专利名称：一种垃圾微波裂解处理方法
技术领域：
本发明涉及垃圾处理技术，具体指一种基于微波加热使垃圾高温裂解为气体、液体、固体残余物的处理技术，属于垃圾处理与资源化利用的技术领域。
背景技术：
随着城镇化水平越来越高，城市生活垃圾处理已成为世界性难题。现有处理垃圾的方式主要有填埋法、焚烧法及堆肥法三种。填埋法最大优势是处理成本相对较低，因污染环境、占用大量土地资源，实用价值逐渐降低；堆肥法处理成本低，但堆肥过程难以控制，对坏境的二次污染风险较大；对有机物的利用不完全，肥料成份复杂，减量化较小等因素，将逐步被淘汰；焚烧法具有许多独特优点逐步成为城市生活垃圾无害化处理的主流， 主要表现在I)垃圾经焚烧处理后，垃圾中的病原体彻底消灭，燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理后达到排放要求；2)垃圾经焚烧后可减重80%，减容90%以上，减量效果好，节约大量土地；3)尾气、热能可充分回收和利用。但是生活垃圾焚烧技术正处于发展和研究阶段，技术成熟程度相对较低，设备运行效果差，运行平均垃圾电能热回收率在5% 8%，最高为10%，垃圾的减容率为60% 80%，各项指标长期达不到设计要求。但是，目前焚烧法的缺陷也日益凸显，如二噁英排放量长期不达标；炉渣中可燃物含量> 5%，炉渣热灼减率> 3%，受垃圾水分和热值限制，长期添加大量的助燃物质煤或重油，添加量高达30% 60%，大幅提高运行处理成本；尾气中飘浮物和重金属高价氧化物含量较高，长期不能达标排放；投资大，资金回收周期长，即使政府补贴费用90 120元/吨， 仍处于亏损运行，阻碍了整个技术发展和推广应用。总之，我国垃圾处理技术还停留在“碳消纳”模式下的填埋、堆肥处理和焚烧的阶段，存在占地面积大、环境污染严重、资源回收利用率低的缺陷。因此，只有大力发展“碳固定”模式下的城市生活垃圾处理与资源化技术，才能有效的解决城市垃圾处理问题，实现城市生活垃圾彻底的无害化。近年来虽然引进了一些国外的处理方法，但并不适合我国“高湿、高橱余物”的垃圾特点。因此，迫切需要开发一种适合我国城市垃圾特点的无害化、资源化的处理方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种垃圾微波裂解处理方法，本工艺具有快速高效、能耗少、成本低、资源利用率高、操作简单、垃圾减容率高、可显著降低垃圾对环境所造成的危害等特点，真正实现垃圾无害化处理。本发明的技术方案是这样实现的垃圾微波裂解处理方法，其处理过程为
I)垃圾预处理--先将固体原始垃圾进行分选，只留下有机物，厨余及残渣通过发酵得到有机物，上述有机物经过脱水和粉碎处理得到水分含量< 13%、粒度< IOOmm的适合微波裂解的结构化垃圾；
2)垃圾微波裂解一将第I)步预处理得到的结构化垃圾通过垃圾进料口连续送入微波裂解装置内，在频率2450±50MHz、单源功率I 100KW的微波辐照下，结构化垃圾升温至350 650°C进行裂解，控制微波裂解装置内压力不大于I. 6Mpa ;裂解过程中，产生的裂解气从微波裂解装置的裂解气出口引出；裂解固体产物通过微波裂解装置上的裂解固体残余物出料口连续输出；除了垃圾进料口、裂解固体残余物出料口和裂解气出口外，微波裂解装置其余部位均进行密封处理以防止裂解气泄漏并阻止外部空气进入，使裂解气自身作为裂解反应的保护气体；
