉，利用其温度高、气体在窑内时间长的特点，控制二嗯英等有毒气体的产生；并把垃圾燃烧与熟料烧成统一完成，利用熟料的特性吸纳有害成份与灰渣而形成稳定的矿物，完全消灭残渣；把回转窑及其收尘器等变为垃圾焚烧与熟料烧成和控制大气污染的多用设备，则可大幅度降低投资；由此可见，这种系统能够实现城市垃圾无害化、资源化处理。

本发明的目的是为了解决背景技术而提出的一种带污水循环利用的城市垃圾无害化资源化处理系统，不仅能够使得城市垃圾转化为建材原料，使得城市垃圾能够进行资源化利用，能够极大提高城市垃圾的使用率，并且能够对煅烧垃圾制备建材原料时产生的烟气和飞灰进行综合回收处理，具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种带污水循环利用的城市垃圾无害化资源化处理系统，其特征在于：包括前处理系统，将城市垃圾通过人工分选平台、磁选机、滚筒筛、风选机和跳汰分选机分选出垃圾原料以及垃圾衍生燃料的制备原料；

垃圾回转煅烧系统，将前处理工序得到的垃圾衍生燃料的制备原料制备垃圾衍生燃料，同时将垃圾原料与黏土、石灰石、铁粉进行混合，并经过破碎后经回转窑煅烧制备建材原料；

后处理系统，通过除尘和化学反应的方式对回转窑的煅烧产生的飞灰进行处理；

污水净化系统，将清洗和分选过程产生的污水进行反硝化、硝化、超滤、浓缩和ro处理，实现整体系统的水循环使用。

作为本发明更进一步的限定，前处理系统包括：

将可直接回收利用的物品和部分废纸与废塑料从城市垃圾分选出来的人工分选平台；

将垃圾中的金属分离出来磁选机；

将垃圾按物料粒径大小将粗、细物料进行分离的滚筒筛；

将废纸和废塑料与粗大石块从粗物料中进行分离的风选机；

将物料按密度的差异分离出密度较轻的有机物和密度较重的无机物的跳汰分选机；

对人工分选和风选得到的废纸、废塑料进行干燥处理的真空干燥机；

将风选和跳汰分选得到的粗大石块和密度较重的无机物进行破碎得到垃圾原料的冲击式破碎机；

所述人工分选平台、磁选机、滚筒筛依次连接，相邻两者之间通过输送带连接；滚筒筛的筛上物通过输送带与风选机连接，滚筒筛的筛下物通过输送带与跳汰分选机连接。

作为本发明更进一步的限定，垃圾回转煅烧系统包括：

对前处理工序得到的有机物进行干燥的干燥机；

对干燥后的有机物进行粉碎得到粒径均匀的有机物颗粒的粉碎机；

将前处理工序得到的干燥的废纸和废塑料与有机物颗粒进行搅拌混合的混合机；

将混合后的有机物颗粒、废纸和废塑料通过压制制备得到垃圾衍生燃料的成型机；

所述干燥机、粉碎机、混合机和成型机依次连接，相邻两者之间通过输送带连接。

作为本发明更进一步的限定，垃圾回转煅烧系统还包括：

在将前处理工序得到的垃圾原料与黏土、石灰石、铁粉进行混合，对混合物进行粉碎的球磨机；

球磨机通过气力输送管道连接原料罐，粉碎后的混合料在原料罐中进行静置沉积；

原料罐气力输送管道连接原料均化罐，混合料在原料均化罐中进行均化处理；

原料均化罐通过管道连接回转窑的高端窑尾，将均化的原料输送至回转窑；

将燃油、灰渣和垃圾衍生燃料输入回转窑的低端窑头的喷煤管；

对煅烧后的物料进行冷却的冷却机；

对冷却后的熟料进行搅拌均化的搅拌机；

向搅拌后的熟料中加入石膏，并对混合物料进行粉碎的粉碎机。

作为本发明更进一步的限定，后处理系统包括：

将回转窑产生的烟气进行初步除尘的静电除尘器，用于吸附烟气中的较大颗粒；

用于去除二氧化硫及氯化氢气体的喷淋塔；

对喷淋塔出来的烟气进行加热处理的加热器；

对烟气进行除尘处理的袋式除尘器，向袋式除尘器中喷入石灰粉以及活性炭用于捕集重金属及二嗯英；

对烟气进行加压的引风机；

采用回转窑连接的换热器对烟气进行加热并加入氨气后，用于去除烟气中氮氧化物的还原器；

用于将还原后的气体排出的排烟装置；

设置在排烟装置中，用于对排烟装置中烟气的各污染物的含量进行实时监控的烟气在线监控系统；

所述静电除尘器、喷淋塔、加热器、袋式除尘器、引风机、还原器、排烟装置依次连接，相邻两者之间通过气体管道连接。

作为本发明更进一步的限定，后处理系统还包括：

收集回转窑飞灰的飞灰集水池；

用于初步清除浆液中重金属的初级反应池，初级反应池中添加的化学剂为碳酸钠；

用于收集一次沉淀的重金属池渣的初级沉淀池；

用于最终清除浆液中重金属的次级反应池，次级反应池中添加的化学剂为重金属捕捉剂；

用于收集二次沉淀的重金属池渣的次级沉淀池；

用于进一步去除废水中颗粒性杂质的过滤装置；

用于对初级沉淀池和次级沉淀池的重金属池渣进行脱水分离的固液分离器；

对固液分离器脱水分离得到的重金属池渣进行干燥处理的干燥机；

对过滤后的废水进行浓缩除盐处理的浓缩装置；

对剩余少量高含盐浓缩水进行蒸发结晶的蒸发塔；

所述飞灰集水池、初级反应池、初级沉淀池、次级反应池、次级沉淀池、过滤装置、浓缩装置、蒸发塔和换热器依次连接，相邻两者之间通过水泵和管道连接；初级沉淀池和次级沉淀池均与固液分离器相连接，固液分离器通过管道分别连接干燥机和初级反应池，浓缩装置还通过管道连接飞灰集水池，蒸发塔还通过管道与静电除尘器连接。

作为本发明更进一步的限定，污水净化系统包括：

对清洗池、初级滚筒筛水选机、风选机及跳汰分选机收集的污水的水质和水温进行调节的调节池；

将污水通过脱氮菌种在厌氧条件下将硝态氮转化为氮气的初级反硝化池；

将污水通过好氧微生物分解，将有机物杂质中的氨氮转化为硝态氮的初级硝化池；

对污水进行二次行反硝化和硝化处理的次级反硝化池和次级硝化池；

对经反硝化和硝化处理后的污水进行净化处理，得到污泥和污水的超滤溶液罐；

对超滤处理后的污水进行浓缩除盐处理的浓缩罐；

将浓缩后的脱盐污水进行净化处理的的初级ro处理器和次级ro处理器；

用于收集净化后的清液并向清洗池补充清洗垃圾用水的清水池；

所述清洗池、初级滚筒筛水选机、风选机及跳汰分选机的污水收集箱分别通过管道连接调节池，初级反硝化池、初级硝化池、次级反硝化池、次级硝化池、超滤溶液罐、浓缩罐、初级ro处理器、次级ro处理器和清洗池通过管道和水泵依次连接；同时，超滤溶液罐通过泥浆泵与干燥机连接，将超滤处理产生的污泥送入干燥机中进行干燥处理，处理后的灰渣通过输送带输送至回转窑。

经过常规预处理后的垃圾不能直接投入回转窑中进行建材原料的制备，其原因如下：

第一，水泥生料的配比有严格的要求，若直接将废弃物中的无机物用作二次原料，因其化学成分不稳定，离散性大，因此其无法满足入窑生料成分均匀、质量稳定的技术要求；

第二，回转窑是一个敏感的热工系统，不论是热流、气流还是物料流稍有变化都会破坏原有的系统平衡，因此在使用替代燃料时要避免系统受过大的于扰，将废弃物用作二次燃料时应对其热值有最低要求，通常将11mj/kg设为最低允许热值，然而我国的城市垃圾普遍热值较低，无法达到11mj/kg的最低要求，因此，废弃物中的有机物不适合直接用作回转窑的替代燃料。

由此，废弃物经常规预处理后还需对二次原、燃料进行配制才能达到生产要求。

随着我社会经济的飞速发展，对能源的需求会越来越大，中国已成为世界第二大能源消费国；按目前情况继续发展，国内常规能源，如媒、石油和天然气等将存在存量不足的危机，并且由其引起的环境污染问题也急需得到控制。

垃圾衍生燃料作为新型能源物质可替代一些常规能源，可对煤炭进行替代，适用于垃圾焚烧配套发电厂的垃圾预处理工序，适于对现有的锅炉进行改造。

垃圾衍生燃料的生产制备一般要经过分选、干燥、破碎和压缩成型等几道工序，不同制备工艺在某个具体过程或环节相互有所区别；因此，基于此种考虑，申请人着手研究将垃圾分选后的部分可燃性物料制备垃圾衍生燃料用于回转窑的替代燃料，不仅能够提高垃圾的使用率，更减低了回转窑的燃料消耗，对垃圾的减容处理具有良好的技术效果。