第2)步微波辐照过程中最好不断搅拌以使结构化垃圾在微波裂解装置内均匀分布。3)裂解产物回收利用一根据裂解产物分别进行处理
3-1)裂解气体产物回收及利用
裂解气从裂解气出口引出后经水喷淋冷却，冷凝得到的液体(主要是裂解产生的液体焦油)随喷淋水、不能冷凝的裂解气一起进入水汽分离器，分离出液体部分和气体部分；气体部分主体为可燃气体，用于燃气发电或经进一步处理后作为化工原料；液体部分经油水分离器分离出焦油和水，水处理后作为喷淋水循环利用；焦油经蒸馏得到低沸点燃料油及化工原料；
3-2)裂解固体产物回收及利用
裂解固体产物主要成分为裂解炭和无机质灰分，裂解炭用于制备活性炭，无机质灰分作为填料或直接填埋处理。进一步地，由于塑料熔融时容易粘结，并且塑料吸收微波的能力很低，要靠热传递升温，所以微波裂解所用垃圾最好是纤维料和塑料混合进料。故第I)步固体原始垃圾分选得到的有机物中包含纤维料和塑料，且纤维料和塑料的质量比为I : O. 8 I. 2。对垃圾预处理和微波裂解过程中产生的废水依次经过预处理、厌氧处理、好氧处理和三级深度处理后作为达标水排放；
预处理通过酸碱液的加入，使废水pH值保持在6 9 ;再用气浮装置将废水中的油份去除，控制气浮温度60±2°C，气浮时间10±0. 5min ;关闭电源，沉降1±0. Ih ;最后将除去油份的废水通入沉降过滤池，按每立方废水6. 5±0. 2Kg的标准添加絮凝剂沉降过滤；控制混凝反应温度75 ± 2°C，反应时间30 土 2min ；
厌氧处理将预处理后废水通入厌氧流化床，厌氧流化床的载体采用颗粒活性炭；厌氧流化床反应器的运行参数为处理温度30±2°C，pH值6. 8±0.2，水力停留时间8±O. 5h， 回流比1:6 7，床层膨胀率36±2%，有机容积负荷24. 3±0· 5 KgCODcr/ Cm3 · d)；
好氧处理好氧处理的设备是SBR反应器，SBR反应器工艺条件进水2. 0±0. 2h，曝气
12.0±0. 5h，闲置6. 0±0. 2h ;沉淀时间、排水时间分别为1±0. 2h和O. 5±0. lh，系统运行期间，反应器中活性污泥的浓度在4. 5±0. 3g/L左右，SVI值在100 140mL/g之间。三级深度处理三级深度处理采用活性炭吸附技术，活性炭粒径为O. 2 O. 6mm, 载体比为1:10 12。所述垃圾进料口和裂解气出口位于微波裂解装置上端，裂解固体残余物出料口位于微波裂解装置下端，结构化垃圾在垃圾进料口通过螺旋输送机构连续送入微波裂解装置内，然后从上往下输送，在输送过程完成微波辐照。
本发明利用微波加热预处理后的塑料、纤维等可高温裂解有机物垃圾成分，使其在高温下裂解，然后分别回收利用。本发明具有以下优点
I.微波裂解垃圾原料连续进料、裂解产物连续出料，裂解过程连续运行，提高了生产效率，适用于规模化垃圾处理。裂解处理过程产气平稳，无剧烈分解，保证工业化实施连续、稳定、可靠运行。2.微波裂解过程在高温环境下进行，裂解气主要是甲烷、乙烷等可燃气体，裂解气隔绝氧气，以免发生燃烧、爆炸等危险。本发明用裂解气自身作为保护气体，克服了垃圾微波裂解处理时需要氮气吹扫、保护的缺点，简化了微波处理工艺；可以在真空和正压操作条件下裂解垃圾，保障裂解体系安全；裂解气中不含氮气，提高了裂解气中可燃气体浓度，有利于裂解气的回收、净化处理和资源化利用。3.垃圾微波处理及回收利用率高，综合回收利用率和垃圾减容率> 96%，远高于传统垃圾处理方式。4.采用水喷淋冷却、回收、气液分离器分离裂解气和裂解液体产物，油水分离器分离焦油和水。回收的焦油蒸馏可得到低沸点燃料油；裂解气干燥、除尘后作为燃料气直接用于燃料气发电；裂解固体产物经多级筛选、酸洗、浮选工艺、水蒸汽活化制备粉末活性炭； 真正实现了垃圾的资源化利用。
具体实施例方式本发明垃圾微波裂解处理方法具体如下
I)垃圾预处理--先将固态原始垃圾进行分选，除去金属、电池、玻璃、建筑无机物等， 使其只留下塑料、纤维等有机物；厨余及残渣通过发酵、脱水和粉碎处得到有机物。处理后的有机物水分含量< 13%、粒度< 100_，作为微波裂解处理的垃圾物料；
由于塑料熔融时容易粘结，并且塑料吸收微波的能力很低，要靠热传递升温，所以微波裂解所用垃圾最好是纤维料和塑料混合进料，且纤维料和塑料的质量比为I : O. 8 I. 2。2)垃圾微波裂解一将第I)步预处理得到的结构化垃圾通过垃圾进料口连续送入微波裂解装置内，在频率2450 ± 50MHz、单源功率I 100KW的微波辐照下，结构化垃圾升温至350 650°C进行裂解，控制微波裂解装置内压力不大于I. 6Mpa ;裂解过程中，产生的裂解气从微波裂解装置的裂解气出口引出；裂解固体产物通过微波裂解装置上的裂解固体残余物出料口连续输出；除了垃圾进料口、裂解固体残余物出料口和裂解气出口外，微波裂解装置其余部位均进行密封处理以防止裂解气泄漏并阻止外部空气进入，使裂解气自身作为裂解反应的保护气体；微波裂解装置外筒体采用金属材料，封闭以避免微波及裂解气泄漏并可承受真空和高压。第2)步微波辐照过程中最好不断搅拌以使结构化垃圾在微波裂解装置内均匀分布。微波裂解装置为立式结构，所述垃圾进料口和裂解气出口位于微波裂解装置上端，裂解固体残余物出料口位于微波裂解装置下端，结构化垃圾在垃圾进料口通过螺旋输送(送料)机构连续送入微波裂解装置内，然后通过搅拌器从上往下输送，在输送过程完成微波辐照。搅拌的同时延长垃圾滞留时间，使垃圾得到充分的辐照。裂解固体残余物出料口也设有与进料口相同的螺旋出料机构，螺旋出料机构为由电机带动的螺旋轴，螺旋轴在旋转的过程中将垃圾不断输出，实现了连续进出料。3)裂解产物回收利用一裂解产物最初体现为气体产物和固体产物，根据不同的裂解产物分别进行处理
3-1)裂解气体产物回收及利用
裂解气从裂解气出口引出后经水喷淋冷却，冷凝得到的液体(主要是裂解产生的液体焦油)随喷淋水、不能冷凝的裂解气一起进入水汽分离器，分离出液体部分和气体部分；气体部分主体为可燃气体，用于燃气发电或经进一步处理后作为化工原料；液体部分经油水分离器分离出焦油和水，水处理后作为喷淋水循环利用；焦油经蒸馏得到低沸点燃料油及化工原料。3-2)裂解固体产物回收及利用
裂解固体产物主要成分为裂解炭和无机质灰分，裂解炭用于制备活性炭，无机质灰分作为填料或直接填埋处理。裂解炭制备活性炭的方法为
3-2-1)首先对裂解后的固体产物用橡胶辊碾压(工业化时可以在传送带上加装多组橡胶辊)，用橡胶辊可以将炭粉团压碎，而不会压碎沙石粒或玻璃渣等物料，以利于下一步筛选;