由于将废弃物用作二次燃料时应对其热值的最低要求为11mj/kg，因此需要确保制备的垃圾衍生燃料的热值大于上述最低值，同时也可在加入垃圾衍生燃料的同时掺入高热值废弃物或常规燃料（如煤粉或燃油）以保证煅烧质量。

将跳汰分选后得到的有机物经过干燥机进行干燥，然后采用破碎机进行破碎得到粒径均匀的有机物粉料，再将人工分选及风选后得到的废纸和废塑料通过纸塑干燥机进行干燥，将得到的有机物粉料与废纸和废塑料按照比例导入混合机中进行混合，并对混合机中混合料进行加热以控制混合料的含水率，最后将混合后的混合料通入成型机中压制制备垃圾衍生物料。

由于相同质量的废纸和废塑料的热值存在明显差距，废纸的热值约为15mj/kg，而废塑料的热值约40mj/kg，因此为保证制备的垃圾衍生燃料的热值不仅高于最低要求11mj/kg，并且能够在保证废纸有效清除的情况下，制备的垃圾衍生燃料的热值越高越好。

通过对不同试点居民生活小区进行的源头分类实验得知，高热值垃圾占全部城市生活垃圾产生量的18.26%，其中塑料类组分占47.4%，木类占2.2%、纸类27.1%、纺织物7.6%、复合物15.6%，因此，控制废塑料与废纸的比例（按质量计）1:0.5～0.7。

因此，选择混合料的组分为（按照质量百分比计）：40%有机物粉料、20%废纸和40%废塑料。

此外，由图2中不同含水率的垃圾衍生燃料的物理性质对照表，可以看出随着含水率的增加，颗粒长度变短，尤其是15%含水率时，大部分颗粒长度较短；而且从成型机中出来的颗粒经干燥后易碎，抗压效果差，颗粒经长时间挤压变碎后影响后期的焚烧效果。含水率的增加使混合料的成型性变差，混合料的含水率高时，虽然也能压缩成型，但其稳定性变差，干燥后可变得松散；但水分亦不能太低，含水率过低，会造成混合料与成型机的模具间摩擦力增大，降低出料速度，从而减少出料量，降低产率，造成能耗增加；随着含水率的增加，垃圾衍生燃料的颗粒密度及堆积密度都有呈下降趋势，主要原因是随着水分的增加，物料变的更加滑润，更容易从环模孔中压出，导致颗粒的紧实度及密度有所下降，并颗粒的长度有所降低。

综上可知，垃圾衍生燃料制备过程中含水率在9%-13%为宜；因此，选择控制垃圾衍生燃料的含水率为（按照质量百分比计）：9%～13%。

作为本发明更进一步的限定，混合后的有机物颗粒、废纸和废塑料中含有（按照质量百分比计）40%有机物粉料、20%废纸和40%废塑料，并且控制所述垃圾衍生燃料的含水率（按照质量百分比计）为9%～13%。

作为本发明更进一步的限定，喷淋塔中喷入的碱性药剂具体为氢氧化钠。

作为本发明更进一步的限定，碳酸钠用量为每吨浆液用量40～70千克，所述重金属捕捉剂为硫化氨基甲酸盐，每吨清液用量1～5千克。

作为本发明更进一步的限定，换热器通过抽取回转窑窑尾的一部分高温烟气，对蒸发塔进行加热，蒸发塔内高含盐浓缩水迅速进行传热、蒸发，液体部分以水蒸气的气态形态返回静电除尘器中进行再次净化处理，蒸发得到的固态盐全部回收。

本发明的有益效果是:

1、利用回转窑处理城市垃圾并生产建材原料的技术及设备，用回转窑代替焚烧炉，利用其温度高、气体在窑内时间长的特点，控制二嗯英等有毒气体的产生；并把垃圾燃烧与熟料烧成统一完成，利用熟料的特性吸纳有害成份与灰渣而形成稳定的矿物，完全消灭残渣；把回转窑及其收尘器等变为垃圾焚烧与熟料烧成和控制大气污染的多用设备，则可大幅度降低投资；由此可见，这种系统能够实现城市垃圾无害化、资源化处理。