3-2-2)压碾后的物料用多级机械震动筛筛选，筛选出的筛下物留待后用。针对每批不同的垃圾原料和裂解炉的参数不同，筛选到的粒度大小也会有所不同。根据现场前期的工艺产品情况具体确定。筛选出的筛下物含碳较高称为原炭料。筛上物一般为含硅钙较多的物料。筛上物可以做建筑填料。3-2-3)原炭料用少许洗洁精等能去油污的洗剂除油后烘干或晾晒脱水，最后用高压电选机多次电选分离，分离得到纯度进一步提高的炭料部分，以进入下一步浮选。电选参数电压60kv 100kv,气体流量O. 4"O. 5m3/s,极板距35 40mm。分离出的非炭料部分粒度较细较均匀，可以做建筑填料。3-2-4)对电选分离得到的炭料部分进行浮选得到纯度进一步提高的炭料；
浮选用捕收剂为煤油或柴油，发泡剂为仲辛醇。煤油或柴油的用量为O. 7 I千克
/吨炭料部分，仲辛醇用量为O. 04 O. 08千克/每吨炭料部分，浮选机叶片转速1000 2000r / min0每次浮选都以无泡漂浮为标准。浮选分粗选和精选两步，将粗选得到的泡沫按粗选条件在水中悬浮、添加仲辛醇发泡剂进行一次精选，还可以根据原炭料中硅的含量加入少许氢氧化钠做絮凝用，用来沉淀含硅化合物。精选结果发现溶液底层有明显的灰白色絮状沉积物，经XRD检测主要为硅酸盐类物质。以上的相关参数可以根据不同批次的原料特点做适当的改变。浮选后的下层物料可做高档的建筑辅料。3-2-5)对浮选得到的炭料进行盐酸等强酸酸洗(对炭料做灰分实验，盐酸为浓盐酸，按浓盐酸与炭料中灰分的质量比为3:10的比例浸泡炭料)，酸洗的目的是去除浮选得到的炭料中的钙质类杂质，强酸多次循环浸泡使用后酸度下降，再将酸液稀释后做成低档的厕卫洗液。酸洗后的物料水洗为中性后用氢氧化钠碱液浸泡(氢氧化钠与炭料质量比为 2:1 3:1，然后水稀释到能浸湿所有炭料为止，在室温下浸泡6小时并充分搅拌以使碱与炭料中含硅杂质充分接触)，再将物料放入隔绝氧的炉内在400 500°C的温度下加热反应30分钟，以使浮选得到的炭料中的硅质类杂质与碱高温下充分反应，同时可以一定程度上对炭料进行开孔活化的作用。再用水洗掉反应生成的含硅的盐类物质，得到纯度进一步提闻的炭料；碳含量一般可达到90%左右。3-2-6)最后对第5)步得到的炭料进行活化，活化方式最好用物理水蒸气法。因为前面经过微波裂解炭化，后面又经过高温碱处理，炭料具有一定的开孔作用，所以最后蒸汽活化时温度不需要很高，大约600 700°C左右即可。活化后制备的活性炭具有一定的吸附效果，具有相当的市场价值。本发明对原炭料依次通过筛选、电选、浮选和酸碱处理，目的是一步步将炭料的纯度提高，最后的碳含量一般可达到90%左右，从而能够制备得到具有一定吸附效果的活性炭。3-3)裂解液体产物回收及利用
在垃圾预处理(主要指脱水过程)和微波裂解过程中会产生大量的废水，这些废水成分复杂，含有几十种无机和有机化合物，而有机物除含有单环及多环的芳香族化合物及含氮、 硫、氧的杂环化合物，需要对之进行处理，使其达标后才能排放。这些废水依次经过预处理、 厌氧处理、好氧(SBR法)处理和三级深度处理后作为达标水排放。以下为一个具体处理实施例。3-3-1)预处理过程通过酸碱中和，使废水pH值保持在6 9 ;再用气浮装置将废水中的油份去除，控制气浮温度60°C，气浮时间IOmin ;关闭电源，沉降Ih ;最后将除去油份的废水通入沉降过滤池，按每立方废水6. 5Kg的标准添加絮凝剂聚合硫酸铁沉降过滤；控制混凝反应温度75°C，反应时间30min ;通过预处理可有效去除废水中油份，降低废水中部分有机物含量，改善废水的可生化性，有利于后面厌氧-好氧结合法二级生物处理；