2、通过将人工分选及风选后得到的废纸和废塑料通过纸塑干燥机进行干燥，将得到的有机物粉料与废纸和废塑料按照比例导入混合机中进行混合，并对混合机中混合料进行加热以控制混合料的含水率，最后制备垃圾衍生物料，能够极大提高城市垃圾的使用率，并且能减低回转窑的燃料消耗。

3、通过对煅烧垃圾制备建材原料时产生的烟气和飞灰进行综合回收处理，能够有效降低煅烧产生气体和飞灰污染物的有效控制，实现垃圾处理的无害化。

4、通过对污水进行反硝化、硝化、超滤和反渗透处理，对垃圾清洗用水进行净化处理，能够对垃圾处理过程中产生的污水和污泥进行净化处理和回用，节约水资源的利用。

附图说明

图1是本发明提出的一种带污水循环利用的城市垃圾无害化资源化处理系统的示意图。

图2是不同含水率的垃圾衍生燃料的物理性质对照表。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进一步说明。

实施例一

参照图1，一种带污水循环利用的城市垃圾无害化资源化处理系统，包括：

前处理系统，将城市垃圾通过人工分选平台、磁选机、滚筒筛、风选机和跳汰分选机分选出垃圾原料以及垃圾衍生燃料的制备原料；

垃圾回转煅烧系统，将前处理工序得到的垃圾衍生燃料的制备原料制备垃圾衍生燃料，同时将垃圾原料与黏土、石灰石、铁粉进行混合，并经过破碎后经回转窑煅烧制备建材原料；

后处理系统，通过除尘和化学反应的方式对回转窑的煅烧产生的飞灰进行处理。

其中，前处理系统包括：将可直接回收利用的物品和部分废纸与废塑料从城市垃圾分选出来的人工分选平台；将垃圾中的金属分离出来磁选机；将垃圾按物料粒径大小将粗、细物料进行分离的滚筒筛；将废纸和废塑料与粗大石块从粗物料中进行分离的风选机；将物料按密度的差异分离出密度较轻的有机物和密度较重的无机物的跳汰分选机；对人工分选和风选得到的废纸、废塑料进行干燥处理的真空干燥机；将风选和跳汰分选得到的粗大石块和密度较重的无机物进行破碎得到垃圾原料的冲击式破碎机；人工分选平台、磁选机、滚筒筛依次连接，相邻两者之间通过输送带连接；滚筒筛的筛上物通过输送带与风选机连接，滚筒筛的筛下物通过输送带与跳汰分选机连接。

其中，垃圾回转煅烧系统包括：对前处理工序得到的有机物进行干燥的干燥机；对干燥后的有机物进行粉碎得到粒径均匀的有机物颗粒的粉碎机；将前处理工序得到的干燥的废纸和废塑料与有机物颗粒进行搅拌混合的混合机；将混合后的有机物颗粒、废纸和废塑料通过压制制备得到垃圾衍生燃料的成型机；干燥机、粉碎机、混合机和成型机依次连接，相邻两者之间通过输送带连接。

其中，垃圾回转煅烧系统还包括：在将前处理工序得到的垃圾原料与黏土、石灰石、铁粉进行混合，对混合物进行粉碎的球磨机；球磨机通过气力输送管道连接原料罐，粉碎后的混合料在原料罐中进行静置沉积；原料罐气力输送管道连接原料均化罐，混合料在原料均化罐中进行均化处理；原料均化罐通过管道连接回转窑的高端窑尾，将均化的原料输送至回转窑；将燃油、灰渣和垃圾衍生燃料输入回转窑的低端窑头的喷煤管；对煅烧后的物料进行冷却的冷却机；对冷却后的熟料进行搅拌均化的搅拌机；向搅拌后的熟料中加入石膏，并对混合物料进行粉碎的粉碎机。。

其中，后处理系统包括：将回转窑产生的烟气进行初步除尘的静电除尘器，用于吸附烟气中的较大颗粒；用于去除二氧化硫及氯化氢气体的喷淋塔；对喷淋塔出来的烟气进行加热处理的加热器；对烟气进行除尘处理的袋式除尘器，向袋式除尘器中喷入石灰粉以及活性炭用于捕集重金属及二嗯英；对烟气进行加压的引风机；采用回转窑连接的换热器对烟气进行加热并加入氨气后，用于去除烟气中氮氧化物的还原器；用于将还原后的气体排出的排烟装置；设置在排烟装置中，用于对排烟装置中烟气的各污染物的含量进行实时监控的烟气在线监控系统；静电除尘器、喷淋塔、加热器、袋式除尘器、引风机、还原器、排烟装置依次连接，相邻两者之间通过气体管道连接。

其中，污水净化系统包括：对清洗池、初级滚筒筛水选机、风选机及跳汰分选机收集的污水的水质和水温进行调节的调节池；将污水通过脱氮菌种在厌氧条件下将硝态氮转化为氮气的初级反硝化池；将污水通过好氧微生物分解，将有机物杂质中的氨氮转化为硝态氮的初级硝化池；对污水进行二次行反硝化和硝化处理的次级反硝化池和次级硝化池；对经反硝化和硝化处理后的污水进行净化处理，得到污泥和污水的超滤溶液罐；对超滤处理后的污水进行浓缩除盐处理的浓缩罐；将浓缩后的脱盐污水进行净化处理的的初级ro处理器和次级ro处理器；用于收集净化后的清液并向清洗池补充清洗垃圾用水的清水池；

其中，清洗池、初级滚筒筛水选机、风选机及跳汰分选机的污水收集箱分别通过管道连接调节池，初级反硝化池、初级硝化池、次级反硝化池、次级硝化池、超滤溶液罐、浓缩罐、初级ro处理器、次级ro处理器和清洗池通过管道和水泵依次连接；同时，超滤溶液罐通过泥浆泵与干燥机连接，将超滤处理产生的污泥送入干燥机中进行干燥处理，处理后的灰渣通过输送带输送至回转窑。

实施例二

后处理系统还包括：收集回转窑飞灰的飞灰集水池；用于初步清除浆液中重金属的初级反应池，初级反应池中添加的化学剂为碳酸钠；用于收集一次沉淀的重金属池渣的初级沉淀池；用于最终清除浆液中重金属的次级反应池，次级反应池中添加的化学剂为重金属捕捉剂；用于收集二次沉淀的重金属池渣的次级沉淀池；用于进一步去除废水中颗粒性杂质的过滤装置；用于对初级沉淀池和次级沉淀池的重金属池渣进行脱水分离的固液分离器；对固液分离器脱水分离得到的重金属池渣进行干燥处理的干燥机；对过滤后的废水进行浓缩除盐处理的浓缩装置；对剩余少量高含盐浓缩水进行蒸发结晶的蒸发塔；飞灰集水池、初级反应池、初级沉淀池、次级反应池、次级沉淀池、过滤装置、浓缩装置、蒸发塔和换热器依次连接，相邻两者之间通过水泵和管道连接；初级沉淀池和次级沉淀池均与固液分离器相连接，固液分离器通过管道分别连接干燥机和初级反应池，浓缩装置还通过管道连接飞灰集水池，蒸发塔还通过管道与静电除尘器连接。

实施例三

控制混合后的有机物颗粒、废纸和废塑料中含有（按照质量百分比计）40%有机物粉料、20%废纸和40%废塑料，并且控制所述垃圾衍生燃料的含水率（按照质量百分比计）为9%～13%。

同时，选择喷淋塔中喷入的碱性药剂具体为氢氧化钠。

选择碳酸钠用量为每吨浆液用量40～70千克，所述重金属捕捉剂为硫化氨基甲酸盐，每吨清液用量1～5千克。

换热器通过抽取回转窑窑尾的一部分高温烟气，对蒸发塔进行加热，蒸发塔内高含盐浓缩水迅速进行传热、蒸发，液体部分以水蒸气的气态形态返回静电除尘器中进行再次净化处理，蒸发得到的固态盐全部回收。

本发明能够将城市垃圾通过人工分选、磁选和机械分选方式分选出垃圾原料以及垃圾衍生燃料的制备原料的前处理系统；将前处理工序得到的垃圾衍生燃料的制备原料制备垃圾衍生燃料，同时将垃圾原料与黏土、石灰石、铁粉进行混合，并经过破碎后经回转窑煅烧制备建材原料的垃圾回转煅烧系统；不仅使得城市垃圾转化为建材原料，使得城市垃圾能够进行资源化利用，极大提高城市垃圾的使用率；然后，通过除尘和化学反应的方式对回转窑的煅烧产生的飞灰和烟气进行处理的后处理系统，和对污水进行反硝化、硝化、超滤和反渗透处理，对垃圾清洗用水进行净化处理的污水净化系统，能够有效降低煅烧产生气体和飞灰污染物的有效控制，实现垃圾处理的无害化，并且能够对垃圾处理过程中产生的污水进行净化处理和回用，节约水资源的利用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。