3-3-2)厌氧处理是通过厌氧流化床进行的针对微波裂解垃圾废水的C0D&较高的特点，首先使用厌氧流化床(AFB)进行厌氧处理，载体采用颗粒活性炭(GAC)。将预处理后废水通入厌氧流化床，厌氧流化床反应器的运行参数为处理温度30°C，pH值6. 8，水力停留时间8h，回流比1:6，床层膨胀率36%，有机容积负荷24. 3 KgCODcr/ (m3 · d)。通过厌氧处理，废水中大部分抑制性有机物首先被吸附在GAC上，从而降低了对厌氧微生物的抑制作用。在这种反应器内，载体和微生物保持互相接触，厌氧微生物被固定在载体上，形成具有生物膜结构的活性污泥，能够有效降低废水中有机物含量。3-3-3)好氧处理好氧处理的设备是SBR反应器(序批式反应器，Sequencing Batch Reactor ),其突出特点是可根据反应器中底物的降解情况灵活的改变反应时间，从而可灵活地控制好氧、缺氧和厌氧的环境条件，是近年来在国内外引起广泛重视和研究日趋增多的一种污水生物处理技术。它去除污染物的机理与传统活性污泥工艺完全一致，只是运行方式不同。SBR反应器工艺条件进水2. 0h，曝气12. Oh,闲置6. Oh ;沉淀时间、排水时间分别为Ih和O. 5h，相应的出水CODc,为236mg/L，B0D5S54mg/L，去除率分别达到82. 6% 和89. 7% ;系统运行期间，反应器中活性污泥的浓度在4. 5g/L左右，SVI值在100 140mL/ g之间，无污泥膨胀现象发生。3-3-4)三级深度处理为了实现处理废水达到GB8978-1996标准，好氧处理后，最后通过三级深度处理，采用活性炭吸附技术，活性炭粒径为O. 2 O. 6mm，载体比(活性炭 废水体积)为1:10。进一步去除二级生物处理后残留有机物，可以得到吸附后的出水COD值在20 60mg/L，从而有效降低废水色度，可以降到40倍以下。本垃圾微波裂解处理方法具有快速高效、能耗少、成本低、资源利用率高、操作简单、垃圾减容率高、可显著降低垃圾对环境所造成的危害等特点，真正实现垃圾无害化处理。
权利要求
1.一种垃圾微波裂解处理方法，其特征在于，本方法处理过程为1)垃圾预处理--先将固体原始垃圾进行分选，只留下有机物，厨余及残渣通过发酵得到有机物，上述有机物经过脱水和粉碎处理得到水分含量< 13%、粒度< IOOmm的适合微波裂解的结构化垃圾；2)垃圾微波裂解一将第I)步预处理得到的结构化垃圾通过垃圾进料口连续送入微波裂解装置内，在频率2450±50MHz的微波辐照下，结构化垃圾升温至350 650°C进行裂解， 控制微波裂解装置内压力不大于I. 6Mpa ;裂解过程中，产生的裂解气从微波裂解装置的裂解气出口引出；裂解固体产物通过微波裂解装置上的裂解固体残余物出料口连续输出；除了垃圾进料口、裂解固体残余物出料口和裂解气出口外，微波裂解装置其余部位均进行密封处理以防止裂解气泄漏并阻止外部空气进入，使裂解气自身作为裂解反应的保护气体；3)裂解产物回收利用一根据裂解产物分别进行处理3-1)裂解气体产物回收及利用裂解气从裂解气出口引出后经水喷淋冷却，冷凝得到的液体随喷淋水、不能冷凝的裂解气一起进入水汽分离器，分离出液体部分和气体部分；气体部分主体为可燃气体，用于燃气发电或经进一步处理后作为化工原料；液体部分经油水分离器分离出焦油和水，水处理后作为喷淋水循环利用；焦油经蒸馏得到低沸点燃料油及化工原料；3-2)裂解固体产物回收及利用裂解固体产物主要成分为裂解炭和无机质灰分，裂解炭用于制备活性炭，无机质灰分作为填料使用或直接填埋处理。
2.根据权利要求I所述的垃圾微波裂解处理方法，其特征在于 第I)步固体原始垃圾分选得到的有机物中包含纤维料和塑料，纤维料和塑料的质量比为I : O. 8 I. 2。
3.根据权利要求I或2所述的垃圾微波裂解处理方法，其特征在于对垃圾预处理和微波裂解过程中产生的废水依次经过预处理、厌氧处理、好氧处理和三级深度处理后作为达标水排放；预处理通过酸碱液的加入，使废水pH值保持在6 9 ;再用气浮装置将废水中的油份去除，控制气浮温度60±2°C，气浮时间10±0. 5min ;关闭电源，沉降1±0. Ih ;最后将除去油份的废水通入沉降过滤池，按每立方废水6. 5±0. 2Kg的标准添加絮凝剂沉降过滤；控制混凝反应温度75 ± 2°C，反应时间30 土 2min ；厌氧处理将预处理后废水通入厌氧流化床，厌氧流化床的载体采用颗粒活性炭；厌氧流化床反应器的运行参数为处理温度30 ± 2 °C，pH值6. 8 ± O. 2，水力停留时间8 ± O. 5h， 回流比1:6 7，床层膨胀率36±2%，有机容积负荷24. 3±0· 5 KgCODcr/ Cm3 · d)；好氧处理好氧处理的设备是SBR反应器，SBR反应器工艺条件进水2. 0±0. 2h，曝气 12. 0±0. 5h，闲置6. 0±0. 2h ;沉淀时间、排水时间分别为1±0. 2h和O. 5±0. lh，系统运行期间，反应器中活性污泥的浓度在4. 5±0. 3g/L左右，SVI值在100 140mL/g之间；三级深度处理三级深度处理采用活性炭吸附技术，活性炭粒径为O. 2 O. 6mm，载体比为1:10 12。
4.根据权利要求3所述的垃圾微波裂解处理方法，其特征在于所述垃圾进料口和裂解气出口位于微波裂解装置上端，裂解固体残余物出料口位于微波裂解装置下端，结构化垃圾在垃圾进料口通过螺旋输送机构连续送入微波裂解装置内，然后从上往下输送，在输送过程完成微波辐照。
5.根据权利要求4所述的垃圾微波裂解处理方法，其特征在于 第2)步微波辐照过程中不断搅拌以使结构化垃圾在微波裂解装置内均匀分布。
全文摘要
本发明公开了一种垃圾微波裂解处理方法，其处理过程为1)垃圾预处理得到适合微波裂解的结构化垃圾；2)垃圾微波裂解--裂解气从微波裂解装置的裂解气出口引出；裂解固体产物通过微波裂解装置上的裂解固体残余物出料口连续输出；除了垃圾进料口、裂解固体残余物出料口和裂解气出口外，微波裂解装置其余部位均进行密封处理以防止裂解气泄漏并阻止外部空气进入，使裂解气自身作为裂解反应的保护气体；3)裂解产物回收利用—根据裂解产物分别进行处理。本发明具有快速高效、能耗少、成本低、资源利用率高、操作简单、垃圾减容率高、可显著降低垃圾对环境所造成的危害等特点，真正实现垃圾无害化处理。
文档编号B09B3/00GK102585860SQ20121000449
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者李新跃, 杨启才, 杨虎, 王长友, 颜杰 申请人:四川理工学院, 深圳市兖能环保科技有限公司